CN102420353B - 天线模块 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种天线模块，包含一天线主体、一可调式匹配电路、一功率侦测器以及一控制单元。天线主体具有一信号馈入点。可调式匹配电路电性连接天线主体与一功率放大器，且用以提供一负载阻抗，其中可调式匹配电路具有多个相互连接的可调式阻抗匹配组件，且电性连接至信号馈入点。功率侦测器电性连接可调式匹配电路与功率放大器，用以侦测一功率指标。控制单元电性连接可调式匹配电路与功率侦测器，用以读取输出功率指数与信号强度指数，并据以运算产生一控制信号至可调式匹配电路，进而持续改变负载阻抗使达到阻抗匹配。

Description

天线模块

技术领域

本发明是有关于一种天线模块，且特别是有关于一种动态调整负载阻抗的天线模块。

背景技术

由于科技通讯产业的快速发展，信息产品的应用也随之愈趋普及，例如3G智能型手机或电子书阅览器等电子产品，使用者皆频繁地携带在日常周遭之中。而这不仅大幅提升生活上的便利性，亦更是在时间与空间上造成了压缩，使得现代的每个人不再局限制约于地理上的疆界，而能够使彼此间更紧密的结合互动以及大量信息知识的交流，使追求达成共同利益福祉最优化。是故，无线通讯中，天线俨然居中发挥重要功能，使得信息传递与知识交流更便捷、无阻碍。

然而，由于现今通讯产品是朝向轻薄短小的外观设计，以愈符合使用者需求与提升其便利性，但如此的设计趋势亦导致其内建天线更易于受到使用者与所处环境的影响。举例来说，在操作握持的过程中，使用者的手部、头部等皆将对天线产生遮蔽效果，并吸收部分的电磁能量以及改变电磁能量的分布情况，又或者因为使用者的手接触到天线的辐射体及其电流路径，从而导致天线负载阻抗的不匹配与电流路径的改变，并将产生操作频率的偏移现象。尤其，这些现象亦随着通讯产品愈趋短且薄，显得愈加严重，而导致通讯能力的恶化与通讯质量的不稳定。

发明内容

本发明的目的是在提供一种天线模块，通过读取功率指针与信号强度指数，并据以利用一最佳化算法递回运算，予以改变可调式匹配电路所提供的负载阻抗，从而达到阻抗匹配。

本发明的一方面是提出一种天线模块，包含一天线主体、一可调式匹配电路、功率侦测器以及一控制单元。天线主体具有一信号馈入点。可调式匹配电路电性连接天线主体与一功率放大器之间，且用以提供一负载阻抗，其中可调式匹配电路具有多个相互连接的可调式阻抗匹配组件，且电性连接至信号馈入点。功率侦测器电性连接可调式匹配电路与功率放大器之间，用以侦测一功率指标。控制单元电性连接可调式匹配电路与功率侦测器，用以读取输出功率指数与一信号强度指数，并据以运算产生一控制信号至可调式匹配网络，进而持续改变负载阻抗使达到阻抗匹配。

依据本发明的一实施例，其中可调式阻抗匹配组件皆为可调式电容。

依据本发明的一实施例，其中可调式阻抗匹配组件皆为可调式电感。

依据本发明的一实施例，其中可调式阻抗匹配组件为可调式电容与可调式电感。

依据本发明的一实施例，还包含一耦合器，其中功率侦测器通过耦合器侦测功率放大器所输出之功率指标。

依据本发明的一实施例，其中制单元包含一微处理器，电性连接一中央处理器与功率侦测器。

依据本发明的一实施例，其中微处理器用以自中央处理器接收读取信号强度指数。

依据本发明的一实施例，其中微处理器用以自功率侦测器接收读取功率指标。

依据本发明的一实施例，其中微处理器根据功率指针与信号强度指数，并据以运算出可调式阻抗匹配组件的一数据值。

依据本发明的一实施例，其中控制单元还包含一控制电路，电性连接微处理器与可调式匹配电路。

依据本发明的一实施例，其中控制电路用以根据数据值，产生控制信号以输出至可调式匹配网络，改变可调式阻抗匹配组件的阻抗数据值。

依据本发明的一实施例，其中控制单元还包含一演算模块，演算模块包含牛顿法演算模块、基因算法演算模块或类神经网络法演算模块。

透过本发明上述的电路设计概念，即可根据功率指针与信号强度指数，并透过最佳化算法予以自行调整其负载阻抗，致使降低使用者与其环境所产生的外部电磁干扰及频率偏移的现象。据本发明设计概念，得以于满足轻短薄型的外观设计下，亦能同时兼具提供其良好的收讯质量。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是绘示根据本发明一实施例的天线模块的功能方块图；

图2是绘示图1中天线模块的可调式匹配网络的电路方块图。

【主要组件符号说明】

100：天线模块               122E：可调式阻抗匹配组件

110：天线主体               130：功率侦测器

112：信号馈入点             140：控制单元

120：可调式匹配电路         142：微处理器

122：可调式阻抗匹配组件     144：控制电路

122A：可调式阻抗匹配组件    150：耦合器

122B：可调式阻抗匹配组件    200：功率放大器

122C：可调式阻抗匹配组件    300：中央处理器

122D：可调式阻抗匹配组件

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的组件。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免造成本发明不必要的限制。

请同时参照图1与图2，图1是绘示根据本发明一实施例的天线模块的功能方块图，图2绘示图1中天线模块的可调式匹配电路的电路方块图。如图所示，一种天线模块100包含一天线主体110、一可调式匹配电路120、一功率侦测器130以及一控制单元140。

天线主体110具有一信号馈入点112。可调式匹配电路120电性连接于天线主体110与一功率放大器200之间，且用以提供一负载阻抗，其中可调式匹配电路120具有多个互连接的可调式阻抗匹配组件122，且电性连接至信号馈入点112。功率侦测器130电性连接于可调式匹配电路120与功率放大器200之间，用以侦测一功率指标。控制单元140电性连接可调式匹配网络120与功率侦测器130，用以读取输出功率指数与一信号强度指数(receiver signalstrength indicator；RSSI)，并据以运算产生一控制信号至可调式匹配网络120，进而持续改变负载阻抗使达到阻抗匹配。

请继续参照图1，天线模块100还包含一耦合器150。由于功率放大器200的负载拉移(load-pull)特性，使得其所输出的输出功率P_out将受到负载阻抗Z_load的匹配程度的影响而有所减损改变，因此功率侦测器130通过耦合器150进行功率取样，并侦测一功率指标P'_out，以确切读取功率放大器200实际所输出的功率值。根据上述可知，输出功率与功率指标之间具有一关系式，即P'_out(Z_load)＝w×P_out(Z_load)，其中w为输出功率与输出功率指标的比值。

另一方面，当天线模块100于接收外部无线信号时，其所接收到的信号强度将予以回报至中央处理器300，进而产生信号强度指数RSSI，并且信号强度指数亦随着负载阻抗Z_load的匹配程度而有变化。亦即是说，信号强度指数为负载阻抗之一函数，并可表示为RSSI(Z_load)。

于一实施例中，控制单元140包含一微处理器142，电性连接中央处理器300与功率侦测器130。因此，微处理器142即能自中央处理器300接收读取信号强度指数。且同时地，微处理器142自功率侦测器130接收所读取到的功率指标P'_out。

其次，微处理器142亦能根据功率指标P'_out与信号强度指数RSSI，从而获得一通讯质量函数CQ，且当CQ值越大时，则代表着天线模块100具有越佳的通讯质量。此通讯质量函数关系为CQ(Z_load)＝C1×P'_out(Z_load)+C2×RSSI(Z_load)；其中C1与C2为加权系数，并具有一条件式，如C1+C2＝1。

再者，微处理器142透过最佳算法递回运算，借此计算出可调式阻抗匹配组件122的数据值，调整改变负载阻抗Z_load。

于一实施例中，控制单元140还包含一控制电路144，电性连接微处理器142与可调式匹配网络120，且用以读取微处理器142所计算出的数据值，并据以产生控制信号以输出至可调式匹配电路120，相对应地改变各可调式阻抗匹配组件122的阻抗数据值，从而调整负载阻抗。

如此一来，可调式匹配电路120、功率侦测器130以及控制单元140即可形成一运算回路，其透过不断地读取的功率指标P'_out(Z_load)与信号强度指数RSSI(Z_load)，并通过最佳算法予以持续改变负载阻抗Z_load，使通讯质量函数CQ收敛到最大值，即达到MAX CQ(Z_load)＝C1×P'_out(Z_load)+C2×RSSI(Z_load)。

此时所对应获得的负载阻抗Z_load，即可根据不同的操作情况(例如使用者的手部及/或头部的影响)，自动地将外部环境等负载不匹配的影响降到最低，致使天线模块100的输出功率与接收信号的强度皆可达到最大值，从而提供最佳通话质量。

另外，于一些实施例中，控制单元140还包含一演算模块或以微处理器142作为一演算模块执行各种算法。例如，微处理器142作为一牛顿法演算模块、基因算法演算模块或类神经网络法演算模块。如此即可透过适切的数值算法，进而根据功率指标P'_out(Z_load)与信号强度指数RSSI(Z_load)予以计算调整出最佳负载阻抗。

请继续参照图2，可调式匹配电路120具有多个可调式阻抗匹配组件122，例如图中所示的122A、122B、122C、122D以及122E等，而从可调式匹配电路120的输入端所等效的负载阻抗即对应等效为可调式阻抗匹配组件122A、122B、122C、122D及122E等的一函数，且可表示如Z_load(122A,122B,122C,122D,122E,...)。

然而，可调式阻抗匹配组件122的使用数目以及其连接方式则可根据其操作频段与实际应用时需求，予以通过串联或并联的方式相互电性连接。再者，于一些实施例中，可调式阻抗匹配组件122可分别皆为可调式电容、可调式电感、亦或是可调式电容与可调式电感的串接组合，并且电性连接至信号馈入点112，从而于操作频段中适切地提供负载阻抗。

透过本发明上述的电路设计概念，即可根据功率指针与信号强度指数，并透过最佳化算法予以自行调整其负载阻抗，致使降低使用者与其环境所产生的外部电磁干扰及频率偏移的现象。据本发明设计概念，得以于满足轻短薄型的外观设计下，亦能同时兼具提供其良好的收讯质量。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种天线模块，其特征在于，包含：

一天线主体，具有一信号馈入点；

一可调式匹配电路，电性连接该天线主体与一功率放大器之间，且用以提供一负载阻抗，其中该可调式匹配电路具有多个相互连接的可调式阻抗匹配组件，且电性连接至该信号馈入点；

一功率侦测器，电性连接该可调式匹配电路与该功率放大器之间，用以侦测一功率指标；以及

一控制单元，电性连接该可调式匹配电路与该功率侦测器，用以同时读取该功率指标与一信号强度指数，并据以运算产生一控制信号至该可调式匹配电路，进而持续改变该负载阻抗使达到阻抗匹配，其中该功率指标与该信号强度指数共同形成一通讯质量函数，该控制信号改变该负载阻抗以最大化该通讯质量函数，

该通讯质量函数CQ(Z_load)为CQ(Z_load)＝C1×P'_out(Z_load)+C2×RSSI(Z_load)，

其中P'_out(Z_load)为功率指标，Z_load为负载阻抗，RSSI(Z_load)为信号强度指数，C1与C2为加权系数，且C1+C2＝1，其中C1和C2均大于零。

2.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该些可调式阻抗匹配组件皆为可调式电容或可调式电感。

3.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该些可调式阻抗匹配组件为可调式电容与可调式电感。

4.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，还包含一耦合器，其中该功率侦测器通过该耦合器侦测该功率放大器所输出的该功率指标。

5.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该控制单元包含一微处理器，电性连接一中央处理器与该功率侦测器，其中该微处理器用以自该中央处理器接收读取该信号强度指数。

6.根据权利要求5所述的天线模块，其特征在于，该微处理器用以自该功率侦测器接收读取该功率指标。

7.根据权利要求6所述的天线模块，其特征在于，该微处理器根据该最大化通讯质量函数，并据以运算出该些可调式阻抗匹配组件的一数据值。

8.根据权利要求7所述的天线模块，其特征在于，该控制单元还包含一控制电路，电性连接该微处理器与该可调式匹配电路。

9.根据权利要求8所述的天线模块，其特征在于，该控制电路用以根据该数据值，产生该控制信号以输出至该可调式匹配电路，改变该些可调式阻抗匹配组件的阻抗数据值。

10.根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，该控制单元还包含一演算模块，该演算模块包含牛顿法演算模块、基因算法演算模块或类神经网络法演算模块。