CN106936465B - 具有射频传感器的无线电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及具有射频传感器的无线电子设备。本发明公开了一种可提供有无线电路的电子设备。该无线电路可包括一个或多个天线。该电子设备可具有外壳，控制电路和射频收发器电路被安装在该外壳中。该收发器电路可被用于使用天线来发射和接收射频信号。该电子设备可具有射频传感器。该射频传感器可包括电流传感器、电压传感器、功率传感器、具有抽头和切换电路的传感器、以及具有传感器天线和测量使用传感器天线所接收的射频信号的相关联的传感器电路的射频传感器，该抽头窃听正在信号路径中流动的信号并且可进行测量诸如阻抗测量。该控制电路可基于所测量的射频信号来进行无线电路调节。

Description

具有射频传感器的无线电子设备

本专利申请要求于2015年12月28日提交的美国专利申请No.14/980,603的优先权，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有无线通信电路的电子设备。

背景技术

该电子设备通常包括无线通信电路。例如，蜂窝电话、计算机和其他设备通常包含天线和用于支持无线通信的无线收发器。

形成具有期望属性的电子设备天线结构可具有挑战性。在一些无线设备中，天线是大体积的。在其他设备中，天线是紧凑型的，但是对于天线相对于外部对象的位置是敏感的。如果不小心，天线可变为失调的，可利用大于或小于期望功率的功率来发射无线信号，或者以其他方式不如所期望那样执行。

因此，希望能够为电子设备提供改善的无线电路。

发明内容

本发明公开了可提供有无线电路的电子设备。该无线电路可包括射频收发器电路和一个或多个天线。该电子设备可具有外壳，控制电路和射频收发器电路以及其他无线电路被安装在该外壳中。该收发器电路可被用于使用天线来发射和接收射频信号。

该电子设备可具有测量与天线的操作相关联的射频信号的射频传感器。该射频传感器可包括电流传感器、电压传感器、功率传感器、具有抽头和切换电路的传感器，以及具有传感器天线和测量使用传感器天线所接收的射频信号的相关联的传感器电路的射频传感器，该抽头窃听正在天线或者电子设备中的无线电路的其他部分中的信号路径中流动的信号以进行阻抗测量和其他测量。

该天线可包括具有谐振元件臂、接地部和馈电部的倒F形天线、以及耦接在谐振元件臂和接地部之间的返回路径。该射频传感器可对正在返回路径和天线的其他部分中流动的信号进行测量，可对正在天线内的寄生天线谐振元件中流动的信号进行测量，并且可对在天线操作期间产生的以无线形式接收的射频信号进行射频信号测量。

该射频传感器可被定位在整个电子设备中，以允许控制电路在天线操作期间准确地估计无线性能。该控制电路可进行天线调节，可将天线切换到使用和将天线切换成不再使用，可调节相控天线阵列以执行光束控制操作，可调节收发器电路通过天线来发射射频信号的最大发射功率水平，并且可基于射频传感器信号诸如利用射频传感器所测量的信号来对电子设备中的无线电路进行其他调节。

附图说明

图1为根据实施方案的具有无线通信电路的示例性电子设备的透视图。

图2为根据实施方案的具有无线通信电路的示例性电子设备的示意图。

图3为根据实施方案的示例性无线电路的图示。

图4为根据实施方案的其中切换电路被用于将天线切换到使用和将天线切换成不再使用的示例性无线电路的图示。

图5为根据实施方案的其中调节电路被用于调节相控天线阵列的性能的示例性无线电路的图示。

图6为根据实施方案的示例性电流传感器的图示。

图7为根据实施方案的基于定向耦合器的示例性电压传感器的图示。

图8为根据实施方案的示例性功率传感器的图示。

图9为根据实施方案的使用信号路径中的抽头来收集所窃听的射频信号的示例性阻抗传感器或者其他传感器的图示。

图10为根据实施方案的示例性基于天线的射频信号传感器的图示。

图11为根据实施方案的具有射频传感器电路的示例性天线的图示。

图12为根据实施方案的具有天线结构和传感器的示例性电子设备的透视图。

图13为根据实施方案的其中无线设备的总辐射功率已与传感器输出信号关联的图示。

图14为根据实施方案的其中与多个射频传感器诸如传感器对输出比率相关联的信息已与电子设备的不同的无线操作条件相关联的表。

图15为根据实施方案的操作具有传感器诸如射频传感器的电子设备所涉及的示例性步骤的流程图。

具体实施方式

电子设备诸如图1的电子设备10可包含无线电路。该无线电路可包括一个或多个天线。传感器可被结合到电子设备中。该传感器可为测量射频天线信号的射频信号传感器。来自传感器的信息可与近场和远场辐射模式以及无线功率水平关联，并且可被用于监测无线设备的操作环境。来自传感器的信息可被用于调节天线的可调谐电路，可被用于确定将哪个天线切换到使用中和不再使用，可被用于利用相控天线阵列来执行光束控制操作和其他操作，可被用于调节无线发射器的最大发射功率，并且可以其他方式被用于操作电子设备10的无线电路。

设备10的无线电路可包括处理1575MHz下的GPS卫星导航系统信号的全球定位系统(GPS)接收器和处理1609MHz下的GLONASS信号的GLONASS接收器。设备10还可包含在通信频带诸如蜂窝电话频带中操作的无线通信电路和在通信频带诸如2.4GHz

频带和2.4GHz以及5GHz

无线局域网频带(有时被称为IEEE 802.11频带或者无线局域网通信频带)中操作的无线电路。如果需要，设备10还可包含用于实现近场通信、基于光的无线通信或者其他无线通信(例如，60GHz或者其他极高频的毫米波通信等)的无线通信电路。

电子设备10可为计算设备诸如膝上型计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器、或其他手持式或便携式电子设备、较小的设备(诸如腕表设备)、挂式设备、耳机或听筒设备、被嵌入在眼镜中的设备或者佩戴在用户的头部上的其他设备，或其他可佩戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子设备被安装在信息亭或汽车中的系统)、实现这些设备的功能中的两种或更多种功能的设备、或其他电子设备。在图1的示例性配置中，设备10是便携式设备，诸如蜂窝电话、媒体播放器、平板电脑、或者其他便携式计算设备。如果需要，其他配置可用于设备10。图1的示例仅是示例性的。

在图1的示例中，设备10包括显示器诸如显示器14。显示器14已被安装在外壳诸如外壳12中。有时可被称为壳体(enclosure or case)的外壳12可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料或这些材料的任意两种或更多种的组合形成。外壳12可使用一体式构造形成，在该一体式构造中，一些或全部外壳12被加工或模制成单一结构，或者可使用多个结构(例如，内框架结构、形成外部外壳表面的一种或多种结构等)形成。

显示器14可为结合了导电电容触摸传感器电极层或者其他触摸传感器部件(例如，电阻触摸传感器部件、声学触摸传感器部件、基于力的触摸传感器部件、基于光的触摸传感器部件等)的触摸屏显示器或者可为非触敏的显示器。电容触摸屏电极可由氧化铟锡焊盘或者其他透明导电结构的阵列形成。

显示器14可包括由液晶显示器(LCD)部件形成的显示器像素阵列、电泳显示器像素阵列、等离子体显示器像素阵列、有机发光二极管显示器像素阵列、电润湿显示器像素阵列、或者基于其他显示器技术的显示器像素。

可使用显示器覆盖层诸如透明玻璃层或者透光塑料层来保护显示器14。可在显示器覆盖层中形成开口。例如，可在显示器覆盖层中形成开口，以容纳按钮诸如按钮16。还可在显示器覆盖层中形成开口，以容纳端口诸如扬声器端口。可在外壳12中形成开口以形成通信端口(例如，音频插孔、数字数据端口等)。外壳12中的开口还可被形成，以用于音频部件诸如扬声器和/或麦克风。

天线可被安装在外壳12中。例如，外壳12可具有图1中所示的四个周边边缘，并且一个或多个天线可被定位成沿着这些边缘中的一个或多个边缘。如图1的示例性配置所示，如果需要，天线可被安装在沿着外壳12的相对周边边缘的区域20中(作为示例)。如果需要，天线还可被安装在设备10的其他部分中。图1中的配置仅是示例性的。

图2中示出了示出可用于设备10的示例性部件的示意图。如图2所示，设备10可包括控制电路诸如存储和处理电路30。存储和处理电路30可包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)，等等。存储和处理电路30中的处理电路可被用于控制设备10的操作。该处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器集成电路、专用集成电路等。

存储和处理电路30可用于运行设备10上的软件，诸如互联网浏览应用程序、互联网语音协议(VOIP)电话呼叫应用程序、电子邮件应用程序、媒体回放应用程序、操作系统功能等。为了支撑与外部装置的交互，存储和处理电路30可用于实现通信协议。可使用存储和处理电路30来实现的通信协议包括互联网协议、无线局域网协议(例如IEEE 802.11协议—有时被称为

)、用于其他短程无线通信链路的协议(诸如

协议、蜂窝电话协议、MIMO协议、天线分集协议、卫星导航系统协议等等)。电路30可控制由设备10中的多个天线形成的相控天线阵列(例如，以实现光束控制功能)。如果需要，电路30可用于对天线进行调谐，调节设备10中的收发器的无线发射功率(例如，在观察已制定的整体最大允许发射功率时，响应于来自无线基站的发射功率命令可调高或者调低发射功率)，和/或以其他方式控制设备10的无线操作。

设备10可包括输入输出电路44。输入输出电路44可包括输入输出设备32。输入输出设备32可用于允许将数据被提供至设备10，以及允许将数据从设备10被提供至外部设备。输入输出设备32可包括用户界面设备、数据端口设备、以及其他输入输出部件。例如，输入输出设备可包括触摸屏、不具有触摸传感器能力的显示器、按钮、操纵杆、滚轮、触摸摸板、小键盘、键盘、麦克风、相机、扬声器、状态指示器、光源、音频插孔、以及其他音频端口部件、数字数据端口设备、光学传感器、加速度计、以及可检测运动和相对于地球的设备取向的其他部件、电容传感器、接近传感器(例如，电容接近传感器和/或红外接近传感器)、磁性传感器、连接器端口传感器或者确定设备10是否被安装在坞站中的其他传感器、射频传感器、以及其他传感器和输入输出部件。

输入输出电路44可包括用于与外部设备进行无线通信的无线通信电路34。无线通信电路34可包括由一个或多个集成电路、功率放大器电路、低噪声输入放大器、无源射频(RF)部件、一个或多个天线40、发射线和用于处理RF无线信号的其他电路形成的RF收发器电路。无线信号也可使用光(如，使用红外通信)来发送。

无线通信电路34可包括用于处理各种射频通信频带的射频收发器电路90。例如，电路90可包括无线局域网收发器电路，该无线局域网收发器电路可处理用于

(IEEE802.11)通信的2.4GHz和5GHz频带并且可处理2.4GHz

蓝牙通信频带，其可包括用于处理在诸如从700MHz至960MHz的低通信频带、从1710MHz至2170MHz的中间频带、以及从2300MHz至2700MHz的高频带、或700MHz和2700MHz或者其他合适的频率(作为示例)之间的其他通信频带的频率范围中的无线通信的蜂窝电话收发器电路，并且如果需要可包括用于其他短程无线链路和远程无线链路的电路。如果需要，无线收发器电路90可包括60GHz收发器电路，用于接收电视信号和无线电信号的电路，寻呼系统收发器，近场通信(NFC)电路等。无线收发器电路90还可包括卫星导航系统电路诸如用于接收1575MHz下的GPS信号或者用于处理其他卫星定位数据(例如，1609MHz下的GLONASS信号)的全球定位系统(GPS)接收器电路。在

链路和

链路以及其他短程无线链路中，无线信号通常用于在几十或几百英尺范围内传送数据。在蜂窝电话链路和其他远程链路中，无线信号通常用于在几千英尺或英里范围内传送数据。

无线通信电路34中的天线40可使用任何合适的天线类型形成。例如，天线40可包括具有谐振元件的天线，该天线由环形天线结构、贴片天线结构、倒F形天线结构、隙缝天线结构、平面倒F形天线结构、螺旋形天线结构、这些设计的混合等形成。如果需要，天线40中的一个或多个天线可为背腔式天线。不同类型的天线可被用于不同的频带和频带的组合。例如，在形成本地无线链路天线时可使用一种类型的天线，并且在形成远程无线链路天线时可使用另一种类型的天线。专用天线可被用于发射和/或接收在特定频带中的信号，或者如果需要，天线40可被配置为接收多个通信频带的信号。

设备10可包含多个天线40。天线可被一起使用或者天线中的一个天线可被切换到使用中，而其他天线(多个)可被切换成不再使用。如果需要，控制电路30可被用于实时选择最佳天线以在设备10中使用和/或被用于实时选择与天线40中的一个多个天线相关联的可调谐无线电路的最佳设置。

存储和处理电路30、输入输出电路44和设备10的其他部件可被安装在设备外壳12中。

如图3所示，无线电路34中的收发器90可使用路径诸如路径92而耦接到天线结构40。设备10中的发射线诸如发射线92可包括同轴电缆路径、微带发射线、带状线发射线、边缘耦接的微带发射线、边缘耦接的带状线发射线、由这些类型的发射线的组合形成的发射线等。独立的相应的发射线92可被用于在设备10中的每个天线40和收发器电路90之间路由信号(作为示例)。

如果需要，滤波器电路、切换电路、阻抗匹配电路、以及其他电路可被插入到发射线内(参见例如阻抗匹配和滤波器电路120)。

无线电路34可耦接到控制电路30。控制电路30可耦接到输入输出设备32。输入输出设备32可从设备10提供输出并且可接收来自位于设备10外部的来源的输入。控制电路30可使用无线电路34来发射和接收无线信号。

为了提供具有覆盖感兴趣的通信频率的能力的天线结构40，天线结构40可被提供有电路诸如滤波器电路(例如，一个或多个无源滤波器和/或一个或多个可调谐电路)。如果需要，天线结构40可被提供有可调节电路诸如可调谐部件102，以在感兴趣的通信频带上对天线进行调谐。可调谐部件102可包括可调谐电感器、可调谐电容器、或者其他可调谐部件。可调谐部件诸如这些部件可基于以下各项的开关和网络：固定部件、产生相关联的分布式电容和电感的分布式金属结构、用于产生可变电容值和电感值的可变固态设备、可调谐滤波器或者其他合适的可调谐结构。在设备10的操作期间，控制电路30可在一个或多个路径诸如路径88上发布调节电感值、电容值或者与可调谐部件102相关联的其他参数的控制信号，从而对天线结构40进行调谐以覆盖期望的通信频带。还可使用其中天线40是固定的(不可调谐的)配置、以及其中可调谐部件102被结合到电路诸如滤波器和匹配电路(例如，电路120，该电路可包含使用路径122上的信号控制的可调谐部件)中的配置、其中可调谐部件102被结合到寄生天线元件中的配置(例如，结构40中的寄生现象)、以及其中无线电路34包括可调节部件的其他配置。

路径92可包括一个或多个发射线。例如，图3的信号路径92可为具有正信号导体诸如线94和接地信号导体诸如线96的发射线。线94和线96可形成同轴电缆或者微带发射线的部分(作为示例)。阻抗匹配网络(匹配电路)诸如由部件(诸如电感器、电阻器和电容器)形成的匹配电路120可被用于将天线结构40的阻抗匹配到发射线92的阻抗，并且如果需要可并入带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器和/或低通滤波器。匹配网络部件可被提供作为离散部件(例如，表面安装技术部件)或者可从外壳结构、印刷电路板结构、塑料支架上的迹线等。部件诸如这些部件还可被用于形成天线结构40中的滤波器电路。如图3所示，控制电路30可通过在路径诸如路径122上发布控制信号而调节电路诸如电路120(例如，电路120中的可调谐部件)。

发射线92可耦接到与天线结构40相关联的天线馈电结构。例如，天线结构40可形成倒F形天线、隙缝天线、混合倒F形天线、或者具有带有正天线馈电端子诸如端子98和接地天线馈电端子诸如接地天线馈电端子100的天线馈电部的其他天线。正发射线导体94可耦接到正天线馈电端子98并且接地发射线导体96可耦接到接地天线馈电端子92。如果需要，可使用其他类型的天线馈电布置。图3的示例性馈电配置仅是示例性的。

如果需要，无线电路34可包含多个天线40。天线可被定位在设备10中的外壳12的端部20处和/或被定位在设备10中的其他位置中。如图4所示，电路诸如切换电路124可被用于将天线40中的期望的天线切换到使用中或切换成不再使用。例如，切换电路124可将有效工作的天线40耦接到使用中，并且可暂时将无效的天线切换成不再使用。随着设备10的工作环境改变，无效天线的效率可改善，同时有效天线的效率可下降。在其中使用不同天线的愿望改变的该情景或者其他情景中，切换电路124可被用于更换天线分配，使得当前可用的最有效的天线或者其他期望的天线被切换到使用中。在其中存在多个活动天线的情景中，切换电路124可被用于选择哪个天线是活动的以及哪个天线是非活动的。

图5示出了天线40如何形成相控天线阵列的一部分。发射线路径92可将射频收发器电路90耦接到相控天线阵列的天线。每个路径92可包含可调节电路126，诸如可调节相移器和可调节放大器或者用于调节信号幅值的其他电路。使用可调节电路126来调节在路径92上传递的信号的相位和幅值，天线40可形成被用于光束控制、空放置以及其他相控天线阵列功能的相控天线阵列。

设备10的无线性能可受到设备10的工作环境的影响。例如，当邻近于外部对象诸如用户的身体的部分(例如，用户的手、头等)、无生命的对象诸如桌子和椅子、导电性结构诸如家具或其他结构中的金属结构、电介质结构和/或围绕设备10的其他对象被操作时，设备10中的天线可被影响。天线40的性能还可受到设备10的取向(例如，天线40相对于远程无线设备和/或设备10的环境中的结构的取向)的影响。

在具有一个合适的布置的情况下，设备10的控制电路30可使用于来自设备10中的传感器的信息来控制无线电路34的操作。该信息可包括来自音频传感器、加速度计(其可提供运动数据和/或取向数据)、温度传感器、磁性传感器、力传感器等的信息。设备10还可包括射频传感器。设备10中的射频传感器可被用于测量与设备10中的天线结构40的操作相关联的射频信号。射频传感器可包括测量正在设备10中的天线和相关联的电路中流动的信号(例如，匹配电路信号、发射线信号等)的传感器和/或可包括测量射频辐射(例如，来自设备10中的天线的所发射的无线信号)的传感器。射频传感器可在利用一个或多个天线40发射射频信号期间以及如果需要利用一个或多个天线40接收射频信号期间进行射频信号测量。

在图6、7、8、9和10中示出了示例性射频传感器146。如图6所示，射频传感器146可由电流感测电路(电流传感器132)、匹配电路、发射线或者其中存在射频天线信号的其他导电结构形成，该电流感测电路被插入到信号路径诸如天线的一部分内。图7示出了传感器146可如何为使用电压传感器电路132进行电压测量的射频电压传感器。图8示出了射频传感器146可如何为使用功率测量电路136进行功率测量的射频信号功率传感器。传感器电路诸如传感器132,134和136可被结合到信号路径诸如发射线中，可被结合到天线中的金属路径的一部分中(例如，馈电部的一部分、返回路径的一部分、天线谐振元件臂的一部分、天线接地结构的一部分等)，可被结合到匹配电路中(例如，结合阻抗匹配电路的电路、调谐电路、滤波器电路等)，可被结合到天线中的寄生天线元件中的信号路径中(作为示例)，可被结合到其中存在操作期间感应的射频信号的外壳的一部分中，或者可被结合到设备10中的任何其他合适的信号路径中。

如果需要，射频传感器诸如图9的示例性传感器146可使用信号抽头诸如抽头138进行信号测量。图9的抽头138可被用于测量正在信号路径140中流动的射频信号，而无需打扰正在路径140中流动的信号(即，抽头138可提取路径140中少量的信号)。传感器电路148可包含切换电路和传感器电路以允许在路径140中正在方向142和144上流动的信号被测量。使用该类型的布置，传感器146可被用于进行电流测量、电压测量、功率测量和/或阻抗测量(例如，包括相位和幅值信息两者的复合阻抗的测量、S-参数测量等)。

如图10所示，传感器146可包括用于测量通过天线152接收的无线信号的传感器天线诸如传感器天线152和相关联的射频传感器电路(电路150)(例如，电流、电压、功率、包括相位和幅值信息的复合天线信号使得可进行S-参数测量等)等。

传感器诸如图6、7、8、9和10的传感器146和/或其他射频传感器可被嵌入在外壳12的端部20处的设备10内或者被嵌入在设备10内的其他地方。在校准操作期间，来自传感器146的输出可被测量，同时天线结构40的近场和/或远场性能在各种操作环境中被评估。在表征测量诸如这些表征测量之后，校准数据可被存储在电路30的存储装置中。在操作期间，校准数据可被电路30用于处理来自传感器146的传感器信号。经处理的传感器信号可显示出有关设备10的无线操作的信息(例如，总发射功率、近场和/或远场辐射模式以及功率、有关设备10的当前操作环境的信息等)。设备10可然后采取合适的动作。例如，发射功率可被调整(例如，如果需要确保满足监管限制，该最大允许发射功率可被降低)，天线可被切换到使用中和切换成不再使用，相控天线阵列调节可被进行，可调谐电路可被调谐等。

传感器146可被结合到设备10内的任何合适的结构中。例如，考虑在图11中示出的设备10的示例性天线配置。如图11所示，收发器电路90可使用发射线92而耦接到天线40。存储和处理电路30可耦接到收发器90并且可使用收发器90和天线结构诸如一个或多个天线(例如图11的天线40)来发射和接收信号。如图11所示，发射线92可具有耦接到正天线馈电端子98的正信号路径诸如路径94，并且可具有耦接到接地天线馈电端子100的接地信号路径诸如路径96。

天线40可具有天线谐振元件诸如倒F形天线谐振元件160和天线接地部162(即，天线40可为倒F形天线)。天线谐振元件160可具有主天线谐振元件臂诸如臂168并具有一个或多个分支。在图11的示例中，臂168具有较长的分支诸如低频带分支LB(例如，支持第一通信频带中的天线谐振的分支)和较短的分支诸如中间频带分支MB，其支持第二通信频带中的在大于与第一通信频带相关联的那些频率的频率下的天线谐振。图11的天线40还具有寄生天线谐振元件170(例如，支持第三通信频带中的在大于与第一通信频带和第二通信频带相关联的那些频率的频率下的天线谐振的寄生天线谐振元件)。

天线40可具有返回路径诸如耦接在臂168和接地部162之间的返回路径166。天线馈电部164可包括天线馈电端子98和100并且可平行于返回路径166而耦接在臂168和接地部162之间。传感器146可被定位在天线40内(例如，在臂168的部分内，在返回路径166内，在寄生元件170中等)，并且如果需要可包括基于天线的传感器诸如传感器146’。传感器146’可包括传感器天线诸如天线152和传感器电路150并且可被用于接收在收发器电路90正使用天线40发射无线信号时产生的无线射频信号。如果需要，传感器天线152可被唯一地使用，以用于进行传感器测量并且不用于发射无线通信信号。

来自传感器146的信号可使用路径180被传递到电路30并且能够被用于在各种操作情景中监测无线电路34(例如，一个或多个天线40)的操作。为了确保设备10中的一个或多个天线40的发射辐射水平在监管限制内，可期望确定设备10是否邻近用户的身体(例如，设备10是否邻近用户的头、手或者其他身体部位的部分)。用户的身体和其他外部对象的存在可影响天线性能(例如，由于存在邻近天线的外部对象，设备10中的天线可被阻塞和/或加负载)。在其中天线由于存在外部对象而被加负载的情形中，可期望重新调谐天线以确保满意的无线性能。在其中天线被阻塞的情形中，可期望将不阻塞的天线切换到使用中，以代替阻塞的天线和/或使用光束控制操作来使天线性能最大化。当设备10邻近用户时，由相控天线阵列发射的信号的光束控制、天线发射功率限制(例如，降低一个或多个天线40的最大允许发射功率，而不管来自远程基站的所接收的无线发射功率命令的所请求的功率大小)、和/或天线选择操作可被用于确保对用户的附近位置中的发射辐射的监管限制被满足。控制电路30优选地使用来自传感器146的信号和在设备特征化期间收集的校准数据来确定哪个动作应当被采取以操作天线40(调谐、光束控制、天线选择、最大发射功率调节等)。

如图12所示，设备10可具有正面诸如显示器14被安装于其上的正面10F和背面诸如背面10R。图12的设备10的正面和背面是平坦的并且是规则的，但是如果需要其他形状可被用于外壳12和设备10的表面。如图12示出的示例，天线40可被定位在设备10的表面中的一个表面诸如正面10F附近，并且寄生元件(例如，用作天线40的部分和/或反射器的寄生元件)可被定位在背面10R附近。如果需要，寄生元件170可被定位成邻近正面10F并且天线40的天线谐振元件160可被定位在背面10R附近，或者多个寄生元件可被使用。图12的示例仅仅是示例性的。无线传感器诸如包含传感器电路150和相应的传感器天线152的传感器146’可被定位在设备10的正面和/或背面附近。传感器46可被定位在天线40中(例如，在返回路径166中或者其他地方，如结合图11所描述的)，可被定位在天线40中的寄生天线谐振元件170中，和/或可被定位在设备10中的其他地方。在其中设备10具有多个天线40(例如，在设备10的上部端部和下部端部处的天线)的布置中，每个天线可被提供有一个或多个相应的传感器146。传感器146还可被安装在不与在设备10的顶部或底部处的天线直接相关联的设备10的部分中(例如，在设备外壳12的背面的中心中的徽标下方，沿着设备10的边缘，在正面的边缘或者其他部分上，和/或在外壳12的背面上等)。

图13为示出天线操作特征诸如总辐射功率(当设备10被用户使用时其可与具体的吸收速率值相关联)作为来自传感器146中的一个或多个传感器的所测量的传感器输出(参见，例如，传感器输出值S1、S2、S3和S4)的函数如何进行变化的图示。在校准测量期间，传感器输出值可与天线操作特征(辐射功率、辐射功率的方向等)关联。例如，可确定来自天线的返回路径中的传感器的输出水平可直接与来自天线的总辐射功率的大小成比例。在该类型的情形中，传感器读数可被用于准确地估计总辐射功率以确保对发射功率的监管限制被满足。不同的天线或者天线的部分还可在不同的方向上发射信号，这样传感器读数可被用于帮助确定信号以哪种模式被发射。

在一些配置中，第一传感器的输出和第二传感器的输出的比率可提供有关设备10的工作环境的信息。例如，由于附近外部对象的存在，传感器146的输出可作为天线负载的函数而变化。如图12所示，设备10可被提供有靠近正面10F的一些传感器146和靠近背面10R的一些传感器146。这两种不同类型的传感器可对其中外部对象被放置在设备10的表面中的一个表面附近的操作情景以不同方式进行反应。例如，当设备10面对用户的脸被举起时，在正面10F附近的一个或多个传感器与在背面10R附近的一个或多个传感器相比可表现出信号的不同的变化。传感器信号还可反映出取决于在设备10的附近的对象的类型的变化。当设备10邻近金属对象时，与当设备10在自由空间中时或者当设备10邻近电介质对象时相比传感器146的输出可例如是不同的。传感器输出因此可被用于确定设备10如何操作以及是否应该采取任何动作以遵守监管限制和/或提高通信性能。

如图14的示例中所示的，来自第一传感器146和第二传感器146的输出的比率(例如，分别被定位在设备10的正面和背面或者设备10中的其他地方的传感器)可根据设备10的操作环境而变化。当传感器输出比率具有值R1时，可推断设备10停留在桌子上。当传感器输出比率具有值R2时，可推断设备10邻近用户的头部。当设备10被握持在用户手中时传感器输出比率将为R3，并且当设备10正在自由空间中操作时传感器输出比率将为R4。如果需要，三个或更多个传感器、四个或更多个传感器，或者五个或更多个传感器的相对值可被用于识别设备10的当前操作环境。其中使用输出值的比率来比较一对传感器的输出的图2的示例仅是示例性的。此外，不同类型的传感器测量(例如，阻抗幅值、阻抗相位、电流测量、电压测量、功率测量等)可被用于表征设备10的操作环境。可使用来自一个或多个传感器146的传感器信号所测量的设备操作的各个方面包括设备10的取向、外部对象相对于设备10的位置、被定位在设备10附近的外部对象的类型(例如，人类和无生命对象)、来自设备10中的一个或多个传感器的总辐射功率、在相控天线阵列光束控制情景中的受控射频光束的方向或者不在相控天线阵列中的一个或多个天线40的基于方向的天线效率、天线去谐效应(例如，由于环境负载导致的天线40的谐振频率的偏移等)、以及设备10的无线操作的其他属性。传感器146可被用于进行阻抗测量，可被用于进行S-参数测量(例如，可通过经由天线40中的一个天线发射信号同时使用耦接到另一个天线40的传感器或者使用耦接到传感器天线152的传感器电路进行测量来进行S21测量，其他S-参数测量可被进行等)，可被用于确定多少电流、电压或者功率流存在于天线40内的各个位置处和/或设备10的导电结构的其他部分处，或者可被用于在无线电路34的操作期间进行任何其他合适的射频信号测量。

图15中示出了操作设备10所涉及的示例性步骤的流程图。

在步骤200处，当设备10正在使用一个或多个天线40时(例如，当一个或多个天线40正被用于发射射频信号)，控制电路30可收集来自一个或多个射频传感器146的传感器数据。设备10还可收集来自加速度计、磁性传感器、麦克风、电容接近传感器、基于光的接近传感器和/或设备10中的其他传感器32的数据。来自传感器的信息可被控制电路30用于确定设备10的当前操作环境，估计一个或多个天线40和其他无线电路34的当前行为，以及确定作为响应应当采取什么动作。校准数据可被用于处理来自传感器的信息。

在步骤202处，响应于确定设备10的当前操作环境和/或确定设备10的无线电路如何工作，控制电路30可采取合适的动作。例如，如果由于存在外部对象而该一个或多个天线40已被去调谐，则可调节电路(例如，图3的天线40中的可调谐部件120和/或匹配电路120中的可调谐部件)可被调节以重新调谐一个或多个天线，从而覆盖期望的天线频率。如果确定天线40中的一个或多个天线已被阻塞，则切换电路124可被调节以将不阻塞的置换天线切换到使用中并且将阻塞的天线切换成不再使用。可使用可调节电路126进行相控天线阵列调节(例如，以执行光束控制操作，以通过在用户的位置处放置所发射的功率空来降低在用户的方向上的辐射功率)。如果确定用户的头部或者其他身体部位邻近天线40中的一个或多个天线，则与正通过该天线或者天线组被发射的信号相关联的最大发射功率可被降低，以确保正当控制电路30响应于所接收的发射功率命令(即，来自远程设备的用于请求控制电路30增加或者降低功率以使性能最大化同时使干扰最小化的命令)进行功率调节时对发射辐射的监管限制被满足。

在步骤202处，响应于由传感器收集的信息来采取动作之后，设备10可使用收发器电路90和一个或多个天线40来发射和/或接收无线信号。如线206所指示的那样，步骤200,202和204的操作可在用户正在使用设备10时被连续地执行。

根据实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括控制电路、耦接到该控制电路的射频收发器电路、耦接到该射频收发器电路的天线、以及至少一个射频传感器，该至少一个射频传感器耦接到控制电路并且具有传感器天线和耦接到该传感器天线的传感器电路，该传感器电路在控制电路使用射频收发器电路以使用所述天线中的至少一个天线来发射无线射频信号时测量射频信号。

根据另一个实施方案，该至少一个射频传感器包括一对射频传感器，该一对射频传感器中的每个射频传感器具有相应的传感器天线和传感器电路。

根据另一个实施方案，至少一个射频传感器的传感器天线接收射频信号并且不发射任何射频信号，并且该控制电路被配置为响应于所测量的射频信号而采取选自由以下各项组成的组的动作：对天线中的至少一个天线进行调谐，将天线中的一个天线切换成不再使用，调节由天线形成的相控天线阵列，以及调节与使用射频收发器电路以发射射频信号相关联的最大发射功率。

根据另一个实施方案，该电子设备包括外壳、被安装在外壳中的显示器、测量附加射频信号的至少一个附加射频传感器，该至少一个附加射频传感器选自由以下各项组成的组：电流传感器、电压传感器和功率传感器。

根据另一个实施方案，该控制电路被配置为响应于所测量的射频信号和附加射频信号而采取动作并且该动作选自由以下各项组成的组：对天线中的至少一个天线进行调谐，将天线中的一个天线切换成不再使用，调节由天线形成的相控天线阵列，以及调节与使用射频收发器电路以发射射频信号相关联的最大发射功率。

根据另一个实施方案，该天线包括具有返回路径的至少一个倒F形天线，至少一个附加射频传感器测量返回路径中的信号。

根据另一个实施方案，该天线包括具有寄生天线谐振元件的至少一个天线，该电子设备包括测量寄生天线谐振元件中的附加射频信号的至少一个附加射频传感器。

根据另一个实施方案，该电子设备包括具有抽头和相关联的切换和传感器电路的附加射频传感器，该相关联的切换和传感器电路被配置为进行阻抗测量。

根据另一个实施方案，该附加射频传感器被定位在天线中的至少一个天线中。

根据另一个实施方案，该天线中的至少一个天线为具有倒F形天线谐振元件、天线接地部、以及耦接在倒F形天线谐振元件和接地部之间的返回路径的倒F形天线，并且附加射频传感器的抽头窃听返回路径中的信号。

根据实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括控制电路、耦接到该控制电路的射频收发器电路、耦接到该射频收发器电路的倒F形天线，以及与倒F形天线谐振元件和接地部之间的馈电部平行耦接的返回路径、以及测量返回路径中的射频信号的至少一个射频传感器，该射频收发器电路使用倒F形天线以发射和接收天线信号并且倒F形天线具有倒F形天线谐振元件、天线接地部、耦接在倒F形天线谐振元件和接地部之间的馈电部。

根据另一个实施方案，该至少一个射频传感器具有窃听返回路径中的信号的抽头和测量所窃听的信号的传感器电路。

根据另一个实施方案，该电子设备包括外壳，控制电路和射频收发器电路被安装在该外壳中，该控制电路被配置为基于返回路径中的所测量的射频信号来采取动作。

根据另一个实施方案，该控制电路被配置为响应于所测量的射频信号而采取选自由以下各项组成的组的动作：对倒F形天线进行调谐，将倒F形天线切换成不再使用，以及调节与使用射频收发器电路以发射射频信号相关联的最大发射功率。

根据实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括控制电路、耦接到该控制电路的射频收发器电路、耦接到该射频收发器电路的天线、以及多个射频传感器，该多个射频传感器耦接到控制电路并且测量在射频收发器电路使用天线中的至少一个天线以发射无线射频信号时产生的射频信号。

根据另一个实施方案，该电子设备包括耦接在天线和射频收发器电路之间的切换电路，该控制电路响应于所测量的射频信号而调节切换电路，以将天线中的至少一个天线切换到使用中并且将天线中的至少另一个天线切换成不再使用。

根据另一个实施方案，该天线包括具有返回路径的至少一个倒F形天线，并且射频传感器包括测量返回路径中的信号的至少一个射频传感器，并且控制电路被配置为至少部分地基于所测量的射频信号而调节与射频收发器电路相关联的无线发射功率水平。

根据另一个实施方案，该天线包括具有返回路径的至少一个倒F形天线，并且多个射频传感器包括测量返回路径中的信号的至少一个射频传感器。

根据另一个实施方案，该电子设备包括天线中的至少一个天线中的可调谐部件，该控制电路被配置为响应于在返回路径中所测量的信号而调节可调谐部件。

根据另一个实施方案，该控制电路被配置为响应于所测量的射频信号而调节射频收发器电路通过天线来发射信号的最大发射功率水平。

根据另一个实施方案，该传感器至少包括产生第一传感器输出的第一传感器和产生第二传感器输出的第二传感，并且控制电路被配置为至少部分地基于第一传感器输出和第二传感器输出之间的比率来控制利用收发器电路对无线射频信号的发射。

根据另一个实施方案，该天线被布置在相控天线阵列中，并且控制电路被配置为响应于所测量的射频信号而调节相控天线阵列。

以上内容仅是示例性的，并且本领域的技术人员可在不脱离所述实施方案的范围和实质的情况下作出各种修改。上述实施方案可单独实施或可以任意组合实施。

Claims (19)

1.一种电子设备，包括：

控制电路；

射频收发器电路，所述射频收发器电路耦接到所述控制电路；

相控天线阵列，所述相控天线阵列具有耦接到所述射频收发器电路的多个天线，其中所述控制电路使用所述射频收发器电路以使用所述多个天线中的给定天线来发送无线射频信号；和

至少一个射频传感器，所述至少一个射频传感器耦接到所述控制电路并且具有传感器天线和耦接到所述传感器天线的传感器电路，其中，所述传感器天线接收已经由所述给定天线发送的所述无线射频信号，所述传感器电路测量所述无线射频信号，所述控制电路基于所测量的无线射频信号来调节所述相控天线阵列，并且所述传感器天线不是所述相控天线阵列的一部分。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述至少一个射频传感器包括一对射频传感器，所述一对射频传感器中的每个射频传感器具有相应的传感器天线和传感器电路。

3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述至少一个射频传感器的所述传感器天线接收射频信号并且不发射任何射频信号，并且其中所述控制电路被配置为响应于所测量的射频信号而采取选自由以下各项组成的组的动作：对所述多个天线中的至少一个天线进行调谐，将所述多个天线中的一个天线切换成不再使用，调节所述相控天线阵列，以及调节与使用所述射频收发器电路以发射所述射频信号相关联的最大发射功率。

4.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

外壳；

显示器，所述显示器被安装在所述外壳中；

至少一个附加射频传感器，所述至少一个附加射频传感器测量附加射频信号，其中所述至少一个附加射频传感器选自由以下各项组成的组：电流传感器、电压传感器和功率传感器。

5.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为响应于所测量的射频信号和附加射频信号而采取动作，并且其中所述动作选自由以下各项组成的组：对所述多个天线中的至少一个天线进行调谐，将所述多个天线中的一个天线切换成不再使用，调节所述相控天线阵列，以及调节与使用所述射频收发器电路以发射所述射频信号相关联的最大发射功率。

6.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述多个天线包括具有返回路径的至少一个倒F形天线，并且其中所述至少一个附加射频传感器测量所述返回路径中的信号。

7.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述多个天线包括具有寄生天线谐振元件的至少一个天线，所述电子设备还包括：

至少一个附加射频传感器，所述至少一个附加射频传感器测量所述寄生天线谐振元件中的附加射频信号。

8.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

附加射频传感器，所述附加射频传感器具有抽头和相关联的切换和传感器电路，所述相关联的切换和传感器电路被配置为进行阻抗测量。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述附加射频传感器被定位在所述多个天线中的至少一个天线中。

10.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述多个天线中的至少一个天线为倒F形天线，所述倒F形天线具有倒F形天线谐振元件、天线接地部、以及耦接在所述倒F形天线谐振元件和所述天线接地部之间的返回路径，并且其中所述附加射频传感器的所述抽头窃听所述返回路径中的信号。

11.一种电子设备，包括：

控制电路；

射频收发器电路，所述射频收发器电路耦接到所述控制电路；

耦接到所述射频收发器电路的发射无线射频信号的天线，其中所述天线包括第一天线和第二天线；

产生第一输出的第一射频传感器和产生第二输出的第二射频传感器，其中所述第一射频传感器和所述第二射频传感器测量所述第二天线发射的无线射频信号的无线发射功率；和

切换电路，所述切换电路部分地基于所述第一输出和所述第二输出之间的比率来将所述第一天线切换成使用中，并将所述第二天线切换成不再使用。

12.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述第一天线是具有返回路径的倒F形天线，并且所述第一射频传感器具有窃听所述第一天线的返回路径中的信号的抽头和测量所窃听的信号的传感器电路。

13.根据权利要求12所述的电子设备，还包括：

外壳，所述控制电路和所述射频收发器电路被安装在所述外壳中，其中所述控制电路被配置为基于所述返回路径中的所测量的射频信号来采取动作，其中所述控制电路被配置为响应于所测量的射频信号而采取选自由以下各项组成的组的动作：对倒F形天线进行调谐，将所述倒F形天线切换成不再使用，以及调节与使用所述射频收发器电路以发射所述射频信号相关联的最大发射功率。

14.一种电子设备，包括：

外壳；

所述外壳中的控制电路；

射频收发器电路，所述射频收发器电路耦接到所述控制电路；

天线，所述天线耦接到所述射频收发器电路；和

测量无线地接收的射频信号的多个射频传感器，所述多个射频传感器至少包括产生第一传感器输出的第一传感器和产生第二传感器输出的第二传感器，所述多个射频传感器耦接到所述控制电路并且测量在射频收发器电路使用所述天线中的至少一个天线以发射无线射频信号时产生的射频信号的无线发射功率，其中所述控制电路被配置为至少部分地基于所述第一传感器输出和所述第二传感器输出之间的比率来控制利用所述射频收发器电路对所述无线射频信号的所述发射。

15.根据权利要求14所述的电子设备，还包括耦接在所述天线和所述射频收发器电路之间的切换电路，其中所述控制电路响应于所测量的射频信号而调节所述切换电路，以将所述天线中的至少一个天线切换到使用中并且将所述天线中的至少另一个天线切换成不再使用。

16.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述天线包括具有返回路径的至少一个倒F形天线，并且其中所述射频传感器包括测量所述返回路径中的信号的至少一个射频传感器，并且其中所述控制电路被配置为至少部分地基于在所述返回路径中所测量的所述信号而调节与所述射频收发器电路相关联的无线发射功率水平。

17.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述天线包括具有返回路径的至少一个倒F形天线，并且其中所述多个射频传感器包括测量所述返回路径中的信号的至少一个射频传感器，所述电子设备还包括：

所述天线中的至少一个天线中的可调谐部件，其中所述控制电路被配置为响应于在所述返回路径中所测量的所述信号而调节所述可调谐部件。

18.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为响应于所测量的射频信号而调节所述射频收发器电路通过所述天线来发射信号的最大发射功率水平。

19.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述天线被布置在相控天线阵列中，并且其中所述控制电路被配置为响应于所测量的射频信号而调节所述相控天线阵列。

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