CN107342460B

CN107342460B - 天线调谐控制方法、装置及系统

Info

Publication number: CN107342460B
Application number: CN201610282546.XA
Authority: CN
Inventors: 安斌; 刘鑫
Original assignee: Beijing Ziguang Zhanrui Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Ziguang Zhanrui Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2036-04-29
Also published as: CN107342460A

Abstract

一种天线调谐控制方法、装置及系统，所述方法包括：获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗；当回波损耗达到预设阈值时，计算功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗；获取所述功率放大器的负载牵引阻抗，并根据所述负载牵引阻抗以及所述天线当前阻抗，计算阻抗调谐器输出的目标阻抗并输出。上述方案能够提高智能手机天线系统的性能。

Description

天线调谐控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其涉及一种天线调谐控制方法、装置及系统。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，智能手机所支持的通信频段越来越多，无线通信的电磁环境也越来越复杂，对智能手机的天线的要求也越来越高。同时，智能手机内部可供天线放置的面积也越来越小，导致天线系统的性能不尽人意。

现有技术中，智能手机的天线系统通常采用开环调谐系统。通过大量的实验数据，在实验室中模拟各种不同的电磁环境，生成不同的电磁环境与阻抗调谐器的阻抗的映射表。智能手机在工作过程中，根据自身所处的电磁环境，通过查表的方式来获取调谐器的阻抗，从而进行相应的调整。

然而，现有的智能手机的天线系统性能较差。

发明内容

本发明解决的技术问题是如何提高智能手机天线系统的性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种天线调谐控制方法，包括：获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗；当回波损耗达到预设阈值时，计算功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗；获取所述功率放大器的负载牵引阻抗，并根据所述负载牵引阻抗以及所述天线当前阻抗，计算阻抗调谐器输出的目标阻抗并输出。

可选的，所述计算回波损耗包括：将所述天线的发射功率以及所述反射功率相减，将得到的差值作为所述回波损耗。

可选的，所述计算功率放大器的负载阻抗包括：根据所述回波损耗，计算反射系数；根据所述反射系数，计算所述功率放大器的负载阻抗。

可选的，所述根据所述反射系数，计算所述功率放大器的负载阻抗，采用如下公式进行：Z_PA＝Z₀×(1+Γ)/(1-Γ)；其中：Z_PA为所述功率放大器的当前负载阻抗，Z₀为系统阻抗，Γ为反射系数，且|Γ|＝10^Rtnloss/20，Rtnloss为所述回波损耗。

可选的，所述计算天线当前阻抗包括：将所述功率放大器的当前负载阻抗与所述阻抗调谐器输出的初始阻抗相减，得到的差值为所述天线当前阻抗。

可选的，所述根据所述负载牵引阻抗以及所述天线当前阻抗，计算阻抗调谐器输出的目标阻抗，采用如下公式进行：Z_ant×Z_tu1＝Z_LP；其中：Z_ant为所述天线当前阻抗，Z_tu1为所述阻抗调谐器输出的目标阻抗，Z_LP为所述负载牵引阻抗。

本发明实施例还提供了一种天线调谐控制装置，包括：第一计算单元，用于获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗；第二计算单元，用于当回波损耗达到预设阈值时，计算功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗；获取单元，用于获取所述功率放大器的负载牵引阻抗；第三计算单元，用于根据所述负载牵引阻抗以及所述天线当前阻抗，计算阻抗调谐器输出的目标阻抗；控制单元，用于控制所述阻抗调谐器输出所述目标阻抗。

在具体实施中，所述第一计算单元，用于将所述天线的发射功率以及所述反射功率相减，将得到的差值作为所述回波损耗。

在具体实施中，所述第二计算单元，用于根据所述回波损耗，计算反射系数；根据所述反射系数，计算所述功率放大器的负载阻抗。

在具体实施中，所述第二计算单元，用于采用公式Z_PA＝Z₀×(1+Γ)/(1-Γ)计算所述功率放大器的负载阻抗，其中：Z_PA为所述功率放大器的当前负载阻抗，Z₀为系统阻抗，Γ为反射系数，且|Γ|＝10^Rtnloss/20，Rtnloss为所述回波损耗。

在具体实施中，所述第二计算单元，用于将所述功率放大器的当前负载阻抗与所述阻抗调谐器输出的初始阻抗相减，得到的差值为所述天线当前阻抗。

在具体实施中，所述第三计算单元，用于采用公式Z_ant×Z_tu1＝Z_LP计算阻抗调谐器输出的目标阻抗，其中：Z_ant为所述天线当前阻抗，Z_tu1为所述阻抗调谐器输出的目标阻抗，Z_LP为所述负载牵引阻抗。

本发明实施例还提供了一种天线调谐控制系统，包括：控制器以及阻抗调谐器，其中：所述控制器，用于获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗；当回波损耗达到预设阈值时，计算功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗；获取所述功率放大器的负载牵引阻抗，并根据所述负载牵引阻抗以及所述天线当前阻抗，计算阻抗调谐器输出的目标阻抗并向所述阻抗调谐器输出控制指令；所述阻抗调谐器，适于在接收到所述控制指令时，输出所述目标阻抗。

在具体实施中，所述天线调谐控制系统还包括：双定向耦合器，用于测量所述天线的发射功率以及反射功率并发送至所述控制器。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

在检测到回波损耗达到预设阈值时，根据负载牵引阻抗以及天线当前阻抗，计算阻抗调谐器的目标阻抗并输出，可以根据所处电磁环境实时地对阻抗调谐器的目标阻抗进行调整，而无需在预设映射表中查找与所处电磁环境对应的目标阻抗，从而可以避免因映射表中的电磁环境场景数较少而导致无法准确选取出对应的目标阻抗的情况出现，因此可以提高智能手机天线系统的性能。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种天线调谐控制方法的流程图；

图2是一种PI型阻抗网络电路结构图；

图3是本发明实施例中的一种天线调谐控制装置的结构示意图；

图4是本发明实施例中的一种天线调谐控制系统的结构示意图。

具体实施方式

现有技术中，智能手机的天线系统通常采用开环调谐系统。通过大量的实验数据，在实验室中模拟各种不同的电磁环境，生成不同的电磁环境与阻抗调谐器的阻抗的映射表。智能手机在工作过程中，根据自身所处的电磁环境，通过查表的方式来获取阻抗调谐器的阻抗，从而进行相应的调整。

但是，在实际应用中，在生成映射表时，无法穷举所有的电磁环境场景，导致映射表中电磁环境的场景数有限。当智能手机所处的电磁环境在映射表中查找不到对应的阻抗调谐器的阻抗时，阻抗调谐器可能会输出错误的阻抗。同时，即使智能手机所处的电磁环境可以在映射表中查找到对应的阻抗时，也存在精度不足的问题。因此，现有的开环调谐系统存在天线系统的性能较差的问题。

在本发明实施例中，在检测到回波损耗达到预设阈值时，根据负载牵引阻抗以及天线当前阻抗，计算阻抗调谐器的目标阻抗并输出，从而可以根据所处电磁环境实时地对阻抗调谐器的目标阻抗进行调整，而无需在预设映射表中查找与所处电磁环境对应的目标阻抗，故可以避免因映射表中的电磁环境场景数较少而导致无法准确选取出对应的目标阻抗的情况出现，因此可以提高智能手机天线系统的性能。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供了一种天线调谐控制方法，参照图1，以下通过具体步骤进行详细说明。

步骤S101，获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗。

在具体实施中，可以定时获取天线的发射功率以及反射功率。例如，以2s为周期，定时获取天线的发射功率以及反射功率。又如，以10s为周期，定时获取天线的发射功率以及反射功率。

在实际应用中，可以采用双定向耦合器来定时获取天线的发射功率以及反射功率。可以理解的是，也可以采用其他的器件或者方法来获取天线的发射功率以及反射功率。

在获取到天线的发射功率以及反射功率后，可以计算出回波损耗。

在本发明实施例中，可以将天线的反射功率与天线的发射功率相减，得到的差值即为回波损耗，也即：Rtnloss＝Prev-Pfwd，其中，Rtnloss为回波损耗，Prev为天线的反射功率，Pfwd为天线的发射功率。

在获取到回波损耗后，可以执行步骤S102。

步骤S102，当回波损耗达到预设阈值时，计算功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗。

在实际应用中可知，由于智能手机中的射频功率放大器对阻抗敏感，因此当天线当前阻抗远离系统阻抗时，射频功率放大器的效率降低，无用的空间辐射增加。射频功率放大器的阻抗通常有一个最佳范围，在史密斯圆图上叫做负载牵引曲线。负载牵引曲线是一个很小的封闭椭圆，当天线受到电磁干扰时，天线阻抗有可能会滑出封闭椭圆，远离最佳阻抗区域，造成天线效率较低性能较差。

在具体实施中，在计算得到回波损耗后，可以将回波损耗与预设阈值进行比较。当回波损耗大于预设阈值时，则可以判定天线当前阻抗严重偏离系统阻抗，也即天线当前阻抗已经远离系统阻抗，此时天线可能受到较为严重的电磁干扰。

在本发明实施例中，当回波损耗大于预设阈值时，可以计算功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗。

在本发明实施例中，在获取到回波损耗后，可以计算与回波损耗对应的反射系数，在根据反射系数，即可计算得到功率放大器的负载阻抗。

在本发明一实施例中，采用如下公式计算得到功率放大器的负载阻抗：

Z_PA＝Z₀×(1+Γ)/(1-Γ)； (1)

其中：Z_PA为所述功率放大器的当前负载阻抗，Z₀为系统阻抗，Γ为反射系数。Γ可以通过如下公式计算得到：

|Γ|＝10^Rtnloss/20； (2)

其中，Rtnloss为步骤S101中求得的回波损耗。

在实际应用中，天线当前阻抗较难通过测量的方式直接获取。通常情况下，需要通过计算的方式来间接得到天线当前阻抗。

在本发明一实施例中，通过如下公式计算天线当前阻抗：

Z_ant＝Z_PA-Z_tu0； (3)

其中，Z_ant为所述天线当前阻抗，Z_tu0为阻抗调谐器输出的初始阻抗。

在计算得到功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗后，可以执行步骤S103。

需要注意的是，在实际应用中，由于天线可能是由多个电感、电容以及电阻等经过串并联之后形成的，因此，计算得到的天线当前阻抗是天线当前的等效阻抗。在计算天线当前阻抗时，并不能直接采用直接减法运算操作，而是需要经过一系列的串并联组合求解之后才能获得。

步骤S103，获取所述功率放大器的负载牵引阻抗，并根据所述负载牵引阻抗以及所述天线当前阻抗，计算阻抗调谐器输出的目标阻抗并输出。

在具体实施中，可以根据负载功率放大器的阻抗网络，对功率放大器的负载牵引阻抗进行计算。

在实际应用中，典型的调谐器接收是一阶或者多阶PI型网络，也可以为一阶或者多阶T型网络。为简便起见，现以一阶PI型网络为例。参照图2，给出了一种PI型阻抗网络的结构示意图。该阻抗网络中，功率放大器PA的阻抗计算公式为：

Z_LP＝((Z_ant//Z_C2)+Z_L)//Z_C1； (4)

其中，Z_ant为天线ant的阻抗，Z_C1为电容C1的等效阻抗，Z_C2为电容C2的等效阻抗，Z_L为电感L的等效阻抗，//为并联运算。

在具体实施中，在获取到功率放大器的负载牵引阻抗后，可以根据负载牵引阻抗以及天线当前阻抗，来计算得到阻抗调谐器输出的目标阻抗。目标阻抗即为满足天线性能所求得的阻抗调谐器应该输出的阻抗。

在本发明一实施例中，采用如下公式计算阻抗调谐器输出的目标阻抗：

Z_ant×Z_tu1＝Z_LP； (5)

其中：Z_tu1为阻抗调谐器输出的目标阻抗，Z_LP为功率放大器的负载牵引阻抗。

需要注意的是，在实际应用中，由于阻抗调谐器可能是由多个电感、电容、电阻以及开关阵列等经过串并联之后形成的，因此，计算得到的阻抗调谐器的目标阻抗是等效的阻抗。在计算阻抗调谐器的目标阻抗时，并不能直接采用直接的除法运算操作，而是需要经过一系列的串并联组合求解之后才能获得。

在计算得到阻抗调谐器的目标阻抗后，可以控制阻抗调谐器输出目标阻抗，从而可以实现对天线系统的参数进行调整，因此可以改善天线系统的性能。

从步骤S101～步骤S103中可知，本发明上述实施例中提供的天线调谐控制方法可以实时根据天线的回波损耗来对阻抗调谐器输出的阻抗进行调节，无论针对什么样的电磁环境，都可以通过天线的回波损耗以及功率放大器的负载牵引阻抗等参数来计算出对应的目标阻抗并输出。也就是说，本发明实施例中提供的天线调谐控制方法是实现闭环控制的。

而在现有技术中，天线调谐系统是开环系统。智能通过查找表的方式，根据智能手机所处的电磁环境进行查表。但是，很多电磁环境场景可能在查找表中并不存在，因此也就无法对阻抗调谐器的输出阻抗进行正确的调整，导致天线的性能较低。

由此可见，在检测到回波损耗达到预设阈值时，根据负载牵引阻抗以及天线当前阻抗，计算阻抗调谐器的目标阻抗并输出，可以根据所处电磁环境实时地对阻抗调谐器的目标阻抗进行调整，而无需在预设映射表中查找与所处电磁环境对应的目标阻抗，从而可以避免因映射表中的电磁环境场景数较少而导致无法准确选取出对应的目标阻抗的情况出现，因此可以提高智能手机天线系统的性能。

本发明实施例还提供了一种天线调谐控制装置30，包括：第一计算单元301、第二计算单元302、获取单元303、第三计算单元304以及控制单元305，其中：

第一计算单元301，用于获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗；

第二计算单元302，用于当回波损耗达到预设阈值时，计算功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗；

获取单元303，用于获取所述功率放大器的负载牵引阻抗；

第三计算单元304，用于根据所述负载牵引阻抗以及所述天线当前阻抗，计算阻抗调谐器输出的目标阻抗；

控制单元305，用于控制所述阻抗调谐器输出所述目标阻抗。

在具体实施中，所述第一计算单元301，可以用于将所述天线的发射功率以及所述反射功率相减，将得到的差值作为所述回波损耗。

在具体实施中，所述第二计算单元302，可以用于：根据所述回波损耗，计算反射系数；根据所述反射系数，计算所述功率放大器的负载阻抗。

在具体实施中，所述第二计算单元302可以用于：采用公式Z_PA＝Z₀×(1+Γ)/(1-Γ)计算所述功率放大器的负载阻抗，其中：Z_PA为所述功率放大器的当前负载阻抗，Z₀为系统阻抗，Γ为反射系数，且|Γ|＝10^Rtnloss/20，Rtnloss为所述回波损耗。

在具体实施中，所述第二计算单元302，可以用于将所述功率放大器的当前负载阻抗与所述阻抗调谐器输出的初始阻抗相减，得到的差值为所述天线当前阻抗。

在具体实施中，所述第三计算单元304可以用于：采用公式Z_ant×Z_tu1＝Z_LP计算阻抗调谐器输出的目标阻抗，其中：Z_ant为所述天线当前阻抗，Z_tu1为所述阻抗调谐器输出的目标阻抗，Z_LP为所述负载牵引阻抗。

参照图4，本发明实施例还提供了一种天线调谐控制系统，包括：控制器401以及阻抗调谐器402，其中：

所述控制器401，用于获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗；当回波损耗达到预设阈值时，计算功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗；获取所述功率放大器的负载牵引阻抗，并根据所述负载牵引阻抗以及所述天线当前阻抗，计算阻抗调谐器输出的目标阻抗并向所述阻抗调谐器输出控制指令；

所述阻抗调谐器402，适于在接收到所述控制指令时，输出所述目标阻抗。

在具体实施中，所述天线调谐控制系统还可以包括：双定向耦合器403，用于测量所述天线的发射功率以及反射功率并发送至所述控制器。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种天线调谐控制方法，其特征在于，包括：

获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗，包括：将所述天线的发射功率以及所述反射功率相减，将得到的差值作为所述回波损耗；

当回波损耗达到预设阈值时，计算功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗；所述计算所述天线当前阻抗，包括：将所述功率放大器的负载阻抗与阻抗调谐器输出的初始阻抗相减，将得到的差值作为所述天线当前阻抗；所述计算所述功率放大器的负载阻抗，包括：根据所述回波损耗，计算反射系数；根据所述反射系数，计算所述功率放大器的负载阻抗，所述功率放大器的负载阻抗采用如下公式计算：Z_PA＝Z₀×(1+Γ)/(1-Γ)，其中：Z_PA为所述功率放大器的负载阻抗，Z₀为系统阻抗，Γ为反射系数，且|Γ|＝10^Rtnloss/20，Rtnloss为所述回波损耗；

获取所述功率放大器的负载牵引阻抗，并根据所述负载牵引阻抗以及所述天线当前阻抗，计算阻抗调谐器输出的目标阻抗并输出；所述阻抗调谐器输出的目标阻抗由如下公式确定：Z_ant×Z_tu1＝Z_LP；其中：Z_ant为所述天线当前阻抗，Z_tu1为所述阻抗调谐器输出的目标阻抗，Z_LP为所述负载牵引阻抗。

2.一种天线调谐控制装置，其特征在于，包括：

第一计算单元，用于获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗，包括：将所述天线的发射功率以及所述反射功率相减，将得到的差值作为所述回波损耗；

第二计算单元，用于当回波损耗达到预设阈值时，计算功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗；所述计算所述天线当前阻抗，包括：将所述功率放大器的负载阻抗与阻抗调谐器输出的初始阻抗相减，将得到的差值作为所述天线当前阻抗；所述第二计算单元，用于根据所述回波损耗，计算反射系数；

根据所述反射系数，计算所述功率放大器的负载阻抗，包括：用于采用公式Z_PA＝Z₀×(1+Γ)/(1-Γ)计算所述功率放大器的负载阻抗，其中：Z_PA为所述功率放大器的负载阻抗，Z₀为系统阻抗，Γ为反射系数，且|Γ|＝10^Rtnloss/20，Rtnloss为所述回波损耗；

获取单元，用于获取所述功率放大器的负载牵引阻抗；

第三计算单元，用于根据所述负载牵引阻抗以及所述天线当前阻抗，计算阻抗调谐器输出的目标阻抗；所述第三计算单元，用于采用公式Z_ant×Z_tu1＝Z_LP计算阻抗调谐器输出的目标阻抗，其中：Z_ant为所述天线当前阻抗，Z_tu1为所述阻抗调谐器输出的目标阻抗，Z_LP为所述负载牵引阻抗；

控制单元，用于控制所述阻抗调谐器输出所述目标阻抗。

3.一种天线调谐控制系统，其特征在于，包括：控制器以及阻抗调谐器，其中：

所述控制器，用于获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗，包括：将所述天线的发射功率以及所述反射功率相减，将得到的差值作为所述回波损耗；当回波损耗达到预设阈值时，计算功率放大器的负载阻抗以及天线当前阻抗；所述计算所述天线当前阻抗，包括：将所述功率放大器的负载阻抗与阻抗调谐器输出的初始阻抗相减，将得到的差值作为所述天线当前阻抗；获取所述功率放大器的负载牵引阻抗，并根据所述负载牵引阻抗以及所述天线当前阻抗，计算阻抗调谐器输出的目标阻抗并向所述阻抗调谐器输出控制指令；所述计算所述功率放大器的负载阻抗，包括：根据所述回波损耗，计算反射系数；根据所述反射系数，计算所述功率放大器的负载阻抗，所述功率放大器的负载阻抗采用如下公式计算：Z_PA＝Z₀×(1+Γ)/(1-Γ)，其中：Z_PA为所述功率放大器的负载阻抗，Z₀为系统阻抗，Γ为反射系数，且Γ|＝10^Rtnloss/20，Rtnloss为所述回波损耗；所述阻抗调谐器输出的目标阻抗由如下公式确定：Z_ant×Z_tu1＝Z_LP；其中：Z_ant为所述天线当前阻抗，Z_tu1为所述阻抗调谐器输出的目标阻抗，Z_LP为所述负载牵引阻抗；

所述阻抗调谐器，适于在接收到所述控制指令时，输出所述目标阻抗。

4.如权利要求3所述的天线调谐控制系统，其特征在于，还包括：双定向耦合器，用于测量所述天线的发射功率以及反射功率并发送至所述控制器。