CN104052506B - 天线调谐器控制系统和生成用于其的控制信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用状态表的天线调谐器控制系统。一种天线调谐器控制系统包括RF路径、查找表以及状态表分析部件。所述RF路径被配置成生成RF信号。所述查找表具有使天线状态与阻抗值相关的状态表。所述状态表分析部件被配置成使用所述查找表根据所述RF信号生成调谐器控制信号。

Description

天线调谐器控制系统和生成用于其的控制信号的方法

背景技术

现代通信单元/电话包括集成天线以发射和接收射频(RF)信号。设计者试图使这些集成天线变得越来越小，然而同时覆盖尽可能多的频带。小尺寸允许集成天线被用在不同类型的终端用户设备中，然而宽操作频率允许给定终端用户设备被用于不同的通信标准。

然而，这些集成天线对外部因素或使用敏感。对外部因素的这个敏感性连同能够遍及多个频带使用给定天线的事实使得难以准确地使天线的阻抗与发射机中的RF电路的阻抗相匹配。能够影响集成天线的阻抗的外部因素的一些示例包括：手是否被定位在电话(和这样的手的特定位置，如果存在的话)上、电话是否接近于用户的头，和/或任何金属对象是否接近于天线等等。来自外部因素的阻抗中的这些变化导致天线与发射机内的RF电路之间的阻抗失配。这种阻抗失配能够使由电话所辐射的功率降级并且提高电话对噪声的敏感性。从用户的观点看，阻抗失配能够最后导致通话时间的减少和/或掉话。

促进发射机中的RF电路与天线之间的阻抗匹配的一个技术是使用天线调谐器。在一个示例中，传感器被布置在电话的封装内部以检测外部因素的存在或不存在。然后所检测到的环境被与已知用例 (例如，“自由空间”、“电话上的手”、“接近于头”、“金属板”...)相比较，并且对应的预定调谐器设定基于所检测到的用例而被选取选择。

遗憾的是，这个常规方法在移动电话内部需要大量的传感器，这提高了电话的体积和成本(特别如果存在待检测的大量的可能的用例)。例如，关于“电话上的手”用例，可能需要传感器来区分“男人的手...”、“女人的手...”、“小孩的手...”，并且以进一步将这些手类型中的每一个区分为具有“干性皮肤...”、“正常皮肤”、“多汗皮肤”等。还可能需要传感器来检测移动电话的封装以及甚至其颜色，其中的一些能够经由后继市场配件来改变并且其能够影响天线的阻抗匹配。进一步地，因为用于每个用例的调谐器设定取决于频带(以及甚至频率子带)，所以常规方法对于每个新的电话听筒设计以动态方式需要用例的具体分析。必须分析并且存储这些用例中的全部需要大量的传感器、大量ROM以及处理能力。

因此，常规天线匹配方案是不足的并且需要更高效的技术。

附图说明

图1是图示了使用状态表的天线调谐器控制系统的框图。

图2是图示了示例天线调谐器电路的电路图。

图3是图示了表征通信设备/系统并且生成状态表的方法的流程图。

图4是能够被利用来使域阻抗与天线/参考状态相关的史密斯图布置的示例。

图5是图示了天线调谐器调整系统的框图。

图6是图示了生成用于天线调谐器的控制信号的方法的流程图。

具体实施方式

现将参考附图对本发明进行描述，其中相同的附图标记被用来在所有各处指代相同的元素，并且其中所图示的结构和设备未必按比例绘制。

公开了基于状态表提供自适应天线调谐器控制的系统和方法。

图1是图示了使用状态表的天线调谐器控制系统100的框图。系统100利用阻抗值以得到查找表内的各种状态以便提供天线阻抗控制。

可以在诸如手机之类的移动通信设备中利用系统100。这样的设备经受变化的使用条件，诸如“电话上的手”、“男人的手...”、“女人的手...”、“小孩的手...”、“干性皮肤...”、“正常皮肤”、“多汗皮肤”等等。这些使用条件能够改变集成天线的阻抗值。系统100能够被利用来使天线阻抗与传输路径或RF路径相匹配，这被称为阻抗匹配。

系统100包括RF路径102、定向耦合器104、天线调谐器106、状态表分析部件110以及查找表112。RF路径102生成待通过RF天线108发射的RF信号114，同时发射机经受一个或多个状态和使用条件。

定向耦合器104被耦合在RF路径102与天线调谐器106之间。定向耦合器104获得RF信号114的一小部分和/或来自天线路径108的反射信号，并且将该小部分作为耦合信号116来提供。剩余信号124被提供给天线调谐器106。

天线调谐器106接收剩余信号124并且可以将信号124提供给天线108以用于传输。天线调谐器106被配置成根据接收到的控制信号122来调整或者变更天线阻抗。控制信号122指示期望的阻抗调整，这促进阻抗匹配。在一个示例中，控制信号122是匹配阻抗值。在另一示例中，控制信号122包括用于天线调谐器106内的可调电容器的电容调整。

查找表112包括一系列条目。每个条目包括域阻抗或转换的阻抗(典型地一系列阻抗)和天线状态。条目通过测量的和转换的阻抗值(Zin) 118被参考。查找表112根据阻抗值118提供匹配天线状态120。可以用SRAM (诸如收发机的SRAM)或另一适合的存储机制实现查找表112。可以使用诸如在下面所描述的表征技术来创建条目。

查找表112能够包括基于频率的一个或多个表。每个表可以被称为状态表并且包括对于定频率或频率范围与天线状态配对的阻抗范围。例如，条目的一个表能够与中频带频率相关。多个表是基于频率响应的。

在一个示例中，查找表112具有根据选择的频率被循环（rotated）的值。以这种方式，能够省略多个表的生成。

状态表分析部件110从定向耦合器104接收耦合信号116。分析部件110使用耦合信号116来测量阻抗。所测量到的阻抗使用参考状态被转换，所述参考状态被用来生成状态表。

经转换的阻抗值118被提供给如上面所描述的查找表112。作为响应，当前天线状态120被接收。分析部件110根据天线状态120和所测量到的阻抗来估计匹配阻抗。所估计的匹配阻抗被用来生成控制信号122。在一个示例中，所估计的匹配阻抗被利用来生成用于天线调谐器106电容值。

外部部件(状态表表征部件126)使用表征技术生成查找表112。表征技术利用参考状态来生成表112。可以在移动通信设备的正常使用之前在实验室或其他环境中生成表112。在这个示例中，表征部件126是在系统100外部。

注意的是，对阻抗的调整被以与用于匹配阻抗的常规技术相比较相对简单的方式做出。状态表分析部件110仅仅访问查找表112以获得所需的状态信息。结果，不需要空中测试，反馈接收机准确性是不太重要的，并且能够标识附加的或改进的天线状态。

图2是图示了示例天线调谐器电路200的电路图。应领会的是，天线调谐器电路200仅仅是出于理解的目的所提供的一个示例并且决不限制本发明的范围。天线调谐器200包括串联布置的第一和第二电感器，其中每个电感器具有第一和第二端子。还能够像示出的那样耦合可调电容器。诸如图1的控制信号122之类的控制信号能够变更电容值以“调谐”天线调谐器200，以便使RF天线108的输入阻抗与RF路径102的输出阻抗相匹配。

图3是图示了表征通信设备/系统并且生成状态表的方法300的流程图。表征能够用硬件和/或软件加以实现。

方法300在块302处开始，其中参考状态被选择。可以根据产量（yield）选择的特性来选择参考状态。例如，对于预定义负载条件、频率和/或类似物来说，参考状态可以被选择成减轻预定义条件的插入损耗，诸如50欧姆的插入损耗。应领会的是，可能存在多于一个的参考状态并且设备也能够被表征为这些附加的参考状态。

在块304处多个负载被应用于通信设备以得到参考状态。应用负载的一个示例是执行负载牵引，其中在史密斯图中的可能阻抗在通信设备的天线调谐器的输出端处被扫频。示例负载牵引技术将扫频具有10度相位粒度的7个电压驻波比(VSWR)圆或量级。

块304针对单个参考状态被描述，然而应领会的是，能够针对其他参考状态重复该块。

在块306处针对多个负载输入阻抗被测量和存储。使用适合的技术(诸如使用矢量网络分析仪(VNA))来测量阻抗。阻抗典型地针对一个或多个负载牵引被测量。结果，对于参考状态一个或多个阻抗测量被存储。阻抗被用适合的机制存储，所述适合的机制诸如存储器设备、SRAM、软件封装等等。所测量到的阻抗是针对转换的域，其对于参考状态来说是天线调谐器加负载条件的S11。

在块308处(一个或多个)参考状态被与测量的阻抗配对。多个状态能够与单个负载牵引条件相关联。

在块310处单个或天线状态根据选择准则针对每个负载或负载牵引条件被选择。选择准则包括例如相对换能器增益(RTG)、插入损耗等等。在一个示例中，产生最高RTG的状态被选择。在另一示例中，产生最低插入损耗(最低S11)的状态被选择。

史密斯图或类似机制能够被利用来为还被称为域阻抗的每个负载选择状态。关于利用史密斯图来选择状态的附加的描述在下面被描述。

在块312处状态表或查找表被创建。状态表能够被存储在诸如SRAM之类的存储器设备中。状态表具有多个条目。每个条目包括转换的或域阻抗以及还被称为天线状态的对应状态。经转换的阻抗是基于在表征设备时使用的参考状态的。经转换的域阻抗是当设备处于参考状态时在具有反馈接收机的天线调谐器之前测量到的阻抗。经转换的域阻抗通过参考状态被传递以便解码或者获得非转换的或实际的阻抗。

方法300中的变化被设想到。例如，能够针对不同的频点重复方法300，所述不同的频点诸如频带的边缘和中间。

图4是能够被利用来使转换的域阻抗与天线/参考状态相关的史密斯图布置400的示例。该布置被作为示例提供用于说明性目的。

布置示出有5个扇区，其还可以表示天线阻抗或参考状态。扇区示出有“饼图（pie）”形状，然而应领会的是，对于扇区来说阻抗可以以其他形状出现。能够针对特定结构来预先确定或者细化扇区。附加地，还能够预定义扇区的数目。

在这里，布置400具有第一扇区401、第二扇区402、第三扇区403、第四扇区404以及第五扇区405。由每个扇区所占据的面积能够变化。一些扇区能够与其他扇区组合。例如，第二扇区402是相对小的并且可以与第一扇区401和/或第三扇区403组合以便精简状态或扇区的数目。

图5是图示了天线调谐器调整系统500的框图。系统500利用在状态表中存储的信息来高效地实现阻抗匹配。

系统500包括收发机540的一部分和天线调谐器506。收发机540接收RF信号514并且提供剩余信号524。收发机540可以包括或者是诸如图1的分析部件110之类的分析部件的一部分。天线调谐器506接收剩余信号524并且提供适于传输的输出信号538。天线调谐器506还接收控制信号536，所述控制信号536被利用来调整阻抗并且促进阻抗匹配。

收发机部分540包括定向耦合器504、反馈接收机518、天线阻抗估计器508、查找表512以及控制信号部件510。定向耦合器504获得RF信号514的一小部分。耦合器504还可以从天线调谐器506获得反馈或反射信号。耦合器504提供经耦合的或获得的信号作为耦合信号526。

查找表512包括使转换的阻抗值与天线状态相关的状态表。经转换的阻抗值是基于参考状态的，所述参考状态在状态表的生成中被利用。状态表包括具有一系列阻抗值和对应的天线状态的条目。上面提供了生成状态表的示例。

反馈接收机518测量耦合信号的阻抗(Zin)。用来测量阻抗的适合的技术被利用。阻抗(Zin)根据使用条件而变化。例如，取决于移动设备是否在用户手中或者被他们的头保持等等当前状态阻抗将具有不同的值。当前状态或使用典型地随着时间的推移而变化，因此当前状态可以从先前的状态变化。

天线阻抗估计器508接收所测量到的阻抗并且生成阻抗偏移调整534。阻抗估计器508使用参考状态来将所测量到的阻抗528转换成转换的阻抗530。天线阻抗估计器508使用经转换的阻抗530来参考查找表512。如上面所陈述的那样，查找表512包括状态表。查换表512根据经转换的阻抗530来标识匹配状态，并且返回匹配天线状态532。

阻抗估计器518使用匹配状态532和所测量到的阻抗528来生成阻抗偏移调整534。这个值表示用于天线调谐器506的阻抗中的改变，所述天线调谐器506促进天线调谐器以及收发机与传输路径之间的阻抗匹配。

控制信号部件510接收阻抗偏移调整534并且生成控制信号536。控制信号536针对匹配状态532来配置天线调谐器506。控制信号536传达改进或者促进阻抗匹配所需的信息。部件510可以使用一个或多个适合的技术来生成控制信号536。在一个示例中，控制信号536被生成来提供用于天线调谐器506的电容值。所提供的电容值产生阻抗偏移调整。

能够使用适合的接口将控制信号536提供给天线调谐器506。在一个示例中，利用射频前端控制接口(RFFE)。

系统500通过改进并且精简阻抗匹配来促进通信。应领会的是，系统500中的变化被设想到。

图6是图示了生成用于天线调谐器的控制信号的方法600的流程图。控制信号能够被天线调谐器用来调谐天线并且促进使阻抗与收发机的传输路径相匹配。上述系统及其变化能够被参考来促进理解。

方法600在块602处开始，其中状态表通过使用参考状态来表征设备而被生成。设备能够包括移动设备、通信设备等等。表通过模拟或者使设备经受变化的使用条件被离线创建。阻抗被测量并且许多或多个天线状态被开发。阻抗被与天线状态相关或者配对并且形成状态表。上面所描述的方法300图示了用来生成状态表的适合的技术。

注意的是，一旦生成了状态表，就不需要在设备的使用期间再创建它。

在块604处RF信号被接收。RF信号通过诸如上面所描述的路径之类的RF传输路径来生成。RF信号典型地包括待发射的信息。

在块606处RF信号的阻抗测量被获得。阻抗测量典型地表示RF传输路径的当前条件。测量可以通过从RF信号获得耦合信号并且利用反馈接收机来测量阻抗来获得。耦合信号还能够包括反射的传输信号。

在块608处所测量到的阻抗使用参考状态被转换以获得转换的阻抗。参考状态是在块602处表征设备时使用的状态。

在块610处经转换的阻抗被用来获得RF传输路径的当前状态或匹配状态。状态表与经转换的阻抗一起被参考来获得匹配天线状态。上面描述了状态表的生成。

在一个变化中，所测量到的阻抗被与先前测量到的阻抗相比较。如果比较是相对小的，则相邻状态能够被应用于天线调谐器。

在块612处匹配天线状态被利用来配置天线调谐器。天线调谐器使用适合的机制来配置。在一个示例中，天线调谐器通过使用匹配状态来开发阻抗偏移量而被配置。电容值或改变是根据阻抗偏移量计算的。电容值然后被作为配置或控制信号提供给天线调谐器。

虽然本文中所提供的方法被图示并且描述为一系列动作或事件，但是本公开不受所图示的这样的动作或事件的排序限制。例如，一些动作可以以不同的顺序和/或与除本文中所图示和/或所描述的那些以外的其他动作或事件同时发生。此外，并非所有图示的动作都是需要的，并且波形形状仅仅是说明性的而且其他波形可以从所图示的那些显著地变化。进一步地，可以在一个或多个单独的动作或阶段中执行本文中所描绘的动作中的一个或多个。

注意的是，所要求保护的主题可以被实现为使用标准编程和/或工程技术来产生软件、固件、硬件或其任何组合以控制计算机实现所公开的主题的方法、装置或制品(例如，上面所示出的系统是可以被用来实现公开的方法和/或其变化的电路的非限制性示例)。如本文所用的术语“制品”旨在包含从任何计算机可读设备、载体或媒体可访问的计算机程序。本领域的技术人员将认识到，在不背离所公开的主题的范围或精神的情况下可以对这个配置做出许多修改。

天线调谐器控制系统包括RF路径、查找表以及状态表分析部件。RF路径被配置成生成RF信号。查找表具有使天线状态与阻抗值相关的状态表。状态表分析部件被配置成使用查找表从RF信号生成调谐器控制信号。

天线调谐器系统包括定向耦合器、反馈接收机、查找表以及天线阻抗估计器。定向耦合器被配置成接收RF信号并且配置成生成耦合信号。定向耦合器传递来自RF信号的剩余信号。反馈接收机被配置成测量耦合信号的阻抗或根据耦合信号测量阻抗。查找表被配置成响应于输入阻抗来提供匹配天线状态。天线阻抗估计器被配置成根据所测量的阻抗和匹配天线状态来生成阻抗偏移量。控制信号部件被配置成响应于阻抗偏移量来生成控制信号。控制信号能够被提供给天线调谐器以促进阻抗匹配。

公开了生成用于天线调谐器的控制信号的方法。RF信号的阻抗被测量。匹配天线调谐器状态通过用所测量到的阻抗参考状态表来获得。天线调谐器使用匹配天线调谐器状态加以配置。

尽管已经相对于一个或多个实施方式图示并且描述了本发明，但是在不背离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以对所图示的示例做出改编和/或修改。例如，尽管本文中所描述的传输电路/系统可能已被图示为发射机电路，但是本领域的普通技术人员将领会的是，本文中所提供的本发明也可以被应用于收发机电路。此外，特别地关于由上面描述的部件或结构(组件、设备、电路、系统等)所执行的各种功能，除非以其他方式指示，否则用来描述这样的部件的术语(包括对“手段”的参考)旨在对应于执行所描述的部件(例如，其是功能上等同的)的规定功能的任何部件或结构，即使不在结构上等同于所公开的执行本文中图示的本发明的示例性实施方式中的功能的结构。此外，虽然可能已经相对于数个实施方式中的仅一个公开了本发明的特定特征，但是可以将这样的特征与如对于任何给定应用或特定应用可能是期望的和有利的其他实施方式的一个或多个其他特征相结合。此外，就术语“包括有”、“包括”、“具有”、“有”、“带有”或其变体被用在具体实施方式或权利要求中来说，这样的术语旨在以类似于术语“含有”的方式为包括的。

Claims (21)

1.一种天线调谐器控制系统，其包括：

RF路径，其被配置成生成RF信号；

查找表，其具有使多个天线状态与阻抗值相关的状态表；以及

状态表分析部件，其被配置成测量RF信号的阻抗，基于测量的阻抗参考查找表，获得多个天线状态的一个天线状态，响应于从查找表获得天线状态由天线状态和测量的阻抗估计匹配阻抗以及基于匹配阻抗生成调谐器控制信号。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括具有根据使用条件变化的阻抗的天线路径。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述使用条件包括手到移动设备的接近。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述状态表分析部件被配置成使用所述RF信号的耦合版本来测量所述RF信号的阻抗。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述状态表分析部件获得天线路径的测量到的阻抗并且利用所述测量到的阻抗和参考状态来从所述状态表标识匹配状态。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述调谐控制信号包括电容值。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述调谐器控制信号对应于阻抗偏移量。

8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括被配置成接收所述调谐器控制信号的天线调谐器。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述天线调谐器根据所述调谐器控制信号将天线阻抗调整以匹配所述RF部件的阻抗。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述状态表对应于第一频率。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述查找表包括与第二频率相对应的第二状态表，其中所述第二频率不同于所述第一频率。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述分析部件包括反馈接收机和定向耦合器，其中所述耦合器从所述RF信号获得耦合信号并且所述反馈接收机被配置成根据所述耦合信号来测量阻抗。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述耦合信号包括来自天线路径的反射信号。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述状态表包括条目，其中每个条目包括天线状态和对应范围的阻抗值。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述阻抗值是转换的阻抗值，并且所述状态表分析部件使用参考状态来将所述阻抗值转换成实际的阻抗值。

16.一种天线调谐器系统，其包括：

定向耦合器，其被配置成生成耦合信号；

反馈接收机，其被配置成根据所述耦合信号来测量阻抗；

查找表，其具有多个天线状态，被配置基于测量的阻抗提供来自多个天线状态的一个天线状态；

天线阻抗估计器，其被配置成使用所测量到的阻抗和参考状态从所述查找表获得所述天线状态，响应于获得天线状态，由天线状态和测量的阻抗估计匹配阻抗以及由测量的阻抗和匹配天线状态生成阻抗偏移量，其中阻抗偏移量是用于天线调谐器的阻抗变化以提供在天线调谐器和传输路径之间的阻抗匹配；以及

控制信号部件，其被配置成响应于所述阻抗偏移量来生成控制信号。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述定向耦合器被进一步配置成使用反射信号和RF信号来生成所述耦合信号。

18.根据权利要求16所述的系统，进一步包括被配置成从所述定向耦合器接收剩余信号和所述控制信号的天线调谐器，并且所述天线调谐器被配置成生成与所述匹配天线状态相对应的输出信号。

19.一种生成用于天线调谐器的控制信号的方法，所述方法包括：

测量信号的阻抗；

使用参考状态来转换所测量到的阻抗到经转换的阻抗；

参考状态表，具有与经转换的阻抗相关的多个天线状态来获得天线状态；

由测量的阻抗和匹配天线状态生成阻抗偏移量；

响应于获得天线状态，由天线状态和测量的阻抗估计匹配阻抗；以及

使用所述天线调谐器阻抗偏移量来配置天线调谐器以提供与传输路径的阻抗匹配。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步通过表征设备来生成所述状态表。

21.根据权利要求20所述的方法，其中表征所述设备包括：

针对参考状态应用多个负载牵引；

针对所述多个负载牵引测量阻抗值；

使天线状态与所测量到的阻抗值配对；以及

使用所述配对来创建所述状态表。