CN104779966A - 无线通信装置 - Google Patents

Abstract

一种无线通信装置。该无线通信装置包括：一天线，该天线用来接收一接收信号，其中该天线的一辐射部的一输入阻抗呈电感性集中；一可调式匹配电路，该可调式匹配电路耦接于该天线，用来根据一控制信号，调整该天线的匹配；以及一射频处理电路，该射频处理电路耦接于该可调式匹配电路，用来根据该接收信号对应的一接收频段以及一发射频段，判断是否调整该天线的匹配，以产生该控制信号至该可调式匹配电路；其中，该可调式匹配电路调整该天线的匹配，以最佳化该天线在该接收频段以及该发射频段的匹配。本发明可使天线匹配保持在最佳化状态，从而可达到兼顾天线与产品机壳的整合性、天线的带宽需求以及无线通信质量的目的。

Description

无线通信装置

技术领域

本发明涉及一种无线通信装置，尤指一种可适时调整天线匹配，使天线的匹配保持在最佳化状态的无线通信装置。

背景技术

天线用来发射或接收无线电波，以传递或交换无线电信号。一般具有无线通信功能的电子产品，如笔记本型计算机、个人数字助理（Personal Digital Assistant）等，通常通过内建的天线来访问无线网络。而随着无线通信技术的演进，不同无线通信系统的工作频率可能不同，因此，理想的天线应能以单个天线涵盖不同无线通信网络所需的频带。此外，配合便携式无线通信装置体积缩小的趋势，除了宽带需求外，而天线尺寸则应尽量减小，以将天线整合入便携式无线通信装置中。

现今大部分便携式无线通信装置为兼顾美观、耐用性等，常使用金属壳体或结构件，因此当天线整合入便携式无线通信装置时，往往会遭遇天线效率降低或不稳定的问题。在此情形下，天线设计者除了需面对宽带需求的挑战外，尚需考虑与产品机壳的整合性，因此在天线开发上就存在着一定的难度。

此外，由于无线通信装置的普及，使用者对于无线通信质量的要求也越来越高，因此，如何在空间限制条件下，设计具有宽带特性的宽带天线，以及确保无线通信质量，已成为业界所努力的目标之一。

从而，需要提供一种无线通信装置来满足上述需求。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种无线通信装置，用来适时调整天线匹配，使天线的匹配保持在最佳化状态，以确保无线通信质量。

本发明公开一种无线通信装置，该无线通信装置包含：一天线，该天线用来接收一接收信号，其中该天线的一辐射部的一输入阻抗呈电感性集中（inductive centralized）；一可调式匹配电路，该可调式匹配电路耦接于该天线，用来根据一控制信号，调整该天线的匹配；以及一射频处理电路，该射频处理电路耦接于该可调式匹配电路，用来根据该接收信号对应的一接收频段以及一发射频段，判断是否调整该天线的匹配，以产生该控制信号至该可调式匹配电路；其中，该可调式匹配电路调整该天线的匹配，以最佳化该天线在该接收频段以及该发射频段的匹配。

本发明可随时检测来自基站的接收信号，判断天线目前的匹配是否为最佳化状态，以动态地调整天线匹配，来达到天线匹配保持在最佳化状态的目的，同时设计者可在特定空间限制条件下，依照开发流程将天线整合入无线通信装置的机壳内部，再搭配可调式匹配电路动态调整天线的匹配，以确保天线匹配保持在最佳化状态，如此一来，即可达到兼顾天线与产品机壳的整合性、天线的带宽需求以及无线通信质量的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的一无线通信装置的示意图。

图2为本发明实施例的图1的匹配单元的示意图。

图3为本发明实施例的另一可调式匹配电路的示意图。

图4为本发明实施例的图1的天线的外观示意图。

图5及图6分别为图1的天线本体的史密斯图以及电压驻波比示意图。

图7为图1的天线耦接于可调式匹配电路时的电压驻波比示意图。

主要组件符号说明：

10                    无线通信装置

11、31                可调式匹配电路

13                    射频处理电路

110、112、114         匹配单元

111                   控制单元

130                   射频处理单元

131                   储存单元

132                   中央处理器

ANT                   天线

RX_sig                接收信号

TX_sig                发射信号

CTRL_sig              控制信号

ADJ_sig               调整信号

MTH_info              匹配信息

RAD                   辐射部

GND                   接地部

C1、C2                电容

L1、L2                电感

Z1、Z2、Z3、Z4        无源组件

20                    低频调整单元

22              高频调整单元

具体实施方式

请参考图1，其为本发明实施例的一无线通信装置10的示意图。无线通信装置10可以是具有无线通信功能的移动装置，如移动电话、平板计算机以及笔记本型计算机等。无线通信装置10包含有一天线ANT、一可调式匹配电路11以及一射频处理电路13。天线ANT用来接收一接收信号RX_sig。可调式匹配电路11耦接于天线ANT，用来根据一控制信号CTRL_sig，调整天线ANT的匹配。射频处理电路13耦接于可调式匹配电路11，用来根据接收信号RX_sig对应的一接收频段以及一发射频段，判断是否调整天线ANT的匹配，以产生控制信号CTRL_sig至可调式匹配电路11。

可调式匹配电路11包含有匹配单元110以及控制单元111。匹配单元110耦接于天线ANT及射频处理电路13之间，用来匹配天线ANT。控制单元111耦接于射频处理电路13及匹配单元110，用来根据控制信号CTRL_sig，输出一调整信号ADJ_sig至匹配单元110，以控制匹配单元110的运作。

射频处理电路13包含一射频处理单元130、一储存单元131以及一中央处理器132。射频处理单元130用来处理接收信号RX_sig，以供中央处理器132读取接收信号RX_sig所夹带的数据。储存单元131用来储存一匹配信息MTH_info。中央处理器132耦接于射频处理单元130以及储存单元131，用来根据接收信号RX_sig对应的接收/发射频段，判断天线ANT目前的匹配情形是否为最佳化状态，据以决定是否调整天线ANT的匹配。若天线ANT的匹配不是最佳化状态，则中央处理器132由储存单元131读取匹配信息MTH_info，据以产生控制信号CTRL_sig至控制单元111。除此之外，射频处理电路13还用来根据中央处理器132输出的数据，产生发射信号TX_sig至天线ANT，使天线ANT发射发射信号TX_sig，以实现无线通信装置10与基站之间的无线通信。

在操作上，当使用者启动无线通信装置10的无线通信功能时，无线通信装置10首先通过天线ANT接收环境中的基站所发出的接收信号RX_sig，接着通过射频处理单元130解调接收信号RX_sig，以得知接收信号RX_sig的载波频率、对应的无线通信技术或基站回报的量测值，例如接收信号强度（Received Signal Strength Indication，RSSI），并将上述信息传送至中央处理器132。中央处理器132据以判断是否调整天线ANT的匹配。当需要调整匹配时，中央处理器132根据接收信号RX_sig对应的无线通信技术及接收/发射频段，由储存单元131读取相应的匹配信息MTH_info，据以产生控制信号CTRL_sig至控制单元111。控制单元111则根据控制信号CTRL_sig，产生调整信号ADJ_sig至匹配单元110，以调整天线ANT的匹配。

在上述操作机制下，不限于无线通信装置10开启其无线通信功能之际，在无线通信装置10移动的过程中，亦可随时检测来自其他基站的接收信号，判断天线目前的匹配是否为最佳化状态，以动态地调整天线的匹配，来达到天线的匹配保持在最佳化状态的目的。如此一来，可调式匹配电路可等效扩大天线的带宽，也可使天线效能保持在最佳化状态，以确保无线通信质量。本领域的普通技术人员应当可据此修饰及变化，而不限于此。

举例来说，请参考图2，其为本发明实施例的匹配单元110的示意图。匹配单元110包含电容C1、C2以及电感L1、L2。匹配单元110的架构如图2所示。电容C1以及电感L2可构成一滤波器或一低频调整单元20，可调式匹配电路11可调整电容C1的电容值以及电感L2的电感值中两者或其中之一，以调整天线ANT在低频频段的匹配。另一方面，电容C2以及电感L1可构成另一滤波器或一高频调整单元22，可调式匹配电路11可调整电容C2的电容值以及电感L1的电感值中两者或其中之一，以调整天线ANT在高频频段的匹配。

另一方面，匹配信息MTH_info可包含天线ANT在不同无线通信系统SYS以及对应工作频段中，电容C1、C2及电感L1、L2所对应的电容值及电感值。较佳地，电容C1、C2及电感L1、L2为电调式元件，因此匹配单元110可根据调整信号ADJ_sig，调整其电容电感值。其中，电容C1、C2的可调整电容值范围介于0.2～15微微法拉（picofarad，pF），而电感L1、L2的可调整电感值范围介于1～33毫微亨（nanohenry，nH）。

除此之外，匹配单元110亦可搭配具有固定输入阻抗的固定式匹配单元，以提升可调式匹配电路调整天线匹配的灵活度以及精确度。请参考图3，其为本发明实施例的另一可调式匹配电路31的示意图。可调式匹配电路31包含有匹配单元110、112、114以及控制单元111（未绘于图3）。匹配单元112耦接于天线ANT与匹配单元110之间，包含具有固定电气参数或特征阻抗的无源组件Z1、Z2。匹配114单元耦接于匹配单元110与射频处理电路13之间，包含具有固定电气参数或特征阻抗的无源组件Z3、Z4。其中，匹配单元112、114较佳地为一L形匹配电路，然而不限于此，匹配单元112、114亦可为任何类型的匹配电路，例如单个无源组件、T形匹配电路或π形匹配电路等。当然，匹配单元的配置无所限制，设计者可视情况，仅使用可调整的匹配单元110，亦可采用单个或多个具有固定输入阻抗的匹配单元112、114来搭配可调整的匹配单元110，以符合实际需求。

请参考图4，其为本发明实施例的天线ANT的外观示意图。天线ANT包含一辐射部RAD以及一接地部GND。接地部GND耦接于辐射部RAD，辐射部RAD用来由空中感应接收信号RX_sig以及将发射信号TX_sig辐射至空中。

请注意，当天线整合入无线通信装置10的机壳（未绘于图4）内部时，由于机壳内部往往存在电路板、显示面板、传输线或金属机构件等导电组件，使得天线的辐射部与上述导电组件之间容易发生耦合效应，进而在两者之间产生寄生电容。在寄生电容越大的情况下，利用可调式匹配电路来调整天线匹配的困难度将大幅提升，因为当寄生电容的电容值远大于可调式匹配电路的调整范围时，可调式匹配电路将难以对天线匹配产生有效变动。反之，在寄生电容越小的情况下，可调式匹配电路调整天线匹配则相对有效以及容易许多。

另一方面，根据倒F天线（Inverted-F Antenna，IFA）或平面倒F天线（Planar Inverted-FAntenna，PIFA）的馈入点与接地点的距离，其产生的耦合共振模态可分为次耦合（under-coupled）、临界耦合（critical-coupled）和过耦合（over-coupled）。其中，耦合共振模态为次耦合的天线具有电感性集中的输入阻抗，表示其寄生电容较小，因此通过可调式匹配电路调整天线匹配也相对有效以及容易。

据此，天线ANT较佳地为一倒F天线或一平面倒F天线，同时，当天线ANT整合入无线通信装置10的机壳内部时，在天线ANT没有耦接于可调式匹配电路11的情况下，辐射部RAD的输入阻抗较佳地呈现电感性集中，以使可调式匹配电路11调整天线匹配的效果较佳。

在实际操作中，以实现用于长期演进（Long Term Evolution，LTE）通信系统的天线及无线通信装置为例，请参考图5及图6，其分别为天线本体的史密斯图（Smith Chart）以及电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR）图。设计者将倒F天线或平面倒F天线设置于机壳内部时，可先将天线本体（即辐射部RAD）的输入阻抗调整至电感性集中，图5所示的量测波形完全落在史密斯图的上半部，因此可知天线本体在此时的输入阻抗不包含电容性成分并呈现电感性集中。如图6所示，设计者同时根据长期演进通信系统的工作频段（704～960MHz、1710～2700MHz），将电压驻波比的最低值调整至大约为工作频段的中心频率附近（约2GHz）。接着，设计者可将天线ANT耦接至可调式匹配电路11或31，以着手设计匹配单元110、112及114的电路架构以及电气参数值。较佳地，设计者可优先设计具有固定电气参数的固定式匹配单元112、114，以将天线匹配优化至适合可调式匹配单元110的匹配模态，再针对特定工作频段或带宽需求，通过可调式匹配单元110进行天线匹配的微调动作，使天线匹配得以保持在最佳化状态，如此即可设计出适用于长期演进通信系统的天线及无线通信装置。

请参考图7，其为天线ANT搭配可调式匹配电路31时的电压驻波图。如图7所示，在长期演进通信系统的工作频段范围内，天线ANT的电压驻波比大致低于或落在3附近，表示天线ANT可收发在长期演进通信系统的工作频段范围内的无线信号，以支持长期演进通信系统。

因此，本发明可进一步归纳出一套开发流程，以将可调式天线实现于不同类型或型号的无线通信装置。开发流程可包含下列步骤：

（1）将天线本体设置于机壳内部并调整天线本体，使其对应在工作频段的中心频率（或中心频率附近）的输入阻抗呈现电感性集中。

（2）将可调式匹配单元耦接至天线本体，以及设定可调式匹配单元的原始电气参数以及调整范围，让天线本体最后的等效输入阻抗及电压驻波比等天线特性随着可调式匹配单元的运作而变化。

值得注意的是，设计者执行步骤（1）之后，并在执行步骤（2）之前，可将固定式匹配单元耦接至天线本体，以及设计固定式匹配单元的电路架构及电气参数，让天线本体在此时的等效输入阻抗及电压驻波比等天线特性大致符合工作频段。因此设计者在进行步骤（2）时，可针对部分工作频段的天线特性进行微调，以提升可调式匹配电路调整天线匹配的灵活度以及精确度。

此外，请回到图4，辐射部RAD的体积可大致上小于等于55*10*7立方毫米，而接地部GND的面积可大致上小于等于55*80平方毫米。设计者可在此空间限制条件下，依照上述开发流程，将天线整合入无线通信装置的机壳内部，再搭配可调式匹配电路动态调整天线的匹配，以确保天线匹配保持在最佳化状态。如此一来，即可达到兼顾天线与产品机壳的整合性、天线的带宽需求以及无线通信质量的目的。

总而言之，本发明的无线通信装置可随时检测来自基站的接收信号，判断天线目前的匹配是否为最佳化状态，以动态地调整天线匹配，来达到天线匹配保持在最佳化状态的目的。同时在实际操作中，本发明归纳出一套开发流程，设计者可在特定空间限制条件下，依照开发流程将天线整合入无线通信装置的机壳内部，再搭配可调式匹配电路动态调整天线的匹配，以确保天线匹配保持在最佳化状态。如此一来，即可达到兼顾天线与产品机壳的整合性、天线的带宽需求以及无线通信质量的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种无线通信装置，该无线通信装置包括：

一天线，该天线用来接收一接收信号，其中该天线的一辐射部的一输入阻抗呈电感性集中；

一可调式匹配电路，该可调式匹配电路耦接于该天线，用来根据一控制信号，调整该天线的匹配；以及

一射频处理电路，该射频处理电路耦接于该可调式匹配电路，用来根据该接收信号对应的一接收频段以及一发射频段，判断是否调整该天线的匹配，以产生该控制信号至该可调式匹配电路；

其中，该可调式匹配电路调整该天线的匹配，以最佳化该天线在该接收频段以及该发射频段的匹配。

2.如权利要求1所述的无线通信装置，其中该可调式匹配电路包括：

一第一匹配单元，该第一匹配单元耦接于该天线及该射频处理电路之间，用来匹配该天线；以及

一控制单元，该控制单元耦接于该射频处理电路及该第一匹配单元，用来根据该控制信号，输出一调整信号至该第一匹配单元，以调整该天线的匹配。

3.如权利要求2所述的无线通信装置，其中该可调式匹配电路还包括：

一第二匹配单元，该第二匹配单元耦接于该天线及该第一匹配单元之间；以及

一第三匹配单元，该第三匹配单元耦接于该第一匹配单元及该射频处理电路之间；

其中，该第二、第三匹配单元为一L形匹配电路，且具有一固定输入阻抗。

4.如权利要求1所述的无线通信装置，其中该射频处理电路包括：

一射频处理单元，该射频处理单元用来处理该接收信号，以及产生该发射信号；

一储存单元，该储存单元用来储存一匹配信息；以及

一中央处理器，该中央处理器耦接于该射频处理单元以及该储存单元，用来根据该接收频段以及该发射频段，读取该匹配信息，以产生该控制信号，以及使该射频处理单元产生该发射信号至该天线。

5.如权利要求1所述的无线通信装置，其中该天线为一平面倒F天线或一倒F天线。

6.如权利要求1所述的无线通信装置，其中该天线包括：

该辐射部，该辐射部用来接收该接收信号以及发射该发射信号，其中该辐射部的一体积大致小于等于55*10*7立方毫米；以及

一接地部，该接地部耦接于该辐射部，其中该接地部的一面积大致小于等于55*80平方毫米。