CN110365425B - 天线调谐控制方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供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，采用爬山算法搜索阻抗调谐器的目标函数的最大值，直至目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值，其中目标函数与阻抗调谐器的输入反射系数和前向传输增益有关；控制阻抗调谐器输出目标函数的最大值所对应的阻抗。本发明在调谐过程中不需要测量天线的复数反射系数，方法简单，易于实现。

Description

天线调谐控制方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及射频通信技术领域，尤其涉及一种天线调谐控制方法、装置及系统。
背景技术
手机在使用的时候,由于外部环境的变化,比如头,手等的靠近,手机天线阻抗发生变化,造成手机不能有效辐射功率,手机效率下降,手机待机时间减少。为了提高手机性能，需要对天线的阻抗进行阻抗调谐。现有的天线调谐方案通过计算天线的复数反射系数，进而计算出天线阻抗，进而搜索天线的最优匹配阻抗。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：
天线的复数反射系数的相位不易测量，因此现有方法实现起来较为复杂，不易实现。
发明内容
本发明提供的天线调谐控制方法、装置及系统，能够简化天线调谐的测量过程，方法简单，易于实现。
第一方面，本发明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；
当所述回波损耗达到预设阈值时，采用爬山算法搜索阻抗调谐器的目标函数的最大值，直至所述目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值，其中所述目标函数与所述阻抗调谐器的输入反射系数和前向传输增益有关；
控制所述阻抗调谐器输出所述目标函数的最大值所对应的阻抗。
可选地，所述目标函数的表达式为：
RTG＝(1-|Γin|2)*|S21|，
其中，RTG为目标函数，|Γin|为阻抗调谐器在不同阻抗下的输入反射系数的幅值，|S21|为阻抗调谐器的前向传输增益的幅值，取决于阻抗调谐器的当前频点，所述阻抗调谐器以收发机作为输入端口，以天线作为输出端口。
可选地，S21以频点作为索引，在开始调谐之前，其幅值进行预先存储。
可选地，所述采用爬山算法搜索阻抗调谐器的目标函数的最大值，直至所述目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值包括：
围绕当前阻抗，以设定步长确定一搜索范围，所述搜索范围内包括多个新阻抗；
分别获取所述阻抗调谐器在所述多个新阻抗下的输入反射系数的幅值，计算所述目标函数在所述多个新阻抗下的值；
找到其中的所述目标函数的最大值，并将所述目标函数的最大值所对应的阻抗作为新的当前阻抗；
判断所述目标函数的最大值是否满足预设的阈值范围，若是，则结束，否则判断迭代的次数是否达到预设的上限值，若是，则结束，否则重复执行上述过程，直至所述目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值。
第二方面，本发明提供一种天线调谐控制装置，包括：
计算模块，用于获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗；
搜索模块，用于当所述回波损耗达到预设阈值时，采用爬山算法搜索阻抗调谐器的目标函数的最大值，直至所述目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值，其中所述目标函数与所述阻抗调谐器的输入反射系数和前向传输增益有关；
控制模块，用于控制所述阻抗调谐器输出所述目标函数的最大值所对应的阻抗。
可选地，所述目标函数的表达式为：
RTG＝(1-|Γin|2)*|S21|，
其中，RTG为目标函数，|Γin|为阻抗调谐器在不同阻抗下的输入反射系数的幅值，|S21|为阻抗调谐器的前向传输增益的幅值，取决于阻抗调谐器的当前频点，所述阻抗调谐器以收发机作为输入端口，以天线作为输出端口。
可选地，S21以频点作为索引，在开始调谐之前，其幅值进行预先存储。
可选地，所述搜索模块包括：
搜索范围确定单元，用于围绕当前阻抗，以设定步长确定一搜索范围，所述搜索范围内包括多个新阻抗；
计算单元，用于分别获取所述阻抗调谐器在所述多个新阻抗下的输入反射系数的幅值，计算所述目标函数在所述多个新阻抗下的值；
比较单元，用于找到其中的所述目标函数的最大值，并将所述目标函数的最大值所对应的阻抗作为新的当前阻抗；
第一判断单元，用于判断所述目标函数的最大值是否满足预设的阈值范围；
第二判断单元，用于当所述第一判断单元判断所述目标函数的最大值不满足预设的阈值范围时，判断迭代的次数是否达到预设的上限值，当所述第二判断单元判断迭代的次数没有达到预设的上限值时，由所述搜索范围确定单元、所述计算单元、所述比较单元以及所述第一判断单元重新执行各自动作，直至所述目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值。
第三方面，本发明提供一种天线调谐控制系统，包括上述天线调谐控制装置、阻抗调谐器以及双定向耦合器，其中，
所述阻抗调谐器，用于在所述天线调谐控制装置的控制下，输出调谐阻抗；
所述双定向耦合器，用于测量所述阻抗调谐器的前向功率和反射功率，计算所述阻抗调谐器的输入反射系数的幅值，并发送到所述天线调谐控制装置。
本发明提供的天线调谐控制方法、装置及系统，根据阻抗调谐器的输入反射系数的幅值确定一个目标函数，以该目标函数作为迭代目标，使用爬山算法找到该目标函数的最大值，并控制阻抗调谐器输出目标函数的最大值所对应的阻抗，与现有技术相比，调谐过程中不需要测量天线的复数反射系数，只需要测量阻抗调谐器的输入反射系数的幅值，简化了测量过程，易于实现，收敛速度更快。同时，由于不需要测量相位，在硬件上省去了反馈接收机，降低设计成本。另外，本发明使用的目标函数加入了阻抗调谐器的前向传输增益S21，使得最终得到的系统增益大于没有考虑S21的系统增益，调谐系统的性能更优。
附图说明
图1为本发明的天线调谐控制方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本发明的天线调谐控制方法中采用爬山算法搜索目标函数最大值的流程示意图；
图3为本发明的系统增益是否考虑S21的对比图；
图4为本发明的天线调谐控制装置的一个实施例的结构示意图；
图5为图4中搜索模块的一种结构示意图；
图6为本发明的天线调谐控制系统的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种天线调谐控制方法，如图1所示，所述方法包括：
S11、获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗；
S12、当回波损耗达到预设阈值时，采用爬山算法搜索阻抗调谐器的目标函数的最大值，直至目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值，其中目标函数与阻抗调谐器的输入反射系数和前向传输增益有关；
S13、控制阻抗调谐器输出目标函数的最大值所对应的阻抗。
具体地，目标函数的表达式为：
RTG＝(1-|Γin|2)*|S21|，
其中，RTG为目标函数，|Γin|为阻抗调谐器在不同阻抗下的输入反射系数的幅值，|S21|为阻抗调谐器的前向传输增益的幅值，取决于阻抗调谐器的当前频点，所述阻抗调谐器以收发机作为输入端口，以天线作为输出端口。
RTG迭代的目标值可以设为定值，比如定为0.7～0.6，但是这个值与系统硬件相关，需要在实验室测量并确定下来。如果尝试多次，都没有找到满足要求的RTG，可以设定一个最大迭代次数，如果迭代次数到了上限，则停止搜索。
在开始调谐之前，提前测量阻抗调谐器在各种状态下的S21，并存入存储器；S21使用频点和带宽作为索引，在工作频段上以频率为索引进行存储，精度为10bit的无符号数，为了节省存储空间，以5MHz间隔为单元存储数据，比如100MHz带宽的频段，则存储5套数据，另外S21可以只存储其幅值，即不需要相位信息的实数。
需要说明的是，目标函数的表达式不限于上述表达式，例如，目标函数的表达式还可以采用：
RTG＝|S21|2/|1-S22ΓL|2，
其中，RTG为目标函数，ΓL为阻抗调谐器的输出端负载反射系数，S21、S22为阻抗调谐器的S参数。很明显，该方案需要测量ΓL的幅度与相位，需要反馈接收机，硬件成本较高。
进一步地，如图2所示，采用爬山算法搜索阻抗调谐器的目标函数的最大值，直至目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值，按照以下步骤来实现：
S21、围绕当前阻抗，以设定步长确定一搜索范围，在搜索范围内包括多个新阻抗；
S22、分别获取阻抗调谐器在多个新阻抗下的输入反射系数的幅值|Γin|，从存储器读取出当前频点的|S21|，计算目标函数RTG在多个新阻抗下的值；
S23、找到其中的目标函数的最大值，并将目标函数的最大值所对应的阻抗作为新的当前阻抗；
S24、判断目标函数的最大值是否满足预设的阈值范围，若是，则结束，否则进入S25；
S25、判断迭代的次数是否达到预设的上限值，若是，则结束，否则返回S21，开始下一次搜索，直至目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值。
由上述可知，本发明实施例提供的天线调谐控制方法，根据阻抗调谐器的输入反射系数的幅值确定一个目标函数，以该目标函数作为迭代目标，使用爬山算法找到该目标函数的最大值，并控制阻抗调谐器输出目标函数的最大值所对应的阻抗，与现有技术相比，调谐过程中不需要测量天线的复数反射系数，只需要测量阻抗调谐器的输入反射系数的幅值，简化了测量过程，易于实现，收敛速度更快。同时，由于不需要测量相位，在硬件上省去了反馈接收机，降低设计成本。
另外，本发明能够使用单一的传感器检测整个调谐系统的增益，由于目标函数加入了阻抗调谐器的前向传输增益S21，得到的系统增益大于没有考虑S21的系统增益，即没有考虑阻抗调谐器插入损耗的阻抗调谐系统的增益。如图3所示，本发明的系统增益明显优于没有考虑S21的系统增益。
本发明实施例还提供一种天线调谐控制装置，如图4所示，所述装置40包括：
计算模块41，用于获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗；
搜索模块42，用于当回波损耗达到预设阈值时，采用爬山算法搜索阻抗调谐器的目标函数的最大值，直至目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值，其中目标函数与阻抗调谐器的输入反射系数和前向传输增益有关；
控制模块43，用于控制阻抗调谐器输出目标函数的最大值所对应的阻抗。
可选地，目标函数的表达式为：
RTG＝(1-|Γin|2)*|S21|，
其中，RTG为目标函数，|Γin|为阻抗调谐器在不同阻抗下的输入反射系数的幅值，|S21|为阻抗调谐器的前向传输增益的幅值，取决于阻抗调谐器的当前频点，所述阻抗调谐器以收发机作为输入端口，以天线作为输出端口。在开始调谐之前，提前测量阻抗调谐器在各种状态下的S21，并存入存储器；S21使用频点和带宽作为索引；为了节省存储空间，S21可以只存储其幅值，即不需要相位信息的实数。
进一步地，如图5所示，搜索模块42包括：
搜索范围确定单元421，用于围绕当前阻抗，以设定步长确定一搜索范围，在搜索范围内包括多个新阻抗；
计算单元422，用于分别获取阻抗调谐器在多个新阻抗下的输入反射系数的幅值，计算目标函数在多个新阻抗下的值；
比较单元423，用于找到其中的目标函数的最大值，并将目标函数的最大值所对应的阻抗作为新的当前阻抗；
第一判断单元424，用于判断目标函数的最大值是否满足预设的阈值范围；
第二判断单元425，用于当第一判断单元424判断目标函数的最大值不满足预设的阈值范围时，判断迭代的次数是否达到预设的上限值，当第二判断单元425判断迭代的次数没有达到预设的上限值时，由所述搜索范围确定单元421、所述计算单元422、所述比较单元423以及所述第一判断单元424重新执行各自动作，直至目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值。
本发明实施例还提供一种天线调谐控制系统，如图6所示，所述天线调谐控制系统包括上述天线调谐控制装置40、阻抗调谐器50以及双定向耦合器60，其中，
阻抗调谐器50，用于在天线调谐控制装置40的控制下，输出调谐阻抗；
双定向耦合器60，用于测量阻抗调谐器50的前向功率和反射功率，计算阻抗调谐器50的输入反射系数Γin的幅值，并发送到天线调谐控制装置40。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

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；
当所述回波损耗达到预设阈值时，采用爬山算法搜索目标函数的最大值，直至所述目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值，其中所述目标函数的表达式为：
RTG＝(1-|Γin|2)*|S21|，RTG表示目标函数，|Γin|表示阻抗调谐器在不同阻抗下的输入反射系数的幅值，|S21|表示阻抗调谐器的前向传输增益的幅值，取决于阻抗调谐器的当前频点，所述阻抗调谐器以收发机作为输入端口，以天线作为输出端口；
控制所述阻抗调谐器输出所述目标函数的最大值所对应的阻抗。
2.根据权利要求1所述的天线调谐控制方法，其特征在于，S21以频点作为索引，在开始调谐之前，其幅值进行预先存储。
3.根据权利要求1所述的天线调谐控制方法，其特征在于，所述采用爬山算法搜索目标函数的最大值，直至所述目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值包括：
3-1)围绕当前阻抗，以设定步长确定一搜索范围，所述搜索范围内包括多个新阻抗；
3-2)分别获取所述阻抗调谐器在所述多个新阻抗下的输入反射系数的幅值，计算所述目标函数在所述多个新阻抗下的值；
3-3)找到其中的所述目标函数的最大值，并将所述目标函数的最大值所对应的阻抗作为新的当前阻抗；
3-4)判断所述目标函数的最大值是否满足预设的阈值范围，若是，则结束，否则判断迭代的次数是否达到预设的上限值，若是，则结束，否则返回3-1)，开始下一次搜索，直至所述目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值。
4.一种天线调谐控制装置，其特征在于，包括：
计算模块，用于获取天线的发射功率以及反射功率，计算回波损耗；
搜索模块，用于当所述回波损耗达到预设阈值时，采用爬山算法搜索目标函数的最大值，直至所述目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值，其中所述目标函数的表达式为：
RTG＝(1-|Γin|2)*|S21|，RTG表示目标函数，|Γin|表示阻抗调谐器在不同阻抗下的输入反射系数的幅值，|S21|表示阻抗调谐器的前向传输增益的幅值，取决于阻抗调谐器的当前频点，所述阻抗调谐器以收发机作为输入端口，以天线作为输出端口；
控制模块，用于控制所述阻抗调谐器输出所述目标函数的最大值所对应的阻抗。
5.根据权利要求4所述的天线调谐控制装置，其特征在于，S21以频点作为索引，在开始调谐之前，其幅值进行预先存储。
6.根据权利要求4所述的天线调谐控制装置，其特征在于，所述搜索模块包括：
搜索范围确定单元，用于围绕当前阻抗，以设定步长确定一搜索范围，所述搜索范围内包括多个新阻抗；
计算单元，用于分别获取所述阻抗调谐器在所述多个新阻抗下的输入反射系数的幅值，计算所述目标函数在所述多个新阻抗下的值；
比较单元，用于找到其中的所述目标函数的最大值，并将所述目标函数的最大值所对应的阻抗作为新的当前阻抗；
第一判断单元，用于判断所述目标函数的最大值是否满足预设的阈值范围；
第二判断单元，用于当所述第一判断单元判断所述目标函数的最大值不满足预设的阈值范围时，判断迭代的次数是否达到预设的上限值，当所述第二判断单元判断迭代的次数没有达到预设的上限值时，由所述搜索范围确定单元、所述计算单元、所述比较单元以及所述第一判断单元重新执行各自动作，直至所述目标函数的最大值满足预设的阈值范围，或者，迭代的次数达到预设的上限值。
7.一种天线调谐控制系统，其特征在于，包括如权利要求4至6中任一项所述的天线调谐控制装置、阻抗调谐器以及双定向耦合器，其中，
所述阻抗调谐器，用于在所述天线调谐控制装置的控制下，输出调谐阻抗；
所述双定向耦合器，用于测量所述阻抗调谐器的前向功率和反射功率，计算所述阻抗调谐器的输入反射系数的幅值，并发送到所述天线调谐控制装置。
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