CN115940980A - 用于rf控制的接近传感器 - Google Patents

Abstract

用于RF控制的接近传感器。本发明涉及一种用于适配天线（4）的预设匹配阻抗的电子部件（1）。电子部件（1）包括1）用于测量传感器的电容的电容测量电路（2），其中测量的电容指示天线（4）的使用情况，2）射频（RF）开关（3），被配置用于将至少一个选择的阻抗电连接到RF输出（6），其中至少一个选择的阻抗是具有至少两个元件的阻抗的组（5）中的阻抗，其中RF开关（3）能够提供阻抗的组（5）中的任何阻抗与RF输出（6）之间的电连接，并且其中至少一个选择的阻抗被配置用于适配预设匹配阻抗，以及3）数字处理器（7），具有对至少一个阈值和测量电容的访问。本发明还涉及一种用于适配天线（4）的预设匹配阻抗的方法。

Description

用于RF控制的接近传感器

技术领域

本发明涉及一种用于适配天线的预设匹配阻抗的电子部件，并且涉及一种用于适配天线的预设匹配阻抗的方法。

背景技术

在射频（RF）系统中，通常采用阻抗匹配来改进整体RF系统行为。通常，针对RF系统的具体使用情况（use case），例如针对没有例如人手之类的外部对象靠近RF系统的自由空间条件执行阻抗匹配。使外部对象靠近RF系统通常使RF系统的性能降级，因为RF系统的天线由于外部对象可能改变天线的阻抗而不再是最佳阻抗匹配的了。

本发明的目的是减轻与RF系统中的阻抗匹配相关联的缺点中的至少一些。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于适配天线的预设匹配阻抗的电子部件，涉及权利要求1中记载的特征。该电子部件的另外的特征在从属专利权利要求中描述。

本发明涉及一种用于适配天线的预设匹配阻抗的电子部件。该电子部件包括1）用于测量传感器的电容的电容测量电路，其中，测量的电容指示天线的使用情况，2）射频（RF）开关，被配置用于将至少一个选择的阻抗电连接到RF输出，其中，该至少一个选择的阻抗是具有至少两个元件的阻抗的组中的阻抗，其中，该RF开关能够提供阻抗的组中的任何阻抗与RF输出之间的电连接，并且其中，该至少一个选择的阻抗被配置用于适配预设匹配阻抗，以及3）数字处理器，其具有对至少一个阈值和测量的电容的访问。数字处理器被配置成（i）将由电容测量电路提供的传感器的测量的电容与至少一个阈值进行比较，（ii）基于该比较来确定阻抗的组中的哪个阻抗是至少一个选择的阻抗，以及（iii）指示RF开关在至少一个选择的阻抗与RF输出之间提供电连接。

在根据本发明的电子部件的实施例中，该电子部件包括可调谐电容器，其中，该可调谐电容器被配置成连接到天线以用于适配预设匹配阻抗，并且其中，数字处理器被配置成基于测量的电容调谐该可调谐电容器。

在根据本发明的电子部件的另外的实施例中，阻抗的组包括四个阻抗，并且电子部件包括四个输出引脚（pin），用于将四个阻抗电连接到电子部件。

在根据本发明的电子部件的另外的实施例中，传感器是天线，并且天线被体现为蜂窝天线。

在根据本发明的电子部件的另外的实施例中，天线被体现为平面倒F（inverted-F）天线。

在根据本发明的电子部件的另外的实施例中，传感器是与天线分离的导体的浮动件（floating piece）。

在根据本发明的电子部件的另外的实施例中，导体的浮动件被体现为金属板或体现为印刷电路板（PCB）焊盘（pad）或体现为柔性印刷电路（FPC）焊盘。

在根据本发明的电子部件的另外的实施例中，至少一个选择的阻抗被配置成适配RF收发器与天线之间的预设匹配阻抗。

在根据本发明的电子部件的另外的实施例中，电子部件包括RF收发器，并且该RF收发器经由RF开关连接到天线。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于适配天线的预设匹配阻抗的方法。该方法包括以下步骤：1）测量传感器的电容，2）将测量的电容与至少一个阈值进行比较，3）基于所述比较从阻抗的组中选择至少一个阻抗，以及4）提供RF输出与至少一个选择的阻抗之间的电连接，其中，所提供的电连接提供天线与至少一个阻抗之间的电连接。

在根据本发明的第二方面的方法的实施例中，阻抗的组包括至少两个元件，其中，阻抗的组中的每个阻抗是用于使预设匹配阻抗适配天线的不同相应使用情况的阻抗。

根据本发明的第三方面，提供了一种便携式连接设备，包括天线和根据本发明的电子部件，其中，电子部件被配置成执行根据本发明的方法。

附图说明

本发明的示例性实施例在说明书中公开并由附图示出，在附图中：

图1示出了射频（RF）系统中的传输链的示意性描绘；以及

图2示出了根据本发明的用于适配天线的预设匹配阻抗的电子部件的实施例的示意性描绘。

具体实施方式

图1示出了RF系统中的传输链的示意性描述。具有内部阻抗13的电压源12经由具有某长度和某特性阻抗的传输线13将电信号传输到负载10。通常，负载10可以在电方面被描述为具有电阻和与该电阻串联的电抗（reactance）的负载阻抗。匹配网络9通常放置在传输线11和负载10之间，以减少从负载10回到传输线11中的反射。具有内部阻抗13的电压源12可以被体现为RF发射器，并且负载10可以被体现为天线。替代地，具有内部阻抗13的电压源12可被体现为天线，并且负载10可被体现为RF接收器。RF系统设计中的一个典型目的是使传递到负载10的功率最大化。

如现有技术中已知的，传递到负载10的功率取决于负载阻抗，其中，负载阻抗通常表现出频率相关行为。匹配网络9可以包括作为滤波器的例如L部分（section）或T部分。在任何情况下，匹配网络9通常包括与集总（lumped）元件相对应的有限数量的参数，其中，在优化步骤期间设置有限数量的参数，以使从负载到传输线的反射最小化。通常，不可能使用匹配网络来优化所有频率的反射行为。在负载阻抗改变的情况下，由匹配网络提供的匹配通常降级，从而使整个RF系统的性能恶化。

图2示出了根据本发明的用于适配天线4的预设匹配阻抗的电子部件1的实施例的示意性描绘。该电子部件1可以被体现为微控制器。可以在单个芯片上提供电子部件1。

天线4可以经由传输线（图2中未示出）连接到包括发射器和接收器功能性两者的射频（RF）收发器。天线4可对应于图1中所示的电压源12或负载10，并且RF发射器功能性可对应于电压源12，并且RF接收器功能性可对应于负载10。天线4具有包括电阻和与电阻串联的电抗的阻抗。天线4的阻抗是频率相关的。为了使从天线回到传输线的信号反射最小化，通常使用阻抗匹配，例如，使用如图1中所示的匹配网络。

天线4的频率相关阻抗强烈地取决于天线4的使用情况。天线4可以例如集成到移动电话中。在人将移动电话握在手中的情况下，天线4可以被部分屏蔽并且从而具有了改变的阻抗。通常，天线4附近的外部对象可能影响天线4的阻抗，并且这样的外部对象越靠近天线4，对天线4的阻抗的影响就越强。包括天线4、RF收发器和传输线的RF系统可以具有带有预设匹配阻抗的匹配网络，其中，针对天线的具体使用情况优化所述预设匹配阻抗。例如，可以针对没有外部对象靠近其中集成天线4的移动电话的自由空间条件优化预设匹配阻抗。在其他使用情况下，预设匹配阻抗通常导致RF系统的减少的性能，因为预设匹配阻抗不再是最佳的。

天线4和预设匹配阻抗之间的失配可能导致降级的电池寿命。例如，RF发射器可以自动地增加输出功率以部分地补偿天线失配，导致电池电力的更快消耗。

电子部件1包括电容测量电路2，其中，所述电容测量电路2被配置成测量传感器的电容。如图2中所示，传感器可以对应于天线4，即，电容测量电路2可以被配置成测量天线4的电容。替代地，传感器可以被体现为与天线4分离的导体的浮动件，其中，导体的所述浮动件可以例如被体现为金属板或印刷电路板（PCB）焊盘或柔性印刷电路（FPC）焊盘。导体的浮动件可以以其检测范围覆盖天线4的关键区域周围的足够的体积的这样的方式设计。在任何情况下，传感器优选地布置成靠近天线4。传感器的电容通常在外部对象靠近传感器（或者在传感器被体现为如图2中所示的天线4的情况下靠近天线4）的情况下改变。电容测量电路2因此可以提供接近感测功能性。

传感器的电容可以被相对地或绝对地测量。如果相对地确定电容，则可以仅记录电容的改变，其中，所述改变可以指向朝向或远离天线4移动的外部对象。如果绝对地确定电容，则测量电容的实际值。

电子部件1还包括数字处理器7，其中，所述数字处理器7具有对至少一个阈值的访问。该至少一个阈值可被保存在电子部件1上的存储器中。数字处理器7被配置成将由电容测量电路2提供的测量电容与该至少一个阈值进行比较。在至少一个阈值仅包括一个阈值的情况下，该一个阈值可以使得区分两种情况：1）外部对象靠近天线4，2）外部对象远离天线4。通过将测量的电容与一个阈值进行比较，数字处理器7可以决定外部对象是否靠近天线4。在至少一个阈值包括多个阈值的情况下，多个阈值可以用于将天线4周围的空间划分成多个区域，其中，所述多个区域可以对应于多个阈值并且可以通过多个阈值来索引。除了电容性接近感测之外，还可以使用电容率（permittivity）测量（例如，人体相对于移动电话所搁置的桌子）、移动检测、启动检测等来进一步改进接近感测。

基于测量的电容与至少一个阈值的比较，数字处理器7可以决定外部对象是否靠近天线4定位（并且如果是，潜在地，还决定在哪里）。因为在天线4附近的外部对象的存在通常改变其阻抗，所以可能需要适配预设匹配阻抗。电子部件1包括RF开关3，其中，数字处理器7被配置成至少部分地控制该RF开关3。RF开关3可在RF输出6和阻抗的组5中的任何阻抗之间建立电连接。阻抗的组5中的阻抗连接到地。可以以如下这样的方式配置RF开关3：它可以在具体时间并且并行地分别在阻抗的组5中的多个阻抗与RF输出6之间建立电连接。替代地，可以以如下这样的方式配置RF开关3：它可以在具体时间仅在阻抗的组5中的一个阻抗和RF输出6之间建立电连接。阻抗的组5可以如图2中所示在电子部件1外部物理地实现。替代地，阻抗的组5也可以直接集成到电子部件1中。阻抗的组5中的每个阻抗可以对应于RF系统的不同使用情况；换句话说，阻抗的组5中的每个阻抗可以用于使预设匹配阻抗适配于新的使用情况：如果用户的手例如靠近天线4，则可能需要适配预设的匹配阻抗以保持其中集成了天线4的移动电话的令人满意的性能。适配的预设匹配阻抗提供了改进的连接性。提供可以在阻抗的组5中的多个阻抗与RF输出6之间联合地（jointly）建立电连接的RF开关3可以增加RF系统的使用情况的可能数量，因为可以使用阻抗的组5中的不同阻抗的组合来使预设匹配阻抗适配RF系统的另外的使用情况。

天线4可以经由单独的线缆14连接到提供预设匹配阻抗的匹配网络。基于数字处理器7的指令，RF开关3在来自阻抗的组5的至少一个选择的阻抗和RF输出端6之间建立连接。天线4可经由RF输出6连接到电子部件1。该至少一个选择的阻抗适配预设匹配阻抗，产生比预设匹配阻抗更好地适合于天线4的当前使用情况的适配的匹配阻抗。可以预先设计阻抗的组5中的阻抗，使得包括天线4的RF系统可以在各种不同条件下提供令人满意的性能。

电子部件1也可以直接包括RF收发器，其中，RF收发器可以经由RF开关3连接到天线4。在该情况下，来自阻抗的组5的至少一个选择的阻抗可以连接到预设匹配阻抗。

在图2中示意性示出的电子部件1的实施例中，电子部件1还包括可调谐电容器8，可调谐电容器8可以由数字处理器7自动地调谐；替代地，或除了通过数字处理器7进行调谐之外，可调谐电容器8也潜在地可能由RF系统的操作者（或由移动电话或更一般地便携式连接设备的操作者）通过手来调谐。可调谐电容器8可以用于在阻抗的组5中的固定数量的阻抗之间“内插（interpolate）”，或者它可以用于在阻抗的组5中的固定数量的阻抗的组合之间“内插”；换句话说，可调谐电容器8可以用于通过来自阻抗的组5的至少一个选择的阻抗来精细调谐预设匹配阻抗的适配。

在根据本发明的电子部件1中，直接在电子部件1上执行使预设匹配阻抗适配改变的环境所需的计算。不需要到例如移动电话上的中央处理单元之类的外部主机的连接来适配预设匹配阻抗。预设匹配阻抗的适配可以由根据本发明的电子部件1自主地执行。此外，根据本发明的电子部件1可以被模块化地添加到已经设计的RF系统来改进其性能。根据本发明的电子部件1还可以导致例如移动电话的增加的电池寿命，因为与原始预设匹配阻抗相比，在具有适配的预设匹配阻抗的情况下，RF发射器需要提供更少的输出功率来使能令人满意的通信。

Claims (12)

1.一种用于适配天线（4）的预设匹配阻抗的电子部件（1），包括

1）用于测量传感器的电容的电容测量电路（2），其中，测量的电容指示天线（4）的使用情况，

2）射频（RF）开关（3），被配置用于将至少一个选择的阻抗电连接到RF输出（6），其中，至少一个选择的阻抗是具有至少两个元件的阻抗的组（5）中的阻抗，其中，RF开关（3）能够提供阻抗的组（5）中的任何阻抗与RF输出（6）之间的电连接，并且其中，至少一个选择的阻抗被配置用于适配预设匹配阻抗，以及

3）数字处理器（7），具有对至少一个阈值和测量的电容的访问，其中，数字处理器（7）被配置成

（i）将由电容测量电路（2）提供的传感器的测量的电容与至少一个阈值进行比较，

（ii）基于比较来确定阻抗的组（5）中的哪个阻抗是至少一个选择的阻抗，以及

（iii）指示RF开关（3）在至少一个选择的阻抗与RF输出（6）之间提供电连接。

2.根据权利要求1所述的电子部件（1），还包括可调谐电容器（8），其中，可调谐电容器（8）被配置成连接到天线（4）以用于适配预设匹配阻抗，并且其中，数字处理器（7）被配置成基于测量的电容来调谐可调谐电容器（8）。

3.根据权利要求1所述的电子部件（1），其中，阻抗的组（5）包括四个阻抗，并且其中，电子部件（1）包括用于将四个阻抗电连接到电子部件（1）的四个输出引脚。

4.根据权利要求1所述的电子部件（1），其中，传感器是天线（4），并且其中，天线（4）被体现为蜂窝天线。

5.根据权利要求4所述的电子部件（1），其中，天线（4）被体现为平面倒F天线。

6.根据权利要求1所述的电子部件（1），其中，传感器是与天线（4）分离的导体的浮动件。

7.根据权利要求6所述的电子部件（1），其中，导体的浮动件被体现为金属板或印刷电路板（PCB）焊盘或柔性印刷电路（FPC）焊盘。

8.根据权利要求1所述的电子部件（1），其中，至少一个选择的阻抗被配置成适配RF收发器与天线（4）之间的预设匹配阻抗。

9.根据权利要求8所述的电子部件（1），其中，电子部件（1）包括RF收发器，并且其中，RF收发器经由RF开关（3）连接到天线（4）。

10.一种用于适配天线（4）的预设匹配阻抗的方法，所述方法包括以下步骤：1）测量传感器的电容，2）将测量的电容与至少一个阈值进行比较，3）基于比较从阻抗的组（5）选择至少一个阻抗，以及4）在RF输出（6）与至少一个选择的阻抗之间提供电连接，其中，所提供的电连接在天线（4）与至少一个选择的阻抗之间提供电连接。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，阻抗的组（5）包括至少两个元件，其中，阻抗的组（5）中的每个阻抗是用于使预设匹配阻抗适配天线（4）的不同的相应使用情况的阻抗。

12.一种便携式连接设备，包括天线（4）和根据权利要求1所述的电子部件（1），其中，电子部件（1）被配置成执行根据权利要求10所述的方法。

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