CN107925160B - 自适应孔径可调天线的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种天线的谐振频率在人体的某个部位靠近或接触所述天线时会失谐，因此导致效率降低。所述天线可以通过改变其总负载电容来调谐，使得所述天线的总负载电容处于参考电容的参考电容范围内，其中，所述天线在其预定工作谐振频率下或附近工作。一种可调电容器可以耦合到所述天线，以调谐所述天线的所述总负载电容。

Description

自适应孔径可调天线的装置和方法
相关申请案交叉申请
本申请要求2015年9月22日递交的发明名称为“自适应孔径可调天线的系统和方法(System and Method for Adaptive Aperture Tunable Antenna)”的第14/861,744号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文本中。
技术领域
本发明一般涉及天线系统，在具体实施例中，涉及一种自适应孔径可调天线的系统和方法。
背景技术
天线是进行无线通信的设备中的重要组件，它们广泛用于无线电广播、广播电视、双向无线电、通信接收器、无线计算机网络、手机和卫星通信等系统，以及车库门开启器、无线麦克风、支持蓝牙的设备、对讲机、婴儿监视器和商品上的RFID标签等其它设备中。随着通信技术的进步，天线设计面临着新的挑战，例如需要支持多频多模业务、需要支持使用宽带码分多址(wideband code division multiplexing access，WCDMA)和3GPP长期演进(Long Term Evolution，LTE)的其它频带、需要支持更多的无线接入技术和更加精简的ID。
当人体的某个部位，例如头部或一只手，靠近或接触智能手机或平板电脑等手持通信设备的天线时，天线的系统效率降低，导致性能下降。对于金属外壳或机箱内的天线，性能下降尤其严重。这种效率降低可以利用天线调谐方法进行补偿。传统的天线调谐方法使用相位或电压驻波比(voltage standing wave ratio，VSWR)来检测天线阻抗的变化，并试图将天线的阻抗与天线馈线的阻抗进行匹配。这些方法依靠发射器来测量匹配天线的VSWR或相位，以便进行闭环控制，而且在发射功率低时，调谐可能不是最佳的。
发明内容
本发明的实施例描述了一种自适应孔径可调天线的系统和方法，从而大体上实现技术优势。
根据一项实施例，提供了一种装置，包括天线、耦合到所述天线的可调电容器、耦合到所述天线的电容感应设备，以及耦合到所述电容感应设备的控制器。所述电容感应设备用于检测所述天线的总负载电容。所述控制器用于：根据所述检测到的总负载电容和参考电容来确定用于调谐所述可调电容器的调谐电容，以及根据所述调谐电容来控制所述可调电容器的调谐，使得所述天线的所述总负载电容保持在所述参考电容的参考电容范围内。
根据另一项实施例，提供了一种方法。所述方法检测天线的总负载电容，以及根据所述天线的所述检测到的总负载电容和参考电容来改变所述天线的所述总负载电容，使得所述天线的所述总负载电容保持在所述参考电容的参考电容范围内。所述方法还可以将可调电容器耦合到所述天线，以及根据所述天线的所述检测到的总负载电容和所述参考电容来调谐所述可调电容器，使得所述天线的所述总负载电容保持在所述参考电容的所述参考电容范围内。
根据另一项实施例，一种装置包括：检测元件，用以检测天线的负载电容(例如总负载电容)；以及更新元件，用以根据所述天线的检测到的负载电容和参考电容来改变所述天线的所述负载电容，使得所述天线的所述总负载电容处于所述参考电容的参考电容范围内。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
图1A示出了实施例天线系统的示意图；
图1B示出了构造图1A描绘的天线系统的电路的示意图；
图1C示出了构造图1A描绘的天线系统的另一电路的示意图；
图1D示出了构造图1A描绘的天线系统的另一电路的示意图；
图1E示出了构造图1A描绘的天线系统的另一电路的示意图；
图2示出了天线的回波损耗随频率改变的图；
图3示出了天线的效率随频率改变的图；
图4示出了天线的回波损耗随频率改变的另一图；
图5示出了天线的回波损耗随频率改变的另一图；
图6示出了实施例天线系统的框图；
图7示出了实施例天线系统的示意图；
图8示出了确定调谐电容的实施例查找表；
图9示出了确定调谐电容的实施例方法的流程图；
图10示出了天线的自适应孔径调谐的实施例方法的流程图；
图11示出了实施例处理系统的框图；以及
图12示出了用于通过电信网络传输和接收信令的收发器的框图。
除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必按比例进行绘制。
具体实施方式
下文将详细论述本发明实施例的制作和使用。应了解，本文所揭示的概念可以在各种各样的具体上下文中体现，且所论述的具体实施例仅作为说明而不用于限制权利要求书的范围。进一步地，应理解，可在不脱离由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下，对本文做出各种改变、替代和更改。
当人体的某个部位，例如一只手，在靠近或接触在相对于特定频带和特定接入技术的预定工作谐振频率下工作的天线时，该天线的总负载电容将发生改变，因为人体的该部位对该天线构成电容负载，导致天线的谐振频率偏离预定工作谐振频率。因此，天线的效率在其预定工作谐振频率下降低。
本发明的各方面提供一种天线系统，包括天线、耦合到天线的可调电容器、耦合到天线的电容感应设备，以及耦合到电容感应设备和可调电容器的控制器。该天线系统监测天线的总负载电容，当总负载电容改变时，该天线系统可以通过调谐可调电容器来调整天线的总负载电容，使得天线的总负载电容保持在参考电容的参考电容范围内，其中，天线可以在其预定工作谐振频率下或附近工作，从而提供普遍较高的系统效率。
图1A示出了实施例天线系统100的示意图。天线系统100包括通过天线馈点106耦合到机箱地104的天线102。天线系统100可以包含在手机等手持通信设备内。天线系统100可以由图1B中的电子电路120进行构造，电子电路120包括串联耦合的电感器L和电容器C。根据天线特征，电容器C表示天线102的等效电容值。当手持通信设备处于自由空间时，意味着人体的某个部位与手持通信设备之间没有交互，而且设备天线没有受到附近任何其它物体的电负载，例如，当手机放置在附近没有人体的木质桌子上的泡沫的顶部时，天线102的总负载电容与电容器C的电容大致相同。一般设计天线102基于其电容和电感在预定工作谐振频率下工作，这通常使其系统效率达到最高。这里的总负载电容是指天线102与机箱地104之间的电容。这里的人体的某个部位与手持通信设备的交互是指手持无线通信设备的不同使用情况，例如左手或右手拿着设备，或者设备放在口袋里，左手拿着设备靠近头部，左手拿着设备同时右手在设备的屏幕上滑动。
当人体的某个部位接近或接触手持通信设备，且由此接近或接触天线102时，天线102与机箱地104之间的电容会增加，因为人体的该部位对天线102产生电容负载。在这种情况下，天线102可以由图1C中的电路130来构造。电路130包括天线102中并联耦合的人体负载电容器CH和电容器C，它们还串联耦合到电感器L。因此，天线102的总负载电容增加到(CH+C)。天线102的总负载电容的增加可能导致天线102的谐振频率偏离其预定工作谐振频率，从而导致天线的阻抗失配损耗。这里的天线被构造为电感-电容(inductor-capacitor，L-C)谐振器。C和L根据天线特征表示等效电感和电容值，根据天线的机械结构等于模拟C和L。人体负载电容器CH的电容表示施加到天线102的等效负载电容，并且可能不等于使用电磁(electromagnetic，EM)场模拟器测量到的人体负载电容或模拟到的人体负载电容。由于放置电容传感器来测量天线电容的方式不同，所以可能需要在施加到天线的等效负载电容与实际测量到的负载电容之间进行转换。在本发明中，天线的总负载电容根据天线的LC模型称为天线的总有效电容，而且术语“总负载电容”和术语“总有效电容”可互换使用。
根据一些实施例，可调电容器可以耦合到天线102以调整天线102的总负载电容，在这种情况下，天线系统100可以构造为如图1D所示的电路140。电路140包括可调电容器C1，可调电容器C1并联耦合到天线102中的电容器C并进一步串联耦合到电感器L。可以调谐可调电容器C1，使得天线102处于自由空间时具有总负载电容(C+C1)，这允许天线在其预定工作谐振频率下工作。在一项实施例中，可以预调谐可调电容器C1，使得(C+C1)在理论上等于参考电容Cref。参考电容Cref是一个预定电容值，当天线的总负载电容等于Cref时，天线可以在预定工作谐振频率下工作。对于天线的不同种类以及天线可能支持的频带和工作模式，参考电容Cref会有所不同，并且可以在天线生产时进行预定。根据一些实施例，可以预调谐可调电容器C1，使得(C+C1)在参考电容Cref的参考电容范围(Cref–Δc，Cref+Δc)内，其中，Δc是天线102的总负载电容与参考电容Cref之间的最大可接受电容差。当天线102的总负载电容在参考电容范围内时，天线可以在其预定工作谐振频率下或附近工作。
当人体的某个部位靠近或接触天线102时，天线102可以由图1E示出的电路150表示。电路150包括三个电容器，即并联耦合的可调电容器C1、电容器C和人体负载电容器CH。然后，这三个电容器串联耦合到电感器L。为了消除人体负载电容的影响，可调电容器的电容可以从C1调谐到不同值C1’，使得在理想情况下，(C+C1)＝(C+C1’+CH)＝Cref。根据一些实施例，可调电容器的电容可以从C1调谐到不同值C1’，使得(C+C1’+CH)在参考电容Cref的参考电容范围(Cref–Δc，Cref+Δc)内，其中，Δc是天线102的总负载电容与参考电容Cref之间的最大可接受电容差。可以选择Δc，使得当天线102的总负载电容在参考电容范围内时，天线可以在天线的预定工作谐振频率下或附近的谐振频率下工作。可以根据天线102所需的效率以及调谐可调电容器的方法和天线的功耗状态等其它相关因素来预定或即时确定Δc。因此，天线102的总负载电容保持在参考电容范围内，并且天线102能够在其预定工作谐振频率下或附近的谐振频率下工作，从而在天线102与人体的某个部位之间存在交互的情况下也能够实现高效率。可调电容器C1的调谐范围能够提供负载到天线102的最小和最大人体负载电容，可调电容器C1的调谐范围可以具有最小可调电容和最大可调电容。在一项实施例中，最小可调电容应小于人体对天线施加的负载最大的情况下使天线在其预定工作谐振频率下或附近共振所需的电容，而最大可调电容应大于当不存在人体负载时允许天线在其预定工作谐振频率下或附近共振的电容。
图2示出了根据本发明一项实施例的手持通信设备中天线的回波损耗随着频率而改变的图。图2中，横轴表示频率，纵轴表示天线的回波损耗。曲线202显示天线处于自由空间时天线的回波损耗，而曲线204显示一只手拿着手持通信设备时天线的回波损耗。如图所示，在天线的工作谐振频率fr下，天线的回波损耗约为–22dB。当一只手拿着该设备时，天线的谐振频率偏离谐振频率fr，即，降低了约12MHz。如曲线204所示，谐振频率的降低因此降低了天线在预定工作谐振频率下的功率效率，其中，回波损耗增至约–15dB。
图3示出了根据本发明一项实施例的手持通信设备中天线的效率随着频率而改变的图。图3中，横轴表示频率，纵轴表示天线的系统效率。曲线302显示天线处于自由空间时天线的效率，而曲线304显示一只手拿着手持通信设备时天线的效率。如图所示，在天线的谐振频率fr下，天线的效率约为–2dB。然而，当一只手拿着该设备时，天线的谐振频率降低了约12MHz，而天线的峰值效率也降至约–7dB。
图4示出了根据本发明一项实施例的手持通信设备中天线的回波损耗随着频率而改变的图。图4中，横轴表示频率，纵轴表示天线的回波损耗。图4示出了多条曲线，每条曲线表示回波损耗与频率相对于天线的特定总负载电容之间的关系。通过调谐耦合到天线的可调电容器来改变天线的总负载电容。如图所示，天线的谐振频率随其总负载电容而改变。因此，通过可调电容器自适应地改变天线的总负载电容，可以调谐天线的谐振频率，并由此自适应地调谐天线的孔径，这使得当人体的某个部位与天线交互时天线的系统效率得以提高。
图5示出了根据本发明一项实施例的手持通信设备中天线的回波损耗随着频率而改变的图。图5中，横轴表示频率，纵轴表示天线的回波损耗。曲线502显示天线处于自由空间时天线的回波损耗，而曲线504显示一只手拿着手持通信设备时天线的回波损耗。如图所示，当一只手拿着该设备时，其天线的谐振频率逐渐降低，导致其天线的失配损耗在其预定工作谐振频率处增加。通过调谐耦合到天线的可调电容器以保持天线的总负载电容在参考电容范围内，可以调谐天线在接近其原始自由空间工作谐振频率的谐振频率下工作，如曲线506所示。
图6示出了手持无线通信设备中的实施例天线系统600的框图。天线系统600包括耦合到射频(radio frequency，RF)前端604的天线602。天线602可以是总负载电容可调谐的任意天线。天线602的示例包括：左旋(left hand，LH)模式天线，即超材料天线；右旋(right hand，RH)模式天线，例如倒F型天线(inverted-F antenna，IFA)、单极天线、T型天线或者平面倒F型天线(planar inverted-F antenna，PIFA)；孔径可调天线；以及无源天线。天线602还可以支持其它天线调谐机制，例如开环阻抗调谐或闭环天线阻抗调谐。
RF前端604包括用于处理天线602接收的和向收发器606传输的信号的组件。RF前端604还从收发器606接收信号以及将接收到的信号转换为将由天线602传输的RF信号。RF前端604耦合到收发器606。收发器606充当传输和接收电子信号的发射器和接收器。收发器606可以在半双工或全双工下工作。RF前端604和收发器606的详细操作和结构在本领域是公知的，因此这里不再论述。
图6还示出了耦合到天线602的可调电容器608。可调电容器608用于改变天线602的总负载电容。可调电容器608可以是电容可在调谐范围内调谐的任意电容器，例如可调RF电容器、数字可调电容器或者微机电(microelectromechanical，MEM)系统可变电容器。在一项实施例中，可调电容器608的调谐范围能够提供负载到天线602的最大人体负载电容。可调电容器608还可以包括相互耦合的多个可调电容器，用于实现期望的电容调谐范围。
可调电容器608可以并联或串联耦合到天线602，取决于天线602的类型。根据一些实施例，当天线602为RH模式天线时，并联可调电容器608可以耦合到天线602。可选地，如果天线602为LH模式天线，可以由包括串联电容器和并联电感器的电路构造，串联可调电容器608可以耦合到天线602。如上所述，可调电容器608用于调谐天线602的总负载电容，使得总负载电容可以保持在参考电容范围内，因此，调谐天线602在工作谐振频率下或附近的谐振频率下工作。在一项实施例中，可调电容器608可以耦合于天线602的馈源与天线602的高阻抗点之间，从而可以实现可调性与线性和/或功率处理之间的平衡。如果天线602包括多个天线分支，而且每个天线分支在不同的预定谐振频率下工作，那么可调电容器608可以耦合于天线602的馈源与要调谐谐振频率的特定天线分支之间。在一项实施例中，可调电容器608可以是耦合到天线602的外部电容器。可选地，可调电容器608可以与天线602集成，并利用调谐机制来调谐天线602的电容。
天线系统600还包括耦合到天线602和控制器612的电容感应设备610。电容感应设备610用于检测或测量天线602的总负载电容。电容感应设备610可以是一个电容式传感器，例如电容传感器或电容式接近传感器。根据一些实施例，电容感应设备610可以包括一个或多个感应电路，例如一个或多个传感器或传感头(例如电极或探针)，用于感测目标的电容，以及电容测量和处理电路，用于确定目标的电容。在一项实施例中，电容感应设备610可具有单端电容式传感头。可选地，电容感应设备610可具有一对差分电容式传感头。电容感应设备610，或者电容感应设备610的感应电路，例如电容式传感头，可以放置在可以检测人体某个部位施加到天线602的电容负载的地方。如果天线602具有多个寄生辐射臂，则独立电容感应设备610或独立传感头可以针对每个寄生辐射臂放置或者耦合到每个寄生辐射臂，以进行相应寄生辐射臂的电容检测。
根据一些实施例，电容感应设备610中的两个形状相同和大小稍微不同的传感头可用于使用差分电容检测配置来检测天线602的电容，其中，会检测两个传感头之间的电容。在一项实施例中，天线602中形状相同的传感头可以与天线602重叠放置，并且差分地连接到电容感应设备610。
根据一些其它实施例，天线602还可以用于充当两个电容传感头之一，以使用差分电容检测配置来检测其总负载电容。在这种情况下，其它电容器可以用于在天线602与接地之间以及在天线602与天线馈源之间产生直流阻断。例如，天线602可以连接到隔直电容器，该隔直电容器还耦合到接地。天线602可以通过充当隔直或匹配电容器的串联电容器连接到天线602的天线馈源，并且用作电容感应设备610的传感头之一。形状与天线602相同的另一传感器可以与天线602重叠放置，从而消除耦合电容感应设备对天线602的性能的影响。
根据其它实施例，天线602可以连接到隔直电容器并且利用单端电容检测配置充当电容式感应设备610的传感头，其中，该隔直电容器耦合到接地和天线602的天线馈源，以及会检测传感头(即天线602)与虚拟接地之间的电容。在这种情况下，电感器可以用来抑制RF信号泄漏到电容感应设备610。
对于差分电容式感应配置，电容式感应设备610的两个传感头充当电容器的两个电极。根据一些实施例，电容器可以放置在桥式电路中，而且其电容利用电压-电流关系读取。为了检测利用并联可调电容调谐到接地的天线的总负载电容，可以使用单端和差分电容检测配置。为了调谐左旋天线，可以测量馈电分支与辐射垫之间的电容负载，其中，可调电容器串联放置于左旋天线的馈电分支与辐射垫之间。此时，可以使用差分电容测量配置。电容感应设备610的详细操作和结构在本领域是公知的，因此这里不再论述。本领域普通技术人员将认识到用于实现电容感应设备610以检测天线电容的许多变体、替换和修改。
控制器612用于获取天线602的总负载电容的信息，并且根据检测到的总负载电容和参考电容Cref来控制可调电容器608的调谐，使得天线602的总负载电容处于参考电容Cref的参考电容范围(Cref–Δc，Cref+Δc)内。如上所述，参考电容Cref是天线的预定电容值，当该天线的总负载电容在自由空间中等于参考电容时，该天线在其预定工作谐振频率下工作。参考电容取决于天线设计和如何构造天线。参考电容对于不同类型的天线可以是不同的，并且也可以随着天线可能支持的频带和工作模式而改变。参考电容可以预存储在存储器中，并且在需要时进行检索。例如，参考电容可以从存储器中存储的频带表中选择。进一步地，如上所述，可以选择最大可接受电容差Δc，使得当天线602的总负载电容在参考电容范围内时，天线可以在天线的工作谐振频率下或附近的谐振频率下工作。可选地，参考电容的参考电容范围可以用(Cref1，Cref2)来表示，其中，Cref1和Cref2为参考电容范围中的最小和最大电容，而且Cref1<Cref<Cref2。同样地，Cref1和Cref2还可以预定并且存储在存储器中，而且可以选择Cref1和Cref2，使得当天线的总负载电容在参考电容范围内时，天线可以在天线的预定工作谐振频率下或附近的谐振频率下工作。参考电容Cref与检测到的总负载电容值之差说明可调电容器应该调谐的量。控制器612还可用于根据检测到的总负载电容和参考电容Cref来确定调谐电容。调谐电容为可调电容器608将要调谐的电容值。在一项实施例中，控制器612可以根据检测到的总负载电容和参考电容来计算调谐电容。可选地，对应于检测到的不同总负载电容值的调谐电容可以预计算并存储在存储器中，而且控制器612可以通过搜索存储器来找到检测到的总负载电容的对应调谐电容。
根据一些实施例，控制器612可以是一个处理器，例如微处理器或微控制器，用于利用电容调谐电路控制可调电容器608的调谐。可选地，控制器612可以包括处理器和电容调谐电路，可调电容器608的电容通过该电容调谐电路进行调谐。例如，电容调谐电路可以是生成电容器调谐电压的高电压数模转换器(high voltage digital-to-analogconverter，HVDAC)，而且通过控制电容器调谐电压，可调电容器608调谐到预期电容。电容调谐电路的另一示例可以是用于以离散形式或集成形式开启和关闭固定电容器的开关或开关阵列。本领域普通技术人员将认识到用于实施电容调谐电路的许多变体、替换和修改。
图7示出了实施例天线系统700的示意图。天线系统700包括天线702，耦合到其天线馈源704。可调电容器706具有耦合于天线702与天线馈源704之间的第一端子。可调电容器706的第二端子串联耦合到电感器708，电感器708还耦合到接地。可选地，电感器708可以忽略，或者在位置上与可调电容器706交换。中央处理器(central processing unit，CPU)710耦合到HVDAC 712，CPU 710通过HVDAC 712控制可调电容器706的电容调谐。电容式接近传感器714耦合到CPU 710，以检测天线702的总负载电容并提供检测到的总负载电容。电容式接近传感器714包括两个传感头714A和714B，以感测天线702的总负载电容。这两个传感头714A和714B可以放在它们可以在人体的某个部位靠近或接触天线702时感测天线702的总负载电容变化的位置上。本实施例中的这两个传感头714A和714B具有相同的形状并且与天线702重叠放置，以便将接近传感器714对天线702的影响降到最小。
图8示出了确定天线系统600中可调电容器的调谐电容的实施例查找表800。查找表800包括天线602的多个总负载电容值Cnx和多个调谐电容值Cnew，每个Cnx对应于一个Cnew。查找表800中的第一列是状态号1至N，每个状态号表示一对电容值，即Cnx和对应的Cnew。查找表800中有N对这样的电容值。表800中的第二列包括总负载电容的N个离散值，其可以包括天线的总负载电容从最小到最大的可能值，天线的总负载电容可以在天线处于自由空间并且与人体的某个部位有交互时检测到。表800中的第三列包括对应于N个总负载电容值的N个调谐电容值。根据一些实施例，当天线602受到人体的某个部位与手持无线通信设备，由此与天线602之间的不同交互产生的负载时，N个总负载电容值可以通过测量天线602的总负载电容来预定。N个调谐电容值然后可以根据检测到的电容值和参考电容值来计算。然后，可以生成包括测量到的总负载电容值和对应调谐电容的查找表。根据一些实施例，在查找表中使用测量到的天线的总负载电容的原始数据，而不使用转换后的电容Cnx。根据一些其它实施例，在查找表中还使用可调电容器的配置或状态，而不使用调谐电容值Cnew。查找表800可以在生产时预定并存储在手持无线通信设备的非易失性存储器中。可以为不同的天线生成不同的查找表800。
当天线在不同的谐振频率、频带或模式下工作时，人体的某个部位与天线之间的互动可能对天线的总负载电容产生不同的影响。例如，智能手机可以支持多模，例如LTE频分双工(frequency division duplexing，FDD)、LTE时分双工(time division duplexing，TDD)、通用移动通讯系统(universal mobile telecommunications system，UMTS)电路域交换回落(circuit switched fallback，CSFB)FDD和UMTS CSFB TDD，而且相对于每个模式，智能手机可以在多个频带上工作。根据一些实施例，对于支持多模多频的天线，可以生成多个查找表，每个查找表对应于该天线支持的模式和频带。多个查找表可以通过天线的模式和频带编入索引。根据一些实施例，如果天线使用开关来切换其工作谐振频率，可以为天线使用的每个工作谐振频率生成对应查找表，因为参考电容和总负载电容随着天线的工作谐振频率而改变。如果开关状态用于表示谐振频率切换，则开关状态还可用于将查找表编入索引。此外，手持通信设备的某些使用情况可以使用各种传感器来进行检测，并且这些使用情况还可用于将查找表编入索引以加速查找表的搜索。本领域普通技术人员将认识到用于排列查找表和将查找表编入索引的许多变体、替代和修改。
通过建立这样的查找表，当控制器612获得电容感应设备610检测到的总负载电容时，控制器612可以根据检测到的总负载电容和其它会影响天线的总负载电容的信息，例如天线工作时的频带、工作模式和开关状态，以及手持通信设备的使用情况，来搜索查找表；在对应的查找表里选择对应于检测到的总负载电容的调谐电容；以及将可调电容器608调谐到调谐电容。
图9示出了用于确定图6中可调电容器608的调谐电容的另一项实施例方法900。方法900开始于在步骤902处获取参考电容值Cref，并在步骤904处继续检测或测量天线602的总负载电容。方法900然后根据检测到的总负载电容值和参考电容值Cref值来确定调谐可调电容器608的调谐电容。在一项实施例中，调谐电容值可以通过控制器612来计算。例如，首先通过Cx＝(Cxm–Cb)*k0来调整电容感应设备610中的传感器的电容读数，其中，Cxm是电容读数，Cb是电容感应设备610的基线电容，k0是缩放因子，Cx是电容读数的调整结果。调整结果用于通过Cd’＝Cx–Cref来计算涉及参考电容值Cref的电容差Cd’。电容差Cd’然后通过低通滤波器进行滤波并且用于计算调谐电容值Cnew，如下所示：Cd＝LPF(Cd’)且Cnew＝Cold+k*Cd，其中，LPF表示低通滤波，Cold为可调电容器608的当前电容值，Cnew为计算出的调谐电容，k为调谐因子并用于控制调谐速度，使得调谐产生的天线602的相位变化不会中断信号解码。在一项实施例中，为了避免调谐天线602的相位突变，可以为每个调谐步骤限定最大电容变化(Climit>0)，使得：
如果abs(Cd)<Climit，则Cnew＝Cold+Cd
如果Cd>Climit，则Cnew＝Cold+Climit
如果Cd<–Climit，则Cnew＝Cold–Climit
本领域普通技术人员将认识到用于计算用来调谐可调电容器608的调谐电容的许多变体、替代和修改。
方法900确定计算出的调谐电容Cnew是否在可调电容器608的电容调谐范围内。如果在步骤908处，计算出的电容Cnew大于调谐范围中的最大可调电容值Cmax，则在步骤910处将Cmax设为调谐电容，因为Cmax是可调电容器608可调谐的最大电容值，然后方法转至步骤916，其中，调谐电容用于调谐可调电容器608。如果在步骤908处，计算出的电容小于最大可调电容值Cmax，则方法900转至步骤912。在步骤912处，方法900将计算出的调谐电容Cnew与电容调谐范围中的最小可调电容值Cmin进行比较。如果，Cnew小于Cmin，那么在步骤914处将Cmin设为调谐电容，然后方法转至步骤916。如果在步骤912处，Cnew不小于Cmin，那么在步骤916处，将计算出的调谐电容用作调谐电容以调谐可调电容器608。如果天线支持频率切换，则方法900还可用于针对天线的每个切换状态进行孔径调谐。
图10示出了天线的自适应孔径调谐的实施例方法1000。方法1000开始于在步骤1002处检测天线的总负载电容。在一项实施例中，电容感应设备可以耦合到天线以检测总负载电容。方法1000继续到步骤1004以根据天线的检测到的总负载电容和参考电容来改变天线的总负载电容，使得天线的总负载电容在参考电容的参考电容范围内。根据一些实施例，可以通过调谐耦合到天线的可调电容器来改变天线的总负载电容。如上所述，可调电容器可以是并联或串联可调电容器。根据一些实施例，方法1000可确定用于调谐可调电容器的调谐电容。例如，方法1000可以通过搜索多个预生成的查找表来选择调谐电容，每个查找表包括多个调谐电容值和天线的多个总负载电容值。每个调谐电容对应于一个总负载电容值。可选地，方法1000可以根据检测到的总负载电容和参考电容来计算用于调谐可调电容器的调谐电容。方法1000还可以确定计算出的调谐电容是否在可调电容器的调谐范围内，并且如果计算出的调谐电容大于最大可调电容，将调谐电容设为可调电容器的最大可调电容。如果计算出的调谐电容小于可调电容器的最小可调电容，方法1000还可以将调谐电容设为该最小可调电容。
图11示出了用于执行本文所描述的方法的实施例处理系统1100的框图，该系统可以安装在主机设备中。如图所示，处理系统1100包括处理器1104、存储器1106和接口1110至1114，它们可以(或可以不)如图11所示排列。处理器1104可以是用于执行计算和/或其它处理相关任务的任何组件或组件集合，存储器1106可以是用于存储程序和/或指令以由处理器1104执行的任何组件或组件集合。在一项实施例中，存储器1106包括非瞬时性计算机可读介质。接口1110、1112、1114可以是允许处理系统1100与其它设备/组件和/或用户通信的任何组件或组件集合。例如，接口1110、1112、1114中的一个或多个接口可以用于将数据消息、控制消息或管理消息从处理器1104传送给安装在主机设备和/或远程设备上的应用程序。再例如，接口1110、1112、1114中的一个或多个接口可以用于允许用户或用户设备(例如个人计算机(personal computer，PC)等)与处理系统1100进行交互/通信。处理系统1100可以包括未在图11中描绘的其它组件，例如长期存储器(例如非易失性存储器等)。
在一些实施例中，处理系统1100位于接入无线通信网络的用户侧设备中，例如移动台、用户设备(user equipment，UE)、平板电脑、可穿戴通信设备(例如智能手表等)或用于接入无线电信网络的任何其它设备。
在一些实施例中，接口1110、1112、1114中的一个或多个接口将处理系统1100连接到用于通过电信网络传输和接收信令的收发器。图12示出了用于通过电信网络传输和接收信令的收发器1200的框图。收发器1200可安装在主机设备中。如图所示，收发器1200包括网络侧接口1202、耦合器1204、发射器1206、接收器1208、信号处理器1210和设备侧接口1212。网络侧接口1202可包括用于通过无线电信网络传输或接收信令的任何组件或组件集合。耦合器1204可包括用于通过网络侧接口1202促进双向通信的任何组件或组件集合。发射器1206可包括用于将基带信号转换为适合于通过网络侧接口1202传输的调制载波信号的任何组件或组件集合(例如上变频器、功率放大器等)。接收器1208可包括用于将通过网络侧接口1202接收的载波信号转换为基带信号的任何组件或组件(例如下变频器、低噪声放大器等)的集合。信号处理器1210可包括用于将基带信号转换成适合于通过设备侧接口1212传送的数据信号或者将数据信号转换成基带信号的任何组件或组件集合。设备侧接口1212可包括用于在信号处理器1210与主机设备内的组件(例如处理系统1100、局域网(localarea network，LAN)端口等)之间传送数据信号的任何组件或组件集合。
收发器1200可以通过任何类型的通信介质传输和接收信令。在一些实施例中，收发器1200通过无线介质传输和接收信令。例如，收发器1200可以是用于根据无线电信协议进行通信的无线收发器，无线电信协议例如是蜂窝协议(例如，长期演进(long-termevolution，LTE)等)、无线局域网(wireless local area network，WLAN)协议(例如，Wi-Fi等)或任何其它类型的无线协议(例如，蓝牙、近场通信(near field communication，NFC)等)。在这些实施例中，网络侧接口1202包括一个或多个天线/辐射元件。例如，网络侧接口1202可包括单个天线、多个独立天线或用于单输入多输出(single input multipleoutput，SIMO)、多输入单输出(multiple input single output，MISO)、多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)等多层通信的多天线阵列。特定处理系统和/或收发器可利用所示的所有组件或者仅利用组件的一个子集，并且各设备的集成程度可能不同。
尽管进行了详细的描述，但应理解，可在不脱离由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下，对本文做出各种改变、替代和更改。此外，本发明的范围不希望限于本文中所描述的特定实施例，所属领域的一般技术人员将从本发明中容易了解到，过程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法或步骤(包括目前存在的或以后将开发的)可执行与本文所述对应实施例大致相同的功能或实现与本文所述对应实施例大致相同的效果。相应地，所附权利要求范围旨在包括这些流程、机器、制造、物质组分、构件、方法或步骤。

Claims (19)

1.一种孔径调谐的装置，其特征在于，包括：
天线；
可调电容器，耦合到所述天线，所述可调电容器具有耦合于所述天线高阻抗点与天线馈源之间的第一端子，所述可调电容器的第二端子耦合到地；
电容感应设备，耦合到所述天线，并且用于检测所述天线的总负载电容；以及
控制器，耦合到所述电容感应设备，并且用于：根据检测到的总负载电容和参考电容来确定用于调谐所述可调电容器的调谐电容，以及根据所述调谐电容来控制所述可调电容器的调谐，使得所述天线的所述总负载电容处于所述参考电容的参考电容范围内。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线包括左旋(left hand，LH)模式天线、右旋(right hand，RH)模式天线、无源天线、阻抗调谐天线，或者孔径可调天线。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电容感应设备包括电容传感器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电容感应设备包括电容式接近传感器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线被配置为所述用于检测所述天线的所述总负载电容的电容感应设备中的电容式传感头。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可调电容器包括并联可调电容器或串联可调电容器。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于根据查找表确定调谐所述可调电容器的所述调谐电容，所述查找表包括所述天线的多个总负载电容值和调谐所述可调电容器的多个调谐电容值，其中，所述多个总负载电容值中的每个值对应于所述多个调谐电容值中的一个值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于从所述查找表中选择对应于所述天线的所述检测到的总负载电容的调谐电容值。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于：根据所述参考电容和所述天线的所述检测到的总负载电容来计算第一调谐电容，以及当所述第一计算出的调谐电容在所述可调电容器的调谐范围内时，选择所述第一计算出的调谐电容作为调谐所述可调电容器的所述调谐电容。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于：当所述第一计算出的调谐电容大于所述可调电容器的最大可调电容时，选择所述最大可调电容作为调谐所述可调电容器的所述调谐电容；以及当所述第一计算出的调谐电容小于所述可调电容器的最小可调电容时，选择所述最小可调电容作为调谐所述可调电容器的所述调谐电容。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括在所述控制器的控制下调谐所述可调电容器的电容调谐电路。
12.一种孔径调谐的方法，其特征在于，包括：
检测天线的总负载电容；以及
根据所述天线的检测到的总负载电容和参考电容来调谐可调电容器，改变所述天线的所述总负载电容，使得所述天线的所述总负载电容处于所述参考电容的参考电容范围内，其中所述可调电容器耦合到所述天线，所述可调电容器具有耦合于所述天线高阻抗点与天线馈源之间的第一端子，所述可调电容器的第二端子耦合到地。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括确定调谐所述可调电容器的调谐电容。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述调谐电容根据查找表来确定，所述查找表包括多个总负载电容值和多个调谐电容值，所述多个总负载电容值中的每个值对应于所述多个调谐电容值中的一个值。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述确定调谐所述可调电容器的调谐电容包括根据所述参考电容和所述天线的所述检测到的总负载电容来计算第一调谐电容；以及当所述第一计算出的调谐电容在所述可调电容器的调谐范围内，选择所述第一计算出的调谐电容作为调谐所述可调电容器的所述调谐电容。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述第一计算出的调谐电容大于所述可调电容器的最大可调电容时，选择所述最大可调电容作为调谐所述可调电容器的所述调谐电容；以及
当所述第一计算出的调谐电容小于所述可调电容器的最小可调电容时，选择所述最小可调电容作为调谐所述可调电容器的所述调谐电容。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括将电容感应设备耦合到所述天线，以检测所述天线的所述总负载电容。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述电容感应设备包括电容传感器。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述电容感应设备包括电容式接近传感器。
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