DE112010005531T5

DE112010005531T5 - Adaptives Antennenmodul

Info

Publication number: DE112010005531T5
Application number: DE112010005531T
Authority: DE
Inventors: Kevin R. Boyle; Maurice de Jongh; Adrianus Van Bezooijen
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: Qualcomm Technologies Inc
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2013-11-14
Also published as: KR20130063504A; JP2013529002A; US9225065B2; JP5746322B2; US20130113677A1; KR101718450B1; WO2011134534A1

Abstract

Es wird ein leichter herzustellendes, kleiner und leicht anzusteuerndes adaptives Antennenmodul vorgestellt. Das Modul umfasst einen Signalpfad, eine Antenne und eine Abstimmschaltung mit zwei variablen Impedanzelementen. Die Abstimmschaltung arbeitet über einen beschränkten Bereich von Impedanzen hinweg und erhält die Reihenresonanzcharakteristik der Antenne aufrecht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft adaptive Antennenmodule, insbesondere adaptive Antennenmodule, die in tragbaren Kommunikationsgeräten verwendet werden können.
Die Antennen tragbarer Kommunikationsgeräte sind in der Regel so ausgelegt, dass sie im freien Raum ein Stehwellenverhältnis (VSWR = Voltage Standing Wave Ratio) von 3 oder weniger aufweisen. Das VSWR ist ein Maß für die reflektierte HF-Energie. Umgebungseinflüsse, zum Beispiel die Hand oder der Kopf eines Benutzers in der Nähe des Geräts, verursachen allgemein eine Verschlechterung der Antennenleistung, d. h. eine Zunahme des VSWR. Adaptive Antennenmodule sollen dieser Verschlechterung entgegenwirken und ein niedriges VSWR aufrecht erhalten oder wiedererlangen.
Aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0685936 A2 ist eine adaptive Antennenanpassungsschaltung bekannt. Die Schaltung umfasst ein Anpassungsnetzwerk und einen Koppler, die beide elektrisch mit einem Signalpfad verbunden sind. Die Schaltung umfasst weiterhin einen Prozessor, der elektrisch mit dem Anpassungsnetzwerk und dem Koppler verbunden ist. Das Anpassungsnetzwerk umfasst abstimmbare Blindwiderstandselemente, die elektrisch in Reihe zu dem Signalpfad geschaltet sind oder die den Signalpfad elektrisch mit Masse verbinden. Der Prozess des Anpassens der Impedanz des Signalpfads umfasst mehrere Schritte des Abstimmens einzelner variabler Blindwiderstandselemente, individuell und nacheinander, und des Speicherns bevorzugter Einstellungen in einem Speicher. Somit ist der Prozess des Anpassens der Impedanz kompliziert, verbraucht Energie und erfordert eine komplexe und teure Prozessorschaltung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein preiswertes adaptives Antennenmodul vorzustellen, das eine geringe Größe und verbesserte Leistung aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein adaptives Antennenmodul vorzustellen, das durch einen einfachen, schnellen und stabilen Algorithmus eingestellt werden kann.
Die Erfindung umfasst einen Signalpfad, eine Antenne und eine Abstimmschaltung. Die Antenne ist elektrisch mit dem Signalpfad verbunden und zeigt bei einer Resonanzfrequenz f₀ ein Reihenresonanzverhalten. Die Abstimmschaltung ist elektrisch mit dem Signalpfad verbunden und minimiert das Stehwellenverhältnis) in dem Signalpfad. Die Abstimmschaltung umfasst zwei variable Impedanzelemente. Die zwei variablen Impedanzelemente umfassen ein variables Reihenimpedanzelement, das elektrisch in den Signalpfad in Reihe geschaltet ist, und ein variables Querimpedanzelement, das in einen ersten parallelen Pfad elektrisch in Reihe geschaltet ist. Der erste parallele Pfad verbindet den Signalpfad elektrisch mit Masse. Die Abstimmschaltung arbeitet in einem beschränkten Bereich von Impedanzen, der durch die möglichen Werte der variablen Impedanzelemente definiert ist. Die Abstimmschaltung erhält die Reihenresonanzcharakteristik der Antenne aufrecht.
Die Erfinder fanden heraus, dass eine Antenne, die ihre Reihenresonanzcharakteristik aufrecht erhält, leichter handzuhaben ist als jeweilige Antennen mit einem Resonanzverhalten, das von einem Reihenresonanzverhalten verschieden ist, oder sogar mit variierenden Charakteristika.
Die Formulierung „Reihenresonanzcharakteristika” bezeichnet die frequenzabhängigen Charakteristika einer Schaltung, bei der ein Widerstandselement, ein Kapazitätselement und ein Induktanzelement elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Abstimmalgorithmen müssen allgemein die Arbeitsfrequenz, den Imaginärteil und den Blindlastanteil der eigentlichen Impedanz, Details der Abstimmschaltung, den Leistungspegel der Batterie des Kommunikationsgeräts und weitere Parameter berücksichtigen. Die vorliegende Erfindung schlägt jedoch eine Schaltung vor, die beispielsweise angesteuert werden kann durch Messen der Phase einer Impedanz Z eines Impedanzelements, zum Beispiel eines Induktanzelements innerhalb des Signalpfads und lediglich das Betrachten des jeweiligen Eintrags einer eindimensionalen Nachschlagetabelle (engl.: look-up table). Die jeweilige Phase wird bestimmt durch Messen der Spannung an dem Impedanzelement oder durch Messen der Spannungsübertragungscharakteristik über dem Impedanzelement. Eine derartige Schaltung ist vorteilhaft, weil sie das schnelle Finden der Einstellungen der variablen Impedanzelemente gestattet, die erforderlich sind, um eine gute Impedanzanpassung herzustellen.
Somit stellt das obige Modul ein preiswertes adaptives Antennenmodul bereit, das eine geringe Größe und eine verbesserte Leistung aufweist. Das Modul kann durch einen einfachen, schnellen und stabilen Algorithmus angesteuert werden.
In einer Ausführungsform umfasst das adaptive Antennenmodul weiterhin eine Logikschaltung und eine Nachschlagetabelle (engl.: lookup table), die in der Logikschaltung zum Einstellen der Werte der variablen Impedanzelemente implementiert ist. Es ist möglich, eine Nachschlagetabelle anzulegen und die Nachschlagetabelle innerhalb der Logikschaltung zu speichern, wobei die Nachschlagetabelle Einstellungen für einen optimalen Wert des variablen Reihenimpedanzelements und einen optimalen Wert des variablen Querimpedanzelements liefert. Während des Betriebs kann die optimale Einstellung des adaptiven Antennenmoduls in einer eindimensionalen Nachschlagetabelle gefunden werden, die einen schnellen Algorithmus ergibt.
In einer Ausführungsform sind das variable Reihenimpedanzelement und das variable Querimpedanzelement Impedanzelemente mit variablen Kapazitäten. Beispiele für Impedanzelemente mit variablen Kapazitäten sind geschaltete Kondensatorarrays oder Varaktoren.
In einer Ausführungsform umfasst ein adaptives Antennenmodul weiterhin ein erstes Induktanzelement, das den Signalpfad elektrisch mit Masse verbindet. Ein Induktanzelement, das den Signalpfad elektrisch mit Masse verbindet, kann als ein ESD-Schutzelement arbeiten, insbesondere falls es elektrisch mit der Antenne verbunden ist.
In einer Ausführungsform umfasst ein adaptives Antennenmodul weiterhin ein Kapazitätselement, das die Antenne elektrisch mit Masse verbindet. Ein derartiges Kapazitätselement kann das Aufrechterhalten der Reihenresonanzcharakteristik der Antenne unterstützen. Es kann beispielsweise eine induktive Komponente der Impedanz der Antenne eliminieren.
In einer Ausführungsform umfasst ein adaptives Antennenmodul weiterhin ein zweites Induktanzelement, das den Signalpfad elektrisch mit Masse verbindet. Ein derartiges zweites Induktanzelement kann das Kompensieren oder sogar Eliminieren parasitärer Kapazitäten einer Übertragungsleitung, die elektrisch zwischen die Abstimmschaltung und die Antenne geschaltet ist, unterstützen.
In einer Ausführungsform umfasst das Antennenmodul weiterhin ein drittes Induktanzelement und einen ersten Schalter. Das dritte Induktanzelement ist in den Signalpfad elektrisch in Reihe geschaltet. Der erste Schalter ist in den Signalpfad elektrisch in Reihe und parallel zu dem dritten Induktanzelement geschaltet. Eine derartige Parallelschaltung aus einem Induktanzelement und einem Schalter kann den Abstimmbereich der Abstimmschaltung vergrößern.
In einer Ausführungsform umfasst das Antennenmodul weiterhin ein viertes Induktanzelement, das in den Signalpfad elektrisch in Reihe geschaltet ist. Ein derartiges viertes Induktanzelement in dem Signalpfad kann zum Messen der tatsächlichen Impedanzanpassung genutzt werden. Beispielsweise kann die Phasenänderung der Impedanz Z eines Impedanzelements oder die Spannungsübertragungscharakteristik, die durch das Impedanzelement verursacht wird, zum Beispiel durch ein Induktanzelement, gemessen werden.
In einer Ausführungsform umfasst das adaptive Antennenmodul weiterhin eine Doppelabstimmschaltung mit einem zweiten parallelen Pfad, der den Signalpfad elektrisch mit Masse verbindet. Die Doppelabstimmschaltung umfasst eine Parallelresonanzschaltung, die ein fünftes Induktanzelement aufweist, das in den zweiten parallelen Pfad elektrisch geschaltet ist, und ein variables Kapazitätselement, das elektrisch parallel zu dem fünften Induktanzelement geschaltet ist. Die Doppelabstimmschaltung umfasst weiterhin einen zweiten Schalter, der in den zweiten parallelen Pfad zwischen den Signalpfad und die Parallelresonanz-schaltung elektrisch in Reihe geschaltet ist.
Eine derartige Doppelabstimmschaltung kann verwendet werden, um die simultane T_x/R_x-Leistung zu verbessern, wenn der Qualitätsfaktor Q der Antenne hoch ist. Während des simultanen T_x- und R_x-Betriebs muss die Impedanzanpassung für den Übertragungsfrequenzbereich und den Empfangsfrequenzbereich gleichzeitig erfüllt werden. Somit wird der Bereich von Frequenzen, in dem eine gute Impedanzanpassung erforderlich ist, verbessert. Das heißt, die Doppelabstimmschaltung liefert ein Mittel zum Verbreitern des abstimmbaren Frequenzbereichs, insbesondere wenn die Antenne einen hohen Qualitätsfaktor Q aufweist.
Die Doppelabstimmschaltung kann durch den zweiten Schalter elektrisch mit dem Signalpfad verbunden werden, wenn gleichzeitig T_x- und R_x-Betrieb benötigt wird, zum Beispiel während des WCDMA-Betriebs. Informationen, die dafür relevant sind, zu entscheiden, ob die Doppelabstimmschaltung aktiviert werden sollte, können aus der Beziehung zwischen der Einstellung der variablen Impedanzelemente, zum Beispiel kapazitive Elemente, und dem detektierten Qualitätsfaktor Q der Antenne abgeleitet werden.
Bei einer Ausführungsform wird die Antenne aus einer PIFA-(PIFA = Planar Inverted F-Antenna), einer PILA-(PILA = Planar Inverted L-Antenna) und einer Monopolantenne und Varianten von solchen Antennen ausgewählt.
In einer Ausführungsform umfasst das Antennenmodul weiterhin einen Detektor, der elektrisch mit dem Signalpfad verbunden ist. Der Detektor wird verwendet, um die Impedanzanpassung des adaptiven Antennenmoduls zu detektieren, wobei die Einstellung der Werte der variablen Impedanzelemente von einem von dem Detektor und einer Nachschlagetabelle generierten Signal abhängt, wobei die Nachschlagetabelle in einer Logikschaltung implementiert ist.
In einer Ausführungsform des Antennenmoduls umfasst der Detektor einen Phasendetektor, der elektrisch parallel zu dem vierten Induktanzelement geschaltet ist.
In einer Ausführungsform kann das adaptive Antennenmodul in GSM-, CDMA- oder WCDMA-Systemen verwendet werden.
Somit liefert die vorliegende Erfindung eine gute adaptive Impedanzanpassung sowohl für den FDD-(Frequency Division Duplexing) als auch den TOD-(Time Division Duplexing)Übertragungsmodus.
Es ist möglich, dass die Antenne eine Reihenresonanzcharakteristik aufweist. Die Antennencharakteristik kann in dem Smith-Diagramm gedreht werden, und die Anpassungstopologie kann die Drehung zurück verschieben.
Die Abstimmschaltung kann eine beliebige Komponente umfassen, die die Reihenresonanzcharakteristik der Antenne aufrecht erhält oder wiederherstellt.
Die variablen Impedanzelemente können derart miteinander gekoppelt sein, dass ein Algorithmus aus einer einfachen, robusten eindimensionalen Steuerung und Detektion profitieren kann. Die Einstellungen der gekoppelten Elemente basieren auf den Charakteristika der Antenne, und zwar derart, dass eine eindimensionale Steuerung und Detektion sichergestellt wird.
Eine Nachschlagetabelle kann als ein Teil des Algorithmus angesehen werden.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Antennenmodul Mittel zum Durchführen einer Impedanzanpassung. Der Prozess des Anpassens beinhaltet die folgenden Schritte:

– Detektieren der Spannung eines sich in dem Signalpfad ausbreitenden HF-Signals,
– Vergleichen der detektierten Phase mit in einer Nachschlagetabelle gespeicherten Phasenwerten und Finden des Eintrags in der Nachschlagetabelle, der der detektierten Phase entspricht,
– Einstellen der Werte der variablen Impedanzelemente gemäß Werten der Nachschlagetabelle, die mit der detektierten Phase assoziiert sind.

Die folgenden zusätzlichen Schritte können enthalten sein:

– Berechnen der Phase der Impedanz Z eines Impedanzelements, das elektrisch in dem Signalpfad geschaltet ist,
– Minimieren der Differenz zwischen einem Sollwert der Phase einer Impedanz Z gemäß der Nachschlagetabelle und der detektierten Phase der Impedanz Z.

Kurze Beschreibung der Figuren
Die vorliegende Erfindung lässt sich umfassend anhand der hierin unten angegebenen ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Figuren verstehen. Es zeigen:
1 ein Smith-Diagramm, das die frequenzabhängige Impedanz einer Antenne „im freien Raum” und die simulierten Ergebnisse der frequenzabhängigen Impedanz einer Antenne mit 63 verschiedenen Umgebungsbedingungen darstellt,
2 ein Äquivalenzschaltungsdiagramm einer Antenne,
3 die frequenzabhängigen Impedanzkurven von 1, aber: die Antenne ist mit einer Reihenresonanzcharakteristik ausgestattet,
4 eine Grundversion des adaptiven Antennenmoduls,
5 eine Ausführungsform des Antennenmoduls mit einem Detektor und einer Logikschaltung,
6 ein Schemadiagramm des Antennenmoduls mit weiteren Schaltungselementen.
1 veranschaulicht 64 verschiedene frequenzabhängige Impedanzkurven einer unangepassten Antenne eines tragbaren Kommunikationsgeräts in einem Smith-Diagramm. Eine mit „1” bezeichnete Kurve zeigt das Frequenzverhalten einer einzelnen freistehenden Antenne. Die anderen 63 Kurven stellen die frequenzabhängige Impedanz der Antenne dar, wobei die Umgebung in der Nähe der Antenne individuell verschieden ist. Infolge verschiedener Umgebungsbedingungen variiert die Antennenimpedanz signifikant.
2 zeigt ein Äquivalenzschaltungsdiagramm einer realen Antenne. Die Schaltung umfasst ein Querinduktanzelement SI, einen Impedanztransformator IT und eine Reihenresonanzschaltung SRC, die ein Induktanzelement, ein Kapazitätselement und ein Widerstandselement umfasst, wobei jedes elektrisch in Reihe geschaltet ist.
3 zeigt die frequenzabhängigen Impedanzkurven von 1, wobei die Antenne angesteuert wird, um eine Reihenresonanzcharakteristik aufrecht zu erhalten. In 2 stört das Querimpedanzelement SI die Reihenresonanzcharakteristik der Antenne. Um die Existenz des Querimpedanzelements von 2 zu vermeiden, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um das in 3 gezeigte leicht vorhersagbare Impedanzverhalten zu erreichen. Wie in 3 zu sehen ist, variiert hauptsächlich der Imaginärteil der Impedanz, wenn die Frequenz variiert wird. Die Impedanzsituation in 3 kann im Gegensatz zu der Situation in 1 durch einen einfachen, stabilen und schnellen Algorithmus zum Ansteuern der variablen Impedanzelemente der Abstimmschaltung gehandhabt werden.
Mittel zum Eliminieren des Querinduktanzelements einer realen Antenne könnten eine Übertragungsleitung sein, zum Beispiel eine 20°-Übertragungsleitung zwischen der Abstimmschaltung und der Antenne. Das Implementieren eines Schlitzes, insbesondere der Länge λ/4, in der Antenne oder einer die Antenne tragenden PCB (PCB = Printed Circuit Board – gedruckte Leiterplatte) oder einer Querkapazität kann verwendet werden, um den Effekt des Querinduktanzelements aufzuheben oder zu verringern.
4 zeigt die Grundversion einer Antenne eines adaptiven Antennenmoduls AAM gemäß der Erfindung. Das Antennenmodul umfasst eine Antenne AN, die elektrisch mit einem Signalpfad SP verbunden ist. Das adaptive Antennenmodul AAM umfasst eine Abstimmschaltung TC, die ein variables Reihenimpedanzelement VSE aufweist, das in den Signalpfad SP elektrisch in Reihe geschaltet ist. Die Abstimmschaltung TC weist weiterhin ein variables Querimpedanzelement VSH auf, das in einen ersten parallelen Pfad PP1 zwischen dem Signalpfad SP und Masse GND elektrisch geschaltet ist.
5 zeigt eine Ausführungsform des adaptiven Antennenmoduls AAM, das eine Detektorschaltung DET umfasst, die elektrisch in dem Signalpfad SP geschaltet ist. Das Modul AAM umfasst weiterhin eine Logikschaltung LC, die elektrisch mit der Abstimmschaltung TC und mit dem Detektor DET verbunden ist. Der Detektor DET überträgt ein Signal an die Logikschaltung LC, in der die tatsächliche Impedanzanpassung codiert ist. Die Logikschaltung LC berücksichtigt die tatsächliche Impedanzanpassung und bestimmt Werte und setzt die Werte der variablen Impedanzelemente der Abstimmschaltung. Somit wird eine Steuerschleife zum Steuern der Impedanzanpassung gewonnen.
6 zeigt eine Ausführungsform des adaptiven Antennenmoduls mit einem Kapazitätselement CE, das elektrisch mit dem Signalpfad und mit der Antenne auf einer Seite und mit Masse auf der anderen Seite verbunden ist. Weiterhin verbindet ein erstes Induktanzelement IE1 den Signalpfad elektrisch mit Masse. Das variable Querinduktanzelement VSH verbindet den Signalpfad elektrisch mit Masse, und das variable Reihenimpedanzelement VSI ist in den Signalpfad elektrisch in Reihe geschaltet. Weiterhin verbindet ein zweites Induktanzelement IE2 den Signalpfad elektrisch mit Masse. Ein drittes Induktanzelement IE3 ist in den Signalpfad elektrisch in Reihe geschaltet. Ein erster Schalter SW1 ist elektrisch parallel zu dem dritten Induktanzelement IE3 geschaltet. Durch den ersten Schalter SW1 kann das dritte Induktanzelement IE3 an den Signalpfad oder von diesem abgekoppelt werden. Als ein weiteres Induktanzelement ist ein viertes Induktanzelement IE4 in den Signalpfad elektrisch in Reihe geschaltet. Ein Detektor DET ist elektrisch parallel zu dem vierten Induktanzelement IE4 geschaltet. Der Detektor DET umfasst eine Schaltung zum Messen der Spannung oder der Spannungsübertragungsfunktion des vierten Induktanzelements IE4. Eine derartige gemessene Spannung oder Spannungsübertragungsfunktion ist eine mögliche Basis für das Berechnen der Impedanzanpassung.
Das erste Induktanzelement IE1 stellt einen parallelen Weg her, der elektrisch parallel zu dem Signalpfad SP zwischen dem Signalpfad SP und Masse geschaltet ist.
Innerhalb eines zweiten parallelen Pfads PP2 sind ein zweiter Schalter SW2 und eine Doppelabstimmschaltung DTC elektrisch in Reihe geschaltet. Der zweite parallele Pfad PP2 ist elektrisch parallel zu dem Signalpfad geschaltet und verbindet den Signalpfad elektrisch mit Masse. Die Doppelabstimmschaltung DTC umfasst eine Parallelresonanzschaltung mit einem Induktanzelement IE5 und einem Kapazitätselement mit variabler Kapazität.
Reihenresonanzantennen weisen mehrere Charakteristika auf, die genutzt werden können, um die zum Erzielen einer guten Anpassung verwendeten Algorithmen zu verbessern. Insbesondere kann der Kompromiss, der zwischen den Sende-(T_x) und Empfangs-(R_x)Frequenzen existiert, durch Einsetzen von Wissen darüber angegangen werden, wie typische Reihenresonanzantennen arbeiten.
Das Erfassen der Fehlanpassung, zum Beispiel durch den Detektor DET, erfolgt allgemein während der Übertragungszeitperiode, wenn ausreichend Leistung zur Verfügung steht, um den Detektor anzusteuern. Die Impedanzanpassung für R_x-Frequenzen kann mit der T_x-Anpassung assoziiert werden. Für Reihenresonanzantennen ist dies relativ einfach durchzuführen, da die Differenz zwischen den T_x- und R_x-Impedanzen überwiegend reaktiv ist. Die Differenz hängt jedoch von der Benutzerinteraktion ab. Das Ausmaß an Benutzerinteraktion wird durch die durch den Abstimmalgorithmus gefundene Lösung erhalten.
Typische Reihenresonanzantennen weisen einige deutliche Trends hinsichtlich der Assoziation von T_x- und R_x-Anpassung auf: die Variation des Gütefaktors der Antenne mit der Frequenz hängt in erster Linie von der Größe der Antenne und der Größe eines entsprechenden tragbaren Kommunikationsgeräts ab. Zum Beispiel nimmt der Gütefaktor Q mit der Frequenz sowohl bei den üblicherweise verwendeten Frequenzbereichen zwischen 824 und 960 MHz und zwischen 1710 und 2170 MHz ab. Dann muss die Abstimmschaltung ein abstimmbares Reaktanzelement umfassen, das mit der Antenne in Reihe geschaltet ist. Der erforderliche Offset zwischen T_x und R_x nimmt ab, wenn die Anpassungsreaktanz der Antenne kapazitiver wird.
Wenn die Benutzerinteraktion mit der Antenne stärker wird, wird die Impedanz analog zunehmend induktiv und das Antennen-Q nimmt allgemein ab. Somit nimmt für eine beliebige gewählte Frequenz, wenn die erforderliche Anpassungsreaktanz kapazitiver wird, der erforderliche Offset zwischen T_x und R_x ab.
Im CDMA-Modus müssen die T_x- und die R_x-Frequenzen simultan angepasst werden. Die Trennung der Impedanzen bei den T_x- und R_x-Frequenzen hängt von dem Gütefaktor der Antenne und der Benutzerinteraktion ab. Um die Impedanzen auf beiden Frequenzen anzupassen, sollte eine HF-abhängige Schaltung verwendet werden, um die mit den T_x- und R_x-Frequenzen assoziierten Impedanzen auf den gleichen Wert zu bringen. Für eine Reihenresonanzantenne kann eine Doppelabstimmschaltung DTC, die aus einer parallelen Induktionsspule und einem Kondensator besteht, zum Erzielen einer guten Anpassung verwendet werden. Dann sollten die T_x- und R_x-Impedanzen etwa die gleiche Konduktanz und die entgegengesetzten Suszeptanzen aufweisen.
Selbst ohne eine Doppelabstimmschaltung können die T_x- und R_x-Frequenzen simultan angepasst werden. Dann sollte die T_x-Impedanz an eine negative Reaktanz angepasst werden, um sicherzustellen, dass die R_x-Reaktanz nicht zu hoch ist. Dazu ist ein Reaktanzdetektor erforderlich.

Eine gute Anpassung und ein schneller und stabiler Algorithmus können mit der unten stehenden Nachschlagetabelle als einem aus vielen Beispielen in Kombination mit der Schaltung von 6 erzielt werden. Die unten stehende Tabelle ist nur ein mögliches Beispiel. Die Einträge der Tabelle können von der Frequenz abhängen. Es ist möglich, dass es für jedes andere Frequenzband eine andere Nachschlagetabelle gibt.

Index	SW1	VSE	Phase	SW1/R_x	VSE/R_x
0	0	0	–5	0	0
1	0	1	–5	0	0
2	0	2	–6	0	1
3	0	3	–6	0	2
4	0	4	–7	0	3
5	0	6	–7	0	4
6	0	9	–8	0	6
7	0	15	–9	0	9
8	0	31	–10	0	9
9	1	10	–10	0	15
10	1	15	–15	0	31
11	1	31	–20	1	10

Es ist möglich, nur eine bestimmte Anzahl möglicher Kombinationen zuzulassen. Das Begrenzen der Anzahl möglicher Kombinationen kann zu einer drastisch reduzierten Anzahl von Kombinationen führen, wodurch der Algorithmus schneller und stabiler wird. Dann ist „Index” die für jede der zulässigen Kombinationen verwendete Zahl. „SW1” ist der Zustand des ersten Schalters SW1 in dem T_x-Modus. „VSE” ist die Kapazität des variablen Reiheninduktanzelements VSE in dem T_x-Modus. Es wird dann angenommen, dass die Kapazität eine geschaltete 5-Bit-Einrichtung mit 32 Zuständen ist. Zustand 0 ist der unterste Kapazitätszustand, wohingegen Zustand 31 der höchste Kapazitätszustand ist. „Phase” ist der von dem Detektor gelieferte Phasenwert. (SW1/R_x) ist der Zustand des Schalters in dem R_x-Modus. „VSE/R_x” ist der Kapazitätszustand in dem R_x-Modus.
Wie ersichtlich ist, braucht ein Abstimmalgorithmus nur diese eindimensionale Nachschlagetabelle zu berücksichtigen, um eine einfache, schnelle und stabile Anpassung für die adaptive Antennenanpassung durchzuführen.
Eine Möglichkeit zum weiteren Erhöhen der Stabilität eines Anpassungsalgorithmus kann darin bestehen, die Kapazitätszustände zu begrenzen, um Doppellösungen zu verhindern. Weiterhin kann das Reduzieren der Anzahl möglicher Kombinationen auf zulässige Kombinationen Überspannungs- oder Nichtlinearitäts- oder Phasenfehler der Schaltung verhindern.
Das Phasenziel kann negativer werden, wenn der Index steigt, da der Gütefaktor der Antenne ebenfalls steigt. Dies ergibt einen besseren Kompromiss zwischen T_x- und R_x-Impedanzen.
Wie bereits festgestellt, ist die Doppelabstimmung möglicherweise nur erforderlich, wenn der Gütefaktor Q der Antenne hoch ist. Dies entspricht einem hohen Indexwert in der Nachschlagetabelle. Somit kann eine Doppelabstimmung dann eingeschaltet werden, wenn der Index über einem vorbestimmten Wert liegt. Die Phasenziele für diese Werte können ebenfalls so gewählt werden, dass sie für die Doppelabstimmung angebracht sind.
Die Erfindung ist nicht durch die Ausführungsformen oder die beiliegenden Figuren beschränkt. Insbesondere sind auch Ausführungsformen mit weiteren Impedanzelementen oder variablen Impedanzelementen, Signalpfaden oder Resonanzschaltungen möglich. Somit sind zahlreiche Variationen, die von den Figuren abweichen, möglich, ohne von der Erfindung abzuweichen.
Liste der Referenzzeichen

AAM:

Adaptives Antennenmodul

SP:

Signalpfad

AN:

Antenne

TC:

Abstimmschaltung

VSE:

variables Reihenimpedanzelement

VSH:

variables Querimpedanzelement

PP1:

erster paralleler Pfad

GND:

Masse

LC:

Logikschaltung

IE1:

erstes Induktanzelement

IE2:

zweites Induktanzelement

IE3:

drittes Induktanzelement

IE4:

viertes Induktanzelement

IE5:

fünftes Induktanzelement

CE:

Kapazitätselement

SW1:

erster Schalter

DTC:

Doppelabstimmschaltung

PP2:

zweiter paralleler Pfad

PRC:

Parallelresonanzschaltung

SRC:

Reihenresonanzschaltung

SW2:

zweiter Schalter

DET:

Detektor

IT:

Impedanztransformator

SI:

Querinduktanz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0685936 A2 [0003]

Claims

Adaptives Antennenmodul (AAM), umfassend – einen Signalpfad (SP), – eine Antenne, die elektrisch mit dem Signalpfad (SP) verbunden ist und die bei einer Resonanzfrequenz f0 ein Reihenresonanzverhalten zeigt, – eine Abstimmschaltung (TC), die elektrisch mit dem Signalpfad (SP) verbunden ist und die das Stehwellenverhältnis in dem Signalpfad (SP) minimiert, wobei – die Abstimmschaltung (TC) zwei variable Impedanzelemente umfasst, die ein variables Reihenimpedanzelement (VSE), das in den Signalpfad (SP) elektrisch in Reihe geschaltet ist, und ein variables Querimpedanzelement (VSH), das in einen ersten parallelen Pfad (PP1) elektrisch in Reihe geschaltet ist, der den Signalpfad (SP) elektrisch mit Masse verbindet, umfasst, – die Abstimmschaltung (TC) in einem beschränkten Bereich von Impedanzen arbeitet, die durch die möglichen Werte der variablen Impedanzelemente (VSE, VSH) definiert sind, und – die Abstimmschaltung (TC) die Reihenresonanzcharakteristik der Antenne (AN) aufrecht erhält.
Adaptives Antennenmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend eine Logikschaltung (LC) und eine in der Logikschaltung (LC) implementierte Nachschlagetabelle zum Einstellen der Werte der variablen Impedanzelemente (VSE, VSH).
Adaptives Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das variable Reihenimpedanzelement (VSE) und das variable Querimpedanzelement (VSH) Impedanzelemente mit variablen Kapazitäten sind.
Adaptives Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein erstes Induktanzelement (IE1), das den Signalpfad (SP) elektrisch mit Masse verbindet.
Adaptives Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Kapazitätselement (CE), das die Antenne (AN) elektrisch mit Masse verbindet.
Adaptives Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein zweites Induktanzelement (IE2), das den Signalpfad (SP) elektrisch mit Masse verbindet.
Adaptives Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend – ein drittes Induktanzelement (IE3) das im Signalpfad (SP) elektrisch in Reihe geschaltet ist, und – einen ersten Schalter (SW1), der im Signalpfad (SP) elektrisch in Reihe und parallel zu dem dritten Induktanzelement (IE3) geschaltet ist.
Adaptives Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein viertes Induktanzelement (IE4), das im Signalpfad (SP) elektrisch in Reihe geschaltet ist.
Adaptives Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Doppelabstimmschaltung (DTC) mit – einem zweiten parallelen Pfad (PP2), der den Signalpfad (SP) elektrisch mit Masse verbindet, – einer Parallelresonanzschaltung (PRC) mit einem fünften Induktanzelement (IE5), das im zweiten parallelen Pfad (PP2) verschaltet ist, und einem variablen Kapazitätselement, das parallel zu dem vierten Induktanzelement (IE4) verschaltet ist, – einen zweiten Schalter (SW2), der im zweiten parallelen Pfad (PP2) zwischen dem Signalpfad (SP) und die Parallelresonanzschaltung (PRC) in Reihe verschaltet ist.
Adaptives Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antenne (AN) ausgewählt ist aus einer PIFA-, einer PILA- und einer Stabantenne.
Adaptives Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Detektor (DET), der mit dem Signalpfad (SP) verschaltet ist, zum Detektieren der Impedanzanpassung des adaptiven Antennenmoduls (AAM), wobei die Einstellungen der Werte der variablen Impedanzelemente (VSE, VSH) von einem von dem Detektor (DET) generierten Signal und einer in einer Logikschaltung (LC) implementierten Nachschlagetabelle abhängen.
Adaptives Antennenmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Detektor (DET) einen Phasendetektor umfasst, der parallel zu dem vierten Induktanzelement (IE4) verschaltet ist.
Adaptives Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das in GSM-, CDMA- oder WCDMA-Systemen verwendet werden kann.
Adaptives Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend Mittel zum Durchführen einer Impedanzanpassung mit den folgenden Schritten: – Detektieren der Phase eines sich im Signalpfad (SP) ausbreitenden HF-Signals, – Vergleichen der detektierten Phase mit in einer Nachschlagetabelle gespeicherten Phasenwerten und Finden des Eintrags in der Nachschlagetabelle, der der detektierten Phase entspricht, – Einstellen der Werte der variablen Impedanzelemente (VSE, VSH) gemäß Werten der Nachschlagetabelle, die zur detektierten Phase gehören.