CN105322293A - 天线调整装置及天线调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种天线调整装置及天线调整方法，适用于对可调式天线的工作频率范围进行调整包括耦合器、转换单元以及处理单元。耦合器耦合射频信号后而得到耦合信号。转换单元耦接耦合器，包括高通滤波器以及低通滤波器，通过高通滤波器以及低通滤波器滤波耦合信号而分别得到高通信号以及低通信号，并且分别转换耦合信号、高通信号以及低通信号为功率电压、高通电压以及低通电压。处理单元耦接转换单元，选出高通电压与低通电压中的较大者，取较大者与功率电压之差为电压差，并根据电压差而输出至少一控制信号至可调式天线以调整可调式天线的工作频率范围。

Description

天线调整装置及天线调整方法

【技术领域】

本发明是有关于一种电子装置，且特别是有关于一种天线调整装置及天线调整方法。

【背景技术】

随着行动电子装置广泛地被运用于人们的生活中，轻薄短小易于携带也成为了设置行动电子装置时所必须要考虑的内容。由于上述的携带要求，行动电子装置上通常必须设置多数个天线来收发符合不同标准或是不同频带的天线。由于标准制定的关系或是行动电子装置中可供摆放的位置较少的缘故，行动装置中所设置的单一天线往往具有收发多种频带的能力。然而，单一天线的阻抗匹配往往仅针对单一频带进行调整，当此天线收发中心频率位于上述频带以外的射频信号时，天线的效率则可能十分低落。

【发明内容】

本发明提供一种天线调整装置以及天线调整方法，可主动的根据可调式天线传送的射频信号的频率调整可调式天线的阻抗匹配。

本发明的天线调整装置，适用于对一可调式天线的一工作频率范围进行调整，包括一耦合器、一转换单元以及一处理单元。耦合器耦合一射频信号后而得到一耦合信号。转换单元耦接耦合器，包括一高通滤波器以及一低通滤波器，通过高通滤波器以及低通滤波器滤波耦合信号而分别得到一高通信号以及一低通信号，并且分别转换耦合信号、高通信号以及低通信号为一功率电压、一高通电压以及一低通电压。处理单元耦接转换单元，选出高通电压与低通电压中的较大者，取较大者与功率电压之差为一电压差，并根据电压差而输出至少一控制信号至可调式天线以调整可调式天线的工作频率范围。

本发明的天线调整方法，适用于调整一可调式天线的一天线调整装置，通过天线调整装置可调整可调式天线的一工作频率范围，所述天线调整方法包括以下步骤。首先，耦合一射频信号后而得到一耦合信号，其中耦合信号包括一第一子耦合信号以及一第二子耦合信号。然后，滤波第一子耦合信号于一高通滤波器得到一高通信号，并且滤波第一子耦合信号于一低通滤波器得到一低通信号。接着，分别转换第二子耦合信号、高通信号、低通信号为一功率电压、一高通电压以及一低通电压。进而，选出高通电压与低通电压中较大者，取较大者与功率电压之差为一电压差，并根据电压差而输出至少一控制信号至可调式天线以调整可调式天线的操作频率范围。

相较于现有技术，本发明提出一种天线调整装置以天线调整方法，通过耦合通过可调式天线传送的射频信号而得到的耦合信号来判断此射频信号的中心频率以调整可调式天线的阻抗匹配值。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

【附图说明】

图1～图4为根据本发明一实施例所绘示天线调整装置的功能方块图。

图5～图6为根据本发明一实施例所绘示天线调整方法的步骤流程图。

【具体实施方式】

图1为根据本发明一实施例所绘示天线调整装置的功能方块图。本发明中的天线调整装置适用于与一无线通信用的电子装置共同设置，其中此电子装置具有一可调式天线。可调式天线中具有一阻抗匹配单元耦接于天线与系统接地面之间，而此阻抗匹配单元则可根据由外部接收的控制信号(例如数字信号或是模拟信号)而调整其阻抗值。

本发明中的天线调整装置适用于对可调式天线的一工作频率范围进行调整。更具体而言，天线调整装置适用于传送一或多个控制信号至可调式天线中的阻抗匹配单元，以调整阻抗匹配单元的阻抗值以使得当前通过可调式天线收发的射频信号的频带具有较高的收发效率。请参照图1，天线调整装置10包括耦合器110、转换单元120以及处理单元130。耦合器110被设置于邻近于电子装置中可调式天线与射频信号收发单元(未绘示)之间的导线旁，或是固设于上述的导线上，耦合射频信号后而得到耦合信号CS。转换单元120耦接耦合器110，转换单元120包括高通滤波器以及低通滤波器(关于高通滤波器及低通滤波器将于稍后说明)。处理单元130耦接转换单元120并用以接收来自转换单元120的电压(或称为讯号)，然后再根据前述的电压输出至少一控制信号CTL至可调式天线以调整可调式天线的工作频率范围。而工作频率范围则对应于可调式天线具有较佳天线效率的频率范围，与可调式天线的阻抗匹配程度正相关。

请参考图2。图2为根据本发明一实施例所绘示天线调整装置的功能方块图。相较于图1所示实施例，图2所示实施例中，耦合器110包括了第一子耦合器111以及第二子耦合器112，而转换单元120中则包括了高通滤波器121、低通滤波器122、第一侦测器123、第二侦测器124以及第三侦测器125。

具体而言，在本实施例中的耦合器110中的第一子耦合器111于耦合器110的第一端T1连接可调式天线21，第二子耦合器112则于耦合器110的第二端T2耦接电子装置的射频信号收发单元，例如射频信号的发射机。第二子耦合器112可接收来自射频信号收发单元(例如，与第二端T2耦接的发射机)的射频信号SIG后而产生第二子耦合信号CS_2。而第一子耦合器111则可耦合来自第二子耦合器112的射频讯号SIG后而产生第一子耦合信号CS_1。在本实施例中，第一子耦合器111尚连接已接地的电阻R1，第二子耦合器112尚连接已接地的电阻R2，这样的做法是为了使第一子耦合信号CS_1能顺利地传送至高通滤波器121与低通滤波器122，并使第二子耦合信号CS_2能顺利地传送至第三侦测器125，而避免可调式天线21所接收到的射频讯号影响第一子耦合信号CS_1与第二子耦合信号CS_2。

所谓的高通滤波器121就是于截止频率以下逐渐降低射频信号的强度(反之，所谓的低通滤波器122则是在截止频率以上逐渐降低射频信号的强度)的特性，来借着与功率电压PV的比较而得到发射机(信号收发单元)送出的射频信号SIG因高通滤波器121(或低通滤波器122)而减弱的强度来推得目前通过可调式天线21所会收发的射频信号SIG的中心频率为何。

在本实施例中，高通滤波器121与低通滤波器122皆耦接第一子耦合器111以接收第一子耦合信号CS_1。当高通滤波器121与低通滤波器122从第一子耦合器111接收第一子耦合信号CS_1后，高通滤波器121与低通滤波器122则分别滤波并产生高通信号HPS以及低通信号LPS。根据射频信号(以及其所对应的第一子耦合信号CS_1)的频率的不同，高通信号HPS以及低通信号LPS之一的强度将趋近于零，而另一者的强度则将接近射频信号SIG的强度。

第一侦测器123耦接高通滤波器121，并转换上述的高通信号HPS为高通电压HV。第二侦测器124耦接低通滤波器122，并转换上述的低通信号LPS为低通电压LV。第三侦测器125则耦接第二子耦合器112，并转换第二子耦合信号CS_2以得到功率电压PV。由于功率电压PV直接由第二子耦合信号CS_2转换而成，因此可直接反应由可调式天线21所收发的射频信号SIG目前的信号强度为何。

处理单元130耦接转换单元120，并选出高通电压HV与低通电压LV中的较大者，取较大者与功率电压PV之差为电压差，并根据电压差而输出至少一控制信号CTL至可调式天线以调整可调式天线的工作频率范围。

举例来说，在本发明一实施例中，可调式天线可收发中心频率位于两个频带的信号，一为704MHz至915MHz之间(以下称低频带)，另一则介于1710MHz至1995MHz(以下称高频带)。在此实施例中，可根据高频带而设置高通滤波器121的截止频率为1995MHz，以及根据低频带而设置低通滤波器122的截止频率为704MHz。由于本发明中所利用的为高通滤波器121/低通滤波器122所接收的信号的中心频率越远离高通滤波器121/低通滤波器122的截止频率而降低越多信号强度的特性，因此本实施例中的高通滤波器121/低通滤波器122并不需要性能过度良好的滤波器(即频率响应的斜率陡峭的滤波器)，仅需设置一阶高通/低通滤波器或其他频率响应的斜率平滑的高通/低通滤波器即可。

在此实施例中，天线调整装置10主要针对可调式天线用于发射射频信号的情况进行调整。当目前由可调式天线所发射的射频信号的中心频率位于低频带时，高通电压HV的电压值将低于低通电压LV的电压值，而低通电压值LV则略低于功率电压PV的电压值。此时，处理单元130即可通过高通电压值HV及低通电压值PV之间的关系而得知目前由可调式天线所发射的射频信号的中心频率位于低频带，并可进一步的利用低通电压值LV(即，低通电压值LV以及高通电压值HV之间的较大者)与功率电压值PV之间的电压差来产生一或多个控制信号CTL，并将一或多个控制信号CTL传送至可调式天线21，使得可调式天线中的阻抗匹配单元的阻抗值可匹配于目前位于低频带的射频信号的中心频率。

反之亦然，当目前由可调式天线所发射的射频信号的中心频率位于高频带时，低通电压LV的电压值将低于高通电压HV的电压值，而高通电压值HV则略低于功率电压PV的电压值。此时，处理单元130即可通过高通电压值HV、低通电压值LV之间的关系得知目前由可调式天线21所发射的射频信号的中心频率位于高频带，并可进一步的利用高通电压值HV(即，低通电压值LV以及高通电压值HV之间的较大者)与功率电压值PV之间的电压差来产生一或多个控制信号CTL，并将一或多个控制信号CTL传送至可调式天线21，使得可调式天线中的阻抗匹配单元的阻抗值可匹配于目前位于高频带的射频信号的中心频率。

在本实施例中，处理单元130中默认了低通电压值LV与功率电压PV之间的电压差与其对应的控制信号CTL以及高通电压值HV与功率电压PV之间的电压差与其对应的控制信号CTL的查找表。处理单元130则可根据低通电压值LV与功率电压PV之间的电压差或高通电压值HV与功率电压PV之间的电压差以查表方式产生对应于电压差的控制信号CTL。而当处理单元130侦测到上述的电压差(即，低通电压值LV与功率电压PV之间的电压差或高通电压值HV与功率电压PV之间的电压差)有所改变时，处理单元130则根据改变后的电压差在重新产生对应的控制信号CTL。

在此实施例中，处理单元130不需要具有过高的计算能力，可以例如微控制单元(MicroControllerUnit,MCU)等实现。而以微控制单元实现处理单元130的情况中，此微控制单元亦可为与天线调整装置10共同设置的电子装置中的微控制单元，亦可为独立运作的微控制单元，本发明并不限定于上述。在本实施例中，由于第一子耦合器111以及第二子耦合器112实质上相同，所以第一子耦合信号CS_1以及第二子耦合信号CS_2原则上可视为相同的信号，具有相同的中心频率以及信号强度，而其信号强度则与来自射频信号收发单元或可调式天线21的射频信号SIG的信号强度成正比。此外，图1所实施例中的耦合信号CS亦等同于本实施例中的第一子耦合信号CS_1以及第二子耦合信号CS_2。根据前段所述，本发明可进行另一实施方式。

请参考图3。图3为根据本发明另一实施例所绘示天线调整装置的功能方块图。在此实施例中，耦合器110仅包括一子耦合器113，其中子耦合器113可同时连接天线21、可调式天线、转换单元120及已接地的电阻R3。子耦合器113耦合来自天线21或可调式天线的射频信号SIG而产生耦合信号CS。转换单元120中则还包括了耦接于高通滤波器121、低通滤波器122以及第三侦测器125与耦合器110之间的功率分离器126。功率分离器126接收耦合信号CS并将耦合信号CS分离为第一子耦合信号CS_1以及第二子耦合信号CS_2，然后将第一子耦合信号CS_1传送至高通滤波器121与低通滤波器122，将第二子耦合信号CS_2传送至第三侦测器125。在本实施例中其他的耦接关系以及组件作动则可参照图2所示实施例，本发明并不限定于上述的两种实施方式。

值得一提的是，可调式天线具有发射模式(即，从射频信号收发单元接收射频信号SIG，并发射所述的射频信号SIG)以及接收模式(将射频信号SIG从大气中接收并传送至射频信号收发单元)。上述图1～图2所提到的实施例所提到的情况着重于可调式天线为发射模式的情况。

图4为根据本发明一实施例所绘示天线调整装置的功能方块图。图4所示的实施例中各组件之间的耦接关系可参考图1所示的实施例说明，在此则不赘述。相较于图1所示的实施例，图4所示的实施例中天线调整装置10还包括了比较器140以及切换器150。

比较器140耦接转换单元120，从转换单元120接收功率电压PV，并比较功率电压PV的电压值与一默认电压值。当功率电压PV的电压值大于默认电压值时，则表示此时可调式天线处于发射模式，比较器140则输出包括一第一准位电压(例如，高准位电压)的比较信号CP至切换器150。

切换器150，耦接于处理单元130以及可调式天线之间。切换器150具有第一输入端IN1、第二输入端IN2、输出端OUT以及控制端SW。其中，第一输入端IN1耦接处理单元130以接收至少一控制信号CTL，第二输入端接收来自处理单元130的至少一默认控制信号PRE。输出端OUT耦接可调式天线，以及控制端SW耦接比较器140。

当切换器150的控制端SW接收第一准位电压的比较信号CP时，切换器150导通第一输入端IN1与输出端OUT之间的路径以从输出端OUT输出至少一控制信号CTL。当从比较器140接收不包括第一准位电压的比较信号CP(例如比较信号CP为低准位电压)时，切换器150导通第二输入端IN2与输出端OUT之间的路径以从输出端OUT输出至少一默认控制信号PRE。也就是说，当可调式天线处于发射模式时，天线调整装置10将通过切换器150的输出端OUT输出至少一控制信号CTL至可调式天线。当可调式天线处于接收模式时，天线调整装置10将通过切换器150的输出端OUT输出至少一默认控制信号PRE至可调式天线。

本发明亦提出一种天线调整方法，适用于调整可调式天线的天线调整装置，通过天线调整装置可调整可调式天线的工作频率范围。图5为根据本发明一实施例所绘示天线调整方法的步骤流程图。请参照图5，首先在步骤S401时，耦合一射频信号后而得到一耦合信号，其中耦合信号包括第一子耦合信号以及第二子耦合信号。然后在步骤S402时，滤波第一子耦合信号于一高通滤波器得到一高通信号，并且滤波第一子耦合信号于低通滤波器得到低通信号。接着在步骤S403时，分别转换第二子耦合信号、高通信号、低通信号为功率电压、高通电压以及低通电压。进而在步骤S404时，选出高通电压与低通电压中较大者，取较大者与功率电压之差为一电压差，并根据电压差而输出至少一控制信号至可调式天线以调整可调式天线的操作频率范围。

图6为根据本发明一实施例所绘示天线调整方法的步骤流程图。首先，判断功率电压的电压值是否大于默认电压值在(步骤S501)。若否，则表示可调式天线目前处于接收模式，天线调整装置则输出少一默认控制信号至可调式天线(步骤S502)，并在输出默认控制信号后持续侦测功率电压是否改变(步骤S504)。若判断功率电压的电压值大于默认电压值时，天线调整装置则通过如图5中步骤S401～S405中各步骤产生至少一控制信号，并输出至少一控制信号至可调式天线(步骤S503)。接着，判断功率电压是否改变(步骤S504)。若否，则表示可调式天线并未改变模式以及发射的射频信号的中心频率，天线调整装置则持续输出至少一控制信号，并同时持续的监测功率电压是否改变(步骤S504)。若是功率电压改变时，天线调整装置则将重新执行步骤S501～S503的动作。至于天线调整方法的其他详细实施内容则可参考上述图1～图3所示实施例，在此则不赘述。

综上所述，本发明提供了一种天线调整装置以及天线调整方法，通过耦合收发的射频信号的方式而得到目前射频信号的信号强度以及中心频率，并根据信号强度以及中心频率对可调式天线输出控制信号，使得可调式天线在发射以及接收射频信号时，都可以处于最佳的匹配状态，进而得到最佳的收发效率。

Claims (10)

1.一种天线调整装置，适用于调整一可调式天线的一工作频率范围，其特征在于，其包括：

一耦合器，耦合一射频信号后而得到一耦合信号；

一转换单元，耦接该耦合器，包括一高通滤波器以及一低通滤波器，通过该高通滤波器以及该低通滤波器滤波该耦合信号而分别得到一高通信号以及一低通信号，并且分别转换该耦合信号、该高通信号以及该低通信号为一功率电压、一高通电压以及一低通电压；以及

一处理单元，耦接该转换单元，选出该高通电压与该低通电压中的较大者，取较大者与该功率电压之差为一电压差，并根据该电压差而输出至少一控制信号至该可调式天线以调整该可调式天线的该工作频率范围。

2.如权利要求1所述的天线调整装置，其特征在于，该处理单元储存一查找表，该处理单元根据该电压差以及该查找表而对应输出该至少一控制信号。

3.如权利要求1所述的天线调整装置，其特征在于，该耦合信号包括一第一子耦合信号以及一第二子耦合信号；

该耦合器包括：一第一子耦合器，耦接该低通滤波器以及该高通滤波器，耦合该射频信号后而产生该第一子耦合信号；一第二子耦合器，耦合该射频信号后而产生该第二子耦合信号；该转换单元中的该高通滤波器以及该低通滤波器分别滤波该第一耦合子信号而得到该高通信号以及该低通信号；

该转换单元还包括：一第一侦测器，耦接该高通滤波器，转换该高通信号为该高通电压；一第二侦测器，耦接该低通滤波器，转换该低通信号为该低通电压；一第三侦测器，耦接该第二子耦合器，转换该第二子耦合信号得到该功率电压。

4.如权利要求1所述的天线调整装置，其特征在于，该转换单元还包括：

一功率分离器，耦接该耦合器，分离该耦合信号为一第一子耦合信号以及一第二子耦合信号，其中该转换单元中的该高通滤波器以及该低通滤波器耦接该功率分离器，滤波该第一耦合子信号得到该高通信号以及该低通信号；

一第一侦测器，耦接该高通滤波器，转换该高通信号为该高通电压；

一第二侦测器，耦接该低通滤波器，转换该低通信号为该低通电压；以及

一第三侦测器，耦接该功率分离器，转换该第二子耦合信号得到该功率电压。

5.如权利要求1所述的天线调整装置，其特征在于，当该功率电压大于一默认电压值时，该处理单元根据该电压差而对应输出该至少一控制信号。

6.如权利要求5所述的天线调整装置，其特征在于，其还包括：

一比较器，耦接该转换单元，从该转换单元接收该功率电压，并比较该功率电压与该默认电压值，当该功率电压大于该默认电压值时，输出包括一第一准位电压的一比较信号；以及

一切换器，耦接于该处理单元以及该可调式天线之间，该切换器具有一第一输入端、一第二输入端、一输出端以及一控制端，其中该第一输入端耦接该处理单元以接收该至少一控制信号，该第二输入端接收来自该处理单元的至少一默认控制信号，该输出端耦接该可调式天线以及该控制端耦接该比较器，其中当该控制端接收该第一准位电压的该比较信号时，该切换器导通该第一输入端与该输出端之间的路径以从该输出端输出该至少一控制信号；以及当从该比较器接收不包括该第一准位电压的该比较信号时，该切换器导通该第二输入端与该输出端之间的路径以从该输出端输出该至少一默认控制信号。

7.一种天线调整方法，适用于调整一可调式天线的一天线调整装置，通过该天线调整装置调整该可调式天线的一工作频率范围，其特征在于，所述天线调整方法包括：

耦合一射频信号后而得到一耦合信号，其中该耦合信号包括一第一子耦合信号以及一第二子耦合信号；

滤波该第一子耦合信号于一高通滤波器得到一高通信号，且滤波该第一子耦合信号于一低通滤波器得到一低通信号；

分别转换该第二子耦合信号、该高通信号、该低通信号为一功率电压、一高通电压以及一低通电压；以及

选出该高通电压与该低通电压中较大者，取较大者与该功率电压之差为一电压差，并根据该电压差而输出至少一控制信号至该可调式天线以调整该可调式天线的该操作频率范围。

8.如权利要求7所述的天线调整方法，其特征在于，根据该电压差而输出该至少一控制信号的步骤包括：

根据该电压差以及一查找表而对应输出该至少一控制信号。

9.如权利要求7所述的天线调整方法，其特征在于，根据该电压差而输出该至少一控制信号的步骤前，所述天线调整方法还包括：

判断当该功率电压大于一默认电压值。

10.如权利要求9所述的天线调整方法，其特征在于，其还包括：

比较该功率电压与该默认电压值；

当该功率电压大于该默认电压值时，输出该至少一控制信号；以及

当该功率电压小于该默认电压值时，输出至少一默认控制信号。