CN107465416A - 用于确定负载阻抗的通信设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于确定负载阻抗的通信设备和方法。根据一个实施例，描述了一种通信设备，其包括天线、用于向天线提供信号的信号路径、布置在信号路径内的两个定向耦合器，其中每个定向耦合器耦合到定义了 定向耦合器的特性阻抗的可调整阻抗，控制器，被配置为针对多个阻抗中的每个阻抗将定向耦合器的可调整阻抗设置到该阻抗、回波损耗测量电路，被配置为针对多个阻抗中的每个阻抗确定当定向耦合器的可调整阻抗被设置到该阻抗时信号路径的回波损耗以及负载阻抗确定电路，被配置为基于确定的回波损耗来确定信号路径的负载阻抗。

Description

用于确定负载阻抗的通信设备和方法

技术领域

本公开涉及用于确定负载阻抗的通信设备和方法。

背景技术

现代移动通信设备使用集成天线生成和接收RF（射频）信号。这些设备的操作取决于天线、信号、频率和环境条件的特性。这些特性可以影响通话时间、功耗、掉话等。

一个特性是集成天线和RF信号生成电路的阻抗或阻抗匹配。天线的阻抗可以根据诸如频率、温度、环境条件等因素以及用户与设备的交互而变化。如果存在阻抗失配，则可能产生过量的功耗和弱信号。从用户的角度来看，阻抗失配可以导致通话时间减少、短电池寿命以及掉话。

因此，为了增强对传输信号的功率传递，RF生成电路和天线之间的阻抗匹配的有效方法是希望的。

发明内容

根据一个实施例，提供了一种通信设备，其包括天线、用于向天线提供信号的信号路径、布置在信号路径内的两个定向耦合器（directional coupler），其中每个定向耦合器耦合到定义了定向耦合器的特性阻抗的可调整阻抗，控制器，被配置为针对多个阻抗中的每个阻抗将定向耦合器的可调整阻抗设置到该阻抗、回波损耗（return loss）测量电路，被配置为针对多个阻抗中的每个阻抗确定当定向耦合器的可调整阻抗被设置到该阻抗时信号路径的回波损耗以及负载阻抗确定电路，被配置为基于确定的回波损耗来确定信号路径的负载阻抗。

根据其他实施例，提供了一种用于确定负载阻抗的方法，所述方法包括针对多个阻抗中的每个将布置在用于向通信设备的天线提供信号的信号路径内的两个定向耦合的可调整阻抗设置到该阻抗，其中定向耦合器的可调整阻抗定义了定向耦合器的特性阻抗，针对多个阻抗中的每个确定当定向耦合器的可调整阻抗被设置到该阻抗时信号路径的回波损耗，并且基于所确定的回波损耗确定信号路径的负载阻抗。

附图说明

在附图中，相同的参考字符通常贯穿不同的视图指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是通常强调说明本发明的原理。在下面的描述中，参考以下附图描述各个方面，其中：

图1是示出使用模拟驻波比检测的天线调谐布置的框图。

图2示出了模拟驻波比检测器。

图3示出了具有多个单元和终端阻抗的定向耦合器。该布置可以例如用作上述示例中的定向耦合器。

图4示出了定向耦合器的实现。

图5示出了定向耦合器的另一实现。

图6示出了包括两个耦合器单元的定向耦合器的实现。

图7示出了根据实施例的阻抗测量系统。

图8示出了示出阻抗测量系统的操作流程的流程图。

图9图示了示出复数（complex）负载阻抗计算的史密斯图。

图10示出了使用用于确定史密斯图上阻抗点的确切位置的三步测量的示例。

图11示出了包括交叉开关（cross switch）的定向耦合器的实现。

图12示出了包括可切换交叉开关的定向耦合器的实现。

图13示出了阻抗测量系统的应用的示例。

图14示出了阻抗测量系统的应用的其他示例。

图15示出了阻抗测量系统的应用的其他示例。

图16示出了阻抗测量系统的应用的其他示例。

图17示出了阻抗测量系统的应用的其他示例。

图18示出了阻抗测量系统的应用的其他示例。

图19示出了根据实施例的通信设备。

图20图示了示出用于确定负载阻抗的方法的流程图。

具体实施方式

以下详细描述参考附图，附图通过说明的方式示出可以实践本发明的本公开的具体细节和方面。在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他方面并进行结构、逻辑和电的改变。本公开的各个方面不一定相互排斥，因为本公开的一些方面可以与本公开的一个或多个其他方面组合以形成新的方面。

阻抗匹配用于匹配天线或负载与信号生成电路的阻抗。当存在阻抗匹配时，改进了功率传递、信号生成等。

提供阻抗匹配的一种技术是结合天线调谐系统。天线调谐系统测量传输到天线并从天线反射回的RF信号的幅度和/或相位。测量被提供给RF前端控制器，RF前端控制器调整天线的调谐阻抗以增强阻抗匹配。

基于测量的一个参数是驻波比，由RF前端控制器用来改变调谐阻抗。在一个示例中，定向耦合器附接到RF线并且功率检测器附接到定向耦合器的耦合和隔离端口。检测到的功率被数字化并在数字域中进行处理以提取与驻波比相关联的信息。该方法需要多个模数转换器，这些转换器是隔离和良好匹配的，以便对信号进行正确的后处理。另外，该方法需要复杂的数学运算，如除法、对数运算、二极管曲线的温度补偿等。此外，包括多个模数转换器和复杂的数字处理的该方法需要大量的硅面积和电流或功率。

根据各种实施例，使用模拟功率检测器和比较器来检测RF线路或系统中的回波损耗和电压驻波比（VSWR）。VSWR是负载（例如，在天线处）与RF生成电路的阻抗的阻抗匹配的测量。VSWR是驻波的最大幅度与最小幅度的比。 RF前端控制器可以使用VSWR来调整天线调谐器并促进RF电路和天线之间的阻抗匹配。

图1是示出了使用模拟驻波比检测的天线调谐布置100的框图。该驻波比用于增强或改进阻抗匹配。

天线调谐布置100可以例如位于诸如移动电话之类的无线电通信设备中。

布置100包括定向耦合器102、天线调谐器104、回波损耗测量块106和RF前端控制器108。布置100确定用于增强或改进阻抗匹配的生成的RF信号110的驻波比。驻波比基于RF生成电路122及其天线和反射平面124。

定向耦合器102具有四个端口，输入端口IN、输出端口OUT、隔离端口ISO和耦合端口CPL。IN端口和OUT端口之间的线是主线并且CPL端口和ISO端口之间的线是耦合线。

耦合器102具有基于CPL端口处的输出功率Pcpl对IN端口处的输入功率Pin的选择的耦合因子。耦合器102具有基于ISO端口处的功率Piso和IN端口处的功率Pin的隔离。耦合器102具有被定义为在IN端口Pin到OUT端口Pout的功率损耗的插入损耗。

定向耦合器102在IN端口处接收RF输入信号110，并且在OUT端口处生成RF输出信号112、在ISO端口处生成隔离信号114并在CPL端口处生成耦合信号116。 RF生成电路122生成RF输入信号110。RF生成电路122具有可在操作期间变化的阻抗。

耦合信号116也称为正向信号（forward signal）并且隔离信号114也称为反向信号。

定向耦合器102提供RF输出信号112，其基本上从输入信号110未改变。RF输出信号112被提供给天线调谐器104，用于经由一个或多个天线传输。

定向耦合器102在CPL端口处生成衰减或减少耦合因子的耦合信号116。隔离信号114以所选择的隔离在ISO端口处生成。

回波损耗测量块106接收隔离信号114和耦合信号116。回波损耗测量块106可以省略模数转换并使用模拟部件以生成回波损耗（RL）118。回波损耗测量块106被配置为至少衰减耦合信号116，并且基于耦合信号116和隔离信号114获得功率测量。回波损耗测量块106执行功率测量的比较以生成回波损耗RL 118。回波损耗RL 118基于反射平面124。回波损耗RL 118按照来自OUT端口的功率输出（Pout）和经由反射平面124反射回来的功率测量从RF电路122到负载或天线的功率传递的有效性。

回波损耗118被提供给控制器108。控制器108被配置为分析回波损耗118并基于信号118生成天线调谐器控制120。检测器和/或控制器108可以从回波损耗118计算VSWR，并且基于VSWR而不是回波损耗RL生成天线调谐器控制120。控制器108可以在电路中实现并且使用一个或多个处理器和/或存储器来执行分析以及生成控制信号120。生成控制信号120以增强阻抗匹配。控制器108还可以参与回波损耗测量块106的操作。

天线调谐器104被配置为改进RF生成电路122和天线之间的功率传递。天线调谐器104通过增强或改进RF生成电路122和天线的阻抗的匹配来改进功率传递。天线调谐器104基于来自RF前端控制器108的控制信号120来调整天线看到的阻抗。

图2示出了模拟驻波比检测器106。检测器106基于耦合信号和隔离信号比较模拟功率测量以生成回波损耗，其表示驻波比。

检测器106基于隔离信号114和耦合信号116生成回波损耗或驻波比118。检测器106包括衰减部件218、耦合功率检测器220、隔离功率检测器222、比较器224和逐次近似（SAR）寄存器226。

检测器106耦合到定向耦合器102，如上面关于图1描述的那样。

衰减部件218包括可调整电路，其被配置为减少耦合信号116的功率以更接近地匹配隔离信号114的功率。该电路可以包括例如可控制地减少功率的可调整电阻器。衰减量ATT由SAR寄存器226设置。在一个示例中，ATT以分贝来指定。衰减量ATT通常以数字提供给衰减部件218。衰减部件218基于衰减量ATT生成耦合信号116的衰减版本228。

耦合功率检测器220测量/检测衰减的信号228的功率，衰减的信号228已经从耦合信号116导出。隔离功率检测器222测量/检测隔离信号118的功率。功率检测器220和222是模拟的并且也以模拟形式提供它们的测量。耦合功率检测器220生成耦合功率为电压，而隔离功率检测器222生成隔离功率为电压测量。

比较器224将耦合功率Pcpl与隔离功率Piso进行比较，并生成比较器输出230。该输出或值存储在SAR寄存器226内。

SAR寄存器226以n个步骤（step）顺序地生成回波损耗信号RL，因为多位值具有n位。该过程被称为逐次近似。每个步骤或第i步骤将第i位设置为高状态并读出比较器224。如果比较器输出230指示Pcpl大于Piso，则SAR寄存器226保留（leave）回波损耗信号RL的第i位为 “高”，其也是ATT信号。如果比较器输出230指示Pcpl低于Piso，则SAR寄存器226将回波损耗信号RL的第i位改变为“低”。转换过程从回波损耗信号RL的最高有效位（i = n-1）开始，并在最低有效位（i = 0）结束。在转换过程结束时，多位回波损耗信号RL指示来自参考平面124的回波损耗。参考平面124在定向耦合器102的OUT端口的下游。

回波损耗RL 118和衰减量ATT信号被示出在相同线上连接。然而，回波损耗118可以在单独的线上提供或从衰减量ATT信号输出。

诸如控制器108的控制器被配置为使用SAR寄存器226执行检测器106的转换过程并且指示何时转换过程完成以及n数字RL信号完成。控制器可以是检测器106的一部分或者在检测器106的外部。

诸如控制器108的控制器可以被配置为使用另一个顺序状态机来执行检测器106的转换过程，并且指示何时转换过程完成以及n数字RL信号完成。通过执行n次迭代，一旦被认为是准确或完整的， RF前端控制器就可以使用信号RL来控制天线调谐器，如参考图1所描述的。

定向耦合器102可以被实现为具有如图3中所示的多个单元。

图3示出了具有多个单元和终端阻抗的定向耦合器300。该布置可以例如用作上述示例中的定向耦合器102。

该布置包括第一单元302a和第二单元302b。第一单元302a具有分别连接到布置300的IN和ISO端口的OUT和CPL端口。第一单元302a的IN端口连接到第二单元302b的OUT端口。第一单元302a的ISO端口连接到具有复数值Z_T的第一终端阻抗303a。

第二单元302b具有其ISO端口，该ISO端口连接到也具有复数值Z_T的第二终端阻抗，其OUT端口连接到布置300的OUT端口并且其CPL端口连接到布置300的CPL端口。

第一和第二单元302a和302b可以被实现为具有绕组间电容的磁耦合变压器。

图4示出了使用耦合在耦合器401的输入端口和输出端口之间的第一传导路径402和耦合在耦合器401的耦合端口和隔离端口之间的第二传导路径403的定向耦合器401的实现，例如对应于第一和第二单元302a和302b中的一个或两个，其中第一和第二传导路径402和403彼此静电和电磁耦合。

图5示出了使用耦合在耦合器501的输入端口和输出端口之间的第一传导路径502和耦合在耦合器501的耦合端口和隔离端口之间的第二传导路径503的定向耦合器501的另一实现，例如对应于第一和第二单元302a和302b中的一个或两个，其中第一和第二传导路径502和503彼此静电和电磁耦合。

图6示出定向耦合器601的实现，例如，对应于定向耦合器300。

可以看到定向耦合器601包括使用耦合在耦合器601的输入端口和输出端口之间的第一传导路径602和耦合在定向耦合器601的隔离端口和第一终端阻抗604之间的第二传导路径603实现的第一定向耦合器单元，其中第一和第二传导路径602和603彼此静电和电磁耦合。

定向耦合器601还可以被看到包括使用第一传导路径602和耦合在定向耦合器601的耦合端口与第二终端阻抗606之间的第三传导路径605实现的第二定向耦合器单元，其中第一和第三传导路径602和605彼此静电和电磁耦合。

如上所解释的那样，负载阻抗（包括天线阻抗）因此可以通过提取例如通过用于在特定方向上耦合出信号的定向耦合器在信号路径中正向和反向传播的RF信号的幅度和相位信息来测量。负载阻抗的相位可以借助于混合器电路来测量。然而，混合器是需要在若干mA的范围内的电源电流（supply current）能够以低GHz频率操作的有源设备。

在下文中，描述了其中控制VSWR检测系统并且后处理来自VSWR检测系统的转换结果使得可以计算阻抗的矢量值的实施例。这可以例如在转换期间以300μA的范围内的当前完成电流（current consummation current）来实现。在以下实施例中，从针对定向耦合器的不同设置执行的标量测量的集合提取相位信息。

图7示出了根据实施例的阻抗测量系统700。

阻抗测量系统700包括如参考图3所描述的定向耦合器701，定向耦合器701包括第一单元702a和第二单元702b。第一单元702a具有分别连接到该布置的IN端口和ISO端口的OUT端口和CPL端口。第一单元702a的OUT端口连接到第二单元702b的OUT端口。第一单元702a的ISO端口连接到具有复数值Z_T的第一终端阻抗703a。

第二单元702b具有其ISO端口，其ISO端口连接到也具有复数值Z_T的第二终端阻抗，其IN端口连接到该布置701的IN端口并且其CPL端口连接到布置701的CPL端口。

与图3的定向耦合器300相对，图7的定向耦合器701的终端阻抗703a、703b是可变的。具体地，阻抗测量系统700包括可以将终端阻抗703a、703b设置为不同值的控制器702。

控制器702例如可以将终端阻抗703a、703b两者一次设置为相同的值，其中它可以从值的预定义集合选择值。控制器702例如将终端阻抗703a、703b设置为值的预定义集合的每个值，并且对于值的预定义集合的每个值，控制阻抗测量系统700的回波损耗测量块703以确定对于终端阻抗703a、703b的值的回波损耗。回波损耗测量块703可以例如如参考图1和图2所描述的回波损耗测量块106那样实现和操作。

回波损耗测量块703生成多个回波损耗（每一个针对终端阻抗703a、703b的每个值）。阻抗测量系统700包括算术单元，该算术单元计算负载（例如，连接到定向耦合器701的输出端口的天线或天线布置（例如包括如调谐器的其他部件））的负载阻抗（即，负载阻抗矢量）的复数值。

回波损耗测量块703例如如上参考图2所解释的那样测量其输入端子705之间的标量功率差。例如以dB表示，该差指示由负载引起的回波损耗。以dB表示的回波损耗值在下文中表示为RL。

通过可调整（可编程）终端阻抗703a、703b，控制器702可以将定向耦合器701的特性阻抗移动到不同于特性系统阻抗Z₀（例如Z₀ = 50 Ohm）的值。

根据一个实施例，算术单元704以计算位于史密斯图上的复数负载阻抗Z_L，其中用于计算的输入数据是：

1）当耦合器701的终端阻抗703a、703b被设置为Z_T1时所测量的回波损耗RL₁，

2）当耦合器701的终端阻抗703a、703b被设置为Z_T2时测量的回波损耗RL₂。

图8示出了说明阻抗测量系统700的操作流程的流程图800。

在801中，控制器702将终端阻抗703a、703b设置为第一值Z_T1。

在802中，控制器702控制回波损耗测量块703来测量回波损耗RL₁的第一值。

在803中，控制器702将终端阻抗703a、703b设置为第二值Z_T2。

在804中，控制器702控制回波损耗测量块703以测量回波损耗RL₂的第二值。

在805中，控制器控制算术单元704以使用Z_T1、Z_T2、RL₁、RL₂作为计算方法的输入来计算复数负载阻抗Z_L的值。

在下文中，给出对终端阻抗Z_T1、Z_T2的实数值（real value）有效的用于复数负载阻抗Z_L的计算的示例。

图9示出了图示复数负载阻抗Z_L的计算的史密斯图900。如下描述的计算给出了在史密斯图900中由第一圆901和第二圆902的交叉点给出的复数负载阻抗Z_L的两个可能的复数值。

算术单元704例如根据以下等式计算复数负载阻抗Z_L。

计算第一VSWR值：

（1）

计算第二VSWR值：

（2）

计算第一圆901的中心：

（3）

计算第二圆902的中心：

（4）

计算第一圆的半径：

（5）

计算第二圆的半径：

（6）

有

（7）

以下等式成立：

（8）

重新排列后：

（9）

最后，圆交叉点的坐标为：

（10）

（11）

检测到的阻抗位置为：

（12）

（13）

因此，负载阻抗是

或

为了确定或是否是正确的负载阻抗，控制器可将终端阻抗设置为第三值Z_T3，控制回波损耗测量块703以确定对应的第三回波损耗RL₃。

图10示出了使用三步测量来确定史密斯图上的阻抗点的确切位置的示例。首先，例如使用上面参考图9描述的方法来确定负载阻抗和。在执行回波损耗测量的该另一次迭代之后，其中耦合器的特性阻抗被设置为使得圆1001的中心沿着虚平面（imaginaryplane）（例如，相对于图9的第一圆901）移动（shift）。点S_{11_T3}表示电容平面（capacitiveplane）中的圆1001的中心，Γ₃是与测量的第三回波损耗RL₃对应的反射系数。如果Γ₃ >Γ₂，则负载阻抗的位置为。否则，负载阻抗的位置是。

代替如例如根据等式（1）至（13）执行计算，算术单元可以基于存储在存储器中的查找表来执行负载阻抗的确定（即，测量的回波损耗到负载阻抗的映射），存储器例如是阻抗测量系统700所位于的诸如移动电话的通信的存储器。

例如，可以使用如下表1的表，其提供阻抗值（对应于用例，例如用户用手覆盖天线的情况、通信设备躺在桌子上的用例等），所述表被提供用于终端阻抗和确定的回波损耗范围的所有可能组合。

作为另一示例，可以针对终端阻抗的每个可能组合给出如下表2的表，所述表对于回波损耗范围的每个组合指示阻抗值（用例）。 在本示例中，回波损耗范围被标记为从0到7并且各种用例通过UC1到UC4引用。例如，用例可以是：

•UC1 – 自由空间

•UC2 – 头部旁边左侧，即用户在左侧在头部旁边持有移动电话

•UC3 – 头部旁边右侧，即用户在右侧在头部旁边持有移动电话

•UC4 – 用户用左手持有电话，远离头部。

此外，可以定义与移动手持设备的用户交互的其他用例。

为了提供更高的灵活性，定向耦合器300可以配备有定向耦合器，其在从输出侧提供信号并且负载连接到输入侧时允许负载阻抗确定。

图11示出了包括交叉开关1102的定向耦合器1101的实现。

如图所示的那样，具有交叉开关1102的定向耦合器1101例如替代了第一定向耦合器单元302a。它可以类似地替代第二定向耦合器单元302b。

交叉开关1102包括两个输入1103，其中第一输入1103连接到定向耦合器1101的CPL端口并且第二输入1104连接到定向耦合器1101的ISO端口。

交叉开关1102包括两个输出1105、1106，其中第一输出1105连接到第二输入1104并且第二输出1106连接到第一输入1103，使得定向耦合器1101的ISO端口和CPL端口可以看出是相反的。然后，第一输出1105可以连接到定向耦合器300的ISO端口，并且第二输出1106可以连接到第一终端阻抗303a。

图12示出了包括可切换交叉开关1202的定向耦合器1201的实现。

如图所示的那样，具有交叉开关1202的定向耦合器1201例如替代了第一定向耦合器单元302a。它可以类似地替代第二定向耦合器单元302b。

交叉开关1202包括两个输入1203，其中第一输入1203连接到定向耦合器1201的CPL端口并且第二输入1204连接到定向耦合器1201的ISO端口。

交叉开关1202包括三个输出1205、1206、1207，它们到输入1203、1204的连接可以在两种配置之间切换。

在第一配置中，第二输出1206连接到第一输入1203并且第三输出1207连接到第二输入1204。第一输出1205未以第一配置连接。

在第二配置中，第一输出1205连接到第一输入1203并且第二输出1206连接到第二输入1204。第三输出1207未以第二配置连接。

第一输出1205和第三输出1207可以连接到对应于第一终端阻抗303a的相应终端阻抗1208，并且第二输出1206可以连接到定向耦合器300的ISO端口。

图13示出了阻抗测量系统1301的应用的示例，所述阻抗测量系统1301例如对应于阻抗测量系统700，其中阻抗测量系统1301监视平面（2）中的阻抗，并且被配置为基于平面（2）处的负载阻抗到调谐器1302的设置的映射来调谐连接到天线1303的第一阻抗调谐器1302。

图14示出了阻抗测量系统1401的应用的示例，阻抗测量系统1401例如对应于阻抗测量系统700，其中阻抗测量系统1401监视平面（1）中的阻抗，并且被配置为基于平面（1）处的负载阻抗到调谐器1404的设置的映射来调谐连接在天线1403和地之间的孔径（aperture）调谐器1404。

图15示出了阻抗测量系统1501的应用的示例，阻抗测量系统1501例如对应于阻抗测量系统700，其中阻抗测量系统1501监视平面（2）中的阻抗，并且被配置为基于平面（2）处的负载阻抗到调谐器1502、1504的设置的映射来调谐连接在天线1503和地之间的孔径调谐器1504和连接到天线1503的第一阻抗调谐器1502。

图16示出了阻抗测量系统1601的应用的示例，阻抗测量系统1601例如对应于阻抗测量系统700，其中阻抗测量系统1601监视平面（1）中的阻抗，并且被配置为基于将平面（1）处的负载阻抗到调谐器1604、1605的设置的映射来调谐连接在天线1603和地之间的孔径调谐器1604和连接在阻抗测量系统1601前面的第二阻抗调谐器1605。

图17示出了阻抗测量系统1701的应用的示例，阻抗测量系统1701例如对应于阻抗测量系统700，其中阻抗测量系统1701监视平面（2）中的阻抗，并且被配置为基于将平面（2）处的负载阻抗到调谐器的设置的映射来调谐连接在天线1703和地之间的孔径调谐器1704，和连接到天线1703的第一阻抗调谐器1702以及连接在阻抗测量系统1601前面的第二阻抗调谐器1705。

图18示出了阻抗测量系统1801的应用的示例，阻抗测量系统1801例如对应于阻抗测量系统700，其中阻抗测量系统1801监视平面（3）中的阻抗，并且被配置为基于平面（3）处的负载阻抗对功率放大器1804（经由谐波（harmonic）终端和阻抗变换块1805连接到阻抗测量系统1801）的输出功率Pout_1到调谐器1802的设置、针对最佳功率附加效率（PAE）和功率放大器（PA）1804的最佳线性中的任何一个来调谐连接在阻抗测量系统1801和复用开关1803之间的第一阻抗调谐器1802。图18的系统正在有效地设置最佳PAE和线性的PA负载线（loadline）。

总之，根据各种实施例，提供了如图19中所示的通信设备。

图19示出了根据实施例的通信设备1900。

通信设备1900包括天线1901、用于向天线1901供应信号的信号路径1902以及布置在信号路径内的两个定向耦合器1903、1904，其中每个定向耦合器1903、1904被耦合到定义定向耦合器1903、1904的特性阻抗的可调整阻抗1905、1906。

通信设备1900还包括控制器1907，其被配置为针对多个阻抗中的每个将定向耦合器1903、1904的可调整阻抗1905、1906设置到该阻抗。

此外，通信设备1900包括回波损耗测量电路1908和负载阻抗确定电路1909，所述回波损耗测量电路1908被配置为针对多个阻抗中的每个确定当定向耦合器的可调整阻抗1905、1906被设置到该阻抗时的信号路径1902的回波损耗，并且所述负载阻抗确定电路1909被配置为基于所确定的回波损耗确定信号路径1902的负载阻抗。

根据一个实施例，换句话说，针对布置在路径中的定向耦合器的多个特性阻抗测量测量路径到天线的回波损耗，并且基于由此获得的多个回波损耗测量确定路径的负载的阻抗。

例如，通信设备包括双支路定向耦合器（或由两个背对背耦合器单元构造的定向耦合器）、在每个支路（或每个耦合器单元）的隔离端口处的两个可调整的终端阻抗、附接到定向耦合器以及测量正向和反向耦合功率之间的功率差的回波损耗测量块，以及用于两个可调整终端阻抗和回波损耗测量块的控制器。回波损耗测量电路可以例如以可调整终端阻抗的不同值测量两次或更多次的VSWR，并且对结果进行后处理以获得负载（天线）阻抗的复数值。

根据本文所使用的定义，定向耦合器的特性阻抗可以被理解为针对其实现耦合端口处的功率与隔离端口处的功率之间的最大差的信号路径的阻抗。

在一个示例中，如果定向耦合器被配置为具有50 Ohm的特性阻抗，则如果耦合器的输入或输出端口或两者都以50 Ohm端接（terminated），则在耦合器的耦合和隔离端口处测量的功率差具有最高值。对于耦合器的输入和/或输出端口处的任何其他终端阻抗，隔离端口和耦合端口之间的功率差将小于50 Ohm端接的情况。

在另一个示例中，如果定向耦合器被配置为具有90 Ohm的特性阻抗，则如果耦合器的输入和/或输出端口以90 Ohm端接，则在耦合器的耦合和隔离端口处测量的功率差具有最大值。对于耦合器的输入和/或输出端口处的任何其他终端阻抗，隔离端口和耦合端口之间的功率差将小于90 Ohm端接的情况。

通信设备例如执行一种如图20中所示的用于确定负载阻抗的方法。

图20示出了流程图2000。

在2001中，对于多个阻抗中的每个，布置在用于向通信设备的天线提供信号的信号路径内的两个定向耦合器的可调整阻抗被设置到该阻抗，其中定向耦合器的可调整阻抗定义了定向耦合器的特性阻抗。

在2002中，对于多个阻抗中的每个，当定向耦合器的可调整阻抗被设置到该阻抗时，确定信号路径的回波损耗。

在2003中，基于所确定的回波损耗来确定信号路径的负载阻抗。

在下文中，给出了各种实施例。

实施例1是如图19中所示的通信设备。

实施例2是实施例1的通信设备，其中每个定向耦合器包括输入端口、输出端口、耦合端口和隔离端口，并且其中对于每个定向耦合器，可调整阻抗耦合到定向耦合器的隔离端口。

实施例3是实施例2的通信设备，还包括用于定向耦合器中的至少一个的交叉开关元件，其中所述交叉开关元件被配置为交换定向耦合器的耦合端口和隔离端口，并且可调整阻抗经由所述交叉开关耦合到定向耦合器。

实施例4是实施例2或3的通信设备，其中每个定向耦合器包括耦合在所述定向耦合器的输入端口和输出端口之间的第一传导路径，以及耦合在所述定向耦合器的耦合端口和隔离端口之间的第二传导路径，其中第一传导路径和第二传导路径彼此静电和电磁耦合。

实施例5是实施例1至4中任一实施例的通信设备，其中可调整阻抗耦合在隔离端口和地之间。

实施例6是实施例1至5中任一实施例的通信设备，其中定向耦合器在信号路径中串联连接。

实施例7是实施例1至6中任一实施例的通信设备，其中定向耦合器被背对背布置。

实施例8是实施例1至7中任一实施例的通信设备，其中每个定向耦合器包括输入端口，其中定向耦合器的输入端口连接在一起。

实施例9是实施例1至8中任一实施例的通信设备，包括连接到天线侧处的信号路径的负载，其中信号路径的负载阻抗是负载的阻抗。

实施例10是实施例9的通信设备，其中负载包括天线。

实施例11是实施例1至10中任一实施例的通信设备，其中信号是射频信号。

实施例12是实施例1至11中任一实施例的通信设备，包括被配置为将信号提供到信号路径的信号源。

实施例13是实施例1至12中任一实施例的通信设备，其中两个定向耦合器形成布置在信号路径中的定向耦合器的两个定向耦合器单元或两个耦合支路。

实施例14是实施例13的通信设备，其中定向耦合器包括输入端口和输出端口并且信号路径从输入端口到输出端口通过定向耦合器。

实施例15是实施例13或14的通信设备，其中定向耦合器包括连接到回波损耗测量电路的隔离端口和耦合端口。

实施例16是实施例1至15中任一实施例的通信设备，其中信号路径包括主线并且每个定向耦合器包括耦合到主线的耦合线。

实施例17是实施例16的通信设备，其中两个定向耦合器的耦合线至少部分地布置在主线的相同部分旁边。

实施例18实施例1至17中任一实施例的通信设备，其中负载阻抗确定电路被配置为基于针对定向耦合器特性阻抗测量的回波损耗到负载阻抗的映射来确定信号路径的负载阻抗。

实施例19是实施例18的通信设备，包括存储映射表示的存储器。

实施例20是实施例19的通信设备，其中所述表示是指示映射的查找表。

实施例21是实施例1至20中任一实施例的通信设备，其中负载阻抗确定电路被配置为基于在史密斯图中表示确定的回波损耗的第一回波损耗的第一圆与在史密斯图中表示确定的回波损耗的第二回波损耗的第二圆的交叉点来确定负载阻抗。

实施例22是实施例1至21中任一实施例的通信设备，其中负载阻抗确定电路被配置为基于基于所确定的回波损耗的第三回波损耗的第一圆和第二圆的两个交叉点之间的决定来确定负载阻抗。

实施例23是实施例1至22中任一实施例的通信设备，还包括被配置为基于所确定的负载阻抗来调谐天线的天线调谐器。

实施例24是实施例1至23中任一实施例的通信设备，还包括包括馈电连接平面和孔径连接平面的天线，所述通信设备还包括第一阻抗调谐器和第二阻抗调谐器中的任一个以及孔径调谐器，其中所述第一阻抗调谐器，所述第二阻抗调谐器耦合到所述信号路径，并且所述天线经由所述馈电连接平面耦合到所述信号路径，并且所述孔径调谐器耦合到所述天线孔径连接平面。

实施例25是通信设备24，其中控制器被配置为基于所确定的负载阻抗来调谐第一阻抗调谐器、第二阻抗调谐器和孔径调谐器中的任何一个，以最小化信号路径中的反射。

实施例26是实施例25的通信设备，其中控制器被配置为基于负载阻抗到调谐器的设置的映射来调谐第一阻抗调谐器、第二阻抗调谐器和孔径调谐器中的任何一个。

实施例27是实施例24的通信设备，其中控制器被配置为迭代地调谐第一阻抗调谐器、第二阻抗调谐器和孔径调谐器中的任何一个，直到在信号路径中的目标负载阻抗达到预定义的阈值。

实施例28是实施例1至27中任一实施例的通信设备，还包括耦合到信号路径的功率放大器、谐波终端和阻抗变换、阻抗测量系统和第一阻抗调谐器，以及将信号路径耦合到n个输出路径中的任何输出路径的复用开关。

实施例29是实施例28的通信设备，其中控制器被配置为基于确定的负载阻抗来调谐第一阻抗调谐器以通过针对给定的目标输出功率处的定义的电源电压设置最佳的负载线来增加信号路径中的功率放大器的功率附加效率。

实施例30是实施例29的通信设备，其中控制器被配置为基于确定的负载阻抗来调谐第一阻抗调谐器，以通过针对给定的目标输出功率处的定义的电源电压设置最佳的负载线来增加信号路径中的功率放大器的线性。

实施例31是如图20中所示的用于确定负载阻抗的方法。

根据其他实施例，提供了一种RF阻抗测量系统（例如，在通信设备中），其包括包含主RF路径和两个耦合RF支路的双支路定向耦合器、在双向耦合器的每个支路的隔离端口处的两个可编程终端阻抗、附接到双向耦合器的每个支路的耦合端口的回波损耗测量块、对所述终端阻抗编程并开始回波损耗测量程序的控制器、基于回波损耗测量块的输出和所述终端阻抗的值执行阻抗的计算的算术单元。

根据一个实施例，双支路定向耦合器由设置在衬底上的三个RF线（主RF路径和两个耦合RF支路）构造。

根据一个实施例，双支路定向耦合器包括彼此背对背耦合的两个定向耦合器单元。

根据一个实施例，定向耦合器单元包括磁耦合的变压器和耦合在磁耦合的变压器的初级和次级绕组之间的电容器。

尽管已经描述了特定方面，但是本领域技术人员应当理解，可以在其中进行形式和细节上的各种改变而不脱离如由所附权利要求书限定的本公开的方面的精神和范围。因此，该范围由所附权利要求书指示，并且因此旨在包含落入权利要求书的等同物的含义和范围内的所有改变。

Claims (31)

1.一种通信设备，包括：

信号路径，用于提供信号；

布置在信号路径内的两个定向耦合器，其中每个定向耦合器被耦合到定义定向耦合器的特性阻抗的可调整阻抗;

控制器，被配置为针对多个阻抗中的每个将定向耦合器的可调整阻抗设置到所述阻抗;

回波损耗测量电路，被配置为针对多个阻抗中的每个来确定当定向耦合器的可调整阻抗被设置到所述阻抗时的信号路径的回波损耗;

负载阻抗确定电路，被配置为基于所确定的回波损耗来确定信号路径的负载阻抗。

2.根据权利要求1所述的通信设备，其中每个定向耦合器包括输入端口、输出端口、耦合端口和隔离端口，并且其中对于每个定向耦合器，可调整阻抗耦合到定向耦合器的隔离端口。

3.根据权利要求2所述的通信设备，还包括用于定向耦合器中的至少一个的交叉开关元件，

其中交叉开关元件被配置为交换定向耦合器的耦合端口和隔离端口，以及

可调整阻抗经由交叉开关耦合到定向耦合器。

4.根据权利要求2或3所述的通信设备，其中每个定向耦合器包括

第一传导路径，耦合在所述定向耦合器的输入端口和输出端口之间，

以及，第二传导路径，耦合在所述定向耦合器的耦合端口和隔离端口之间，其中

第一传导路径和第二传导路径彼此静电和电磁耦合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的通信设备，其中可调整阻抗耦合在隔离端口和地之间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的通信设备，其中定向耦合器在信号路径中串联连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的通信设备，其中定向耦合器被背对背地布置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的通信设备，其中每个定向耦合器包括输入端口，其中定向耦合器的输入端口连接在一起。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的通信设备，包括连接到天线侧的信号路径的负载，其中信号路径的负载阻抗是负载的阻抗。

10.根据权利要求9所述的通信设备，其中负载包括天线。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的通信设备，其中，信号是射频信号。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的通信设备，包括信号源，其被配置为将信号提供到信号路径。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的通信设备，其中两个定向耦合器形成布置在信号路径中的定向耦合器的两个定向耦合器单元或两个耦合支路。

14.根据权利要求13所述的通信设备，其中定向耦合器包括输入端口和输出端口，并且信号路径从输入端口到输出端口通过定向耦合器。

15.根据权利要求13或14所述的通信设备，其中定向耦合器包括连接到回波损耗测量电路的隔离端口和耦合端口。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的通信设备，其中信号路径包括主线，并且每个定向耦合器包括耦合到所述主线的耦合线。

17.根据权利要求16所述的通信设备，其中两个定向耦合器的耦合线至少部分地布置在主线的相同部分的旁边。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的通信设备，其中，负载阻抗确定电路被配置为基于针对定向耦合器特性阻抗测量的回波损耗到负载阻抗的映射来确定信号路径的负载阻抗。

19.根据权利要求18所述的通信设备，包括存储映射的表示的存储器。

20.根据权利要求19所述的通信设备，其中所述表示是指示映射的查找表。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的通信设备，其中负载阻抗确定电路被配置为基于在史密斯图中表示确定的回波损耗的第一回波损耗的第一圆与在史密斯图中表示确定的回波损耗的第二回波损耗的第二圆的交叉点来确定负载阻抗。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的通信设备，其中负载阻抗确定电路被配置为基于基于所确定的回波损耗的第三回波损耗的第一圆和第二圆的两个交叉点之间的决定来确定负载阻抗。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的通信设备，还包括天线调谐器，其被配置为基于所确定的负载阻抗来调谐天线。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的通信设备，还包括天线，所述天线包括馈电连接平面和孔径连接平面，

所述通信设备还包括以下任何一个：

第一阻抗调谐器，以及

第二阻抗调谐器，以及

孔径调谐器，

其中第一阻抗调谐器、第二阻抗调谐器耦合到信号路径，并且

天线经由馈电连接平面耦合到信号路径，并且孔径调谐器耦合到天线孔径连接平面。

25.根据权利要求24所述的通信设备，其中控制器被配置为基于确定的负载阻抗来调谐第一阻抗调谐器、第二阻抗调谐器和孔径调谐器中的任何调谐器以最小化信号路径中的反射。

26.根据权利要求25所述的通信设备，其中，控制器被配置为基于负载阻抗到调谐器的设置的映射来调谐第一阻抗调谐器、第二阻抗调谐器和孔径调谐器中的任何调谐器。

27.根据权利要求24所述的通信设备，其中，所述控制器被配置为迭代地调谐第一阻抗调谐器、第二阻抗调谐器和孔径调谐器中的任何调谐器，直到信号路径中的目标负载阻抗达到预定义的阈值。

28.根据权利要求1至27中任一项所述的通信设备，还包括耦合到信号路径的功率放大器、谐波终端和阻抗变换、阻抗测量系统和第一阻抗调谐器，以及

复用开关，其将信号路径耦合到n个输出路径的任何输出路径。

29.根据权利要求28所述的通信设备，其中，控制器被配置为基于所确定的负载阻抗来调谐第一阻抗调谐器，以通过针对给定的目标输出功率处的定义的电源电压设置最佳的负载线来增加信号路径中的功率放大器的功率附加效率。

30.根据权利要求29所述的通信设备，其中控制器被配置为基于所确定的负载阻抗来调谐所述第一阻抗调谐器，以通过针对给定的目标输出功率处的定义的电源电压设置最佳的负载线来增加信号路径中的功率放大器的线性。

31.一种用于确定负载阻抗的方法，包括：

针对多个阻抗中的每个，将布置在用于向通信设备的天线提供信号的信号路径内的两个定向耦合器的可调整阻抗设置到所述阻抗，其中定向耦合器的可调整阻抗定义定向耦合器的特性阻抗;

针对多个阻抗中的每个，确定当定向耦合器的可调整阻抗被设置到所述阻抗时的信号路径的回波损耗;以及

基于所确定的回波损耗来确定信号路径的负载阻抗。