CN104954039B - 天线的阻抗匹配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种天线的阻抗匹配方法及系统。本发明中，终端在同一测量子帧中，先分别获取N种不同天线状态的上行信号的反射功率；再选择最小的反射功率所对应的天线状态为天线的工作状态。本发明实施方式相对于现有技术而言，通过在同一测量子帧内，测量天线在不同状态下上行信号的反射功率，判断射频电路与天线之间的阻抗匹配度，并以此为依据调整天线的阻抗，选出最小的反射功率，将该最小的反射功率所对应的天线状态作为天线的工作状态，可以提升天线的性能。

Description

天线的阻抗匹配方法及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种基于移动终端的天线的阻抗匹配方法及系统。

背景技术

在移动终端中，常常需要用天线来接收和发射信号，而在天线接收信号的过程中，天线与射频电路之间的阻抗是否匹配将直接影响天线收发信号的性能。

一般来说，终端中都会设有天线匹配电路，通过对天线进行阻抗匹配，来保证天线接收信号的能力。但是当终端的天线与其他物体(如人类皮肤)接触或靠近时，天线的阻抗就会改变，从而破坏了天线的阻抗匹配度，影响了天线接收信号的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天线的阻抗匹配方法及系统，通过测量天线上行信号的反射功率，判断射频电路与天线之间的阻抗匹配度，并以此为依据调整天线的阻抗，从而提升天线的性能。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种天线的阻抗匹配方法，包含以下步骤：

在同一测量子帧中，分别获取N种不同天线状态的上行信号的反射功率；所述N为大于或等于2的自然数；

选择最小的反射功率所对应的天线状态为天线的工作状态。

本发明的实施方式还提供了一种天线的阻抗匹配系统，包含：定向耦合器、功率检测模块及处理器；

所述定向耦合器用于将同一测量子帧中，N种不同天线状态的上行信号的反射信号耦合到功率检测模块中；所述N为大于或等于2的自然数；

所述功率检测模块用于分别获取N种不同天线状态的上行信号的反射功率，并发送给所述处理器；

所述处理器用于选择最小的反射功率所对应的天线状态为天线的工作状态。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过设置定向耦合器将上行信号的反射信号耦合到功率检测模块中，并利用功率检测模块计算上行信号的反射功率，由于在同一测量子帧内，射频电路的发射功率保持不变，而当射频电路的发射功率恒定时，射频电路与天线之间的阻抗匹配程度越高，上行信号的反射功率就越低，因此，处理器可根据功率检测模块的计算结果，选出最小的反射功率，再通过调整天线的阻抗，将该最小的反射功率所对应的天线状态，作为天线的工作状态，从而保证天线的性能。

进一步地，所述测量子帧包括：第一测量时隙及第二测量时隙；且在第一测量时隙及第二测量时隙中，天线的状态不同；

在分别获取N种不同天线状态的上行信号的反射功率的步骤中，

分别获取第一测量时隙及第二测量时隙中上行信号的反射功率。终端可通过分别获取第一测量时隙及第二测量时隙中上行信号的反射功率，来判断哪个测量时隙所对应的天线状态更好。

进一步地，通过以下方式设置测量子帧：

将无线帧以预设的无线帧的帧数间隔标记为测量帧，并在所述测量帧中选取一个用于发送上行信号的子帧，作为测量子帧。将无线帧以预设的无线帧的帧数间隔标记为测量帧，使得终端可以周期性对射频电路与天线之间的阻抗匹配度进行检测，有利于保证天线的性能。

进一步地，在所述测量帧中选取一个用于发送上行信号的子帧，作为测量子帧的步骤中，

将测量帧中总是用于发送上行信号的子帧，作为测量子帧。一方面，由于在时分双工(Time Division Duplexing，简称“TDD”)模式的移动通信系统中，上行和下行的频率是一致的，对于移动终端的天线来说，上行和下行的特性也是一致的，因此，本实施方式可通过只检测终端天线对上行信号的匹配程度，来判断射频电路与天线之间的阻抗匹配度。

进一步地，所述测量帧之间间隔的无线帧的帧数在50至500之间。由于每个无线帧的长度只有10ms，为了避免过于频繁地检测而增加终端的负担，影响终端的工作效率，本实施方式可以每隔几十到几百个无线帧的时长检测一次天线。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的天线的阻抗匹配方法的流程图；

图2是根据本发明第一实施方式的无线帧的结构示意图；

图3是根据本发明第三实施方式的终端的结构示意图；

图4是根据本发明第三实施方式的一种开关电路的结构示意图；

图5是根据本发明第三实施方式的另一种开关电路的结构示意图；

图6是根据本发明第四实施方式的终端的结构示意图；

图7是根据本发明第四实施方式的天线的结构示意图；

图8是根据本发明第四实施方式的将天线长度控制部连接在高频段的结构示意图；

图9是根据本发明第四实施方式的在天线本体上连接多个天线长度控制部的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种天线的阻抗匹配方法。该方法的主要思想是通过计算天线上行信号的反射功率，来判断射频电路与天线之间的阻抗匹配度，并根据判断结果调整天线的阻抗，从而达到保证天线性能的目的。具体流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤101：终端在天线工作时，判断当前的无线帧是否标记为测量帧。

时分双工(Time Division Duplexing，简称“TDD”)模式的移动通信系统，采用无线帧结构，每个无线帧的长度是10ms，由两个长度为5ms的半帧组成，每个半帧又由5个长度为1ms的子帧组成(如图2所示)，其中，每个半帧由4个普通的子帧(如前半帧中的子帧0、子帧2、子帧3及子帧4)及1个特殊子帧(如前半帧中的子帧1)组成。

在本实施方式中，终端会预先将无线帧以预设的无线帧的帧数间隔标记为测量帧，由于每个无线帧的长度只有10ms，为了避免过于频繁地检测而增加终端的负担，影响终端的工作效率，本实施方式可将两个测量帧之间间隔的无线帧的帧数设置在50至500之间，如该间隔的无线帧的帧数为100，也就是说终端会每隔100个无线帧，即将一个无线帧标记来测量帧。

在本步骤中，若终端判定当前的无线帧已被标记为测量帧，则进入步骤102。

步骤102：终端在测量帧的同一测量子帧中，分别获取N种不同天线状态的上行信号的反射功率，其中，N为大于或等于2的自然数。

由于在同一子帧内，射频电路的发射功率保持不变，而当射频电路的发射功率恒定时，上行信号的反射功率只与射频电路与天线之间的阻抗匹配度有关，射频电路与天线之间的阻抗匹配程度越高，上行信号的反射功率就越低，因此，终端可在同一子帧内，通过测量天线在不同状态下上行信号的反射功率，来判断天线在何种状态下，射频电路与天线之间的阻抗匹配度更高。

需要说明的是，由于在本实施方式中，要根据上行信号的反射功率，来判断射频电路与天线之间的阻抗匹配度，因此，终端会预先在测量帧中选取一个用于发送上行信号的子帧作为测量子帧，由于在TDD模式的移动通信系统中，无线帧中的某些子帧(如子帧2)总是用于发送上行信号，因此，本实施方式可将该总是用于发送上行信号的子帧作为测量子帧。

举例来说，测量子帧可包括两个测量时隙，即第一测量时隙及第二测量时隙，每个测量时隙的时长为0.5ms，且每个测量时隙所对应的天线的状态不同，如在第一测量时隙时，天线以状态A发送上行信号，当进入到第二测量时隙时，则切换天线的状态，让天线以状态B发送上行信号，其中，不同的天线状态所对应的天线的阻抗不同，终端可通过分别获取第一测量时隙及第二测量时隙中上行信号的反射功率，来判断哪个测量时隙所对应的天线状态更好(即射频电路与天线之间的阻抗匹配度更高)。

值得一提的是，本实施方式是以测量子帧包括两个测量时隙，每个测量时隙对应一种天线状态为例进行说明的，在实际应用中，也可以根据实际情况，在同一测量子帧内，增加天线状态的数量(即令N大于2)，从而获取更多天线状态下上行信号的反射功率，如将同一测量子帧分为3个测量时隙，每个测量时隙对应一种天线状态，此时，每个测量时隙的时长约为0.3ms，终端可通过分别获取3个测量时隙中上行信号的反射功率，来判断哪个测量时隙所对应的天线状态更好。不难发现，同一测量子帧中，天线的状态越多(即N越大)，用于测量每种天线状态所对应的上行信号的反射功率的时间就越短，为了不影响测量的准确度，本实施方式中，N以不大于4为宜。另外，天线的状态越多，终端中配置的天线匹配电路就越复杂，也会增加损耗。

在本步骤中，获取到不同天线状态下，上行信号的反射功率后，则进入步骤103。

步骤103：终端选择最小的反射功率所对应的天线状态为天线的工作状态。

如上文所述：在射频电路的发射功率恒定时，上行信号的反射功率只与射频电路与天线之间的阻抗匹配度有关，而一般来说，当射频电路的发射功率恒定时，射频电路与天线之间的阻抗匹配程度越高，上行信号的反射功率就越低，因此，当在同一个测量子帧中，以不同的天线状态发送上行信号时，上行信号的反射功率最小的天线状态，所对应的射频电路与天线之间的阻抗匹配度最高，天线的收发信号的能力最强。此时，终端可通过调整天线的阻抗，将该最小的反射功率所对应的天线状态，作为天线的工作状态，从而保证天线的性能。

举例来说，在本实施方式中，终端可通过调整天线匹配电路中接入电路的匹配器件，而改变天线的阻抗。

相对于现有技术而言，本发明的发明人发现，在TDD模式的移动通信系统中，上行和下行的频率是一致的，对于移动终端的天线来说，上行和下行的特性也是一致的，基于此可知，可通过只检测终端天线对上行信号(其测量结果同样适用于下行信号)或下行信号(其测量结果同样适用于上行信号)的匹配程度，来判断射频电路与天线之间的阻抗匹配度，并根据判断结果，调整天线的阻抗，从而保证天线的性能。不难发现，本实用方式是以检测终端天线对上行信号的匹配程度为例，对终端如何判断射频电路与天线之间的阻抗匹配度，以及如何根据判断结果对天线的阻抗进行调整的过程进行说明的。

在通过检测终端天线对上行信号的匹配程度的过程中，本实施方式在同一测量子帧，通过计算天线在不同状态下上行信号的反射功率，设选出最小的反射功率，再通过调整天线的阻抗，将该最小的反射功率所对应的天线状态，作为天线的工作状态，从而保证天线的性能。

本发明的第二实施方式涉及一种天线的阻抗匹配方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，终端通过调整天线匹配电路中接入电路的匹配器件，而改变天线的阻抗。而在本发明第二实施方式中，终端可通过控制天线接入电路中的长度，调整天线的阻抗。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第三实施方式涉及一种天线的阻抗匹配系统，包含：定向耦合器、功率检测模块及处理器；其中，

定向耦合器用于将同一测量子帧中，N种不同天线状态的上行信号耦合到功率检测模块中；N为大于或等于2的自然数；

功率检测模块用于分别获取N种不同天线状态的上行信号的反射功率，并发送给所述处理器；

处理器用于根据获取到的上行信号的反射功率，选择最小的反射功率所对应的天线状态为天线的工作状态。

本实施方式以N等于2为例进行说明，即该阻抗匹配系统在同一测量子帧中，通过测量2种不同天线状态的上行信号的反射功率，来判断天线在不同的状态下，射频电路与天线之间的阻抗匹配度，并根据判断结果，通过调整天线的阻抗，将该较小的反射功率所对应的天线状态，作为天线的工作状态。

在N等于2的情况下，本实施方式可将测量子帧的时长分成两部分，即第一测量时隙及第二测量时隙，每个测量时隙的时长为0.5ms，且每个测量时隙所对应的天线的状态不同；终端可通过分别获取第一测量时隙及第二测量时隙中上行信号的反射功率，来判断哪个测量时隙所对应的天线状态更好(即射频电路与天线之间的阻抗匹配度更高)。

具体地说，在本实施方式中，终端还包括：射频电路、天线匹配电路及天线；其中，射频电路通过定向耦合器与天线匹配电路连接；功率检测模块与定向耦合器连接；处理器与功率检测模块连接；天线与天线匹配电路连接(如图3所示)。

当射频电路通过天线发射出信号(即上行信号)后，天线中会产生反射信号(该反射信号即是上行信号中被反射回射频电路的信号)，被反射的信号经过天线匹配电路向射频电路的方向传送，在传送过程中，定向耦合器会将该被反射的信号耦合到功率检测模块中。功率检测模块计算天线上行信号的反射功率，并将计算结果发送给处理器。

另外，值得注意的是，在本实施方式中，处理器与天线匹配电路连接，天线匹配电路中设有用于调整天线阻抗的开关电路，当处理器通过对比在第一测量时隙及第二测量时隙中获取到的上行信号的反射功率，选出较小的反射功率(如前文所述：上行信号的反射功率就越低，射频电路与天线之间的阻抗匹配程度越高)后，可通过该开关电路调整天线的阻抗，将该较小的反射功率所对应的天线状态，作为天线的工作状态，直到下一个测量帧出现。

该开关电路包括：开关(在本实施方式中，该开关可以是二极管、三极管、集成的开关芯片或金属氧化物半导体MOS场效应晶体管等)及N个用于与该开关连接的天线匹配子电路(如图4、图5所示)，不同的天线匹配子电路接入不同的匹配器件，从而使得天线匹配电路适应不同的工作频率，其中，N为大于或等于2的自然数。处理器正是通过控制该开关电路中的开关，使不同的天线匹配子电路接入到电路中，来改变天线接入电路中的阻抗的。

值得注意的是，本实施方式中的天线匹配电路是以一Π形天线匹配电路为例进行说明的，但并不以此为限，在实际应用中，该天线匹配电路也可以是L形、T形或者Π形、L形、T形三者的混合。

另外，值的一提的是，在本实施方式中，该阻抗匹配系统还包括：标记模块、设置模块；该标记模块用于将无线帧以预设的无线帧的帧数间隔标记为测量帧；该设置模块用于在测量帧中选取一个用于发送上行信号的子帧，作为测量子帧。

与现有技术相比，本发明实施方式通过设置定向耦合器，将上行信号的反射信号耦合到功率检测模块中，并利用功率检测模块计算上行信号的反射功率，由于在同一测量子帧内，射频电路的发射功率保持不变，而当射频电路的发射功率恒定时，射频电路与天线之间的阻抗匹配程度越高，上行信号的反射功率就越低，因此，处理器可根据功率检测模块的计算结果，选出最小的反射功率，再通过调整天线的阻抗，将该最小的反射功率所对应的天线状态，作为天线的工作状态，从而保证天线的性能。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第四实施方式涉及一种天线的阻抗匹配系统。第四实施方式与第三实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第三实施方式中，天线匹配电路中设有开关电路，处理器通过控制该开关电路调整天线的阻抗。而在本发明第四实施方式中，处理器与天线连接，且处理器通过控制天线接入电路中的长度，来改变天线的阻抗(如图6所示)。

具体地说，在本实施方式中，天线包括天线本体及至少一个附加段，且天线本体及附加段之间设有开关(如图7所示)。其中，10为天线本体，其包括高频段11、低频段12，低频段12的末端连接有天线长度控制部40，该天线长度控制部40根据输入的电平控制天线的长度；该天线长度控制部40包含：开关41(本实施方式中以该开关为二极管为例进行说明)、附加段42和控制信号输入端(本实施方式中由控制信号输入馈点44和高频信号阻隔器组成，且本实施方式中的高频阻隔器为一电感43)；开关由控制信号输入端输入的电平控制，开关控制附加段42是否与天线连接。当功率检测模块检测到天线上行信号的反射功率较高(说明射频电路和天线之间的阻抗匹配程度较低)时，处理器通过导通或关闭开关的方式，改变天线的长度，从而改变天线接入电路的阻抗。

在实际应用中，也可以将天线长度控制部40连接在天线高频段11的末端上(如图8所示)，另外，在实际应用中，也可以根据需要在天线本体的末端连接多个附加段，即连接了多个天线长度控制部(如图9所示的401和402)，本实施方式对加入的附加段的个数不做限制。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种天线的阻抗匹配方法，其特征在于，包含以下步骤：

在同一测量子帧中，分别获取第一测量时隙及第二测量时隙中上行信号的反射功率；其中，所述第一测量时隙及所述第二测量时隙分别对应不同的天线状态；

选择最小的反射功率所对应的天线状态为天线的工作状态；

通过以下方式设置测量子帧：

将无线帧以预设的无线帧的帧数间隔标记为测量帧，并在所述测量帧中选取一个用于发送上行信号的子帧，作为测量子帧。

2.根据权利要求1所述的天线的阻抗匹配方法，其特征在于，在所述测量帧中选取一个用于发送上行信号的子帧，作为测量子帧的步骤中，

将测量帧中总是用于发送上行信号的子帧，作为测量子帧。

3.根据权利要求1所述的天线的阻抗匹配方法，其特征在于，所述测量帧之间间隔的无线帧的帧数在50至500之间。

4.根据权利要求1所述的天线的阻抗匹配方法，其特征在于，在所述选择最小的反射功率所对应的天线状态为天线的工作状态的步骤中，

终端通过调整天线的阻抗，将最小的反射功率所对应的天线状态作为天线的工作状态。

5.根据权利要求4所述的天线的阻抗匹配方法，其特征在于，在终端调整天线的阻抗的步骤中，

所述终端通过控制天线接入电路中的长度，调整天线的阻抗。

6.一种天线的阻抗匹配系统，其特征在于，所述阻抗匹配系统包括：定向耦合器、功率检测模块及处理器；

所述定向耦合器用于将同一测量子帧中第一测量时隙及第二测量时隙中的上行信号的反射信号耦合到功率检测模块中；其中，所述第一测量时隙及所述第二测量时隙分别对应不同的天线状态；

所述功率检测模块用于分别获取所述第一测量时隙及第二测量时隙中上行信号的反射功率，并发送给所述处理器；

所述处理器用于选择最小的反射功率所对应的天线状态为天线的工作状态；

所述阻抗匹配系统还包括标记模块、设置模块；

所述标记模块用于将无线帧以预设的无线帧的帧数间隔标记为测量帧；

所述设置模块用于在所述测量帧中选取一个用于发送上行信号的子帧，作为测量子帧。