CN1747228B - 移动通信终端的天线装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

一用于移动通信终端的天线装置及其工作方法，其中天线长度可根据使用环境的变化而变化。该天线要求最小安装空间，并能支持频带的复用，诸如三频带或四频带功能，由此减少因使用环境变化而造成的信号发送和接收灵敏度的劣化，使用环境的变化包括用户持终端的手、用户打开和关闭终端折叠部分的动作等所产生的效应。

Description

移动通信终端的天线装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一移动通信终端，更具体地涉及一可主动应付移动通信终端的使用环境和通信环境的改变的天线装置及其工作方法。
背景技术
总的来说，移动通信终端可采用多种类型的天线来实现，即内部天线或外部天线，以便获得与通信环境相适应的更好的通信质量。
图1示出于无线通信终端(此后将其称为“终端”)(即CDMA终端、GSM终端，相对小型化的手机等)的现有技术内部天线结构。
参照图1，一内部天线101被安装在终端内的特定上部空间，并通过一匹配电路102连接于射频(RF)电路。
类似于外部天线，内部天线101被设计成使通信在指定的频带(即发送/接收频带)上具有最佳性能。内部天线101在考虑终端的设计(即外形或美观)时是有利的，但需要额外空间(空间或面积)以允许终端内的安装。即，内部天线101的所需长度(即“电”长度，即能够恰当地处理发送或接收信号所需的整个天线的全长)必需根据终端工作所用的特定频率不同地制作。结果，内部天线安装所需的空间根据终端的频带而确定。例如，当频带变小时要求较大的天线长度，因此内部天线101的总体尺寸就其设计而言将增大。
当前开发并推出的支持双频带或多频带频率工作的许多终端需要工作在各个频带下，并因此将内部天线101装入这类终端所需要的空间(空间或面积)远大于工作在单频带下的终端所需要的空间。
然而，内部天线相比外部天线而言其性能降低2-3dB以上，这是因为其在终端中有限的安装空间和终端的工作环境。特别地，尽管最近潮流要求将频带复用能力(即三频带，四频带)应用到一终端内，然而相比于具有外部天线的终端，将这些特征应用于具有内部天线的终端具有许多困难。这是因为难以确保内部天线周围的足够空间，以及相比于具有外部天线的终端，当使用一具有内部天线的终端时，来自用户手的干扰会更频繁地发生。
另外，除了终端的性能方面，由于内部天线被安装在终端内，终端的总尺寸要求增加容纳内部天线所需的面积。为克服这些问题，在具有一内部天线的现有技术终端中，需要去除若干电路以便为安装内部天线提供足够空间，或者内部天线设计必需改善以减小终端的总尺寸。
发明内容
因此，本发明一个目的是提供一天线装置及其工作方法，它能通过根据移动通信终端使用环境的变化来改变天线的电长度，从而减少信号发送/接收特性的劣化。
本发明另一目的是提供一天线装置，它能够通过将两种类型的天线安装到移动通信终端内并根据工作频带选择一最佳天线，从而支持多频带频率。
因此，本发明又一目的是提供一移动通信终端，它能根据用户环境和/或通信环境的变化来最小化信号发送/接收特性的劣化，并实现多频带支持能力。
为实现符合本发明目的这些及其它优点，如在这里广义描述的那样，这里提供一移动通信终端的天线装置包括：天线单元；以及用来根据移动通信终端信号发送和接收质量的变化或根据所期望的工作频带来调整天线单元物理特性的控制器。
在一实施例中，天线单元包括：主天线部分；以及一个或多个能有选择地连接于主天线部分的子天线部分，其中控制器通过根据信号发送或信号接收的变化而选择主天线部分或主天线加上一个或多个连接于主天线部分的子天线部分，来调整天线单元的物理特性。
较佳地，子天线部分设有至少一根或多根天线，所述一根或多根天线彼此串联并具有相同长度，或彼此并联并具有不同的长度。
在一不同的实施例中，天线单元包括：用于发送和接收第一频带信号的第一天线；以及一根或多根用来发送和接收第二频带信号的第二天线，其中控制器通过根据所期望工作频带来选择第一天线或一根或多个第二天线，来调整内部天线单元的物理特性。
较佳地，天线单元的物理特性与天线长度或天线类型中的至少一个相关。
较佳地，第二天线或者是芯片型天线或者是环型天线，各安装在第一天线周围或移动通信终端内。
为实现符合本发明目的的这些及其他优点，这里提供在具有第一天线和至少一根或多根第二天线的移动通信终端内的天线工作方法，包括：测量第一天线的发送/接收质量；把第一天线与至少一根或多根第二天线相连，并由此检测用来获得最佳发送/接收质量的天线组合；以及根据所检测的天线组合来调整天线长度。
较佳地，移动通信终端中的天线工作方法还包括：当发送/接收质量被降低到一阈值以下时，重新检测能获得最佳发送/接收质量并重新调整天线长度的天线组合。
较佳地，至少一根或多根第二天线可以是彼此串联并具有相同长度的天线或者是彼此并联并具有不同长度的天线。
发送/接收质量可以是一接收信号强度指示符(RSSI)或位差错率(BER)。
通过结合附图对本发明的如下详细描述，本发明前述的及其他目的、特征、方面和优点将变得更明显。
附图说明
包括在这里提供对本发明的进一步理解并作为说明书的一部分的附图说明了本发明的实施例，并且和说明书一起用来解释本发明的原理。
在图中：
图1是表示现有技术中移动通信终端内部天线结构的范例视图；
图2是表示本发明的移动通信终端的天线装置结构的视图；
图3是表示图2所示的天线长度调整器的第一实施例的视图；
图4是表示图2所示的天线长度调整器的第二实施例的视图；
图5是表示图2中天线切换单元结构的详细视图；以及
图6是表示本发明移动通信终端的天线工作方法的顺序步骤的第一实施例的流程图；以及
图7是表示本发明移动通信终端的天线工作方法的顺序步骤的第二实施例的流程图。
具体实施方式
此后将提供对本发明的一些较佳实施例的解释，其实例在附图中被示出。
本发明提出一天线装置及其工作方法，它能减少由于各种使用环境中的变化而造成的信号发送和接收灵敏度的劣化，诸如由用户持有终端的手造成的影响、打开或关闭终端折叠部分的动作之类，并由此能提供移动通信终端的最佳性能。
本发明还提出一天线装置，它通过采用内部天线而要求最小的安装空间并同时支持不同频带(即三频带或四频带等)的复用能力。为实现该目的，本发明可根据移动通信终端的使用环境变化(即发送/接收质量的变化)或通信环境变化(即工作频带的变化)来改变内部天线的长度(即电长度)或选择不同类型的天线。因此可减少移动通信终端信号发送和接收特性的劣化并且/或者支持多频带功能。较佳地，改变天线的电长度并选择地使用不同类型的天线可根据用户的选择同时或独立地进行。
图2是表示本发明的移动通信终端的天线装置结构的视图。
如图2所示，本发明移动通信终端的天线装置可以包括：具有固定长度(即固定的“电长度”，即能恰当地处理信号发送和接收所需的整个天线的总长)的主天线201；以及连接于主天线201一侧(或其一端部或其他适当部分)的天线长度调整器202，用于根据移动通信终端的发送/接收质量的变化(或周围通信环境的变化)把至少一根或多根子天线连接到主天线201并由此改变包括主天线201在内的整个天线的长度(即电长度)。较佳地，子天线长度小于主天线201的长度。
另外，本发明移动通信终端的天线装置还包括：连接在主天线201另一侧(或其相反的端部分或其他适当部分)和匹配电路204之间的天线切换单元203，用于在支持多频带功能时根据工作频带在主天线和若干子天线中选择一最佳天线。
图3是表示天线长度调整器202的第一实施例的视图。天线长度调整器202包括：主天线201；至少一根或多根子天线，各子天线具有相同长度且彼此串联在一起；多个开关SW1、SW2、SW3……，用来有选择地将各子天线连接到主天线201；以及控制器202a，其根据环境(例如通信环境)控制各开关的工作，并由此改变包括主天线201在内的整个天线的电长度。
图4是表示天线长度调整器202的第二实施例的视图。天线长度调整器202包括：主天线201；至少一根或多根天线，各子天线具有不同长度且彼此并联在一起；开关SW，用来有选择地将各子天线连接到主天线201；以及控制器202b，用来根据环境(例如通信环境)控制开关SW的工作，并且由此改变包括主天线201在内的整个天线的电长度。
如图3和4所示，控制器202a或202b可根据移动通信终端的发送/接收质量(或周围(环境))来控制适当的多个开关或一个开关，并由此改变主天线201的电长度。这里，主天线的电气长度改变时同时产生一谐振频率。而且，天线的谐振频率一般根据移动通信终端的使用环境而改变。因此，相对于设计终端时所用的条件，移动通信终端在实际使用中可能无法实现最佳特性，这是由于下列原因：移动通信终端所工作的特定环境、用户手持移动通信终端的特定方式、折叠部分(对于折叠型移动终端)被打开或关闭时的状况之类。
因此，如图3和4所示，如果天线长度根据移动通信终端的环境(或发送/接收质量的改变)而适当地改变，则可实现最佳天线特性并由此使信号发送和接收灵敏度的劣化最小。
图5是表示天线切换单元203的示例性结构的详细视图。图4所示的天线切换单元203可包括：主天线201；用于支持特定频带(例如GSM 850、PCS等)的分立天线301；用来将主天线201或分立天线301连接到匹配电路(图2中的204)的开关SW；以及控制器203a，用于根据移动通信终端的工作频带控制开关SW的工作。可提供一根或多根分立天线301，以便实现三频带或四频带功能。较佳地，分立天线301是各种类型的天线，例如，所谓“芯片型天线”或“环型天线”，用来发送和接收和主天线201所发送和接收的不同的另一频带信号。
即，当内部安装有至少一根或多根分立天线301时(对应于本发明中的主天线和芯片型天线)，天线切换单元203可根据工作频带的变化而选择一最佳天线(即天线总长)。
通常，芯片型天线301具有非常小的尺寸由此可方便地实现所要求的最小安装空间。然而，芯片型天线的受限制的特性造成了将其应用于移动通信终端的一些困难。
然而，如本发明图5所示，芯片型天线作为分立天线301可设置在主天线201的一侧(即和主天线相邻)或移动通信终端内其他适当位置。此后，可通过使用开关SW选择主天线201或芯片型天线301，由此可实现支持多频带频率的移动通信终端。例如，当欧洲全球移动通信系统(GSM)双频带(GSM+DCS)的手机用户在北美地区旅游时，用户可根据一允许用户在相应地区进行通信的天线切换而将GSM双频带天线切换成芯片型频带天线(GSM 850，PCS等)，其表现出的性能略低于GSM双频带天线的性能。类似地，可根据本发明的天线切换方法使用三频带或四频带频率功能。
另外，尽管分立控制器202a、202b和203a各自如图3至图5所示，然而这些只是范例性的。一个控制器可实际上输出一控制信号至天线长度调整器202并到达天线切换单元203。
图6是表示本发明的移动通信终端的内部天线工作方法的顺序步骤的第一实施例的流程图。具体地，图6表示一改变天线长度的方法。
如图6所示，当移动通信终端开启时，控制器202a或202b能在移动通信终端当前所工作的状态(正常状态)下测量一缺省天线的信号发送和/或接收质量，所述缺省天线即主天线(长度：L1)(S10)。即，控制器202a或202b能测量接收信号强度指示符(RSSI)或位差错率(BER)等。
当测量主天线的信号发送和/或接收质量时，如图3或4所示，控制器202a或202b可各自将各子天线以串联或并联的形式依次连接到主天线(即，改变天线长度L2，L3，...Ln)以便测量信号发送和/或接收质量(S11)。根据测量，当(在步骤11中测得的)信号发送和/或接收质量优于先前测量值时改变天线长度，而在当前测量值不优于先前测量值时不改变天线长度(S12至S14)。即控制器202a或202b将主天线依次连接于各子天线并检测通过它能获得最佳信号发送和/或接收质量的天线组合。其后，控制器202a或202b根据所检测到的天线组合调整天线长度。
然后，当移动通信终端开启时，控制器202a或202b能在特定时间间隔内测量信号发送和/或接收质量。当信号发送和/或接收质量低于阈值时，控制器202a或202b将重新检测可获得最佳信号发送和/或接收质量的天线组合，以便重新调整(即重复调节)天线的总长。结果，控制器202a或202b可在任何期望的时间内维持最佳信号发送和/或接收质量(S15和S16)。
图7是表示本发明的移动通信终端的天线工作方法的顺序步骤的第二实施例的流程图，其中示出一用于实现多频带功能的方法。
例如，当欧洲GSM双频带(GSM+PCS)手机的用户旅游到北美地区时，控制器能检测由用户选择的移动通信终端工作频带的改变。根据该检测，如果用户改变移动通信终端的工作频带(S21)，则支持改变后的工作频带的分立天线被连接到匹配电路(S22)。相反地，如果不改变移动通信终端的工作频带，则当前的主天线继续连接于匹配电路(S23)。
本发明还提供一天线装置包括：移动通信终端内的天线单元；以及根据信号发送或信号接收的变化、或根据所期望的工作频带而调整天线单元物理特性的控制器。
在一实施例中，天线单元包括：主天线部分；以及能有选择地连接于主天线部分的一个或多个子天线部分，其中控制器通过根据信号发送或信号接收的变化，选择主天线部分或主天线部分加上一个或多个连接于主天线部分的子天线部分而调整天线单元的物理特性。
在一不同的实施例中，天线单元包括：用于发送和接收第一频带信号的第一天线；以及一个或多个用于发送和接收第二频带信号的第二天线，其中控制器通过根据所期望的工作频带选择第一天线或者一根或多根第二天线而调整天线单元的物理特性。
较佳地，应注意天线单元的物理特性能应可以与天线长度和天线类型中的至少一个相关联。而且，如果需要的话上述两实施例的特征也能结合在一起。
如上所述，在符合本发明的CDMA、GSM或其他小尺寸移动通信终端中，当移动通信终端的使用环境改变时，通过连接分立子天线可改变天线的长度，其结果是减少了信号发送和/或接收特性的劣化。
另外，通过在移动通信终端内提供可容易选择的两种类型以上的天线，通过根据工作频带选择一最佳天线长度，本发明能有效地支持多频带功能。
由于本发明在不脱离其精神或实质特征的情况下可以有多种表现形式，同样应该知道，上述实施例并不由上面描述的任何细节所限制，除非另有说明，应在所附权利要求所定义的精神和范围内广义地进行解释，因此所有落入权利要求范围和边界内的改变和修正，或所说范围和边界的等效物也应被所附权利要求所覆盖。

Claims (18)

1.一移动通信终端的天线装置，包括：
第一天线；
连接于第一天线并设有至少一根或多根第二天线的天线长度调整器，用来根据移动通信终端的信号发送/接收质量通过将至少一根或多根第二天线连接到第一天线来改变第一天线的长度；以及
天线切换单元，所述天线切换单元设有一根或多根不同于第一天线的第三天线，用来根据用户选择而选择第一天线和第三天线中的一个，其中，所述第三天线是芯片型天线或环型天线，用来发送和接收不同于第一和第二天线所发送和接收的频带信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线长度调整器还包括：
连接在所述第一天线和各第二天线之间的一个或多个第一开关；以及
第一控制器，用来根据移动通信终端的信号发送/接收质量而控制所述第一开关，并将至少一根或多根第二天线连接到第一天线。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述一根或多根第二天线具有相同长度，且彼此串联。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述多根第二天线具有不同长度，且彼此并联。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一控制器把第一天线的发送/接收质量和通过把第一天线顺序连接到各第二天线而测得的发送/接收质量相比较，并由此第一控制器根据具有最佳发送/接收质量的天线组合来改变第一天线的长度。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线切换单元还包括：
第二开关，用于将第一天线以及一根或多根第三天线中的一个连接到匹配电路；以及
第二控制器，用来通过控制第二开关而改变移动通信终端的工作频带。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三天线被安装在第一天线周围或移动通信终端内。
8.一移动通信终端的天线装置，包括：
第一天线；
至少一根或多根第二天线；
开关单元，用来将第一天线连接于各第二天线；
第一控制器，用来根据于移动通信终端的信号发送/接收质量而控制开关单元的工作，并由此改变第一天线的长度；
用于支持特定工作频带的第三天线，其中第三天线是芯片型天线或环型天线，用来发送和接收不同于第一和第二天线所发送和接收的频带信号；以及
用于根据第二控制器的控制将第一天线或第三天线连接到匹配电路的开关。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述开关单元包括连接在第一天线和各第二天线之间的至少一个或多个开关。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述至少一根或多根第二天线是彼此串联并具有相同长度的多根天线，或者是彼此并联并具有不同长度的多根天线。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第三天线为至少一个或多个，并安装在第一天线周围或移动通信终端内。
12.一设有第一天线、至少一根或多根第二天线以及第三天线的移动通信终端中的天线工作方法，包括：
测量第一天线的发送/接收质量；
将第一天线连接到各第二天线，并检测用于获得最佳发送/接收质量的天线组合；
根据所检测到的天线组合调整第一天线的长度；
检查移动通信终端工作频带的变化；以及
当移动通信终端的工作频带变化时，将第一天线改变至第三天线以支持经改变的工作频带，其中所述第三天线是芯片型天线或环型天线，用来发送和接收不同于第一和第二天线所发送和接收的频带信号。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：当检测到的发送/接收质量被降低到一阈值以下时，重新检测用于获得最佳发送/接收质量的天线组合，并重新调整天线的长度。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一根或多根第二天线是彼此串联并具有相同长度的多根天线，或者是彼此并联并具有不同长度的多根天线。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述发送/接收质量包括接收信号强度指示符(RSSI)或位差错率(BER)。
16.一移动通信终端，包括：
第一天线；
至少一个或多个第二天线；
至少一个或多个第一开关，设置在所述第一天线和所述至少一根或多根第二天线之间；
第一控制器，用于根据信号发送/接收质量而控制至少一个或多个第一开关，以改变第一天线的长度；
第三天线，用于支持一特定频带，其中所述第三天线是一芯片型天线或环型天线，用来发送和接收不同于第一和第二天线所发送和接收的频带信号；以及
第二开关，用于根据第二控制器的控制将第一天线或第三天线连接到匹配电路。
17.如权利要求16所述的终端，其特征在于，所述至少一根或多根第二天线是彼此串联并具有相同长度的多根天线，或者是彼此并联并具有不同长度的多根天线。
18.如权利要求16所述的终端，其特征在于，所述第三天线被配置成一个或多个，各安装在第一天线周围或安装在移动通信终端内。
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