CN105703785B - 用于接收器天线中的闭环调谐器的方法 - Google Patents

用于接收器天线中的闭环调谐器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明描述的是用于实现便携式装置的接收器电路中的闭环调谐器的架构、平台和方法。例如，闭环调谐器基于在便携式装置的接收器电路中配置或固有的本地振荡器(LO)泄漏功率。

Description

用于接收器天线中的闭环调谐器的方法
背景技术
数量不断增加的无线通信标准应用于便携式装置，并且更小、更薄和更轻的便携式装置的趋势对天线的设计来说是重大的挑战。天线代表的组件类别根本不同于便携式装置中的其他组件。例如，天线可以配置成在自由空间有效辐射，而其他组件或多或少与它们的环境隔离。
有效调谐的天线可看作能使天线在未来移动通信装置中小型化的关键技术。例如，有效调谐的天线可支持多个射频(RF)频带并进一步支持性能优化。性能优化可包括为了在便携式装置的接收器电路中获得匹配阻抗而进行天线阻抗的测量和调节。阻抗匹配例如可促进便携式装置的天线和接收器电路之间的最大功率传输。
附图说明
具体实施方式参考附图来描述。在附图中，附图标记的最左边数字标识首次出现附图标记的绘图。相同的数字通篇指代相同的特征和组件。
图1是使用在便携式装置的接收器电路或系统中利用LO泄漏功率的闭环调谐的示例性情形。
图2A是使用在便携式装置的接收器电路中利用LO泄漏功率来实现闭环调谐的示例设备。
图2B是利用LO泄漏功率实现闭环调谐的便携式装置的接收器电路的示例性具体实施方式。
图3是在便携式装置的多个天线中闭环调谐的具体实施方式。
图4示出用于在便携式装置的接收器电路中的闭环调谐器的示例方法的示例性流程图。
具体实施方式
本文描述的是用于实现便携式装置的接收器电路中的闭环调谐器的架构、平台和方法。例如，便携式装置的接收器电路包括促进解调接收到的RF信号的本地振荡器(LO)。在该示例中，LO配置成提供或生成预定电平或预定量的LO泄漏功率。同样，通过使用LO泄漏功率也可以使得相同的原理被应用，因为LO泄漏功率固有出现无需如上所述预配置。
基于所生成的LO泄漏功率，执行天线阻抗测量以确定便携式装置的天线是否存在失配的天线阻抗。换句话说，接收器电路中的预配置的LO泄漏功率或固有的LO泄漏功率可用作测量和调节天线阻抗的测试信号。然后，响应于确定出的失谐天线或失配天线阻抗，执行天线的调谐。
图1是使用在便携式装置的接收器电路或系统中利用LO泄漏功率的闭环调谐的示例性情形100。情形100示出具有天线104的便携式装置102和具有天线108的另一便携式装置106。此外，为了说明本文所述的具体实施方式，情形100示出用于每个便携式装置102和106的调谐器电路110。
便携式装置102或106可包括但不限于平板电脑、上网本、笔记本计算机、膝上型计算机、移动电话、蜂窝电话、智能电话、个人数字助理、多媒体回放装置、数字音乐播放器、数字视频播放器、导航装置、数字摄像机等。
便携式装置102例如可在网络环境中与其他便携式装置106通信。网络环境例如包括蜂窝网络，蜂窝网络配置成使用基站(未示出)促进便携式装置102和106之间的通信。在蜂窝网络通信期间(即，激活的接收器电路)，天线104或108的闭环调谐例如可由接收便携式装置102通过其调谐器电路110-2来实现。在该示例中，闭环调谐可采用LO的LO泄漏功率，其中该LO(未示出)可位于便携式装置102的接收器电路或系统的内部或外部。闭环调谐可促进天线104的调节以获得用于最大功率传输的匹配的天线阻抗。例如，最大功率传输用于接收数据信号。
在另一具体实施方式中，接收便携式装置102的接收器电路或系统处于未激活模式。在该具体实施方式中，调谐器电路110-2可基于LO的相同的LO泄漏功率来执行调谐调节。例如，反馈回路(未示出)被实现以基于LO泄漏功率来测量正向功率和反射功率。在该示例中，即使接收器电路或系统不处于激活模式，也可实现闭环调谐。
在具体实施方式中，调谐器电路110可将LO泄漏功率设置到预定电平。例如，在便携式装置102的接收器电路中的LO由调谐器电路110配置以提供特定量的LO泄漏功率。在该示例中，特定量的LO泄漏功率可用于测量天线阻抗，并且LO泄漏功率可用作天线(例如，天线104或108)的后续调谐调节的基础。
在另一具体实施中，LO泄漏功率未被预配置。为此，天线阻抗的测量和天线的后续调谐调节可基于目前在便携式装置102或106的接收器电路或系统中运行的LO泄漏功率的实际测量。
如图1所示，调谐器电路110可接近天线馈线或靠近天线。在另一情形中，调谐器电路110可设置在包括多个部件或组件的天线结构的两个或多个不同部件之间。此外，调谐器电路110可用于调节同一便携式装置内的两个或多个天线。例如，调谐器电路110可包括适合调节天线104或108的天线阻抗或其他有意义属性的无源和/或有源电组件。
虽然示例性情形100以有限的方式示出在便携式装置102和106之间进行无线通信的基本组件，但为了简化本文所述的实施例，并未描述其他组件诸如电池、一个或多个处理器、SIM卡等。此外，LO泄漏功率的调节可通过调节在便携式装置内的非LO的组件来导出或促进。
图2A示出示例设备200，其配置成实现便携式装置中的闭环调谐器(即，基于LO泄漏功率)。如图所示，设备200包括接收器电路202，接收器电路202还包括调谐器电路110、接收器滤波器204、低噪声放大器(LNA)206、混频器208、相移器210、LO 212、同相(I)信号214和正交(Q)信号216。此外，设备200示出阻抗控制器218、双工器220、发射滤波器222和发射器电路224。如本具体实施方式所述，闭环调谐器在仅接收系统(即没有提供发射路径)期间来实现。
如本文所述，在基于LO泄漏功率实现闭环调谐时，调谐器电路110可包括一个或多个处理器、硬件、软件、固件或它们的组合。例如，调谐器电路110可配置LO 212以提供预定电平的LO泄漏功率。在该示例中，调谐器电路110生成控制信号，该控制信号改变LO 212的设置，以提供预定电平的LO泄漏功率。例如，该设置包括I和Q分量的调节(即，混频器208)以提供特定相位、幅值、增益等。在该示例中，在接收器电路202的I和Q支路中的变化可产生LO泄漏功率的变化。
在具体实施方式中，调谐器电路110平衡或配置混频器208以便控制LO泄漏功率的电平。在本具体实施方式中，调谐器电路110促进混频器208的调节以便提供平衡的I和Q信号。例如，平衡的I和Q信号可对应于由LO 212生成的LO泄漏功率的特定值。
通过同时测量I信号214和Q信号216，直接转换接收器可导出初始发射信号的相位和幅值。
利用由LO 212生成的配置的LO泄漏功率，调谐器电路110可促进天线104的天线阻抗测量。例如，通过使用定向耦合器(未示出)，调谐器电路110基于LO泄漏功率的预定值来测量正向功率电平和反射功率电平。在该示例中，匹配或失配的天线阻抗可提供当前状态或天线104调谐的基础。
例如，失配天线阻抗可包括在测得的正向功率电平和反射功率电平之间的实质差异。在该示例中，调谐器电路110可生成由阻抗控制器218接收的另一控制信号，以便改变天线104的天线阻抗设置。天线阻抗设置的变化可包括例如调节阻抗匹配电路(未示出)以获得匹配的天线阻抗。在测得的正向功率电平和反射功率电平之间没有差异(即，匹配的天线阻抗)的另一示例中，不需要实现天线阻抗设置的调节，直到再次执行上述测量的下一阶段或周期。
在LO泄漏功率未预配置至特定的预定值的情况下，调谐器电路110可测量例如可能由LO 212产生的当前LO泄漏功率。在该示例中，测得的LO泄漏功率用作如上所述测量天线阻抗的基础。
继续参考图2A，通过天线104接收到的RF信号可经过双工器220，双工器220允许在单一路径上的双向通信。双向通信可允许由发射器电路224发射RF信号，或由接收器电路202接收RF信号。
在接收器电路202，接收到的RF信号可以通过Rx滤波器204过滤。过滤后的RF信号随后由LNA 206放大。在这一阶段，放大后的接收到的RF信号可经过例如正交采样检测器电路，正交采样检测器电路包括相移器210、LO 212和混频器208。
在具体实施方式中，基于LO泄漏功率的闭环调谐可在每个时间段后执行。即，在特定频率上保持天线104的匹配的天线阻抗设置。
虽然示例设备200以限制性的方式示出便携式装置的接收器的基本组件，但为了简化本文所述的实施例，并未描述其他组件诸如电池、一个或多个存储器、SIM卡等。此外，LO 212的位置并不局限于在接收器电路202内。在如本文所述实现闭环调谐期间，也可考虑来自其他组件的其他的LO泄漏功率。
图2B示出如本文的具体实施方式中描述的便携式装置的接收器电路202的示例性具体实施方式。如图所示，调谐器电路110可以配置程控制在接收器电路202的一个或多个参数或模块。在图2A中示出的其他组件未包括在图2B中以简化本文所述的实施例。
在具体实施方式中，LO泄漏功率的生成、调节或配置可并不局限于如上所述的混频器208和/或LO 212的控制和调节。例如，如图2B所示，由调谐器电路110直接控制的可控衰减器226也可配置成控制LO泄漏功率的量。在该示例中，可控衰减器226可实现执行调节LO泄漏功率的算法。另外，该布置还可包括同时调节接收器电路202中的LNA增益和其他参数。在这些另外的示例中，或在混频器208的调节组合中，可调节LO泄漏功率。
图3示出在便携式装置内的多个天线中闭环调谐的具体实施方式。如图所示，图3包括天线104-2和104-4、天线各自的阻抗控制器218-2和218-4、耦合至天线104-2的第一定向耦合器300-2、耦合至天线104-4的第二定向耦合器300-4、开关302-2和302-4、调谐器电路110以及分别用于天线104-2和104-4的LO 212-2和212-4。
作为本文的示例性具体实施方式，便携式装置102可在无线通信期间采用多个天线104。在该示例中，调谐器电路110可利用开关302来调节天线104-2和104-4的天线阻抗。
例如，调谐器电路110生成由LO 212-2接收的控制信号。在该示例中，LO 212-2产生特定预定量的LO泄漏功率，其用于测量天线104-2的天线阻抗。
天线阻抗测量例如采用第一定向耦合器300-2，用于基于预定量的LO泄漏功率来测量正向功率电平和反射功率电平。然后，调谐器电路110可确定天线104-2的当前调谐，并生成由阻抗控制器218-2接收的另一控制信号。
在调谐器电路110确定失配的天线阻抗的情况下，阻抗控制器218-2例如可调节天线阻抗的设置。例如，设置调节提供在便携式装置102的天线104-2和接收器电路之间的最大功率传输。
当开关302-2和302-4切换到天线104-4(其可以只是接收天线)时，实现如上所述的相同方法以获得天线104-4的闭环调谐。
在另一具体实施中，LO泄漏功率未预配置至特定的预定值。即，例如，调谐器电路110可在未激活状态期间测量可由LO 212产生的当前LO泄漏功率。在该示例中，测得的LO泄漏功率用作如上所述测量天线阻抗的基础。
图4示出用于实现在便携式装置的接收器电路中的闭环调谐器的示例方法的示例流程图400。例如，闭环调谐器基于接收器电路中的配置的LO泄漏功率。该方法描述的顺序并不具有限制意义，并且所述方法的任何数量的模块能够以任何顺序组合以实现该方法或替代的方法。另外，在没有偏离本文所述的主题实质和范围的情况下，个别模块可从上述方法中删除。此外，在未脱离本发明的范围的情况下，该方法可在任何合适的硬件、软件、固件或它们的组合中实现。
在步骤402中，测量由至少一个LO产生的LO泄漏功率。例如，一个或多个LO 212可布置在接收器电路202的内部或外部。例如在未激活状态期间，调谐器电路110可测量由至少一个LO 212产生的LO泄漏功率的量。测得的LO泄漏功率例如可包括在天线104和接收器电路202之间的LO泄漏功率。
在另一具体实施方式中，LO泄漏功率可配置到预定值或预定电平。例如，接收器电路202的LO 212配置成产生预定电平的LO泄漏功率。在该示例中，调谐器电路110通过发送控制信号来控制LO 212以调节接收器电路202的同相信号分量(I)和正交信号(Q)分量支路。调节例如还可包括改变接收器电路202中的组件或模块的相位、幅值、增益和其他设置，以便最终生成预定电平的LO泄漏功率。
在具体实施方式中，LO泄漏功率的预定电平不可超过接收器电路202的规格限值。例如，规格限值可包括不会中断接收器电路202的正常运行的LO泄漏功率量。在另一示例中，规格限值可包括无线通信规范中允许的LO泄漏功率的量，诸如3GPP对LO泄漏的规格限值(即，对于频率<1GHz，为-57dBm，以及对于频率>1GHz、2G、3G以及LTE，为-47dBm)。
在具体实施方式中，便携式装置102的接收器电路202可处于激活状态或未激活状态。在激活状态，接收器电路202接收和解调RF信号。在该激活状态，相比于未激活的接收器电路202，可获得天线阻抗的不同的测量。例如，与获得未激活的接收器电路202的天线阻抗的功率测量相比，获得激活的接收器电路202的天线阻抗的功率测量可具有更大的值。原因是，可能从另一LO(诸如用于发射的LO)生成另一LO泄漏功率。
在步骤404，基于测得的LO泄漏功率来执行测量正向功率电平和反射功率电平。例如，调谐器电路110配置成测量天线104的天线阻抗。在该示例中，调谐器电路110基于测得的LO泄漏功率值来测量正向功率电平和反射功率电平。
在LO泄漏功率包括预定电平或预定值的情况下，正向功率电平和反射功率电平的测量可基于LO泄漏功率的预定值。
在具体实施方式中，调谐器电路110可采用单极多掷开关，以便测量不同天线的天线阻抗的差异。在该具体实施方式中，例如，定向耦合器300可用于测量各天线的相应的正向功率电平和反射功率电平。
在步骤406，确定天线调谐被执行。例如，调谐器电路110基于测得的天线阻抗来确定天线104的当前调谐。在该示例中，失谐天线104可包括失配的天线阻抗，诸如正向功率电平和反射功率电平之间的实质差异。因此，可认为该天线是失谐天线。
在步骤408，响应于确定出的失谐天线，执行调节天线调谐。例如，调谐器电路110控制阻抗控制器218以调节在失配天线阻抗情况下的天线阻抗。在该示例中，为了得到在接收器电路202和天线104之间的最大功率传输，对天线阻抗进行调节以提供匹配的天线阻抗。
在具体实施方式中，接收器电路202的输出阻抗可包括约50欧姆的固定阻抗。在该具体实施方式中，天线104的一个或多个参数可被最佳地调节，以获得匹配于50欧姆输出阻抗的特定负载阻抗。例如，天线自身及其馈线的物理配置的最佳调节可提供特定负载阻抗。在该示例中，天线调谐可涉及天线参数的调节以实现天线阻抗匹配。
下列示例属于另外的实施例：
示例1是在接收器便携式装置中调谐的方法，该方法包括：测量由接收器便携式装置中的至少一个本地振荡器(LO)产生的LO泄漏功率；基于测得的LO泄漏功率来测量天线阻抗；基于测得的天线阻抗来确定天线调谐；以及响应于检测到失谐天线来调谐所述天线。
在示例2中，如示例1所述的方法，其中LO泄漏功率包括预定值。
在示例3中，如示例2所述的方法，还包括：通过调节接收器便携式装置的同相信号分量(I)和正交信号分量(Q)支路或通过调节接收器便携式装置的接收器电路中的一个或多个参数来获得预定值。
在示例4中，如示例2所述的方法，其中预定值在接收器电路的规格限值内，规格限值包括接收到的射频(RF)信号的同相信号分量(I)和正交信号分量(Q)的配置的最大调节。
在示例5中，如示例1所述的方法，其中测量天线阻抗包括基于测得的LO泄漏功率来测量正向功率电平和反射功率电平。
在示例6中，如示例1所述的方法，其中调谐天线包括最佳地调节天线的一个或多个天线参数。
在示例7中，如示例1所述的方法，其中调谐天线包括调节天线阻抗以获得匹配于接收器的输出阻抗的天线阻抗。
在示例8中，如示例1-7中的任一项所述的方法，其中测量天线阻抗和确定天线调谐在每个时间周期后被执行。
在示例9中，如示例1-7中的任一项所述的方法，其中测量天线阻抗在接收器便携式装置的接收器电路的未激活状态期间被执行。
示例10是一种便携式装置，包括：至少一个本地振荡器(LO)，其产生LO泄漏功率；调谐器电路，其配置成基于LO泄漏功率来测量天线阻抗，其中调谐器电路基于测得的天线阻抗来促进天线调谐；以及阻抗控制器，其耦合于调谐器电路，阻抗控制器配置成在天线调谐后改变天线阻抗。
在示例11中，如示例10所述的便携式装置，其中调谐器电路配置成通过调节或平衡便携式装置的同相信号分量(I)和正交信号分量(Q)支路，控制所述至少一个LO以提供至少一个LO泄漏功率。
在示例12中，如示例10所述的便携式装置，其中调谐器电路配置成通过测量正向功率电平和反射功率电平来测量天线阻抗。
在示例13中，如示例10-12中的任一项所述的便携式装置，其中调谐器电路配置成在每个时间周期后执行天线调谐。
在示例14中，如示例10-12中的任一项所述的便携式装置，还包括天线，其中所述天线调谐包括所述天线的一个或多个天线参数的最佳调节。
在示例15中，如示例14所述的便携式装置，其中阻抗控制器配置成使天线的阻抗和接收器电路的输出阻抗匹配。
示例16是在接收器便携式装置中调谐的方法，所述方法包括：基于本地振荡器(LO)泄漏功率的预定电平值来测量天线阻抗；基于测得的天线阻抗来确定天线调谐；以及响应于检测到失谐天线来调谐天线，其中调谐天线包括使天线的阻抗与接收器电路的输出阻抗匹配。
在示例17中，如示例16所述的方法，其中所述预定值通过调节接收器便携式装置的同相信号分量(I)和正交信号分量(Q)支路来获得。
在示例18中，如示例16所述的方法，其中，预定值在接收器电路的规格限值内，规格限值包括接收到的射频(RF)信号的同相信号分量(I)和正交信号分量(Q)的配置的最大调节。
在示例19中，如示例16所述的方法，其中测量天线阻抗包括基于预定值来测量正向功率电平和反射功率电平。
在示例20中，如示例16-19中的任一项所述的方法，其中LO泄漏功率由接收器便携式装置中的至少一个LO产生。

Claims (15)

1.一种对接收器的天线进行调谐的方法，所述方法包括：
测量由在所述接收器中的本地振荡器(LO)所产生的LO泄漏功率；
使用所测得的LO泄漏功率来测量天线阻抗；
基于所测得的天线阻抗来确定所述天线是否失谐；并且
如果所述天线失谐，则通过调节所述天线阻抗来调谐所述天线。
2.如权利要求1所述的调谐方法，进一步包括：
调节所述LO以产生预定量的LO泄漏功率，作为所测得的LO泄漏功率。
3.如权利要求2所述的调谐方法，其中调节所述LO以生成预定量的LO泄漏功率包括：
调节所述接收器的同相信号分量(I)和正交信号分量(Q)支路，或
调节所述接收器的接收器电路的一个或多个参数。
4.如权利要求2所述的调谐方法，其中所述预定量的LO泄漏功率在接收器电路的接收到的射频(RF)信号的同相信号分量(I)和正交信号分量(Q)的最大调节之内。
5.如权利要求1所述的调谐方法，其中测量所述天线阻抗包括测量所述天线的正向功率电平和反射功率电平。
6.如权利要求1所述的调谐方法，其中测量所述天线阻抗和确定所述天线调谐以周期时间间隔执行。
7.如权利要求1所述的调谐方法，其中，测量所述天线阻抗在所述接收器的接收器电路的未激活状态期间执行。
8.如权利要求1所述的调谐方法，其中，调谐所述天线包括最佳调节所述天线的一个或多个天线参数。
9.如权利要求1所述的调谐方法，其中调谐所述天线包括调节所述天线阻抗以匹配所述接收器的输出阻抗。
10.一种便携式装置，其包括：
本地振荡器(LO)；
调谐器电路，其配置成使用LO泄漏功率来测量天线阻抗，并且基于所测得的天线阻抗对天线进行调谐；以及
阻抗控制器，其耦合于所述调谐器电路，并且配置成在所述天线被调谐后控制所述天线阻抗。
11.如权利要求10所述的便携式装置，其中所述调谐器电路配置成通过调节所述便携式装置的同相信号分量(I)和正交信号分量(Q)支路，控制所述LO以提供LO泄漏功率。
12.如权利要求10所述的便携式装置，其中所述调谐器电路配置成通过测量所述天线的正向功率电平和反射功率电平来测量所述天线阻抗。
13.如权利要求10所述的便携式装置，其中所述调谐器电路配置成以周期时间间隔执行所述天线调谐。
14.如权利要求10所述的便携式装置，其中所述天线调谐包括最佳地调节所述天线的一个或多个天线参数。
15.如权利要求14所述的便携式装置，其中，所述阻抗控制器配置成控制所述天线的阻抗以与接收器电路的输出阻抗匹配。
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