CN111525265B - 一种天线调谐系统、电子设备以及天线调谐方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种天线调谐系统、电子设备以及天线调谐方法，该天线调谐系统包括：调谐开关模块、处理器、天线模块以及谐振检测模块；调谐开关模块包括多种不同的开关通路状态，调谐开关模块分别与处理器以及天线模块电连接；处理器用于控制调谐开关模块依次切换至各开关通路状态，以使天线模块依次输出与多个开关通路状态一一对应的多个谐振信号；谐振检测模块与处理器电连接；谐振检测模块用于依次感应天线模块输出的各谐振信号，并发送至处理器；处理器还用于根据各谐振信号，确定最优的开关通路状态，并控制调谐开关模块切换至最优的开关通路状态。该天线调谐系统可使天线在不同的使用环境中均能够达到最优的辐射性能。

Description

一种天线调谐系统、电子设备以及天线调谐方法

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线调谐系统、电子设备以及天线调谐方法。

背景技术

随着通信技术的飞速发展，移动通信终端诸如手机已经成为人们生活中不可或缺的工具之一。

以手机为例，天线是其发射和接收无线电波(自由电磁波)的装置。天线发射和接收无线电波为互逆的过程，以发射无线电波为例，其工作原理为，发射机输出的高频振荡电流(能量)经馈线传导至天线，由天线将其转变为无线电波向周围空间辐射。其中，馈线是连接天线以及发射机的一段导线，其阻抗是固定的，天线在设计时，需要使天线阻抗与馈线阻抗匹配(相等)，以保证天线从馈线上吸收的信号功率最大，使其辐射功率最大，辐射性能最好。现有的天线系统中通常设置有调谐开关，调谐开关具有预先设定的多个开关通路状态，每一个开关通路状态与一个信号频段相对应，并且默认每一个开关通路状态可将天线阻抗调节至与馈线阻抗相匹配。通过将调谐开关切换至不同开关通路状态，可以实现天线工作频段的切换，使移动终端可通过多个频段进行通信。

但是，手机的使用场景通常是复杂多变的，当手机被拿在手中、放在口袋中、放在桌子上或者贴在脸上打电话时，由于人体组织或金属物体距离天线辐射体(手机金属外壳)很近，造成天线阻抗发生变化，这将导致当前开关通路状态下天线阻抗与馈线阻抗不再匹配，使得天线的谐振频偏从而导致天线辐射功率降低。

由此可见，当前采用的信号频段与开关通路状态一一对应的调谐模式，未考虑到使用场景对天线阻抗的影响，无法使终端设备的天线在不同的使用场景中均能达到最优的辐射性能。

发明内容

本发明实施例提供一种天线调谐系统、电子设备以及天线调谐方法，该天线调谐系统可使天线在不同的使用环境中均能够达到最优的辐射性能。

第一方面，本发明实施例提供一种天线调谐系统，包括：调谐开关模块、处理器、天线模块以及谐振检测模块；

调谐开关模块包括多种不同的开关通路状态，调谐开关模块分别与处理器以及天线模块电连接；处理器用于控制调谐开关模块依次切换至各开关通路状态，以使天线模块依次输出与多个开关通路状态一一对应的多个谐振信号；

谐振检测模块与处理器电连接；谐振检测模块用于依次感应天线模块输出的各谐振信号，并发送至处理器；

处理器还用于根据各谐振信号，确定最优的开关通路状态，并控制调谐开关模块切换至最优的开关通路状态。

可选的，谐振检测模块包括探测环；

探测环用于探测天线模块输出谐振信号时产生的磁场变化，并生成感应电信号发送至处理器。

可选的，谐振检测模块还包括：信号检测器；

信号检测器分别与探测环和处理器电连接；信号检测器用于将探测环生成的感应电信号转化为数字信号，并将数字信号发送至处理器。

可选的，信号检测器包括电压检测芯片或电流检测芯片。

可选的，天线调谐系统还包括：电路板；

谐振检测模块、处理器、调谐开关模块以及天线模块均设置于电路板中，且处理器通过电路板分别与谐振检测模块和调谐开关模块电连接，调谐开关模块还通过电路板与天线模块电连接；

其中，天线模块包括馈线和连接弹片，连接弹片通过馈线与调谐开关模块电连接；馈线以及连接弹片设置于探测环的同一侧，且探测环、馈线以及连接弹片均设置于电路板的净空区。

可选的，探测环的形状包括圆环、方环以及多边型环中的任一种。

可选的，调谐开关模块包括可变电容、可变电感和可变电阻的其中之一或任意组合。

第二方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括上述任一方面提供的天线调谐系统。

第三方面，本发明实施例还提供一种天线调谐方法，采用上述任一方面提供的天线调谐系统执行，该方法包括：

处理器控制调谐开关模块依次切换至各开关通路状态，以使天线模块依次输出与多个开关通路状态一一对应的多个谐振信号；

谐振检测模块依次感应天线模块输出的各谐振信号，并发送至处理器；

处理器根据各谐振信号，确定最优的开关通路状态，并控制调谐开关模块切换至最优的开关通路状态。

可选的，处理器根据各谐振信号，确定最优的开关通路状态，并控制调谐开关模块切换至最优的开关通路状态，包括：

获取各谐振信号的比较结果，将各谐振信号中电流值最大的谐振信号确定为最佳谐振信号；

将最佳谐振信号对应的开关通路状态，确定为最优的开关通路状态；

控制调谐开关模块切换至最优的开关通路状态。

本发明实施例提供的天线调谐系统增设谐振检测模块，通过谐振检测模块依次检测天线模块在各个开关通路状态下输出的谐振信号，并将检测结果发送至处理器，使处理器根据多个谐振信号确定最优的开关通路状态，并将调谐开关模块切换至最优的开关通路状态。现有调谐方案中，当设备使用场景变化时，原本使天线阻抗和馈线阻抗匹配的开关通路状态可能不再适用，造成天线频偏而导致天线辐射功率下降，本方案打破原有的开关通路状态与信号频段一一对应的固有关系，通过谐振检测模块检测每一开关通路状态下天线模块实际输出的谐振信号，以确定当前使用场景下天线谐振信号最佳时所对应的最优的开关通路状态，通过将调谐开关模块切换至该最优的开关通路状态，使天线在当前使用场景下辐射功率达到最大，提升了设备天线对复杂使用场景的适应性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种天线调谐系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种天线调谐系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的又一种天线调谐系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的天线调谐系统的工作原理示意图；

图5是本发明实施例提供的再一种天线调谐系统的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种天线调谐方法的流程示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种天线调谐方法的流程示意图；

图8是本发明实施例提供的天线调谐方法的调谐结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种天线调谐系统的结构示意图，该天线调谐系统10可集成于移动终端诸如手机中，以使天线在不同的使用环境中均能够达到最优的辐射性能。参见图1，该天线调谐系统10包括：调谐开关模块110、处理器120、天线模块130以及谐振检测模块140；调谐开关模块110包括多种不同的开关通路状态，调谐开关模块110分别与处理器120以及天线模块130电连接；处理器120用于控制调谐开关模块110依次切换至各开关通路状态，以使天线模块130依次输出与多个开关通路状态一一对应的多个谐振信号；谐振检测模块140与处理器120电连接；谐振检测模块140用于依次感应天线模块130输出的各谐振信号，并发送至处理器120；处理器120还用于根据各谐振信号，确定最优的开关通路状态，并控制调谐开关模块110切换至最优的开关通路状态。

其中，处理器120用于控制调谐开关模块110中多个开关通路状态的切换。现有技术中，当需要天线在某一频段工作时，处理器120将调谐开关模块110切换到与该工作频段对应的开关通路状态即可。但是，这种开关通路状态与工作频段一一对应的调谐方式，在终端的使用场景变化时，可能造成天线阻抗与馈线阻抗不再匹配，导致天线的辐射功率下降。本发明实施例打破了两者的一一对应关系，当天线需要工作在某一频段时，首先通过处理器120控制调谐开关模块110依次切换至各开关通路状态，使天线模块130输出与各开关通路状态一一对应的谐振信号。同时，利用谐振检测模块140检测各谐振信号并将检测结果发送至处理器120。如此，处理器120可根据各谐振信号判断天线在各开关通路状态下的实际辐射性能，从而选择出天线辐射性能最佳时所对应的最优的开关通路状态，再通过处理器120控制调谐开关模块110切换至该最优的开关通路状态，即可保证天线在当前使用场景下的辐射性能最佳。

其中，谐振信号具体是指天线(天线辐射体)上高频振荡的实际电流信号。当天线阻抗越接近馈线阻抗，天线上的电流越大，因而天线的辐射功率越大，辐射性能越好。通过谐振检测模块140检测天线模块130的实际电流信号，即可判断出天线在每一个开关通路状态下的实际辐射功率，以选择最优的开关通路状态。

需要说明的是，本领域技术人员可选择任意能够探测天线电流信号的装置作为谐振检测模块，本发明实施例对此不做限定，后续将示例性地介绍谐振检测模块的具体结构，在此不做过多说明。

本发明实施例提供的天线调谐系统增设谐振检测模块，通过谐振检测模块依次检测天线模块在各个开关通路状态下输出的谐振信号，并将检测结果发送至处理器，使处理器根据多个谐振信号确定最优的开关通路状态，并将调谐开关模块切换至最优的开关通路状态。现有调谐方案中，当设备使用场景变化时，原本使天线阻抗和馈线阻抗匹配的开关通路状态可能不再适用，造成天线频偏而导致天线辐射功率下降，本方案打破原有的开关通路状态与信号频段一一对应的固有关系，通过谐振检测模块检测每一开关通路状态下天线模块实际输出的谐振信号，以确定当前使用场景下天线谐振信号最佳时所对应的最优的开关通路状态，通过将调谐开关模块切换至该最优的开关通路状态，使天线在当前使用场景下辐射功率达到最大，提升了设备天线对复杂使用场景的适应性。

图2是本发明实施例提供的另一种天线调谐系统的结构示意图，在上述实施例的基础上，对谐振检测模块的结构做了进一步示例性介绍。参见图2，可选的，谐振检测模块140包括探测环141，探测环141用于探测天线模块130输出谐振信号时产生的磁场变化，并生成感应电信号发送至处理器120。

图3是本发明实施例提供的天线调谐系统的工作原理示意图，下面结合图3阐述探测环141检测天线模块130的谐振信号的工作原理。如图3所示，天线模块130上高频变化的电流I会产生高频变化的磁场B，根据变压器原理或电磁耦合原理可知，由于探测环141与处理器120之间为闭合回路，只要将探测环141放入该高频变化的磁场B中，并且使磁场线穿透探测环141，那么，该高频变化的磁场B可在探测环141上产生感应电压V，且探测环141上产生的感应电压的频率与天线的工作频率相同。如此，根据探测环141上的感应电压值即可推导出此时天线上的电流大小，从而判断出此时天线的辐射功率大小。示例性的，探测环141上的感应电压值越大，表明天线上的电流越大，天线的辐射功率越大。

可选的，探测环的形状包括圆环、方环以及多边型环中的任一种，只要磁场线能够穿过探测环即可，本发明实施例对此不做限定。优选的，探测环所在平面正切磁场线，如此，可使感应电压值较大，有利于后续的数据处理和分析。

此外，本发明实施例对探测环的大小和圈数不作限定，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。可以理解的，探测环越大，圈数越多，感应电压值则越大。需要说明的是，当探测环过大或圈数过多时，会对天线的性能造成较大的影响。因此，探测环的设计应以实际调试结果为准。

继续参见图2，可选的，谐振检测模块140还包括信号检测器142，信号检测器142分别与探测环141和处理器120电连接；信号检测器142用于将探测环141生成的感应电信号转化为数字信号，并将数字信号发送至处理器120。

目前处理器大多能够处理数字信号，因此，为保证天线调谐系统的实用性，可设置信号检测器，以接收探测环上的感应电信号并将其转化为数字信号发送至处理器。

可选的，信号检测器包括电压检测芯片或电流检测芯片。

电压检测芯片可检测探测环上的感应电压值，电流检测芯片可检测探测环上的感应电流值，通过感应电压值和感应电流值均可判断天线上的电流大小，因此，可选择电压检测芯片或电流检测芯片作为信号检测器。

图4是本发明实施例提供的又一种天线调谐系统的结构示意图，示例性地示出了天线调谐系统中各个结构在设备电路板上的设置方式。参见图4，可选的，天线调谐系统还包括电路板150，谐振检测模块(探测环141和信号检测器142)、处理器120、调谐开关模块110以及天线模块均设置于电路板中，且处理器120通过电路板分别与谐振检测模块和调谐开关模块110电连接，调谐开关模块还通过电路板与天线模块电连接；其中，天线模块包括馈线131和连接弹片132，连接弹片132通过馈线131与调谐开关模块110电连接；馈线131以及连接弹片132设置于探测环141的同一侧，且探测环141、馈线131以及连接弹片132均设置于电路板150的净空区151。

需要说明的是，本发明实施例中，天线模块130中的馈线是指发射机/接收机与天线之间的馈线(如图中AC所示)中的一部分，具体是指处于电路板净空区151的一段馈线131(如图中AB所示)，换句话说，当馈线进入净空区后便属于天线的一部分。具体的，净空区的馈线131、连接弹片132以及设备的金属外壳(图中未示出)共同构成天线模块，作为整个天线系统中的能量转换模块，天线调谐开关可调节天线模块的阻抗，使天线模块的阻抗与处于非净空区的馈线的阻抗相匹配。

本发明实施例通过将探测环141设置于净空区151，并且设置于馈线131和连接弹片132的同一侧，使得探测环141能够与馈线131以及连接弹片132相互耦合，生成感应电信号发送至信号检测器142，从而实现了对天线实际辐射性能的检测。

在实际的生产工艺中，可以利用电路板的走线制作探测环，而且，当电路板为多层时，还能够实现探测环的多层环绕。该制作方式工艺简单，具有很强的实用性。

可选的，调谐开关模块包括可变电容、可变电感和可变电阻的其中之一或任意组合。本领域技术人员可根据需要选择任意可知的调谐开关，本发明实施例对此不作限定。

示例性的，图5是本发明实施例提供的再一种天线调谐系统的结构示意图，对调谐开关模块110的结构做了示例性介绍。参见图5，可选的，调谐开关模块110由可变电容C1和C2，以及可变电阻R1和R2构成。处理器通过调节上述器件的电参数以及组合方式，即可将调谐开关模块切换至不同的开关通路状态。

需要说明的是，图4和图5示例性地示出了调谐开关模块110设置于发射机/接收机160与天线模块130之间，即调谐开关模块110位于非净空区的馈线上的结构，但此结构并非限定，只要保证调谐开关模块110分别与天线模块130以及处理器120电连接即可。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括上述任一实施例提供的天线调谐系统。通过集成本发明实施例提供的天线调谐系统，可以提升电子设备的天线对使用场景的适应性，使其在不同使用场景中均能够具有最优的收发信号的能力。

示例性的，该电子设备可以是手机，手机内设置有发射机/接收机以及上述天线调谐系统，手机顶部或底部的金属外壳可以作为天线辐射体，通过连接弹片以及馈线和发射机/接收机电连接，以实现信号的发射或接收。在启动手机天线发射信号时，首先通过谐振检测模块检测天线在各个开关通路状态下的实际谐振信号(电流信号)，以确定谐振信号最佳时的最优开关通路状态，然后将开关通路状态切换至该最优的开关通路状态，便能使手机在当前的使用场景下具有最优的辐射性能。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种天线调谐方法，采用上述任一实施例提供的天线调谐系统执行，因而具备与上述天线调谐系统相同的有益效果。

示例性的，图6是本发明实施例提供的一种天线调谐方法的流程示意图，参见图6，该方法具体包括如下步骤：

S210、处理器控制调谐开关模块依次切换至各开关通路状态，以使天线模块依次输出与多个开关通路状态一一对应的多个谐振信号；

S220、谐振检测模块依次感应天线模块输出的各谐振信号，并发送至处理器；

S230、处理器根据各谐振信号，确定最优的开关通路状态，并控制调谐开关模块切换至最优的开关通路状态。

本发明实施例首先由处理器控制调谐开关模块依次切换所有的开关通路状态，以使天线输出对应的谐振信号，然后利用谐振检测模块依次检测天线输出的谐振信号并发送至处理器，由处理器根据谐振信号确定最优的开关通路状态，并控制调谐开关模块切换至最优的开关通路状态，保证了天线在任何使用场景中均能够达到最优的辐射性能，不会因阻抗不匹配导致辐射功率下降。相比于现有的调谐方法而言，本方法能够更加灵活地进行天线调谐，将调谐开关模块的功能利用到最大化，明显提升了设备天线对于复杂使用场景的适应性。

图7是本发明实施例提供的另一种天线调谐方法的流程示意图，对上述调谐方法做了进一步细化，参见图7，该方法具体包括如下步骤：

S210、处理器控制调谐开关模块依次切换至各开关通路状态，以使天线模块依次输出与多个开关通路状态一一对应的多个谐振信号；

S220、谐振检测模块依次感应天线模块输出的各谐振信号，并发送至处理器；

S231、获取各谐振信号的比较结果，将各谐振信号中电流值最大的谐振信号确定为最佳谐振信号；

S232、将最佳谐振信号对应的开关通路状态，确定为最优的开关通路状态；

S233、控制调谐开关模块切换至最优的开关通路状态。

谐振信号的电流值越大，表明天线的辐射功率越大，因此，与最佳谐振信号对应的开关通路状态即为最优的开关通路状态。通过将调谐开关模块切换至最优的开关通路状态，可使天线在当前的使用场景下获得最优的辐射性能。

可以理解的，目前处理器的运行速度非常快，因此，本发明实施例确定最优开关通路状态的方式并不会影响用户的使用体验。进一步地，为保证天线始终处于较优的辐射性能，还可以在天线的工作过程中，每间隔一定时间进行一次所有开关通路状态的切换，以检测天线的实际工作状态，防止设备使用场景改变导致天线辐射性能下降。

图8是本发明实施例提供的天线调谐方法的调谐结果示意图，如图8所示，虚线框1表示天线待发射信号的频段；曲线2表示在自由空间状态下天线实际发射信号的频段；曲线3表示在头手状态下天线实际发射信号的频段(采用现有调谐方法)；曲线4表示在头手状态下天线实际发射信号的频段(采用本发明实施例提供的调谐方法)。

其中，自由空间状态是指天线无遮挡状态，头手状态是指头或手对天线造成遮挡的状态。从图8可以看出，在自由空间状态下，天线实际发射信号的频段(曲线2)处于其待发射信号的频段(虚线框1)内，表明辐射性能较好。若采用现有的频段与开关通路状态一一对应的调谐方法，由于天线阻抗发生变化，导致天线实际发射信号的频段(曲线3)明显偏离待发射信号的频段(虚线框1)，天线辐射性能恶化。采用本发明实施例提供的天线调谐方法后，通过将开关通路状态切换至此使用场景下最优的开关通路状态，使得天线实际发射信号的频段(曲线4)被拉正，使其处于待发射信号的频段(虚线框1)内，从而保证了天线在不同的使用场景下均能够具有最优的辐射性能。相比于现有的调谐方法而言，本发明实施例的调谐方式更加智能化，提升了天线性能对使用场景的适应性。

最后，需要说明的是，天线接收信号和辐射信号时均需要天线阻抗与馈线阻抗相匹配才能达到最优的工作状态，由于两者是一个互逆的过程，因此，本发明实施例仅以辐射信号的角度阐述了天线调谐系统及其工作过程。可以理解的，本发明实施例提供的天线调谐系统以及调谐方法同样能够使天线在不同使用场景下接收信号的能力达到最优。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种天线调谐系统，其特征在于，包括：调谐开关模块、处理器、天线模块以及谐振检测模块；

所述调谐开关模块包括多种不同的开关通路状态，所述调谐开关模块分别与所述处理器以及所述天线模块电连接；所述处理器用于控制所述调谐开关模块依次切换至各开关通路状态，以使所述天线模块依次输出与多个开关通路状态一一对应的多个谐振信号，所述谐振信号是天线辐射体上高频振荡的实际电流信号；

所述谐振检测模块与所述处理器电连接；所述谐振检测模块用于依次感应所述天线模块在各个开关通路状态下输出的各所述谐振信号，并发送至所述处理器；

所述谐振检测模块包括探测环；

所述探测环用于探测所述天线模块输出所述谐振信号时产生的磁场变化，并生成感应电信号发送至所述处理器；

所述处理器还用于根据各所述谐振信号，确定最优的开关通路状态，并控制所述调谐开关模块切换至所述最优的开关通路状态；

所述谐振检测模块还包括：信号检测器；

所述信号检测器分别与所述探测环和所述处理器电连接；所述信号检测器用于将所述探测环生成的感应电信号转化为数字信号，并将所述数字信号发送至所述处理器。

2.根据权利要求1所述的天线调谐系统，其特征在于，所述信号检测器包括电压检测芯片或电流检测芯片。

3.根据权利要求1所述的天线调谐系统，其特征在于，还包括：电路板；

所述谐振检测模块、所述处理器、所述调谐开关模块以及所述天线模块均设置于所述电路板中，且所述处理器通过所述电路板分别与所述谐振检测模块和所述调谐开关模块电连接，所述调谐开关模块还通过所述电路板与所述天线模块电连接；

其中，所述天线模块包括馈线和连接弹片，所述连接弹片通过所述馈线与所述调谐开关模块电连接；所述馈线以及所述连接弹片设置于所述探测环的同一侧，且所述探测环、所述馈线以及所述连接弹片均设置于所述电路板的净空区。

4.根据权利要求1所述的天线调谐系统，其特征在于，所述探测环的形状包括圆环、方环以及多边型环中的任一种。

5.根据权利要求1所述的天线调谐系统，其特征在于，所述调谐开关模块包括可变电容、可变电感和可变电阻的其中之一或任意组合。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：权利要求1-5任一项所述的天线调谐系统。

7.一种天线调谐方法，采用权利要求1-5任一项所述的天线调谐系统执行，其特征在于，包括：

处理器控制调谐开关模块依次切换至各开关通路状态，以使天线模块依次输出与多个开关通路状态一一对应的多个谐振信号，所述谐振信号是天线辐射体上高频振荡的实际电流信号；

谐振检测模块依次感应所述天线模块在各个开关通路状态下输出的各所述谐振信号，并发送至所述处理器；

所述谐振检测模块包括探测环；

所述探测环用于探测所述天线模块输出所述谐振信号时产生的磁场变化，并生成感应电信号发送至所述处理器；

所述处理器根据各所述谐振信号，确定最优的开关通路状态，并控制所述调谐开关模块切换至所述最优的开关通路状态；

所述谐振检测模块还包括：信号检测器；

所述信号检测器分别与所述探测环和所述处理器电连接；所述信号检测器用于将所述探测环生成的感应电信号转化为数字信号，并将所述数字信号发送至所述处理器。

8.根据权利要求7所述的天线调谐方法，其特征在于，所述处理器根据各所述谐振信号，确定最优的开关通路状态，并控制所述调谐开关模块切换至所述最优的开关通路状态，包括：

获取各所述谐振信号的比较结果，将各所述谐振信号中电流值最大的谐振信号确定为最佳谐振信号；

将所述最佳谐振信号对应的开关通路状态，确定为最优的开关通路状态；

控制所述调谐开关模块切换至所述最优的开关通路状态。

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