CN110546811A - 用于控制天线辐射方向图的可调谐电容器 - Google Patents

Abstract

在一个示例中，公开了一种通信设备，其包括金属外壳、天线、连接在天线和金属外壳之间的可调谐电容器、以及控制单元。控制单元可以确定用户到通信设备的接近度。此外，控制单元可以基于所确定的接近度来调节可调谐电容器以控制天线的辐射方向图。

Description

用于控制天线辐射方向图的可调谐电容器

背景技术

例如移动电话、平板电脑等的无线通信设备可以利用金属外壳来获得时尚外观。金属外壳还可以提供刚度、强度、更薄的厚度、可回收、热辐射等等。这种无线通信设备可依赖于天线技术来辐射用于传输的射频(RF)信号以及收集用于接收的RF广播信号。

附图说明

在以下详细描述中参考附图来描述示例，附图中：

图1A是包括用于控制天线辐射方向图的控制单元的示例通信设备的框图；

图1B是如图1所示的示例通信设备的示意性俯视图，包括附加部件；

图2是具有连接在金属外壳和天线之间的可调谐电容器的示例通信设备的截面侧视图；

图3A是示出当用户的手在天线区域附近握住金属外壳的侧壁时天线的示例辐射方向图的通信装置的示意图；

图3B是示出当用户的手远离天线区域附近的金属外壳的侧壁时天线的示例辐射方向图的通信装置的示意图；

图4描绘用于控制天线辐射方向图的示例流程图；并且

图5描绘计算设备的示例框图，其示出了具有用于控制天线辐射方向图的指令的非暂存计算机可读介质。

具体实施方式

例如移动电话、平板电脑等的无线通信设备可以包括用于容纳各部件的外壳。示例外壳可以由多种材料制成，例如金属、塑料等。通信设备可以利用金属外壳来获得时尚外观。此外，金属外壳可提供刚度、强度、更薄的厚度、可回收、热辐射等等。

为了建立RF通信，通信设备可以使用设置在金属外壳内部的天线(例如内部天线)。每个天线可以具有辐射方向图，辐射方向图表示电磁波的强度是与天线视轴相对应的角度和位置的函数。当天线在使用中时，天线区域和/或天线附近的金属外壳的导电区域可能受到电磁波的影响。在这种情况下，在金属外壳中使用内部天线可能会大大提高通信设备的比吸收率(SAR)水平。本文中使用的术语“SAR”可以指指示由从天线辐射的电磁波引起的对人体的有害影响的程度的数值。

此外，由于人体的一部分对天线形成电容负载，因此可以改变天线的总负载电容，这导致天线的谐振频率偏离预定的操作谐振频率。因此，天线的效率和性能可能会大大降低。

本文描述的示例可以提供一种动态地控制天线的辐射方向图的通信设备。通信设备可以包括金属外壳、天线、连接在天线和金属外壳之间的可调谐电容器、以及控制单元。控制单元可以确定用户到通信设备的接近度并基于确定的接近度调节可调谐电容器以控制天线的辐射方向图。

本文描述的示例可以在维持通信设备的总辐射功率(“TRP”)使得不损失通信能力或质量的同时引导辐射方向图远离用户的身体。此外，本文描述的示例可以在不降低天线的辐射效率的情况下提高通信设备的SAR保护水平。

现在参考附图，图1A是示例通信设备100的框图。示例通信设备100可以包括移动电话、平板电脑、个人数字助理(PDA)、可转换/可拆卸设备等。可转换设备和可拆卸设备可以是指可以在笔记本电脑模式或平板电脑模式下配置的设备。

如图1A所示，通信设备100可以包括容纳在金属外壳102中的天线104、可调谐电容器106和控制单元108。示例金属外壳102还可以容纳多个其他部件，例如处理器、存储器、电池、通信模块和/或附加部件。例如，天线104可以是无窗天线，其可以支持多个频带，例如全球移动通信系统(GSM)频带、通用移动电信系统(UMTS)频带、长期演进(LTE)频带、无线广域网(WWAN)频带等。

可调谐电容器106可以连接在天线104和金属外壳102之间。在一个示例中，可调谐电容器106可以连接在天线104和金属外壳102的侧壁之间。此外，可调谐电容器106可以用作自适应桩，以电耦合或电解耦金属外壳102和天线104。使用可调谐电容器106可使金属外壳102的侧壁能够用作天线104的辐射平面。示例可调谐电容器106可以是可调谐RF电容器、数字可调谐电容器、微机电系统(MEMS)可变电容器等。

在操作期间，控制单元108可以确定用户到通信设备100的接近度。在一个示例中，可以使用接近度传感器(例如握持传感器)来确定用户到通信设备100的接近度。示例的接近度传感器可以生成指示与通信设备100对应的用户的访问距离的感测信号。在这种情况下，控制单元108可以基于阈值来确定用户到通信设备100的接近度。示例的阈值可以是用户可以实现可接受的SAR水平的、用户到通信设备100的距离。

此外，控制单元108可以基于所确定的接近度来调节可调谐电容器106以控制天线104的辐射方向图。当用户到通信设备100的接近度小于阈值时，控制单元108可以将可调谐电容器106调节到第一电容值，以引导辐射方向图远离金属外壳102的侧壁。在这种情况下，SAR的热点可以远离用户握住通信设备100所在的侧壁。在另一示例中，当用户到通信设备100的接近度不小于阈值时，控制单元108可以将可调谐电容器106调节到第二电容值，以引导辐射方向图朝向侧壁。在一个示例中，第一电容值小于第二电容值。

图1B是图1的通信设备100的示意性俯视图，包括附加部件。附加部件可以包括接地平面110、收发器112和传感器114。如图1B所示，收发器112可以使得能够选择要通过天线104发送和/或接收信号的频带。此外，天线104可以包括辐射器116，辐射器116可以电耦合到收发器112的信号路径。示例天线104可以是依赖于特征模式以不同频带操作的多频带天线。在每个特征模式下，天线104可以提供与天线104的操作频率相对应的不同的辐射方向图。

此外，天线104可以安装在接地平面110上，并且辐射器116可以连接至接地平面110。在操作期间，辐射器116可以以与天线104的操作频率相对应的辐射方向图辐射电磁波。在一个示例中，接地平面110可以至少部分地以与辐射器116共面的关系设置，以用作天线辐射的反射表面。

此外，控制单元108可以从收发器112接收频率选择数据，并且还从传感器114(例如接近度传感器)接收传感器数据。示例的传感器数据可以指示用户是否在天线区域附近握住金属外壳102的侧壁。此外，控制单元108可以基于所确定的接近度和频率选择数据来调谐可调谐电容器106以控制天线104的辐射方向图。

图2是具有连接在金属外壳102的侧壁与天线104之间的可调谐电容器106的通信设备100的截面侧视图200。示例可调谐电容器106可以是可调谐二极管，其可以包括在1pF至10pF范围内的电容值。在一个示例中，可调谐电容器106可以被调谐为将天线104的辐射方向图控制在朝向金属外壳102的侧壁的方向上或朝向显示面板202的方向上。这在图3A和图3B中详细解释。

图3A是示出当用户的手306握住金属外壳302的侧壁时天线304的示例辐射方向图308的通信设备300的示意图。如图3A所示，当用户在天线区域(例如304)附近握住金属外壳302的侧壁时，控制单元(例如108)可以将可调谐电容器(例如106)调节到第一电容值(即小于2.7pF)。以第一电容值操作的可调谐电容器可以抑制表面电流在天线304与金属外壳302的侧壁之间的流动。在这种情况下，金属外壳302的侧壁可以与天线304电绝缘。辐射方向图308可以被引导远离金属外壳302的侧壁并朝向通信设备300的显示面板，因此可以减少从天线304到侧壁的RF能量耦合。在该示例中，从通信设备300导向用户的手的辐射量可以被大大减少，这可以在不影响天线辐射效率和性能的情况下大大降低SAR水平。

图3B是示出当用户的手远离金属外壳302的侧壁时天线304的通信设备300的示例辐射方向图的通信设备300的示意图。如图3B所示，当用户不在天线区域附近握住金属外壳302的侧壁时，控制单元可以将可调谐电容器调节到第二电容值(即大于5pF)。以第二电容值操作的可调谐电容器可以使表面电流能够在天线304和金属外壳302的侧壁之间流动。在这种情况下，金属外壳302的侧壁可以用作天线的辐射平面，并且可以将至少50％的RF能量从天线304耦合到侧壁。因此，辐射方向图310可以被引导为朝向金属外壳302的侧壁，这可以大大提高天线的辐射效率。

在一些其他示例中，可以在金属外壳302中排列多个天线，以合并天线的辐射方向图和辐射功率。在这种情况下，可以以与前述示例中描述的相同的方式来动态地控制至少一个天线的辐射方向图。在一个示例中，控制单元108可以基于天线的特征模式和操作频带来可变地设定第一电容值和第二电容值。

控制单元108可以包括例如硬件器件，其包括用于实现本文描述的功能的电子电路。另外地或作为替代，控制单元108可以被实现为编码在通信设备(例如100、300)的机器可读存储介质上并可由处理器执行的一系列指令。在本文描述的示例中，处理器可以包括例如包括在单个设备中或分布在多个设备中的一个或多个处理器。应当注意，在一些示例中，一些模块被实现为硬件器件，而其他模块被实现为可执行指令。

图4描绘用于控制天线辐射方向图的示例流程图400。应当理解，图4中描绘的过程代表一般性图示，并且可以在不脱离本申请的范围和精神的情况下添加其他过程或者可以移除、修改或重新布置现有过程。另外应当理解，过程可以表示存储在计算机可读存储介质上的指令，该指令在被执行时可以使处理器做出响应以执行动作、改变状态和/或做出决定。可替代地，过程可以表示由功能上等效的电路(例如模拟电路、数字信号处理电路、专用集成电路(ASIC)或与系统相关联的其他硬件部件)执行的功能和/或动作。此外，流程图并非旨在限制本申请的实现方式，相反流程图示出了用于设计/制造电路、生成软件或使用硬件和软件的组合来执行所示出的过程的功能信息。

在402处，可在通信设备的天线与金属外壳的侧壁之间提供可调谐电容器。在404处，可以检测用户到通信设备的金属外壳的接近度。在一个示例中，可以使用设置在通信设备中的接近度传感器来确定用户到金属外壳的接近度。

在406处，可基于确定的接近度来调节可调谐电容器以控制天线的辐射方向图。在一个示例中，当用户到金属外壳的接近度小于阈值时，可调谐电容器可以被调谐到第一电容值以引导辐射方向图远离侧壁并朝向通信设备的显示面板。在另一示例中，当用户到金属外壳的接近度不小于阈值时，可调谐电容器可以被调谐到第二电容值以引导辐射方向图朝向侧壁。当可调谐电容器处于第二电容值时，可以使金属外壳的侧壁能够用作天线的辐射平面。例如，第一电容值可以小于第二电容值。

图5描绘用于控制天线辐射方向图的计算设备500的框图。计算设备500可以包括处理器502和通过系统总线通信地耦合的机器可读存储介质504。处理器502可以是任何类型的中央处理单元(CPU)、微处理器或者解译并执行存储在机器可读存储介质504中的机器可读指令的处理逻辑。机器可读存储介质504可以是随机存取存储器(RAM)或另一种类型的可以存储信息和可由处理器502执行的机器可读指令的动态存储设备。例如，机器可读存储介质504可以是同步DRAM(SDRAM)、双倍数据速率(DDR)、rambus DRAM(RDRAM)、rambus RAM等，或例如软盘、硬盘、CD-ROM、DVD、笔式驱动器等的储存存储器介质。在一个示例中，机器可读存储介质604可以是非暂存机器可读介质。在示例中，机器可读存储介质504可以是远程的，但是计算设备500可以访问。

机器可读存储介质504可以存储指令506-510。在示例中，指令506-510可以由处理器502执行以控制天线的辐射方向图。指令506可以由处理器502执行以从设置在通信设备中的握持传感器接收接近度数据。在一个示例中，多个握持传感器可以设置在金属外壳的侧壁处。多个握持传感器可以针对不同形式的用户握持生成不同的感测信号，并将生成的感测信号发送到控制单元。

指令508可以由处理器502执行，以基于所接收的接近度数据来确定与通信设备的金属外壳相对应的用户的握持模式。示例的握持模式可以包括用户用左手、右手和/或用两只手在移动终端上的手握持。

指令510可以由处理器502执行，以基于用户的握持模式调节连接在天线与金属外壳之间的可调谐电容器，从而控制天线的辐射方向图。示例可调谐电容器可以连接在天线和金属外壳的侧壁之间。

在一个示例中，当用户的握持模式与预定模式匹配时，可调谐电容器可以被调谐到第一电容值以引导辐射方向图远离金属外壳的侧壁。预定模式可以是指示用户的手在移动终端上的天线区域和/或金属外壳区域的侧壁附近握持的模式。在另一个示例中，当用户的握持模式与预定模式不匹配时，可调谐电容器可以被调谐到第二电容值以引导辐射方向图朝向侧壁。示例的第一电容值可以小于第二电容值。

应注意的是，本解决方案的上述示例仅出于说明的目的。尽管已经结合其特定实施例描述了该解决方案，但是在实质上不背离本文所述主题的教导和优点的情况下，可以进行多种修改。在不脱离本解决方案的精神的情况下，可以进行其他替换、修改和改变。本申请文件(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤均可以以任意组合进行组合，除非其中至少有一些此类特征和/或步骤的组合是互斥的。

本文所使用的术语“包括”、“具有”具有与术语“包含”相同的含义。此外，本文所使用的术语“基于”是指“至少部分地基于”。因此，被描述为基于某些刺激的特征可以基于所述刺激或包括所述刺激的刺激组合。

已经参考前述示例示出并描述了本说明书。然而，应理解，在不脱离所附权利要求中限定的本主题的精神和范围的情况下，可以做出其他形式、细节和示例。

Claims (15)

1.一种通信设备，包括：

金属外壳；

天线；

连接在所述天线和所述金属外壳之间的可调谐电容器；和

控制单元，用于：

确定用户到所述通信设备的接近度；以及

基于所确定的接近度，调节所述可调谐电容器以控制所述天线的辐射方向图。

2.根据权利要求1所述的通信设备，其中所述可调谐电容器连接在所述天线与所述金属外壳的侧壁之间。

3.根据权利要求2所述的通信设备，其中：

所述控制单元用于当所述用户到所述通信设备的所述接近度小于阈值时，将所述可调谐电容器调节到第一电容值，以引导所述辐射方向图远离所述金属外壳的所述侧壁。

4.根据权利要求3所述的通信设备，其中：

所述控制单元用于当所述用户到所述通信设备的所述接近度不小于所述阈值时，将所述可调谐电容器调节到第二电容值，以引导所述辐射方向图朝向所述侧壁，并且其中所述第一电容值小于所述第二电容值。

5.根据权利要求2所述的通信设备，其中所述金属外壳的所述侧壁用作所述天线的辐射平面。

6.根据权利要求1所述的通信设备，其中所述可调谐电容器包括在1pF至10pF范围内的电容值。

7.根据权利要求1所述的通信设备，其中所述控制单元用于：

使用接近度传感器确定所述用户到所述通信设备的接近度。

8.一种方法，包括：

在通信设备的天线和金属外壳的侧壁之间提供可调谐电容器；

检测用户到所述通信设备的所述金属外壳的接近度；并且

基于确定的接近度，调节所述可调谐电容器以控制所述天线的辐射方向图。

9.根据权利要求8所述的方法，其中调节所述可调谐电容器包括：

当所述用户到所述金属外壳的所述接近度小于阈值时，将所述可调谐电容器调谐到第一电容值，以引导所述辐射方向图远离所述侧壁并朝向所述通信设备的显示面板。

10.根据权利要求9所述的方法，其中调节所述可调谐电容器包括：

当所述用户到所述金属外壳的所述接近度不小于所述阈值时，将所述可调谐电容器调谐到第二电容值，以引导所述辐射方向图朝向所述侧壁，所述第二电容值用于使所述金属外壳的所述侧壁能够用作所述天线的辐射平面，并且其中所述第一电容值小于所述第二电容值。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述用户到所述金属外壳的所述接近度使用设置在所述通信设备中的接近度传感器来确定。

12.一种包括指令的非暂存计算机可读存储介质，所述指令在由处理器执行时使所述处理器：

从设置在通信设备中的握持传感器接收接近度数据；

基于所接收的接近度数据，确定与所述通信设备的金属外壳相对应的用户的握持模式；并且

基于所述用户的所述握持模式调节连接在天线和所述金属外壳之间的可调谐电容器，以控制所述天线的辐射方向图。

13.根据权利要求12所述的非暂存计算机可读存储介质，其中所述可调谐电容器连接在所述天线与所述金属外壳的侧壁之间，并且其中所述金属外壳的所述侧壁用作所述天线的辐射平面。

14.根据权利要求13所述的非暂存计算机可读存储介质，其中调节所述可调谐电容器包括：

当所述用户的所述握持模式与预定模式匹配时，将所述可调谐电容器调谐到第一电容值，以引导所述辐射方向图远离所述金属外壳的所述侧壁。

15.根据权利要求14所述的非暂存计算机可读存储介质，其中调节所述可调谐电容器包括：

当所述用户的所述握持模式与所述预定模式不匹配时，将所述可调谐电容器调谐到第二电容值，以引导所述辐射方向图朝向所述侧壁，其中所述第一电容值小于所述第二电容值。