CN103178327A - 用于控制可调谐天线系统的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制可调谐天线系统的方法和装置。一种电子设备可以包括：可调节的电源、至少一个天线和相关联的天线调谐电路。该天线调谐电路可以是天线的组成部分，并且可以包括控制电路和至少一个可调谐元件。该可调谐元件可以包括：射频开关，诸如可调电阻器、电感器和电容器的连续/半连续可调节部件，以及提供希望的阻抗特性的其它负载电路。电源可以经由电感耦合向天线调谐电路提供电源电压信号。该电源电压信号在设备启动期间可以根据预定查找表来调制，以使控制电路被配置为生成所希望的控制信号。这些控制信号调节该可调谐元件，使得该天线可以支持希望的频带中的无线操作。

Description

用于控制可调谐天线系统的方法和装置
本申请要求2011年12月20日提交的美国专利申请No.13/332,193的优先权，其全部内容通过引用而并入于此。
技术领域
本公开总体上涉及无线通信电路，并且更具体地说，涉及具有无线通信电路的电子设备。
背景技术
诸如便携式计算机和蜂窝电话的电子设备通常设置有无线通信能力。例如，电子设备可以使用诸如蜂窝电话电路的长距离无线通信电路，以利用蜂窝电话频带来通信。电子设备可以使用诸如无线局域网通信电路的短距离无线通信电路，以处理与邻近设备的通信。电子设备还可以设置有卫星导航系统接收器和其它无线电路。
为满足对小形状因子无线设备的消费者需求，制造商不断努力，以利用紧凑结构来实现诸如天线部件的无线通信电路。然而，可能难于将常规天线结构装配到小设备中。例如，与用较大体积实现的天线相比，被限制为小体积的天线往往表现出更窄的操作带宽。如果天线的带宽变得太小，则该天线将不能够覆盖所关注的全部通信频带。
鉴于这些考虑，希望提供用于电子设备的改进的无线电路。
发明内容
一种无线电子设备，其可以包括存储和处理电路，以及无线通信电路。无线通信电路可以包括：基带处理器、收发器电路，以及至少一个天线。收发器电路可以经由具有信号路径和地路径的传输线耦接至天线。信号路径可以耦接至正天线馈送端子，而地路径可以耦接至地天线馈送端子。
天线可以包括天线谐振元件和至少一个天线调谐电路。天线谐振元件可以经由电容器耦接至信号路径，而天线调谐电路可以经由电感器耦接至信号路径。存储和处理电路可以经由电感电路将设备电源电压耦合到信号和地路径上。通过以这样的方式配置，射频信号可以在收发器电路与天线谐振元件之间传送，同时设备电源电压信号可以传递至天线调谐电路。
天线调谐电路可以包括控制电路和可调谐元件。天线调谐电路可以包括电压调节器、比较器、低通滤波器、以及计数器。电压调节器能够生成与设备电源电压信号相比量值更低的第一固定电压信号、作为设备电源电压信号的按比例缩小形式的第二电压信号、以及与第一电压信号相比量值更低的第三基准电压信号。第二和第三电压信号可以分别馈送至比较器的第一和第二输入端。比较器可以被配置成，在第二电压信号超过第三电压信号时将其输出驱动到高，并且可以被配置成，在第三电压信号超过第二电压信号时将其输出驱动到低。
比较器的输出可以耦合至计数器的控制输入端。计数器可以响应于检测到在其控制输入端的上升转变而计数（作为示例）。计数器还可以具有重置输入端，该重置输入端可操作以接收第一电压信号的低通滤波形式（即，计数器的重置输入端可以经由低通滤波器接收第一电压信号）。计数器可以生成反映其当前计数值的控制信号。该控制信号可以直接用于调节可调谐元件。该可调谐元件可以包括：射频开关，利用集成电路、分立表面安装部件或其它合适导电结构形成的连续或半连续可调电阻/电感/电容部件，以及被配置成在选定频率处向天线提供所希望的阻抗特性的其它负载电路。
该控制电路可以在启动期间（例如，在加电重置操作期间），通过根据预定方案调制电源电压信号来配置。例如，电源电压信号可以在第一与第二正电压电平之间来回切换给定次数，来触发计数器以计数至希望数字。计数器递增的次数可以基于无线设备的希望操作频带来确定。例如，计数器可以被配置成表现为计数4以使天线可以支持第一组频带中的无线操作，或者可以被配置成表现为计数6以使天线可以支持与第一组频带不同的第二组频带中的无线操作。与不同频带相对应的所需计数数字可以制成预先计算的列表，其被存储在该设备的存储和处理电路中。利用这种类型的天线调谐方案，与其它可能的情况相比，天线能够覆盖更宽范围的通信频率。
根据附图和下面的详细描述，本发明的进一步特征、其性质以及各种优点将更清楚。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的、具有无线通信电路的例示性电子设备的示意图。
图2是示出根据本发明一实施例的、射频收发器电路可以怎样耦接至图1所示类型的电子设备内的一个或多个天线的图。
图3是示出根据本发明一实施例的、图1的电子设备中的天线可以怎样耦接至射频收发器电路的电路图。
图4是示出针对给定天线体积，天线增益与天线带宽之间的折衷的曲线图。
图5是根据本发明一实施例的、可以在电子设备中使用的例示性串馈环形天线的示意图。
图6是根据本发明一实施例的、包含天线调谐电路的例示性并馈环形天线的示意图。
图7A是根据本发明一实施例的、可以在电子设备中使用的例示性倒F形天线的示意图。
图7B和7C是根据本发明一实施例的、包含天线调谐电路的例示性倒F形天线的示意图。
图8是根据本发明一实施例的、包含天线调谐电路的例示性倒F形天线的示意图。
图9和10是示出根据本发明一实施例的、包含调谐电路的天线可以怎样被用于覆盖所关注的多个通信频带的曲线图。
图11是示出根据本发明一实施例的、包含天线调谐电路的天线可以怎样耦接至射频收发器电路的图。
图12是根据本发明一实施例的、包括控制电路和可调谐元件的例示性天线调谐电路的电路图。
图13是例示根据本发明一实施例的、图12所示类型的天线调谐电路的操作的定时图。
图14是根据本发明一实施例的、包含与不同操作频率相对应的预定控制信息的例示性查找表。
图15和16是根据本发明一实施例的、可以被用作图12的天线调谐电路中的可调谐元件的例示性可切换负载电路的电路图。
图17是根据本发明一实施例的、可以被用作图12的天线调谐电路中的可调谐元件的例示性可变电容器电路的电路图。
图18是根据本发明一实施例的、用于使用图12所示类型的天线调谐电路来覆盖所关注的多个通信频带的例示性步骤的流程图。
具体实施方式
诸如图1的设备10的电子设备可以设置有无线通信电路。该无线通信电路可以被用于支持诸如蜂窝电话频带中的通信的长距离无线通信。可以通过设备10处理的长距离（蜂窝电话）频带的示例包括：800MHz频带、850MHz频带、900MHz频带、1800MHz频带、1900MHz频带、2100MHz频带、700MHz频带、以及其它频带。由设备10使用的长距离频带可以包括所谓的LTE（长期演进）频带。LTE频带被编号（例如，1、2、3等）并且有时被称为E-UTRA操作频带。诸如与卫星导航频带相关联的信号的长距离信号可以通过设备10的无线通信电路来接收。例如，设备10可以使用无线电路来接收与全球定位系统（GPS）通信相关联的1575MHz频带中的信号。短距离无线通信也可以被设备10的无线电路所支持。例如，设备10可以包括用于处理局域网链路（如2.4GHz和5GHz的链路、2.4GHz的
Figure BDA00002334006600042
链路等）的无线电路。
如图1所示，设备10可以包括存储和处理电路28。存储和处理电路28可以包括存储装置，如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器（例如，被配置成形成固态驱动器的闪速存储器或其它电可编程只读存储器）、易失性存储器（例如，静态或动态随机存取存储器）等。存储和处理电路28中的处理电路可以被用于控制设备10的操作。该处理电路可以基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路等。
存储和处理电路28可以被用于运行设备10上的软件，如因特网浏览应用、因特网语音协议（VOIP）电话呼叫应用、电子邮件应用、媒体回放应用、操作系统功能、与射频发送和接收操作期间的通信频带选择有关的功能等。为支持与诸如基站21的外部设备的交互，存储和处理电路28可以用于实现通信协议。可以利用存储和处理电路28实现的通信协议包括：因特网协议、无线局域网协议（例如，IEEE 802.11协议——有时称为用于其它短距离无线通信链路的协议（如协议，IEEE 802.16（WiMax）协议）、蜂窝电话协议（如“2G”全球移动通信系统（GSM）协议、“2G”码分多址（CDMA）协议、“3G”通用移动电信系统（UMTS）协议、以及“4G”长期演进（LTE）协议）、MIMO（多输入多输出）协议、天线分集协议等。诸如通信频带选择操作的无线通信操作可以利用在设备10上存储并运行（即，在存储和处理电路28和/或输入输出电路30上存储并运行）的软件来控制。
输入输出电路30可以包括输入输出设备32。输入输出设备32可以被用于允许将数据提供给设备10，以及允许将数据从设备10提供给外部设备。输入输出设备32可以包括：用户接口设备、数据端口设备、以及其它输入输出部件。例如，输入输出设备可以包括：触摸屏、没有触摸传感器能力的显示器、按钮、操纵杆、点击轮、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、摄像机、按钮、扬声器、状态指示器、光源、音频插孔和其它音频端口部件、数字数据端口设备、光传感器、运动传感器（加速度计）、电容传感器、接近传感器等。
输入输出电路30可以包括用于与外部设备无线通信的无线通信电路34。无线通信电路34可以包括射频（RF）收发器电路，该射频收发器电路由一个或多个集成电路、功率放大器电路、低噪声输入放大器、无源RF部件、一个或多个天线、传输线、以及用于处理RF无线信号的其它电路来形成。无线信号还可以利用光（例如，利用红外通信）来发送。
无线通信电路34可以包括用于处理各种射频通信频带的射频收发器电路90。例如，电路90可以包括收发器电路36、38和42。收发器电路36可以处理用于
Figure BDA00002334006600061
（IEEE 802.11）通信的2.4GHz和5GHz频带，并且可以处理2.4GHz
Figure BDA00002334006600062
通信频带。电路34可以使用蜂窝电话收发器电路38，以处理蜂窝电话频带（如850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、以及2100MHz、和/或LTE频带和其它频带）中的无线通信（作为示例）。电路38可以处理语音数据和非语音数据流量。
收发器电路90可以包括全球定位系统（GPS）接收器设备，如用于接收1575MHz处的GPS信号或者用于处理其它卫星定位数据的GPS接收器电路42。在
Figure BDA00002334006600063
和
Figure BDA00002334006600064
链路和其它短距离无线链路中，无线信号典型地被用于相距几十或几百英尺来传送数据。在蜂窝电话链路和其它长距离链路中，无线信号典型地被用于相距几千英尺或几英里来传送数据。
无线通信电路34可以包括一个或多个天线40。天线40可以利用任何合适的天线类型来形成。例如，天线40可以包括具有谐振元件的天线，该谐振元件由环形天线结构、贴片（patch）天线结构、倒F形天线结构、隙缝（slot)天线结构、平面倒F形天线结构、螺旋形天线结构、这些设计的混合等形成。不同类型的天线可以被用于不同频带和频带的组合。例如，一种类型的天线可以用于形成本地链路天线，而另一类型的天线可以用于形成远程无线链路天线。
如图1所示，无线通信电路34还可以包括基带处理器88。基带处理器可以包括存储器和处理电路，也可以被视为形成设备10的存储和处理电路28的一部分。
基带处理器88可以经由路径87向存储和处理电路28提供数据。路径87上的数据可以包括与针对所接收信号的无线（天线）性能指标相关联的原始和已处理数据，诸如接收功率、发射功率、帧错误率、误比特率、基于接收信号强度指示符（RSSI）信息的信道质量测量、基于接收信号码功率（RSCP）信息的信道质量测量、基于基准符号接收功率（RSRP）信息的信道质量测量、基于信号干扰比（SINR）和信噪比（SNR）信息的信道质量测量、基于诸如Ec/Io或Ec/No数据的信号质量数据的信道质量测量、有关是否正在从与电子设备的请求相对应的蜂窝电话塔接收响应（确认）的信息、有关网络接入过程是否已经成功的信息、有关在电子设备与蜂窝塔之间的蜂窝链路上正在请求多少次重传的信息、有关是否已经接收到信令消息丢失的信息、有关是否已经成功地接收到寻呼信号的信息、以及反映无线电路34的性能的其它信息。该信息可以通过存储和处理电路28和/或处理器88来分析，并且作为响应，存储和处理电路28（或者，若希望的话，基带处理器88）可以发出用于控制无线电路34的控制命令。例如，基带处理器88可以在路径89上发出指示收发器电路90切换成使用所希望的发射器/接收器和天线的命令。
可以实现天线分集方案，其中，在处理所关注的一个或多个特定频带的通信时使用多个冗余天线。在天线分集方案中，存储和处理电路28可以基于信号强度测量或其它数据实时选择使用哪个天线。在多输入多输出（MIMO）方案中，可以使用多个天线来发射和接收多个数据流，由此增强数据吞吐量。
图2中示出了在设备10中可以形成天线40的例示性位置。如图2所示，电子设备10可以具有诸如外壳12的外壳。外壳12可以包括塑料壁、金属外壳结构、由碳纤维材料或其它合成物形成的结构、玻璃、陶瓷、或其它合适材料。外壳12可以利用单片材料（例如，利用一体构造）来形成，或者可以由框架、外壳壁、以及其它单独部分来形成，它们被装配以形成完整外壳结构。可以将图1所示设备10的部件安装在外壳12内。天线结构40可以安装在外壳12内，并且若希望的话，可以利用外壳12的一部分形成。例如，外壳12可以包括金属外壳侧壁、诸如带状构件（具有或没有电介质间隙）的外围导电构件、导电边框、以及可以用于形成天线结构40的其它导电结构。
如图2所示，天线结构40可以通过诸如路径45的路径耦接至收发器电路90。路径45可以包括传输线结构，如同轴电缆、微带传输线、带状线传输线等。可以将阻抗匹配电路、滤波器电路以及切换电路插入路径45中（作为示例）。阻抗匹配电路可以被用于确保天线40在所关注的希望频带中高效耦接至收发器电路90。滤波器电路可以被用于实现基于频率的复用电路，如双工器、双信器、以及三工器。切换电路可以被用于将天线40选择性地耦接至收发器电路90的希望端口。例如，在一种操作模式下，一开关可被配置成将路径45中的一个路径路由至给定天线。在另一操作模式下，该开关可以被配置成将路径45中的另一路径路由至该给定天线。在收发器电路90与天线40之间使用切换电路允许设备10根据与每一个天线相关联的当前性能，将特定天线40切换到使用和不使用。
在具有细长矩形轮廓的、诸如蜂窝电话的设备中，可能希望将天线40放置在该设备的一个或两个端部处。如图2所示，例如，可以将天线40中的一些放置在外壳12的上端部区域42中，并且可以将天线40中的一些放置在外壳12的下端部区域44中。设备10中的天线结构可以包括区域42中的单个天线、区域44中的单个天线、区域42中的多个天线、区域44中的多个天线，或者可以包括位于外壳12中的其它地方的一个或多个天线。
天线结构40可以形成在诸如区域42和44的区域中的一些或全部中。例如，诸如天线40T-1的天线可以位于区域42-1内，或者，可以形成填充部分或全部区域42-2的诸如天线40T-2的天线。类似的是，诸如天线40B-1的天线可以填充部分或全部区域44-2，或者，诸如天线40B-2的天线可以形成在区域44-1中。这些类型的布置不必互相排斥。例如，区域44可以包含诸如天线40B-1的第一天线和诸如天线40B-2的第二天线。
收发器电路90可以包含诸如射频发射器48的发射器，和诸如射频接收器50的接收器。发射器48和接收器50可以利用一个或多个集成电路来实现（例如，蜂窝电话通信电路、无线局域网通信电路、用于
Figure BDA00002334006600091
通信的电路、用于接收卫星导航系统信号的电路、用于增加发射信号功率的功率放大器电路、用于增加接收信号中的信号功率的低噪声放大器电路、其它合适的无线通信电路、以及这些电路的组合）。
图3是示出可以怎样使用射频路径45来在天线40和射频收发器91之间传送射频信号的图。天线40可以是图2的天线之一（例如，天线40T-1、40T-2、40B-1、40B-2、或其它天线）。射频收发器91可以是收发器电路90中的接收器和/或发射器、无线局域网收发器36（例如，以2.4GHz、5GHz、60GHz或其它合适频率操作的收发器）、蜂窝电话收发器38、或用于接收和/或发射射频信号的其它射频收发器。
导电路径45可以包括一个或多个传输线，诸如一段或多段同轴电缆、一段或多段微带传输线、一段或多段带状线传输线、或其它传输线结构。路径45可以包括诸如信号线45A的第一导体，并且可以包括诸如地线45B的第二导体。天线40可以具有天线馈送部，该天线馈送部具有耦接至信号路径45A的正天线馈送端子58（+），和耦接至地路径45B的地天线馈送端子54（-）。若希望的话，可以将诸如滤波器、阻抗匹配电路、开关、放大器及其它射频电路的电路插入路径45内。
图3的天线40能够支持第一组射频频带中的无线通信。例如，天线40可以在覆盖850MHz和900MHz处的GSM子频带的低频频带以及覆盖1800MHz和1900MHz处的GSM子频带和2100MHz处的数据子频带的高频频带中操作。
除了第一组射频频带以外，可能希望设备10还能够支持其它无线通信频带。例如，可能希望天线40能够在以下频带中操作：覆盖1800MHz和1900MHz处的GSM子频带和2100MHz处的数据子频带的高频频带，覆盖850MHz和900MHz处的GSM子频带的第一低频频带，以及覆盖700MHz处的LTE频带、710MHz和750MHz处的GSM子频带、700MHz处的UMTS子频带的第二低频频带，以及其它希望的无线通信频带。
天线40的频带覆盖范围可能受其体积限制（即，外壳12内被天线40占用的空间量）。一般来说，对于具有给定体积的天线来说，更高的频带覆盖范围（或带宽）导致增益的减小（例如，最大增益与带宽的乘积恒定）。
图4是示出对于环形天线（作为示例），天线增益作为天线带宽的函数怎样改变的图形。曲线200表示具有第一体积的第一环形天线的增益-带宽特性，而曲线202表示具有比第一体积大的第二体积的第二环形天线的增益-带宽特性。如图4所示，第一环形天线可以提供带宽BW1，同时表现出增益g0（点204）。为了向第一环形天线提供更多带宽（即，带宽BW2），第一环形天线的增益将降低至增益g1（点205）。
提供更大频带覆盖范围的一种方法是增加环形天线的体积。例如，具有比第一环形天线的体积更大的体积的第二环形天线能够提供带宽BW2，同时表现出g0（点206）。然而，如果希望小形状因子，增加环形天线的体积可能并不总是可行。
为满足针对小形状因子无线设备的消费者需求，天线40中的一个或多个可以设置有天线调谐电路。该调谐电路例如可以包括基于一个或多个开关或连续可调谐负载部件的切换电路。该切换电路例如可以包括可以处于打开或闭合位置的开关。当开关处于其打开位置时，天线可以表现出第一频率响应。当开关处于其闭合位置时，该天线可以表现出第二频率响应。利用这种类型的天线调谐方案，与其它可能情况相比，天线40可能能够覆盖更宽范围的通信频率。为天线40使用调谐可以允许使用相对窄带宽（并且潜在地，紧凑）的设计（若希望的话）。
天线40操作的这种方式可以参照图5-18来理解，它们示出了图3的天线40可以怎样通过为天线40添加天线调谐电路来实现。
在本发明的一个适当实施例中，天线40可以是环形天线。图5是可以在设备10中使用的串馈环形天线的示意图。如图5所示，串馈环形天线40可以具有诸如环84的环形导电路径。传输线TL可以包括正信号导体45A和地导体45B。路径45A和45B可以被包含在同轴电缆、柔性电路和/或刚性印刷电路板上的微带传输线等等中。传输线TL可以利用正天线馈送端子58和地天线馈送端子54耦接至天线40的馈送部。
可能具有挑战性的是，使用图5中所示类型的串馈型馈送布置来为多频带环形天线馈电。例如，可能希望在覆盖850MHz和900MHz处的GSM子频带的低频频带以及在覆盖1800MHz和1900MHz处的GSM子频带和2100MHz处的数据子频带的高频频带中操作环形天线。这种类型的布置可以被视为双频带布置（例如，第一频带的850/900，和第二频带的1800/1900/2100），或者可以被视为具有五个频带（850、900、1800、1900、以及2100）。在诸如这些的多频带布置中，诸如图5的环形天线82的串馈天线在高频通信频带中比在低频通信频带中可能表现出好得多的阻抗匹配。
可以利用具有合适阻抗匹配特征的并馈布置来获得更令人满意的性能水平。图6示意性地示出了例示性并馈环形天线。如图6所示，并馈环形天线40可以具有诸如环85的导体环。图6示例中的环85被示出为圆形。这仅仅是例示性的。若希望的话，环85可以具有其它形状（例如，矩形形状、具有弯曲边和直线边两者的形状、具有不规则边界的形状等）。
诸如调谐电路100-1的天线调谐电路可以桥接端子58和54，由此“闭合”由路径85形成的环。在这种布置中，可以将电容电路插入环85中，以使天线馈送端子58和54在低频下不会短接在一起。若希望的话，可以将诸如天线调谐电路100-2和100-3的附加的天线调谐电路插入图6的并馈环形天线中的环85中。例如，调谐电路100-1可以是可切换阻抗匹配电路，而电路100-2可以是连续可调节可变电容器。图6的并馈环形天线40的阻抗可以通过适当调谐/选择电路100（例如，天线调谐电路100-1、100-2以及100-3）来调节。一般来说，天线40可以包括任何数量的天线调谐电路100，以提供希望的灵活性/可调谐性。
在本发明的另一适当实施例中，天线40可以是倒F形天线。图7A是可以在设备10中使用的倒F形天线的示意图。如图7A所示，倒F形天线40可以具有诸如天线谐振元件41的天线谐振元件和诸如地G的地结构。天线谐振元件41可以具有诸如臂96的主谐振元件臂。诸如短接路径94的短路分支可以将臂96耦接至地G。天线馈送部可以包含正天线馈送端子58（+）和地天线馈送端子54（-）。正天线馈送端子58可以耦接至臂96，而地天线馈送端子54可以耦接至地G。图7A中的臂96被示出为单个直线段。这仅仅是例示性的。若希望的话，臂96可以具有多个具有曲线和/或直线段的弯曲。
在本发明的一个适当布置中，倒F形天线40的谐振元件41可以包括插入短接路径94中的天线调谐电路100（例如，参见图7B）。在图7B的示例中，天线调谐电路100可以是可切换阻抗匹配网络、可切换电感网络、连续可调电容电路等。在本发明的又一个适当布置中，倒F形天线40的谐振元件41可以包括耦接在谐振臂96的延伸部分与地G之间的天线调谐电路100（例如，参见图7C）。在这种布置中，诸如电容器295的电容结构可以插入短接路径94中，以使天线调谐电路100在低频下不会短接至地。在图7C的示例中，天线调谐电路100可以是可切换电感器、连续可调电容/电阻电路等。
一般来说，倒F形天线40可以包括任何数量的天线调谐电路100。如图8所示，短路分支94可以包括将臂96耦接至地的至少一个调谐电路。例如，调谐电路100-4和100-5可以插入短路路径94中。作为示例，调谐电路100-4和100-5可以是可切换电感路径（例如，调谐电路100-4和100-5中的至少一个可以被激活以将臂96短接至地）。若希望的话，天线调谐电路100-6可以与天线馈送部并联地耦接在正天线馈送端子58和地馈送端子54之间。作为示例，调谐电路100-6可以是可调节阻抗匹配网络电路。
作为另一示例，天线调谐电路100-7可以插入天线谐振臂96中。诸如调谐电路100-8的附加调谐电路还可以与天线调谐电路100-7并联耦接。天线调谐电路100-7可以是连续可调节可变电容器，而电路100-8可以是可切换电感器（作为示例）。若希望的话，诸如天线调谐电路100-9和100-10的附加调谐电路（例如，连续可调或半连续可调电容器、可切换电感器等）可以耦接在臂96的延伸部分至地G之间。
图7和8中的这些调谐电路100的布局仅仅是例示性的，并不是用于限制本发明的范围。可以添加附加的电容器和/或电感器，以确保每一个天线调谐电路100在低频（例如，低于100MHz的频率）下都不会短接至地。一般来说，天线40可以包括具有谐振元件的天线，该谐振元件由环形天线结构、贴片天线结构、倒F形天线结构、隙缝天线结构、平面倒F形天线结构、螺旋形天线结构、这些设计的混合等形成。设备10中的天线40的至少一部分可以包含至少一个天线调谐电路100（形成在天线的任何合适位置处），其可以被调节以使得无线电路34能够覆盖希望范围的通信频率。
通过动态地控制天线调谐电路100，与其它可能情况相比，天线40能够覆盖更宽范围的通信频率。驻波比（SWR）相对于频率的曲线图，诸如图9的SWR曲线图，例示了天线40的频带调谐能力。如图9所示，实线SWR频率特性曲线124对应于第一天线调谐模式，其中，天线40在低频带频率fA（例如，覆盖850MHz频带）和高频带频率fB（例如，覆盖1900MHz频带）处呈现令人满意的谐振峰。在第一天线调谐模式下，天线40的天线调谐电路100可以处于第一配置（例如，可以向天线调谐电路100提供第一组控制信号）。
虚线SWR频率特性曲线126对应于第二天线调谐模式，其中，设备10的天线在低频带频率fA’（例如，覆盖750MHz频带）和高频带频率fB’（例如，覆盖2100MHz频带）处呈现令人满意的谐振峰。在第二天线调谐模式下，天线调谐电路100可以处于与第一配置不同的第二配置（例如，可以向天线调谐电路100提供与第一组控制信号不同的第二组控制信号）。
若希望的话，天线40可以处于第三天线调谐模式，其中，天线40在低频带频率fA’和fA（例如，覆盖750MHz和850MHz频带两者）以及在高频带频率fB和fB'（例如，覆盖1900MHz和2100MHz频带两者）处都呈现令人满意的谐振峰，如SWR特性曲线128所示。在第三天线调谐模式下，天线调谐电路100可以处于与第一和第二配置不同的第三配置（例如，可以向天线调谐电路100提供与第一和第二组控制信号不同的第三组控制信号）。可以使用调谐方法的组合，以使谐振曲线128呈现比曲线124和126更宽的频率范围。
在另一适当布置中，天线40可以处于第四天线调谐模式，其中，天线40在中频带频率fC和fD（例如，覆盖低频带与高频带之间的频率）处呈现令人满意的谐振峰，如图10的SWR特性曲线130所示。在第四天线调谐模式下，天线调谐电路100可以处于另一不同配置。图9和10中的SWR曲线仅仅是例示性的，并不是用于限制本发明的范围。一般来说，（一个或多个）天线40可以包括天线调谐电路100，其使得设备10能够在任何适当数量的射频通信频带中发射和接收无线信号。
天线调谐电路100可以形成为天线40的组成部分。在这种布置中，对于存储和处理电路28来说，需要一种在正常无线操作之前调节每一个调谐电路100的方法。因为调谐电路100可以包括诸如射频开关的有源电路，所以还可能需要向调谐电路100提供电源电压。如前结合图3所述，天线40可以经由信号路径45A和地路径45B耦接至射频收发器91。存储和处理电路28（在此，有时被称为控制电路系统）可以经由电感器293将直流（DC）电压信号V1耦合到路径45上（例如，参见图11）。信号V1可以利用存储和处理电路28和/或基带处理器88随时间改变，因此有时可以被称为控制信号。
信号路径45A可以经由电容电路294耦接至天线40的天线谐振元件41，并且可以经由电感电路296耦接至天线调谐电路100。电容器294用于仅将射频信号（有时被称为交流“小”信号）传递至天线谐振元件41，而电感器296用于仅将低频信号（有时被称为DC“大”信号）传递至天线调谐电路100（例如，电容器294用作AC耦合器，而电感器296用作DC耦合器）。电源电压信号V1可以经由DC耦合路径297传递至调谐电路100。
在本发明的一个适当实施例中，被传递至天线调谐电路100的电源电压信号V1可以利用预定图案（pattern）来调制（来回切换），以将天线调谐电路100设置在所希望的状态。电源电压信号V1可以被用于在设备启动期间（例如，在加电重置过程期间）配置天线调谐电路100，并且可以被用于在正常操作期间为电路100中的开关和其它有源部件供电。可以按这种方式将多于一个天线调谐电路100耦接至信号路径45A和地路径45B。经由现有信号路径45A控制天线调谐电路100并为其供电，允许不需要在天线40与收发器91之间形成附加供电线路和控制线路的简单实现方式。
天线调谐电路100可以包括诸如控制电路300的控制电路和诸如可调谐元件302的可调谐元件。控制电路300可以提供用于控制可调谐元件302的控制信号Vc。一般来说，可调谐元件302可以由一个或多个可调节电部件形成。可以用作全部或部分电路302的部件包括：可调电阻电路、连续/半连续可调节电感电路、连续/半连续可调节电容电路、射频开关、以及适于提供希望的阻抗特性的其它负载电路。用于电路302的所希望的电阻、电感和电容可以利用集成电路、利用分立部件（即，表面安装技术部件）和/或利用不是分立部件或集成电路的一部分的电介质和导电结构来形成。例如，电阻可以利用电阻金属合金细线来形成，电容可以通过隔开彼此接近的由电介质分隔的两个导电板来形成，而电感可以通过在印刷电路板上创建导电路径来形成。
图12是示出天线调谐电路100的一种适当电路实现的图。天线调谐电路100可以是双端子电路，其具有可以耦接至臂96的第一端子A和可以耦接至地G的第二端子B。电压信号V1可以施加在端子A和B之间。如图12所示，控制电路300至少可以包括：低压降（low-dropout）电压调节器310、比较器314、计数器316、以及低通滤波器318。电压调节器310可以经由电感DC耦合器296接收由电路28生成的电压信号V1（图11）。电压调节器310可以操作以生成电压信号V2、电压信号V3和基准电压信号Vref，其中电压信号V2具有比标称正电源电压电平V1低的恒定电压电平，电压信号V3是电压信号V1的按比例缩小形式（例如，信号V3与信号V1表现类似，但具有相对更低的电压量值）。信号V2可以被用于给比较器314和计数器316供电（例如，电源电压信号V2可以通过路径312提供给这些相应电路）。电路310、314、316以及318可以全部耦接至端子B，以使它们皆具有地路径。若希望的话，可以使用其它类型的电压调节器来生成电压信号V2、V3以及Vref。
比较器可以具有被配置成接收信号V3的第一输入端，被配置成接收信号Vref的第二输入端，以及输出端。比较器314可以在其第一输入端的电压电平大于其第二输入端的电压电平时将其输出驱动到高（例如，比较器314可以在V3超过Vref时生成高输出信号），并且可以在其第二输入端的电压电平大于其第一输入端的电压电平时将其输出驱动到低（例如，比较器314可以在V3低于Vref时生成低输出信号）。
计数器316可以具有接收来自比较器314的输出信号的控制输入端。作为示例，计数器316可以是边沿触发计数电路,诸如正边沿触发计数电路。在这个示例中，计数器316将响应于在其控制输入端检测到上升沿而计数（例如，计数器316可以被用于监测/计数信号V1中存在的脉冲的数量）。计数器316还可以包括用于接收重置信号Vrs的重置输入端。信号Vrs可以是信号V2的滤波形式（例如，可以使用低通滤波器318将信号V2滤波）。
例如，考虑设备10初始被加电的情形。在加电重置（POR）操作期间，信号V2初始可以等于零伏，并且可以利用电压调节器310被驱动至高电压电平（例如，信号V2可以从零伏升高至正电压电平）。当信号V2为低时，Vrs为低，并且计数器316可以处于具有零计数值的重置模式。当信号V2被驱动为高时，Vrs将逐渐地充电至高，而当Vrs为高时，计数器315不再处于重置模式，并且现在可以在检测到其控制输入端处的上升和/或下降沿时开始计数。
计数器316可以提供反映其当前计数值的计数信号Vc。信号Vc可以是多比特数字信号或连续模拟信号。可调谐元件302可以被配置成经由路径320接收信号Vc。可调谐元件302可以是三端子部件，其具有短接至天线调谐元件100的端子A的第一端子，用作天线调谐元件100的端子B的第二端子（例如，接地的第二端子B），以及接收控制信号Vc的第三端子。可调谐元件302可以基于信号Vc的值而处于所希望的操作状态。按这种方式设置的控制电路300因此可以用作控制逻辑，其可以在启动期间被配置以提供用于调节可调谐元件302的所希望的Vc值。单个天线40可以包括多个天线调谐电路100，其中，这些调谐电路中的每一个都可以适当地调节，以使无线电路34可以提供在希望的频带中的覆盖。
天线调谐电路100的操作还通过图13的时序图进行了例示。在时刻t0，设备10可以被加电并且电压信号V1、V2、V3和Vref可以被驱动到高，达到各自的正电压电平（例如，信号V1可以被断言到电压电平V11，信号V2可以被断言到电压电平V22，信号V3可以被断言到电压电平V31，而信号Vref可以被断言到电压电平Vrr）。如图13所示，信号V1和V3可以根据某种预定图案来调制，而信号V2和Vref固定。例如，信号V1可以具有在V11与V12之间改变的电压电平，而信号V3可以具有在V31与V32之间改变的电平。在图13的示例中，电压电平V12大于V22，并且电压电平V22大于V31。电压电平Vrr应当小于V31但大于V32，从而比较器314将响应于信号V3的变化而来回切换其输出。例如，比较器314将在信号V3处于电压电平V31时（即，在V3大于Vref时）将其输出驱动到高，而在信号V3处于电压电平V32时（即，在V3小于Vref时）将将其输出驱动到低。
每当在其控制输入端检测到上升沿，计数器316就可以记录当前计数值（图12）。该计数值将保持为零，直到低通滤波电压信号Vrs升到高（在时刻t1）为止。在Vrs为高时，计数器316可以开始递增其计数值。一般来说，每当信号V1从电压电平V12切换回至V11（或者，每当信号V3从电压电平V32升高回到V31，因为V3与V1成比例），就在比较器输出端生成上升沿。如图13的实施例中所示，计数器316可以在时刻t2、t3、t4和t5计数，从而最终计数值等于4。若希望的话，信号V1可以利用任何希望的信号调制方案来调制（例如，利用如图13所示方波图案、正弦波形、锯齿波形、或其它类型的波形），以使计数器316在正常操作之前呈现希望的计数值。所得到的控制信号Vc（其与最终计数值成比例）可以直接用于控制可调谐元件302。
图14是示出与每一个操作频带相对应的所需计数值的例示性查找表400。表400可以包含预先特征化的控制值，并且可以存储在存储和处理电路28中。如图14所示，频带1中的操作需要计数值2，频带2中的操作需要计数值3，频带5中的操作需要计数值5，等等。天线调谐电路100可以基于表400的值，在设备启动期间并行地调节。结果，每一个调谐电路100应当被设计成使得查找表400中的给定计数值用于帮助天线40在对应频带中呈现令人满意的无线性能。
在其它适当布置中，每一个天线调谐电路100可以被单独调节。该实现可能需要附加的控制电路系统和控制路径，其允许控制信号在启动期间或者在正常操作期间被单独路由至每一个天线调谐电路100。在这种布置中，每一个天线调谐电路100都可以具有指示用于控制其可调谐元件302的所需控制值的专用查找表400，从而覆盖所希望的频带。
一般来说，元件302可以是可以实时调节的任何可切换或可调谐的电部件。图15示出了可调谐元件302的一种适当电路实现。如图15所示，元件302可以包括在端子A与B之间串联耦接的射频开关402和负载电路Z。开关402可以利用p-i-n二极管、砷化镓场效应晶体管（FET）、微机电系统（MEMS）开关、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、高电子迁移率晶体管（HEMT）、假晶（pseudomorphic）HEMT（PHEMT）、形成在绝缘体上硅（SOI）衬底上的晶体管等来实现。该开关的状态可以利用从控制电路300生成的信号Vc来控制（图11）。例如，高Vc将接通或闭合开关402，而低Vc将断开或打开开关402。
负载电路Z由一个或多个电气部件形成。可以被用作电路Z的全部或一部分的部件包括：电阻器、电感器和电容器。用于电路Z的希望的电阻、电感和电容可以利用集成电路、利用分立部件（即，表面安装技术电感器）和/或利用不是分立部件或集成电路的一部分的电介质和导电结构来形成。例如，电阻可以利用电阻金属合金细线来形成，电容可以通过隔开彼此接近的由电介质分隔的两个导电板来形成，而电感可以通过在印刷电路板上创建导电路径（例如，传输线）来形成。
在另一适当布置中，可调谐元件302可以包括开关404（例如，单极三掷射频开关）和多个负载电路Z1、Z2和Z3。如图16所示，开关404可以具有端口P1、P2、P3和P4。可调谐元件302的端子B可以耦接至端口P1，而可调谐元件302的端子A可以经由电路Z1耦接至端口P2，经由电路Z2耦接至端口P3，以及经由电路Z3耦接至端口P4。如前所述，负载电路Z1、Z2和Z3可以包括利用集成电路、分立部件、或其它合适导电结构形成的电阻部件、电感部件和电容部件的任何希望的组合。开关404可以利用由控制电路300生成的信号Vc来控制。例如，开关404可以被配置成，在Vc处于第一值时将端口P1耦接至P2，在Vc处于与第一值不同的第二值时将端口P1耦接至P3，而在Vc处于与第一值和第二值不同的第三值时将端口P1耦接至P4。
图16的示例（其中，可调谐元件302包括三个阻抗负载电路）仅仅是例示性的，而不用于限制本发明的范围。若希望的话，可调谐元件302可以包括具有任何数量的端口的射频开关，其被配置成支持在任何希望数量的负载电路之间切换。
在另一适当布置中，可调谐元件302可以包括可变电容器电路406（有时称为变容器（varactor））。如图16所示，变容器可以具有第一端子A、第二端子B、以及可操作以接收来自控制电路300的信号Vc的控制端子。控制电路300可以被调节，以使Vc将变容器406的电容调节至希望的量。变容器406可以利用集成电路、一个或多个分立部件（例如，SMT部件）等来形成。一般来说，变容器406可以是连续可变电容器或半连续可调节电容器。
图18是用于操作图12所示类型的天线调谐电路来覆盖所关注的多个通信频带的例示性步骤的流程图。在步骤500，基带处理器88可以选择用于无线发射/接收的希望频带。在步骤502，基带处理器88可以参考预定查找表（例如，存储在电路28中的预先计算的查找表400），以获得与所选定频带相对应的计数值（M）（即，计数器316需要呈现以使可调谐元件302被正确调谐为支持选定频带中的操作的计数值）。
在步骤504，控制电路系统28可以将电压信号V1驱动至零伏，并且可以将临时计数变量K设置成零。在步骤506，控制电路系统28可以被配置成断言信号V1为电压电平V11（例如，参见图13中的时刻t0）。
在步骤508，存储和处理电路28可以检查K是否等于M。如果K不等于M（即，如果K小于M），则控制电路系统28可以临时降低信号V1至电压电平V12并且K可以递增1（例如，参见图13中信号V1的下降沿）。处理随后可以循环回到步骤506，如路径510所示。如果K等于M，则天线调谐过程完成，并且设备10可以处于正常操作模式以便在希望的（一个或多个）频带中发射和接收射频信号。
在需要所关注的其它操作频带的情形下（例如，设备10移动至另一地理区域），设备10可以自动断电，并且图18的步骤可以重复以根据查找表400选择性地调谐天线40，从而设备10可以在所关注的其它频带中操作。
根据一实施例，提供一种电子设备中的天线，包括：天线馈送部，该天线馈送部包括第一天线馈送端子和第二天线馈送端子；控制电路，该控制电路被配置成接收来自天线馈送部的第一控制信号，并且被配置成生成第二控制信号；以及天线调谐元件，该天线调谐元件具有耦接至第一天线馈送端子的第一端子、耦接至第二天线馈送端子的第二端子、以及被配置成接收第二控制信号的第三端子。
根据另一实施例，该天线还包括天线谐振结构，该天线谐振结构至少经由电容器而耦接至天线馈送部，其中，天线调谐元件的第一端子和第二端子分别经由相应的电感器耦接至第一天线馈送端子和第二天线馈送端子。
根据另一实施例，该控制电路包括电压调节电路，该电压调节电路被配置成接收第一控制信号并且生成对应的第一电压信号和第二电压信号。
根据另一实施例，该控制电路还包括比较器电路，该比较器电路被配置成接收第一电压信号和第二电压信号，并且该比较器电路能够操作以在第一电压信号超过第二电压信号时将其输出驱动到高，并且能够操作以在第二电压信号超过第一电压信号时将其输出驱动到低。
根据另一实施例，该控制电路还包括计数器电路，该计数器电路具有耦接至比较器电路的输出端的控制输入端，并且具有在其上提供第二控制信号的输出端；该计数器电路被配置成响应于在其控制输入端检测到转变而递增其计数；并且在该比较器电路的输出端的第二控制信号跟与该计数器电路相关联的计数成比例。
根据另一实施例，该天线调谐元件包括射频切换电路。
根据另一实施例，该天线调谐元件还包括分别耦接至所述射频切换电路的相应端口的多个电容结构。
根据另一实施例，该天线调谐元件还包括分别耦接至该射频切换电路的相应端口的多个电感结构。
根据另一实施例，该天线调谐元件包括可变电容器。
根据另一实施例，该天线包括从环形天线、倒F形天线、贴片天线、隙缝天线、平面倒F形天线和螺旋形天线组成的组中选出的天线。
根据一实施例，提供了一种使用电子设备的方法，所述电子设备具有控制电路系统、收发器电路和天线，其中，天线经由天线馈送部耦接至收发器电路，控制电路系统耦接至天线馈送部，并且天线包括至少一个天线调谐电路，所述方法包括：利用所述控制电路系统，通过经由天线馈送部向天线调谐电路提供控制信号来将天线调谐成在希望的频带中操作。
根据另一实施例，其中，经由天线馈送部向天线调谐电路提供控制信号包括：在加电重置操作期间，经由天线馈送部向天线调谐电路提供控制信号。
根据另一实施例，该方法还包括：利用所述控制电路系统，在正常操作期间经由天线馈送部向天线调谐电路提供供电信号。
根据另一实施例，该控制电路系统将控制信号来回切换预定次数，并且所述天线调谐电路包括计数器电路，该方法还包括：通过用该计数器电路对控制信号来回切换的次数进行计数来确定天线要调谐的量。
根据另一实施例，该天线调谐电路包括控制电路和可调谐元件，其中，向天线调谐电路提供控制信号包括：配置该控制电路以生成调节该可调谐元件的附加控制信号。
根据一实施例，提供了一种使用电子设备的方法，所述电子设备具有提供直流（DC）控制信号的控制电路系统、收发器电路和天线，其中，天线经由天线馈送部耦接至收发器电路，控制电路系统耦接至天线馈送部，并且天线包括至少一个天线调谐电路，所述方法包括：通过调制DC控制信号以调节天线调谐电路，来调谐天线。
根据另一实施例，其中，调制DC控制信号包括：利用所述控制电路系统在第一电压电平和第二电压电平之间改变DC控制信号。
根据另一实施例，其中，在第一电压电平和第二电压电平之间改变DC控制信号包括：利用所述控制电路系统生成具有预定数量的脉冲的DC控制信号。
根据另一实施例，该天线调谐电路包括计数器电路，并且该方法还包括：通过用该计数器电路对DC控制信号中的脉冲数量进行计数，来确定天线要调谐的量。
根据另一实施例，该电子设备被配置成在给定的射频频带中操作，并且该方法还包括：通过参考存储在所述控制电路系统中的预定查找表，基于该给定的射频频带来选择用于调制DC控制信号的调制方案。
前述仅仅是对本发明原理的例示，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以进行各种修改。前述实施例可以单独或以任何组合来实现。

Claims (21)

1.一种电子设备中的天线，包括：
天线馈送部，该天线馈送部包括第一天线馈送端子和第二天线馈送端子；
控制电路，该控制电路被配置成接收来自天线馈送部的第一控制信号，并且被配置成生成第二控制信号；以及
天线调谐元件，该天线调谐元件具有耦接至第一天线馈送端子的第一端子、耦接至第二天线馈送端子的第二端子、以及被配置成接收第二控制信号的第三端子。
2.根据权利要求1所述的天线，还包括：
天线谐振结构，该天线谐振结构至少经由电容器而耦接至天线馈送部，其中，天线调谐元件的第一端子和第二端子分别经由相应的电感器耦接至第一天线馈送端子和第二天线馈送端子。
3.根据权利要求1所述的天线，其中，所述控制电路包括电压调节电路，该电压调节电路被配置成接收第一控制信号并且生成对应的第一电压信号和第二电压信号。
4.根据权利要求3所述的天线，其中，所述控制电路还包括比较器电路，该比较器电路被配置成接收第一电压信号和第二电压信号，并且其中，该比较器电路能够操作以在第一电压信号超过第二电压信号时将其输出驱动到高，并且能够操作以在第二电压信号超过第一电压信号时将其输出驱动到低。
5.根据权利要求4所述的天线，其中，所述控制电路还包括计数器电路，该计数器电路具有耦接至比较器电路的输出端的控制输入端，并且具有在其上提供第二控制信号的输出端，其中，该计数器电路被配置成响应于在其控制输入端检测到转变而递增其计数，并且其中，在该比较器电路的输出端的第二控制信号跟与该计数器电路相关联的计数成比例。
6.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线调谐元件包括射频切换电路。
7.根据权利要求6所述的天线，其中，所述天线调谐元件还包括分别耦接至所述射频切换电路的相应端口的多个电容结构。
8.根据权利要求6所述的天线，其中，所述天线调谐元件还包括分别耦接至所述射频切换电路的相应端口的多个电感结构。
9.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线调谐元件包括可变电容器。
10.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线包括从环形天线、倒F形天线、贴片天线、隙缝天线、平面倒F形天线和螺旋形天线组成的组中选出的天线。
11.一种使用电子设备的方法，所述电子设备具有控制电路系统、收发器电路和天线，其中，天线经由天线馈送部耦接至收发器电路，控制电路系统耦接至天线馈送部，并且天线包括至少一个天线调谐电路，所述方法包括：
利用所述控制电路系统，通过经由天线馈送部向天线调谐电路提供控制信号来将天线调谐成在希望的频带中操作。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，经由天线馈送部向天线调谐电路提供控制信号包括：在加电重置操作期间，经由天线馈送部向天线调谐电路提供控制信号。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：
利用所述控制电路系统，在正常操作期间经由天线馈送部向天线调谐电路提供供电信号。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述控制电路系统将控制信号来回切换预定次数，并且其中，所述天线调谐电路包括计数器电路，所述方法还包括：
通过用该计数器电路对控制信号来回切换的次数进行计数来确定天线要调谐的量。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述天线调谐电路包括控制电路和可调谐元件，并且其中，向天线调谐电路提供控制信号包括：配置该控制电路以生成调节该可调谐元件的附加控制信号。
16.一种使用电子设备的方法，所述电子设备具有提供直流（DC）控制信号的控制电路系统、收发器电路和天线，其中，天线经由天线馈送部耦接至收发器电路，控制电路系统耦接至天线馈送部，并且天线包括至少一个天线调谐电路，所述方法包括：
通过调制DC控制信号以调节天线调谐电路，来调谐天线。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，调制DC控制信号包括：利用所述控制电路系统在第一电压电平和第二电压电平之间改变DC控制信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在第一电压电平和第二电压电平之间改变DC控制信号包括：利用所述控制电路系统生成具有预定数量的脉冲的DC控制信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述天线调谐电路包括计数器电路，所述方法还包括：
通过用该计数器电路对DC控制信号中的脉冲数量进行计数，来确定天线要调谐的量。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电子设备被配置成在给定的射频频带中操作，所述方法还包括：
通过参考存储在所述控制电路系统中的预定查找表，基于该给定的射频频带来选择用于调制DC控制信号的调制方案。
21.一种电子设备，包括根据权利要求1－10中任一项所述的天线。
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