CN105991152A - 电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种电子装置，包括可调式天线、射频信号收发模块、耦合器以及控制单元。射频信号收发模块耦接可调式天线，并通过可调式天线发射至少一射频信号。耦合器耦接于可调式天线与射频信号收发模块之间，耦合至少一射频信号得到耦合信号。控制单元接收耦合信号并根据耦合信号于特定频带内的信号强度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以调整可调式天线的工作频带。可根据信号强度与目前发射的射频信号成正比的耦合信号于一频带中的信号强度来调整可调式天线的工作频带。

Description

电子装置

【技术领域】

本发明是有关于一种具有天线的电子装置。

【背景技术】

随着科技的日新月异，智能型手机以及平板电脑等移动电子装置逐渐地成为了人们日常生活中不可缺少的存在。移动电子装置通常设置了无线射频信号的收发能力以供提供用户通话以及数据传输上的需求，移动电子装置上则亦需对应所需收发的的射频信号的频带以及特性设置一或多个的天线来收发对应的射频信号。而由于移动电子装置在设计上便朝着轻薄短小的方向进行设计，天线的设计者往往必须使用单一天线来收发多个邻近频带或甚至不同频带的射频信号。因此，如何让单一天线收发多个邻近频带或甚至不同频带的射频信号并且同时兼顾收发各个频带时的天线效率，成为天线的设计者所不可忽略的问题之一。

【发明内容】

本发明提供一种电子装置，可根据目前电子装置中可调式天线所发射的射频信号调整所述可调式天线的工作频带。

本发明的电子装置包括一可调式天线、一射频信号收发模块、一耦合器以及一控制单元。射频信号收发模块耦接可调式天线，并通过可调式天线发射至少一射频信号。耦合器耦接于可调式天线与射频信号收发模块之间，耦合至少一射频信号得到一耦合信号。控制单元接收耦合信号并根据耦合信号于一特定频带中的信号强度产生至少一控制信号，并输出控制信号至可调式天线以调整可调式天线的工作频带。

相较于现有技术，本发明提供一种电子装置，可根据信号强度与目前发射的射频信号成正比的耦合信号于一频带中的信号强度来调整可调式天线的工作频带。

【附图说明】

图1为根据本发明一实施例所绘示电子装置的功能方块图。

图2为根据本发明一实施例所绘示控制单元的功能方块图。

图3为根据本发明一实施例所绘示控制单元的功能方块图。

图4为根据本发明一实施例所绘示可调式天线的结构示意图。

【具体实施方式】

图1为根据本发明一实施例所绘示电子装置的功能方块图。请参照图1，电子装置10包括可调式天线110、射频信号收发模块120、耦合器130以及控制单元140。射频信号收发模块120耦接可调式天线110，并通过可调式天线110发射至少一射频信号RF。耦合器130耦接于可调式天线110与射频信号收发模块120之间，耦合至少一射频信号RF得到耦合信号CP。控制单元140接收耦合信号CP并根据耦合信号CP于一特定频带中的信号强度产生至少一控制信号CS，并输出所述控制信号CS至可调式天线110以调整可调式天线110的工作频带。

简单来说，一般的天线皆针对一特定的频率区间进行设计，例如，平面倒F天线(Planar Inverted F Antenna,PIFA)天线中的激发路径(即，馈入端至开路端的路径)的长度应等同于或接近于一射频信号的四分之一波长。若当通过此PIFA天线收发的其他射频信号离此射频信号的中央频率有所差异时，其天线增益则将随着频率的偏差而逐渐低落，当其他的射频信号的中央频率的偏差过大时，更可能甚至无法通过同一个PIFA天线收发。因此，在本实施例中，可调式天线110为可根据控制信号CS调整天线辐射时对地的电容值(即，天线本体与系统接地面之间)的天线。而在本实施例中，电子装置10中的控制单元140则可通过从耦合器接收的耦合信号CP来判断目前射频信号RF的所属频带为何，是否需要对可调式天线进行调整。

图2为根据本发明一实施例所绘示控制单元的功能方块图。请参照图2，控制单元140中包括带通滤波器141、射频信号侦测器142以及输出单元143。其中输出单元143中更包括了比较器1431以及逻辑控制器1432。其中，带通滤波器141连接耦合器130。其中，带通滤波器141对应于一特定频带(例如，第一频带)，从耦合器130接收耦合信号CP时，滤波耦合信号CP得到带通信号BP1。射频侦测器142耦接带通滤波器141，根据带通信号BP1的信号强度输出电压V1。输出单元143，耦接射频侦测器142，当从射频侦测器142接收电压V1时，根据电压V1输出至少控制信号中的第一控制信号CS1，其中第一控制信号具有第一逻辑准位以及第二逻辑准位，而在本实施例中，第一逻辑准位以及第二逻辑准位可分别为表示布尔值1的一高准位电压以及表示表示布尔值0的一低准位电压，但本发明并不限定于上述。

而在本实施例中，输出单元143中更包括了比较器1431以及逻辑控制器1432。比较器1431耦接射频侦测器142。当接收电压V1时，比较器1431比较电压V1的电压值与默认电压值。当电压的电压值大于默认电压值时，比较器142控制逻辑控制器143输出具有第一逻辑准位的控制信号CS1至可调式天线110。

例如，当带通信号BP于第一频带内的信号强度高于阀值(例如，趋近于射频信号RF的发射强度)时，电压V1的电压值将大于默认电压值。当电压V1的电压值大于默认电压值比较器1431时，比较器1431输出控制逻辑控制器1432输出具有第一逻辑准位(例如，高准位)的第一控制信号CS1至可调式天线110。而当带通信号BP于第一频带内的信号强度低于阀值时，电压V1的电压值小于默认电压值。当电压V1的电压值小于默认电压值时，比较器1431控制逻辑控制器1432输出具有第二逻辑准位(例如，低准位)的第一控制信号CS1至可调式天线110。

简单来说，在本实施例中，可调式天线110可包括两种组态，分别对应两个中心频率不同的频带，例如700MHz以及850MHz。而带通滤波器141所对应的频带即可被设定为对应于700MHz或850MHz之一。在此设定带通滤波器141所对应的频带中心频率为700MHz，当射频信号RF接近中心频率为700MHz，而耦合信号CP通过带通滤波器141时，其信号强度即不会因为带通滤波器141的效用而造成太多衰减，带通信号BP1的信号强度则会接近于射频信号RF本身的信号强度。此时，射频信号侦测器142即可输出一个反应此信号强度的电压V1，再通过输出单元143将响应此电压V1而输出第一逻辑准位(例如，高准位)的第一控制信号CS1。

另一方面，在同样设定带通滤波器141所对应的频带中心频率为700MHz的情况中，而射频信号RF为中心频率接近850MHz时，在耦合信号CP通过带通滤波器141时，其信号强度则将因为带通滤波器141的滤波效应而滤除多数的信号成份，带通信号BP1的信号强度则会远小于射频信号RF本身的信号强度。此时，射频信号侦测器142即可输出一个反应此信号强度的电压V1，再通过输出单元143将响应此电压V1而输出另一个逻辑准位的第一控制信号CS1，例如第二逻辑准位(例如，低准位)的第一控制信号CS1。

第一逻辑准位以及第二逻辑准位亦可直接对应于可调式天线110的对应于700MHz以及850MHz的组态。当可调式天线110接收到具有第一逻辑准位的第一控制信号CS1时，即可将可调式天线110设定为对应于700MHz的组态，而当可调式天线110接收到具有第二逻辑准位的第二控制信号CS2时，即可将可调式天线110设定为对应于850MHz的组态。而在本发明中，电子装置10的设置者亦可将两个组态中较常使用的频带设定为预设的组态。例如，上述的700MHz以及850MHz分别的对应第四代移动通信(fourth-Generation；4G)标准中长期演进(Long Term Evolution，LTE)标准以及第三代移动通信标准中CDMA2000标准所使用的频带。而电子装置10的设置者则可预期使用者的使用习惯而将对应于700MHz的组态设定为预设的组态，待可调式天线110接收到对应于850MHz的组态，具有第二逻辑准位的第一控制信号CS1时，再切换为对应于850MHz的组态，但本发明并不限定于上述。

图3为根据本发明一实施例所绘示控制单元的功能方块图。其中，在图3所示实施例中，由控制单元140所连接的可调式天线110具有对应于四个频带的四种组态，其中包括了两个低频频带，例如如同图2实施例所示中心频率为700MHz以及850MHz两个相对低的低频频带(即，其一为第一频带)，以及两个相对高的高频频带(即，其中之一为第二频带)，例如1700MHz以及1900MHz。其中，中心频率为1700MHz以及1900MHz的频带分别对应第四代移动通信(fourth-Generation；4G)标准中长期演进(Long Term Evolution，LTE)标准以及第三代移动通信标准中所使用的频带。请参照图3，在图3中，控制单元140中除了包括带通滤波器141、射频信号侦测器142以及输出单元143外，更包括了信号分离单元144、带通滤波器145、射频侦测器146以及输出单元147。信号分离单元144，耦接耦合器130与带通滤波器141、145之间，接收耦合信号CP并分离耦合信号CP得到子耦合信号SCP。例如，信号分离单元144同样将耦合信号CP传送至带通滤波器141，而将子耦合信号SCP传送至带通滤波器145。而在本实施例中，信号分离单元144可以为一耦合器，亦可为一功率分离器(power divider)。而无论以耦合器或是功率分离器实现信号分离单元144，耦合信号CP与子耦合信号SCP的信号强度可能因信号分离单元144中的组件作用而有所衰减，但仍然与射频信号RF的信号强度正相关。

例如，在信号分离单元144以耦合器实现的情况下，中心频率为较高频的耦合信号CP以及子耦合信号SCP(例如位于上述的1700MHz或1900MHz的频带)将有1dB左右(或更少)的信号衰减，而中心频率位于较低频的耦合信号CP以及子耦合信号SCP(例如位于上述的700MHz或850MHz的频带)则可能有多于10dB的信号衰减。而使用功率分离器实现信号分离单元144的情况中，无论中心频率位于较高频或是较低频的频带中皆可能具有3dB左右的信号衰减。但由于通过信号分离单元144的信号衰减是可推算的，并且不会大于带通滤波器141、145的滤波效应所造成的信号衰减，因此上述通过信号分离单元144的信号衰减并不会对本发明中所述的做动造成影响。

带通滤波器141、射频信号侦测器142以及输出单元143的做动可参考图2所示实施例，在此不赘述。而带通滤波器145可被设定以对应于较高频的频带之一，例如中心频率为1700MHz或1900MHz的频带的其中之一。带通滤波器145连接信号分离单元144并接收子耦合信号SCP，滤波子耦合信号SCP得到带通信号BP2，其中带通滤波器145对应于第二频带，例如1700MHz或1900MHz的频带之一，其中第一频带与第二频带不重迭(即，不与带通滤波器141所对应的频带重迭)。

射频侦测器146耦接带通滤波器145，根据带通信号BP2的信号强度输出电压V2。以及，输出单元147，耦接射频侦测器146，根据电压V2输出至少控制信号中的第二控制信号CS2，其中第二控制信号具有第一逻辑准位以及第二逻辑准位，例如与控制信号CS1相同地，第一逻辑准位以及第二逻辑准位可分别为表示布尔值1的一高准位电压以及表示表示布尔值0的一低准位电压。

在此设定带通滤波器145所对应的频带中心频率为1700MHz，当射频信号RF接近中心频率为1700MHz，而子耦合信号SCP通过带通滤波器145时，其信号强度即不会因为带通滤波器145的效用而造成太多衰减，带通信号BP2的信号强度则会接近于射频信号RF本身的信号强度(射频信号RF本身的信号强度减去信号分离单元144所造成的信号衰减)。此时，射频信号侦测器146即可输出一个反应此信号强度的电压V2，再通过输出单元147将响应此电压V2而输出第一逻辑准位(例如，高准位)的第二控制信号CS2。

另一方面，在同样设定带通滤波器145所对应的频带中心频率为1700MHz的情况中，而射频信号RF为中心频率接近1900MHz时，在子耦合信号SCP通过带通滤波器145时，其信号强度则将因为带通滤波器145的滤波效应而滤除多数的信号成份，带通信号BP2的信号强度则会远小于射频信号RF本身的信号强度。此时，射频信号侦测器146即可输出一个反应此信号强度的电压V2，再通过输出单元146将响应此电压V2而输出另一个逻辑准位的第二控制信号CS2，例如第二逻辑准位(例如，低准位)的第二控制信号CS2。

第一逻辑准位以及第二逻辑准位亦直接的对应于可调式天线110的对应于1700MHz以及1900MHz的组态。当可调式天线110接收到具有第一逻辑准位的第二控制信号CS2时，即可将可调式天线110设定为对应于1700MHz的组态，而当可调式天线110接收到具有第二逻辑准位的第二控制信号CS2时，即可将可调式天线110设定为对应于1900MHz的组态。而在本发明中，电子装置10的设置者亦可将两个组态中较常使用的频带设定为预设的组态，但本发明并不限定于上述。

图4为根据本发明一实施例所绘示可调式天线的结构示意图。请参照图4，在本实施例中，可调式天线110包括天线本体111、第一电容组112以及第二电容组113。天线本体111，包括馈入端FP、接地端GP、第一开路端OP1以及第二开路端OP2。天线本体111通过馈入端FP与第一开路端OP1之间的第一路径收发至少一射频信号中一第一射频信号。天线本体111更可通过第二开路端OP2与馈入端FP之间的第二路径收发至少一射频信号中一第二射频信号。由图4即可知，第一路径的路径长度长于第二路径的路径长度，因此第一射频信号对应于中心频率相对低的射频信号(例如中心频率位于700MHz或是850MHz的频带)，第二射频信号对应于中心频率相对高的射频信号(例如中心频率位于1700MHz或是1900MHz的频带)。

第一电容组112耦接于天线本体111的第一开路端OP1与系统接地面GND之间，并且第一电容组112的控制端耦接控制单元140并可从控制单元140接收第一控制信号CS1。其中，第一电容组112包括耦接第一电容组112的控制端的开关1121，以及耦接第一开路端OP1与开关1121之间的第一电容CP1以及第二电容CP2。当第一电容组112从控制单元140接收第一控制信号CS1具有第一逻辑准位时，第一电容组112(详细而言，第一电容组112中的开关1121)导通第一电容CP1与第一开路端OP1之间的路径。而当第一电容组112从控制单元140接收的第一控制信号CS1具有第二逻辑准位时，第一电容组112导通第二电容CP2与第一开路端OP1之间的路径。

第二电容组113耦接于天线本体111的第二开路端OP2与系统接地面GND之间，并且第二电容组113的控制端耦接控制单元140并可从控制单元140接收第二控制信号CS2。其中，第一电容组112包括耦接第二电容组113的控制端的开关1131，以及耦接于第二开路端OP2与开关1131之间的第三电容CP3以及第四电容CP4。当第二电容组113从控制单元140接收第二控制信号CS1具有第一逻辑准位时，第二电容组113(详细而言，第二电容组113中的开关1131)导通第三电容CP3与第二开路端OP2之间的路径。而当第二电容组113从控制单元140接收的第二控制信号CS2具有第二逻辑准位时，第二电容组113导通第四电容CP4与第二开路端OP2之间的路径。

天线本体111以平面倒F天线(Planar Inverted F Antenna,PIFA)的原理收发所述的射频信号RF。而一般而言，根据PIFA的原理，天线本体111的第一路径以及第二路径的路径长度应分别等同于或接近于天线本体110所收发的第一射频信号和第二射频信号的四分之一波长。但由于在本发明中，可调式天线110中增设了耦接于天线本体的第一开路端OP1以及第二开路端OP2与系统接地面GND之间的第一电容组112和第二电容组113，使得天线本体111，特别是因收发第一射频信号或第二射频信号而被激发时天线本体110中第一路径或第二路径，与系统接地面GND之间的电容效应改变，使得天线本体111于收发第一射频信号或第二射频信号时的操作频率降低。

因此，第一路径的一路径长度小于第一射频信号的四分之一波长，第二路径的路径长度小于第二射频信号的四分之一波长，并且第二射频信号的中心频率高于第一射频信号的中心频率。

在本实施例中，第一电容组112中的第一电容CP1及第二电容CP2，以及第二电容组113中的第三电容CP3及第四电容CP4分别对应于可调式天线110对应于不同收发中心频率的射频信号RF的组态。例如，第一电容CP1及第二电容CP2分别对应于发射中心频率位于700MHz或是850MHz的频带的射频信号RF(即，上述的第一射频信号)，而第三电容CP3及第四电容CP4分别对应于中心频率位于1700MHz或是1900MHz的频带的射频信号RF(上述的第二射频信号)。第一电容组112中的第一电容CP1及第二电容CP2，以及第二电容组113中的第三电容CP3及第四电容CP4的电容值随着第一路径、第二路径以及对应的射频信号的中心频率而有所不同，但原则上第一电容CP1及第二电容CP2，以及第二电容组113中的第三电容CP3及第四电容CP4的电容值皆小于1pF，但本发明并不限定于上述。

通过控制单元140发送第一控制信号CS1以及第二控制信号CS2至可调式天线110，即可使得电子装置10可自动适应性地调整可调式天线110的组态，符合当下发射的射频信号的频带。在上述实施例中，可调式天线110包括了四种组态(两者对应于较高频的两个频带，另两者对应于较低频的两个频带)，但本发明并不限定于此。电子装置10的设置者可根据实际需求而增减可调式天线110中的组态，以及对应所述组态调整控制单元140中的组件。而在本发明中其他实施例中，可调式天线110亦可为其他的型态。例如，可调式天线110中包括了天线本体以及阻抗匹配单元。当阻抗匹配单元接收到至少一控制信号(例如上述的第一控制信号CS1以及第二控制信号CS2)时，便可根据控制信号调整阻抗匹配单元中的阻抗匹配值，使得所述的阻抗匹配值可根据当下发射的射频信号的频带而调整，进而使得可调式天线110的天线增益能够维持一定。

综上所述，本发明提供一种电子装置，其中包括了可调式天线以及控制单元，使得电子装置10可自动适应性地调整可调式天线110的组态，符合当下发射的射频信号的频带，使得可调式天线110可持续的保持于良好的发射效率以及天线增益。

Claims (12)

1.一种电子装置，其特征在于：

一可调式天线；

一射频信号收发模块，耦接该可调式天线，并通过该可调式天线发射至少一射频信号；

一耦合器，耦接于该可调式天线与该射频信号收发模块之间，耦合该至少一射频信号得到一耦合信号；

一控制单元，接收该耦合信号并根据该耦合信号于一特定频带中的一信号强度产生至少一控制信号，并输出该控制信号至该可调式天线以调整该可调式天线的一工作频带。

2.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述特定频带包括一第一频带，以及所述控制单元包括：

一第一带通滤波器，连接该耦合器，滤波该耦合信号得到一第一带通信号，其中该带通滤波器对应于该第一频带；

一第一射频侦测器，耦接该第一带通滤波器，根据该第一带通信号的该信号强度输出一第一电压；以及

一第一输出单元，耦接该射频侦测器，根据该第一电压输出该至少控制信号中一第一控制信号，其中该第一控制信号具有一第一逻辑准位以及一第二逻辑准位。

3.如权利要求2所述的电子装置，其特征在于，该第一输出单元包括：

一逻辑控制器，耦接该可调式天线，输出该第一控制信号至该可调式天线；以及

一比较器，耦接该第一射频侦测器与该逻辑控制器之间，比较该第一电压的电压值与一默认电压值，当该第一电压的该电压值大于该默认电压值时，该比较器控制该逻辑控制器输出具有该第一逻辑准位的该第一控制信号至该可调式天线。

4.如权利要求3所述的电子装置，其特征在于，

当该第一带通信号于该第一频带内的该信号强度高于一第一阀值时，该第一电压的电压值大于该默认电压值；

当该第一带通信号于该第一频带内的该信号强度低于该第一阀值时，该第一电压的电压值小于该默认电压值；以及

当该第一电压的该电压值小于该默认电压值时，该比较器控制该逻辑控制器输出具有该第二逻辑准位的该第一控制信号至该可调式天线。

5.如权利要求2所述的电子装置，其特征在于，该特定频带包括更包括不与该第一频带重迭的一第二频带，所述控制单元包括：

一信号分离单元，耦接该耦合器与该第一带通滤波器之间，接收该耦合信号并分离该耦合信号得到一子耦合信号；

一第二带通滤波器，连接该信号分离单元并接收该子耦合信号，滤波该子耦合信号得到一第二带通信号，其中该带通滤波器对应于该第二频带；

一第二射频侦测器，耦接该第二带通滤波器，根据该第二带通信号的一信号强度输出一第二电压；以及

一第二输出单元，耦接该射频侦测器，根据该第二电压输出该至少控制信号中一第二控制信号，其中该第二控制信号具有该第一逻辑准位以及该第二逻辑准位。

6.如权利要求4所述的电子装置，其特征在于，该输出单元包括：

一逻辑控制器，耦接该可调式天线，输出该第二控制信号至该可调式天线；以及

一比较器，耦接该第二射频侦测器与该逻辑控制器之间，比较该第二电压的电压值与一默认电压值，当该第二电压的该电压值大于该默认电压值时，控制该逻辑控制器输出具有该第一逻辑准位的该第二控制信号至该可调式天线。

7.如权利要求6所述的电子装置，其特征在于，

当该第二带通信号于该第二频带内的该信号强度高于一第二阀值时，该第二电压的电压值大于该默认电压值；

当该第二带通信号于该第二频带内的该信号强度低于该第二阀值时，该第二电压的电压值小于该默认电压值；以及

当该第二电压的该电压值小于该默认电压值时，该比较器控制该逻辑控制器输出具有该第二逻辑准位的该第二控制信号至该可调式天线。

8.如权利要求5所述的电子装置，其特征在于，

该信号分离单元可为一耦合单元或一功率分离器。

9.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述可调式天线包括：

一天线本体，包括一馈入端、一接地端以及一第一开路端，其中该天线本体通过该馈入端与该第一开路端之间的一第一路径收发至少一射频信号中一第一射频信号，其中，该第一路径的一路径长度小于该第一射频信号的四分之一波长；以及

一第一电容组，耦接于该天线本体的该第一开路端与一系统接地面之间，并且第一电容组的一控制端耦接该控制单元，包括一第一电容以及一第二电容耦接该系统接地面；

当该第一电容组从该控制单元接收的该至少一控制信号中一第一控制信号具有一第一逻辑准位时，该第一电容组导通该第一电容与该第一开路端之间的路径；以及

当该第一电容组从该控制单元接收的该第一控制信号具有一第二逻辑准位时，该第一电容组导通该第二电容与该第一开路端之间的路径。

10.如权利要求9所述的电子装置，其特征在于，

所述可调式天线的该天线本体更包括一第二开路端，并且该天线本体更通过该第二开路端与该馈入端之间的一第二路径收发该至少一射频信号中一第二射频信号，

其中，该第二路径的该路径长度小于该第二射频信号的四分之一波长，并且该第二射频信号的中心频率高于该第一射频信号的中心频率。

11.如权利要求10所述的电子装置，其特征在于，该可调式天线更包括：

一第二电容组，耦接于该天线本体的该第二开路端与一系统接地面之间，并且第二电容组的一控制端耦接该控制单元，包括一第三电容以及一第四电容耦接该系统接地面；

当该第二电容组从该控制单元接收的该至少一控制信号中一第二控制信号具有该第一逻辑准位时，该第二电容组导通该第三电容与该第二开路端之间的路径；以及

当该第二电容组从该控制单元接收的该第二控制信号具有该第二逻辑准位时，该第二电容组导通该第四电容与该第二开路端之间的路径。

12.如权利要求11所述的电子装置，其特征在于，

该第一电容组中的该第一电容及该第二电容，以及该第二电容组中的该第三电容及该第四电容的电容值小于1pF。