CN108781066A - 一种用于阻抗测量和自适应天线调谐的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

天线的阻抗可以在不直接测量相位的情况下匹配到。这样是有利的，因为它降低了无线收发器的成本和复杂性。具体来说，可以根据回波损耗测量来估计天线反射系数的相位分量。例如，收发器可以测量天线的初始回波损耗、调整至少一个可调元件的阻抗，然后测量天线的一个或多个调整后的回波损耗。根据所述初始回波损耗与所述一个或多个调整后的回波损耗之间的差值能够估计出所述反射系数的相位。

Description

一种用于阻抗测量和自适应天线调谐的装置和方法
相关申请案交叉申请
本申请要求于2016年3月9日递交的发明名称为“一种用于阻抗测量和自适应天线调谐的装置和方法”的第15/065,313号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及无线通信的天线设计，以及在特定实施例中，涉及一种用于阻抗测量和自适应天线调谐的装置和方法。
背景技术
阻抗调谐通常根据天线电路的反射系数来调整耦合到天线馈电线的阻抗匹配元件，从而改善天线性能。反射系数可基于，例如人体组织和/或接近天线的导电(例如金属)物体的存在随时间变化。因此，许多现代无线设备通过在无线传输期间监测天线的反射系数来进行自适应阻抗调谐，并相应地调整该阻抗匹配元件。通常，用于监测天线反射系数的常规方法包括测量入射信号和反射信号的大小和相位分量，然后可用该方法来计算反射系数的大小和相位分量。
发明内容
本发明实施例描述了阻抗测量和自适应天线调谐的装置和方法，总体上实现了技术优势。
根据一实施例，提供了一种天线阻抗匹配的方法。该示例中，所述方法包括：测量天线的初始回波损耗；调整耦合到所述天线的至少第一可调元件的阻抗；在调整耦合到所述天线的第一可调元件的阻抗后，测量所述天线的调整后的第一回波损耗；至少根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计反射系数的相位；根据所述反射系数的大小和相位来调整耦合到所述天线的阻抗匹配元件。还提供了一种执行所述方法的装置。
根据另一实施例，阻抗匹配系统用于匹配天线的阻抗。所述阻抗匹配系统包括：测量元件，用于测量天线的初始回波损耗，其中，所述初始回波损耗对应反射系数的大小；调整元件，用于调整耦合到所述天线的至少第一可调元件的阻抗，其中，所述天线的调整后的第一回波损耗是在调整耦合到所述天线的第一可调元件的阻抗之后测量得到的；估计元件，用于至少根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计所述反射系数的相位，其中，耦合到所述天线的阻抗匹配元件是根据所述反射系数的大小和相位来调整的。
根据另一实施例，提供了一种无线收发器。该示例中，所述无线收发器包括天线，用于发射无线信号，还包括耦合到所述天线的天线路径的功率检测电路、耦合到所述天线的天线路径的一个或多个可调元件和耦合到所述功率检测电路和所述一个或多个可调元件的控制器，其中，所述功率检测电路用于检测在所述天线路径上传播的入射信号和反射信号的功率电平。所述控制器用于根据来自所述功率检测电路的初始功率电平测量来确定所述天线的初始回波损耗；调整所述一个或多个可调元件的阻抗；根据来自所述功率检测电路的调整后的功率电平测量来确定所述天线的一个或多个调整后的回波损耗；根据所述初始回波损耗和所述一个或多个调整后的回波损耗估计反射系数的相位；根据所述反射系数调整耦合到所述天线的阻抗匹配元件。
附图说明
为了更完整地理解实施例及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
图1示出了一种无线通信网络的一实施例的示意图；
图2示出了用于根据回波损耗测量估计反射系数的相位分量的一种天线电路的一实施例的示意图；
图3示出了用于根据回波损耗测量估计反射系数的相位分量的另一种天线电路的一实施例的示意图；
图4示出了用于根据回波损耗测量估计反射系数的相位分量的又一种天线电路的一实施例的示意图；
图5示出了如何可根据回波损耗测量来估计反射系数的相位分量的图表；
图6示出了用于根据回波损耗测量来估计反射系数的相位分量的一种方法的一实施例的流程图；
图7示出了用于根据回波损耗测量估计反射系数的相位分量的又一种天线电路的一实施例的示意图；
图8示出了如何可根据回波损耗测量来估计反射系数的相位分量的图表；
图9示出了用于根据回波损耗测量来估计反射系数的相位分量的又一种方法的一实施例的流程图；
图10示出了可调匹配电路的一实施例的示意图；
图11示出了另一可调匹配电路的一实施例的示意图；
图12示出了功率检测电路的一实施例的示意图；
图13示出了又一功率检测电路的一实施例的示意图；
图14示出了处理系统的一实施例的示意图；
图15示出了收发器的一实施例的示意图。
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，因此未必是按比例绘制的。
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。然而，应了解，本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
如上所述，用于监测天线反射系数的常规方法通常用于测量入射信号和反射信号的大小和相位分量。这通常可能需要常规收发器包括功率检测电路和耦合到收发器的天线的相位检测电路。现代无线设备通常配备有功率检测电路而不管这些功率检测电路是否进行阻抗匹配，因为发射功率控制功能通常需要符合美国联邦通信委员会(FederalCommunications Commission，简称FCC)规章以及用于干扰抑制和管理。然而，由于阻抗匹配之外的原因，许多现代无线设备不直接监测在天线电路上传播的信号的相位。
本发明各方面提供了阻抗匹配技术，所述阻抗匹配技术根据回波损耗测量来估计反射系数的相位分量，而不直接测量反射系数的相位分量。这样，可以允许无线收发器在不依赖耦合到天线的相位检测电路的情况下实现自适应阻抗匹配，从而降低了无线收发器的成本和复杂性。特别地，收发器可以包括可调匹配电路，该可调匹配电路包括一个或多个可调元件以及通过定向耦合器耦合到天线的功率检测器。在一实施例中，收发器测量天线的初始回波损耗，调整至少一个可调元件的阻抗，然后测量天线的一个或多个调整后的回波损耗。根据所述初始回波损耗与所述一个或多个调整后的回波损耗之间的差值能够估计所述反射系数的相位。如文中所述，在不直接测量反射系数的相位的情况下估计反射系数的相位的表述表明了反射系数的相位不是通过使用在天线电路上传播的入射信号和反射信号的测量到的相位分量而获得的。为了某种其他目的，收发信号的相位可以由收发器测量。下面将更详细地讨论这些和其他方面。
图1示出了一种用于传输数据的网络100。所述网络100包括具有覆盖范围101的基站110、多个移动设备120和回传网络130。如图所示，所述基站110建立了与所述移动设备120的上行(短划线)和/或下行(点线)连接，用于将数据从所述移动设备120承载到所述基站110，反之亦然。在所述上/下行连接上承载的数据可包括所述移动设备120之间的通信数据，以及通过所述回传网络130向/从远端(图中未示出)进行通信的数据。这里所使用的术语“基站”指任何用于向网络提供无线接入的组件(或者组件的集合)，例如，增强型基站(evolved NodeB，简称eNB)、宏小区、毫微微蜂窝基站、Wi-Fi接入点(access point，简称AP)或者其他支持无线的设备。基站可以按照一个或多个无线通信协议提供无线接入，如长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)、LTE advanced(Long Term EvolutionAdvanced，简称LTE-A)、高速分组接入(High Speed Packet Access，简称HSPA)和Wi-Fi802.11a/b/g/n/ac等。这里使用的术语“移动设备”指任何能够和基站建立无线连接的组件(或组件的集合)，如用户设备(user equipment，简称UE)、移动台(mobile station，简称STA)和其他支持无线的设备。在一些实施例中，网络100可以包括各种其他无线设备，如中继器和低功率节点等。
本发明各方面提供了阻抗匹配技术，所述阻抗匹配技术根据回波损耗测量来估计反射系数的相位分量，而不直接测量反射系数的相位分量。图2示出了用于估计天线反射系数的相位分量的天线电路200的一实施例的示意图。如图所示，该实施例中天线电路200包括天线201、源209、可调匹配电路210、功率检测电路260和控制器290。天线201可包括任何组件或组件的集合，用于发射或接收无线信号。所述源209可以对应耦合到天线电路200的收发器电路(例如，双工器、功率放大器、低噪声放大器、基带处理器等)的阻抗。可调匹配电路210可以包括一个或多个可调元件。可调匹配电路210中的一个或多个可调元件可以包括其阻抗可以被调整的任何电路元件，例如可调电容器和/或可调电感器。所述可调匹配电路210中的一个或多个可调元件可相对于天线201以各种方式排列，如以并联和/或串联的方式排列。下面更详细地描述用于可调匹配电路210的实施例配置。
该实施例中功率检测电路260可以包括任何部件或部件的集合，如电压检测器或电流检测器，用于测量在天线电路200上传播的信号的功率。在一些实施例中，功率检测电路260用于通过测量从源209传输到天线201的入射信号的电压或功率以及从天线200传输到源209的反射信号的电压或功率来测量天线电路200的回波损耗。
所述控制器290可以为任何组件或组件的集合，用于控制可调匹配电路210、控制和接收来自功率检测电路260的测量数据。示例性地，所述控制器290可以包括处理器、数模转换器(digital-to-analog converter，简称DAC)、栅极驱动器、和/或用于改变可调匹配电路210中的一个或多个可调元件的阻抗的其他部件、和/或触发功率检测电路260进行功率测量的其他部件。所述控制器290还可以用于根据功率检测电路260的功率测量值来估计天线201的反射系数的相位分量。在一些实施例中，相位分量计算被离线进行，且存储在查找表中。在这些实施例中，所述控制器290搜索查找表以根据功率测量值确定相位分量值。示例性地，所述控制器290可以确定与初始反射系数和一个或多个调整后的反射系数相关联的相位分量值。在其他实施例中，相位分量计算由控制器290在线进行。下面将更详细地讨论进行相位分量计算的细节。所述控制器290可以进一步用于根据反射系数的大小和相位来调整天线的阻抗匹配元件。
在一些实施例中，可调匹配电路包括串联可调元件。图3示出了用于估计天线反射系数的相位分量的天线电路300的一实施例的示意图。如图所示，该实施例中天线电路300包括天线301、源309、包含串联可调组件的可调匹配电路310、匹配电路320、功率检测电路360和控制器390。这些部件的配置可以类似于实施例中天线电路200的类似部件的配置。在该示例中，可调匹配电路310包括耦合到天线301的其他匹配电路的串联可调元件312。所述串联可调元件312可以包括可调电容器、可调电感器或其组合。所述控制器390可以用于触发功率检测电路360测量初始回波损耗、调整串联可调元件312的阻抗、然后触发功率检测电路360测量调整后的回波损耗。然后，所述控制器390可以根据初始回波损耗、调整后的回波损耗以及与天线电路300相关联的相位分量的范围来估计天线301的反射系数的相位分量，这可以根据天线特性和匹配电路的配置来确定。
在一些实施例中，可调匹配电路包括并联可调元件。图4示出了用于估计天线反射系数的相位分量的天线电路400的一实施例的示意图。如图所示，该实施例中天线电路400包括天线401、源409、可调匹配电路410、匹配电路420、功率检测电路460和控制器490，其中，各部件的配置可以类似于实施例中天线电路200的类似部件的配置。在该示例中，可调匹配电路410包括耦合到天线401的并联可调元件414。并联可调元件414可以包括可调电容器、可调电感器或其组合。所述控制器490可以触发功率检测电路460测量初始回波损耗、调整并联可调元件414的阻抗、且触发功率检测电路460测量调整后的回波损耗。然后，所述控制器490可根据初始回波损耗、调整后的回波损耗以及与天线电路400的反射系数相关联的相位分量的范围估计天线401的反射系数的相位分量。
当天线的反射系数的相位分量的范围已知时，可以使用本发明提供的实施例根据初始回波损耗测量和调整后的回波损耗测量来估计反射系数的相位分量。图5示出了用于说明如何根据回波损耗测量估计反射系数的相位分量的史密斯圆图501和图502。史密斯圆图501描绘了代表具有匹配网络的天线的初始反射系数(Γ0)的所有可能相位上的复合反射系数的第一圆(Γ＝|Γ0|)，和代表在调整可调阻抗之后的所有反射系数相位上的复合反射系数(Γ)的第二圆(Γ＝f(Γ0))。第一圆(Γ＝|Γ0|)是在第一次回波损耗测量之后确定的，且其值对应|Γ0|。第三圆Γ＝|Γ1|是在第二次回波损耗测量之后确定的，且其值对应|Γ1|。该第三圆将在两点与第二圆相交。图502示出了初始回波损耗测量(|Γ0|)与调整后的回波损耗(|Γ|)之间的差值，并将该差值作为天线初始反射系数的相位的函数。当只进行一次调整后的回波损耗测量(如Γ＝|Γ1|)时，反射系数的相位分量有两个电位值，即Θ1和Θ2，它们对应直线y＝|Γ1|–|Γ0|和曲线的相交点。此时，可知反射系数的相位分量是在100-250度之间。相应地，Θ1是天线电路的反射系数的估计相位系数。
图6示出了用于根据回波损耗测量来估计反射系数的相位分量的一种方法600的一实施例的流程图。该方法由控制器执行。在步骤610，所述控制器利用匹配网络来测量天线的回波损耗。这可以通过测量定向耦合器的回波损耗来实现，包括测量入射信号和反射信号的量值(例如，电压或功率)，然后计算回波损耗作为入射信号的量值与返回信号的量值之间的比率。在步骤620，所述控制器调整耦合到天线的可调元件的阻抗。在一实施例中，该调整包括调整耦合到天线的可调电容器的电容。在一实施例中，该调整包括调整耦合到天线的可调电感器的电感。在一些实施例中，在步骤620中调整多个可调元件。
在步骤630，所述控制器利用匹配网络来测量天线调整后的回波损耗。调整后的回波损耗的测量是在步骤620中可调元件的阻抗调整完成后进行。在步骤640，所述控制器根据初始回波损耗和调整后的回波损耗来估计反射系数的相位分量。这可通过执行实时计算或通过参考查找表来实现，其中，所述查找表将回波损耗测量值与在初始化时计算得到的或从存储器中检索到的相位值相关联。利用在定向耦合器测量得到的复合反射系数，可以通过从天线中去嵌入匹配网络来获得天线阻抗(或天线馈电平面处的反射系数)。这得益于使用天线与功率检测器之间匹配网络的知识的帮助。在步骤650，所述控制器根据反射系数来调整耦合到天线的阻抗匹配元件。阻抗匹配元件和可调元件可包括相同或不同的部件。
本发明提供的实施例可以利用初始回波损耗测量和多次调整后的回波损耗测量来估计反射系数的相位分量。当天线电路的相位分量范围未知时，这种方法可能很有用。图7示出了用于估计天线反射系数的相位分量的天线电路700的一实施例的示意图。如图所示，该实施例中天线电路700包括天线701、源709、可调匹配电路710、功率检测电路760和控制器790，其中，各部件的配置可以类似于实施例中天线电路200的类似部件的配置。该实施例中天线电路700可选地可包括可调匹配电路710和天线701之间的附加匹配电路。在该示例中，所述控制器790可用于根据功率检测电路760的功率测量来估计天线701的反射系数的相位分量。特别地，所述控制器790可以触发功率检测电路760来测量初始回波损耗。然后，所述控制器790可以调整可调匹配电路710中的串联可调元件712和并联可调元件712中的一个或全部的阻抗，并触发功率检测电路760测量调整后的第一回波损耗。此后，所述控制器790可重新调整串联可调元件712和并联可调元件712中的一个或全部的阻抗，并且触发功率检测电路760测量调整后的第二回波损耗。最后，所述控制器790可以根据初始回波损耗、调整后的第一回波损耗和调整后的第二回波损耗来估计天线701的反射系数的相位分量。所述控制器790可以基于对回波损耗的三次测量来估计相位分量，而不必知道与天线电路700相关联的相位分量的范围。
图8示出了用于描述如何可根据回波损耗测量来估计反射系数的相位分量的史密斯圆图801和图802。史密斯圆图801描绘了代表具有匹配网络的天线的初始反射系数(Γ0)的所有可能相位上的复合反射系数(Γ)的第一圆(Γ＝|Γ0|)。史密斯圆图801还描绘了代表调整后的第一反射系数的所有相位上的复合反射系数(Γ)的第二圆(Γ＝f1(Γ0))，以及代表调整后的第二反射系数的所有相位上的复合反射系数(Γ)的第三圆(Γ＝f2(Γ))。第一圆(Γ＝|Γ0|)可以将反射系数(Γ)的复合值作为初始回波损耗测量(|Γ0|)的函数。第二圆(Γ＝f1(Γ0))可代表第一阻抗调整完成后的调整后的第一反射系数(Γ1)的复合值。第三圆(Γ＝f2(Γ0))可代表在第二阻抗调整完成后的调整后的第二反射系数(Γ2)的复合值。图802阐述了初始回波损耗测量(|Γ0|)与调整后的第一回波损耗(|Γ1|)之间的差值，并将初始回波损耗测量(|Γ0|)与调整后的第二回波损耗(|Γ2|)之间的差值作为天线初始反射系数相位的函数。初始反射系数的两个可能的相位θ1A和θ1B可以从调整后的第一回波损耗测量中导出。所述初始反射系数的两个可能的相位(θ1A和θ1B)也可以从调整后的第二回波损耗测量中导出。此时，初始反射系数(Γ0)的正确相位分量可以是从两个测量值θ1B导出的公共值。
图9示出了用于根据回波损耗测量来估计反射系数的相位分量的一种方法900的一实施例的流程图。该方法由控制器执行。在步骤910，所述控制器测量具有匹配网络的天线的回波损耗，这可以通过测量定向耦合器的回波损耗来实现。该步骤还可以包括确定入射信号的幅度与返回信号的幅度之间的比率。在步骤920，所述控制器调整耦合到天线的一个或多个可调元件的阻抗。所述可调元件可以包括可调电容器和/或可调电感器。在步骤925，所述控制器测量天线的调整后的第一回波损耗。调整后的第一回波损耗的测量是在步骤920中可调元件的阻抗调整完成后进行。在步骤930，所述控制器调整耦合到天线的一个或多个可调元件的阻抗。在步骤930中调整的可调元件可以包括在步骤920中调整的一个或多个可调元件。或者，在步骤930中调整的可调元件可以包括与在步骤920中调整的可调元件不同的可调元件。在步骤935，所述控制器测量天线的调整后的第二回波损耗。调整后的第二回波损耗的测量是在步骤930中可调元件的阻抗调整完成后进行。在步骤940，所述控制器根据初始回波损耗、调整后的第一回波损耗和调整后的第二回波损耗来估计反射系数的相位分量。这可通过执行在线计算或通过参考查找表来实现，其中，所述查找表将回波损耗测量值与离线计算得到的相位值相关联。这将决定定向耦合器的复合反射系数。利用定向耦合器的复合反射系数，可以通过在功率检测器和天线之间去嵌入匹配网络来获得天线阻抗(或者天线馈电处的反射系数)。去嵌入匹配电路可以包括从匹配的天线阻抗处获得原始天线阻抗。在一实施例中，匹配电路中的每个组件可以被视为由矩阵(例如，ABCD矩阵)表示的双端口网络元件，并且整个匹配电路由另一个矩阵表示，该矩阵是通过串联–串联、并联–并联、串联–并联、并联–串联或级联连接的方式将与每个元件双端口网络关联的矩阵组合而获得的。在该实施例中，去嵌入匹配电路可以包括从匹配网络的匹配天线散射参数和ABCD矩阵中提取与反射系数有关的原始天线散射参数(例如S参数)。这得益于使用天线与功率检测器之间匹配网络的知识的帮助。在步骤950，所述控制器根据反射系数调整耦合到天线的一个或多个阻抗匹配元件。在步骤950中调整的阻抗匹配元件可以包括在步骤920和步骤930中调整的一个或多个可调元件。或者，在步骤950中调整的阻抗匹配元件可以不同于在步骤920和步骤930中调整的可调元件。
图10示出了可调匹配电路1001、1002、1003和1004的一实施例的示意图。如图所示，该实施例中可调匹配电路1001和1004包括与电感器和天线串联耦合的可调电容器(Cs)以及与电感器和天线并联耦合的可调电容器(Cp)。该实施例中可调匹配电路1002和1003包括与天线串联耦合的可调电容器以及与天线并联耦合的可调电容器。
以下提供了使用可调匹配电路1001进行开环阻抗调谐的一实施例方案：1、测量当前回波损耗|Γ0|；2、将可调并联电容Cs值修改为ΔCs；3、测量回波损耗|Γ1s|，恢复原始Cs；4、计算|Γ1s|–|Γ0|；5、将可调串联电容Cs值修改为ΔCs；6、测量回波损耗|Γ1p|，恢复原始Cp；7、计算|Γ1p|–|Γ0|；8、通过使用不同的反射系数相位角并模拟串联和并联电容的电容变化来创建表格；9、搜索表格找到匹配的反射系数角度ψ；10、ГM＝|Γ0|*exp(j*ψ)。
表1是用于闭环阻抗调谐的一实施例查找表的表格。以下提供了使用可调匹配电路1001进行闭环阻抗调谐的一实施例方案：1、测量反射系数ГM；2、根据可调匹配网络的配置知识计算天线阻抗；3、通过表格搜索测量到的天线阻抗来查找用例；4、从查找表中获取可调匹配网络配置并设置可调匹配网络；5、通过一步修改Cp和Cs来监测测量到的反射系数，并与目标反射系数进行比较；6、通过修改Cs和Cp来搜索最佳反射系数设置。
表1
状态编号 天线阻抗 可调电容器配置 目标反射系数
1 Z1 配置1 Г1
2 Z2 配置2 Г2
3 Z3 配置3 Г3
…… …… ……
N–1 Z(N-1) 配置N–1 ГN-1
N ZN 配置N ГN
以下提供了使用可调匹配电路1002进行开环阻抗调谐的一实施例方案：1、测量当前回波损耗|Γ0|；2、将可调并联电容Cp值修改为ΔCp；3、测量回波损耗|Γ1p|，恢复原始Cp；4、计算|Γ1p|–|Γ0|；5、将可调串联电容Cs值修改为ΔCs；6、测量回波损耗|Γ1s|，恢复原始Cs；7、计算|Γ1s|–|Γ0|；8、通过使用不同的反射系数相位角并模拟串联和并联电容的电容变化来创建表格；9、搜索表格找到匹配的反射系数角；10、ГM＝|Γ0|*exp(j*ψ)。
表2是用于闭环阻抗调谐的一实施例查找表的表格。以下提供了使用可调匹配电路1001进行闭环阻抗调谐的一实施例方案：1、测量反射系数ГM；2、根据可调匹配网络的配置知识计算天线阻抗；3、通过表格搜索测量到的天线阻抗来查找用例；4、从查找表中获取可调匹配网络配置并设置可调匹配网络；5、通过一步修改Cp和Cs来监测测量到的反射系数，并与目标反射系数进行比较；6、通过修改Cs和Cp来搜索最佳反射系数设置。
表二
图11示出了可调匹配电路1101、1102、1103、1104、1105和1106的又一实施例的示意图。如图所示，该实施例中可调匹配电路1101和1102包括与天线串联耦合的可调元件以及与天线并联耦合的可调元件。该实施例中可调匹配电路1103和1104包括与天线串联耦合的可调元件以及与天线并联耦合的两个可调元件。该实施例中可调匹配电路1105包括与天线并联耦合的可调电容器。该实施例中可调匹配电路1106包括与天线串联耦合的可调电容器。
图12示出了功率检测电路1201和1202的一实施例的示意图。如图所示，功率检测电路1201包括定向耦合器1261、开关1264和功率检测器1265。所述定向耦合器1261与天线串联耦合。所述定向耦合器1261具有连接到天线和源(Rs)的输入端口和发送端口，以及连接到开关1262和1264的耦合端口。根据开关1262和1264的配置，所述功率检测器1265用于测量入射信号和反射信号的功率(例如，电压)。除了两个独立的功率检测器1266和1267用于分别测量入射信号和反射信号的功率之外，所述功率检测电路1202与功率检测电路1201类似。图13示出了功率检测电路1204和1205的一实施例的示意图。该实施例中功率检测电路1204和1205包括以不同配置布置的与功率检测电路1201和1202类似的组件。不同于1201和1202中使用一个耦合路径，此处使用两个耦合路径。在一些示例中，开关1262和1264耦合到50欧姆的负载。回波损耗可以通过正向功率除以反向功率计算得到。尽管开关1262和1264被描述为具有单刀双掷(single pole double throw，简称SPDT)切换配置，但是本领域的普通技术人员应理解，其他切换配置也是有可能的。
本发明实施例提供了通过调整可调电容器并使用回波损耗变化来确定具有反向和正向功率比的阻抗(例如，反射系数)的方法。提供了实施例系统以将可调匹配网络调整到目标阻抗目的。该系统可以包括定向耦合器、用于反向和正向路径的功率检测器、以及包括至少一个可调部件的可调匹配网络。可调匹配网络可以根据开环或闭环方案进行调整。当使用开环方案时，检测到的反射系数用于确定与开环查找表中的条目相关联的索引。该索引用于提供调整耦合到天线的阻抗匹配元件的信息。当使用闭环方案时，使用测量得到的检测到的反射系数来确定与查找表中的条目相关联的索引以及目标复合反射系数，其中，所述查找表用于初始可调匹配网络配置。控制器可监测反射系数并将其作为搜索算法的目标以实现目标复合反射系数。
关于改变可调元件的效果，给定测量得到的反射系数，可以调节可调元件以获得不同的反射系数。然后，相位角可以通过比较回波损耗的增量(例如，反射系数的绝对值)而得到。
本发明实施例可以提供实现闭环天线调谐、较低物料(Bill of Material，简称BOM)成本的成本有效方式，允许应用处理器/调制解调处理器被复用为闭环控制器，并重新使用功率检测电路，从而增强使用体验，通过开环查找表进行快速收敛，并可针对发送或接收或发送和接收之间的任何折衷对闭环调谐进行优化。
图14示出了执行本文描述的方法的处理系统1400的一实施例的方框图，该系统可以安装在主机中。如图所示，处理系统1400包括处理器1404、存储器1406和接口1410-1414，它们可以(或可以不)如图14所示排列。处理器1404可以是用于执行计算和/或其他处理相关任务的任何组件或组件的集合，存储器1406可以是用于存储程序和/或指令以供处理器1404执行的任何组件或组件的集合。在一实施例中，存储器1406包括非瞬时性计算机可读介质。接口1410、1412和1414可以是任何允许处理系统1400与其他设备/组件和/或用户通信的组件或组件的集合。例如，接口1410、1412和1414中的一个或多个可以用于将通信数据、控制或管理消息从处理器1404传送到安装在主机设备和/或远端设备上的应用。作为另一示例，接口1410、1412和1414中的一个或多个可以用于允许用户或用户设备(例如，个人计算机(personal computer，简称PC)等)与处理系统1400进行交互/通信。处理系统1400可以包括图14中未示出的附加组件，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1400包括在接入电信网络或另外作为电信网络的部件的网络设备中。在一示例中，处理系统1400处于无线或有线电信网络中的网络侧设备中，例如基站、中继站、调度器、控制器、网关、路由器、应用程序服务器，或电信网络中的任何其他设备。在其他实施例中，处理系统1400处于接入无线或有线电信网络的用户侧设备中，例如，用于接入电信网络的移动台、用户设备(user equipment，简称UE)、个人计算机(personal computer，简称PC)、平板电脑、可穿戴通信设备(例如，智能手表等)或任意其他设备。
在一些实施例中，所述接口1410、1412和1414中的一个或多个接口将处理系统1400连接至收发器，所述收发器用于在电信网络上发送和接收信令。图15示出了用于在电信网络上发送和接收信令的收发器1500的方框图。收发器1500可以安装在主机设备中。如图所示，收发器1500包括网络侧接口1502、耦合器1504、发送器1506、接收器1508、信号处理器1510以及设备侧接口1512。网络侧接口1502可以包括任何用于通过无线或有线电信网络传输或接收信令的组件或组件的集合。耦合器1504可以包括任何有利于通过网络侧接口1502进行双向通信的组件或组件的集合。发送器1506可以包括任何用于将基带信号转化为可通过网络侧接口1502传输的调制载波信号的组件(例如上变频器和功率放大器等)或组件的集合。接收器1508可以包括任何用于将通过网络侧接口1502接收的载波信号转化为基带信号的组件(例如下变频器和低噪声放大器等)或组件的集合。信号处理器1510可以包括任何用于将基带信号转换成适合通过设备侧接口1512传送的数据信号或将数据信号转换成适合通过设备侧接口712传送的基带信号的组件或组件的集合。设备侧接口1512可以包括任何用于在信号处理器1510和主机设备内的组件(例如，处理系统1400、局域网(localarea network，简称LAN)端口等)之间传送数据信号的组件或组件的集合。
收发器1500可通过任意类型的通信介质发送和接收信令。在一些实施例中，收发器1500通过无线介质发送和接收信令。例如，收发器1500可以为用于根据无线电信协议进行通信的无线收发器，比如蜂窝协议(例如长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)协议等)、无线局域网(wireless local area network，简称WLAN)协议(例如Wi-Fi协议等)或任意其他类型的无线协议(例如蓝牙协议、近距离通讯(near field communication，简称NFC)协议等)。在此类实施例中，网络侧接口1502包括一个或多个天线/辐射元件。例如，网络侧接口1502可以包括单个天线，多个单独的天线，或用于多层通信，例如单收多发(single-input multiple-output，简称SIMO)、多输入单输出(multiple-input-single-output，简称MISO)、多输入多输出(multiple-input multiple-output，简称MIMO)等的多天线阵列。在其他实施例中，收发器1500通过有线介质例如双绞线电缆、同轴电缆、光纤等传输和接收信令。具体的处理系统和/或收发器可以使用示出的全部组件或使用组件的子集，设备的集成程度可能互不相同。
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 (20)

1.一种用于匹配天线阻抗的方法，其特征在于，所述方法包括：
测量天线的初始回波损耗，其中，所述初始回波损耗对应反射系数的大小；
调整耦合到所述天线的至少第一可调元件的阻抗；
在调整耦合到所述天线的第一可调元件的阻抗后，测量所述天线的调整后的第一回波损耗；
至少根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计所述反射系数的相位；
根据所述反射系数的大小和相位来调整耦合到所述天线的阻抗匹配元件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射系数的相位是根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计的，而不是直接测量所述反射系数的相位。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计所述反射系数的相位包括：
根据所述初始回波损耗与所述调整后的第一回波损耗之间的差值来估计所述反射系数的相位。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计所述反射系数的相位包括：
根据与所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗相关联的条目在查找表中查找所述反射系数的相位。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一可调元件包括可调电容器。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一可调元件包括可调电感器。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
调整耦合到所述天线的至少第二可调元件的阻抗；
在调整耦合到所述天线的第二可调元件的阻抗后，测量所述天线的调整后的第二回波损耗，其中，所述反射系数的相位是根据所述初始回波损耗、所述调整后的第一回波损耗和所述调整后的第二回波损耗来估计的。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述估计所述反射系数的相位包括：
确定在潜在相位的范围内所述初始回波损耗与所述调整后的第一回波损耗之间的差值；
确定在所述潜在相位的范围内所述初始回波损耗与所述调整后的第二回波损耗之间的差值；
将所述反射系数的相位确定为所述潜在相位的范围内的相位，其中，在所述潜在相位范围内，所述初始回波损耗与所述调整后的第一回波损耗之间的差值与所述初始回波损耗和所述调整后的第二回波损耗之间的差值相同，或所述初始回波损耗与所述调整后的第一回波损耗之间的差值在所述初始回波损耗与所述调整后的第二回波损耗之间的差值的阈值内。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计所述反射系数的相位包括：
根据与所述初始回波损耗、所述调整后的第一回波损耗和所述调整后的第二回波损耗相关联的条目在查找表中查找所述反射系数的相位。
10.收发器，其特征在于，包括：
处理器；
计算机可读存储介质，用于存储所述处理器执行的程序，其中，所述程序包括指令，用于：
测量天线的初始回波损耗，其中，所述初始回波损耗对应反射系数的大小；
调整耦合到所述天线的至少第一可调元件的阻抗；
在调整耦合到所述天线的第一可调元件的阻抗后，测量所述天线的调整后的第一回波损耗；
至少根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计所述反射系数的相位；
根据所述反射系数的大小和相位来调整耦合到所述天线的阻抗匹配元件。
11.如权利要求10所述的收发器，其特征在于，所述反射系数的相位是根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计的，而不是直接测量所述反射系数的相位。
12.如权利要求11所述的收发器，其特征在于，所述至少根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计所述反射系数的相位的指令包括的指令用于：
根据所述初始回波损耗与所述调整后的第一回波损耗之间的差值来估计所述反射系数的相位。
13.如权利要求11所述的收发器，其特征在于，所述至少根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计所述反射系数的相位的指令包括的指令用于：
根据与所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗相关联的条目在查找表中查找所述反射系数的相位。
14.如权利要求11所述的收发器，其特征在于，所述第一可调元件包括可调电容器。
15.如权利要求11所述的收发器，其特征在于，所述第一可调元件包括可调电感器。
16.如权利要求11所述的收发器，其特征在于，所述程序还包括指令，用于：
调整耦合到所述天线的至少第二可调元件的阻抗；
在调整耦合到所述天线的第二可调元件的阻抗后，测量所述天线的调整后的第二回波损耗，其中，所述反射系数的相位是根据所述初始回波损耗、所述调整后的第一回波损耗和所述调整后的第二回波损耗来估计的。
17.如权利要求16所述的收发器，其特征在于，估计所述反射系数的相位的指令包括的指令用于：
确定在潜在相位的范围内所述初始回波损耗与所述调整后的第一回波损耗之间的差值；
确定在所述潜在相位的范围内所述初始回波损耗与所述调整后的第二回波损耗之间的差值；
将所述反射系数的相位确定为所述潜在相位的范围内的相位，其中，在所述潜在相位范围内，所述初始回波损耗与所述调整后的第一回波损耗之间的差值与所述初始回波损耗和所述调整后的第二回波损耗之间的差值相同，或所述初始回波损耗与所述调整后的第一回波损耗之间的差值在所述初始回波损耗与所述调整后的第二回波损耗之间的差值的阈值内。
18.如权利要求17所述的收发器，其特征在于，所述至少根据所述初始回波损耗和所述调整后的第一回波损耗来估计所述反射系数的相位的指令包括的指令用于：
根据与所述初始回波损耗、所述调整后的第一回波损耗和所述调整后的第二回波损耗相关联的条目在查找表中查找所述反射系数的相位。
19.无线收发器，其特征在于，包括：
天线，用于发射无线信号；
耦合到所述天线的天线路径的功率检测电路，其中，所述功率检测电路用于检测在所述天线路径上传播的入射信号和反射信号的功率电平；
耦合到所述天线的天线路径的一个或多个可调元件；
耦合到所述功率检测电路和所述一个或多个可调元件的控制器，其中，所述控制器用于根据来自所述功率检测电路的初始功率电平测量来确定所述天线的初始回波损耗；调整所述一个或多个可调元件的阻抗；根据来自所述功率检测电路的调整后的功率电平测量来确定所述天线的一个或多个调整后的回波损耗；根据所述初始回波损耗和所述一个或多个调整后的回波损耗估计反射系数的相位；根据所述反射系数调整耦合到所述天线的阻抗匹配元件。
20.如权利要求19所述的无线收发器，其特征在于，所述处理器用于根据所述初始回波损耗和所述一个或多个调整后的回波损耗来估计所述反射系数的相位，而不直接测量所述反射系数的相位、或触发所述反射系数的相位的直接测量。
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