DE212015000235U1

DE212015000235U1 - Drahtlose elektronische Vorrichtung mit kalibriertem Reflektometer

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Publication number: DE212015000235U1
Application number: DE212015000235.7U
Authority: DE
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2017-05-09
Anticipated expiration: 2025-09-24
Also published as: WO2016053723A1; JP3212567U; US20160097833A1; CN208028904U; US9594147B2

Abstract

Elektronische Vorrichtung, umfassend: eine Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik; eine Antenne; einen Übertragungsleitungspfad, der die Antenne an die Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik koppelt; ein Reflektometer, das im Übertragungsleitungspfad zwischen der Antenne und der Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik gekoppelt ist; und eine zwischen dem Reflektometer und der Antenne gekoppelte Kalibrierungsschaltung.

Description

HINTERGRUND
Dies betrifft allgemein elektronische Vorrichtungen und insbesondere drahtlose elektronische Vorrichtungen.
Elektronische Vorrichtungen schließen oftmals Schaltungen für drahtlose Kommunikation ein. Zum Beispiel enthalten Mobiltelefone, Computer, Tablet-Computer und andere Vorrichtungen oftmals Antennen zum Unterstützen von drahtloser Kommunikation.
Es kann schwierig sein, Schaltungen für drahtlose Kommunikation in elektronischen Vorrichtungen zu bilden, die vollständig immun gegen Umwelteinflüsse sind. Dadurch können bei Antennen und anderen Schaltungen für drahtlose Kommunikation unter verschiedenen Betriebsbedingungen Leistungsschwankungen auftreten. Wenn zum Beispiel eine elektronische Vorrichtung auf einer Metalltischplatte liegt, kann eine Antenne in dieser Vorrichtung anders geladen sein, als wenn die elektronische Vorrichtung in einem Freiraum betrieben wird.
Es wäre daher wünschenswert, elektronische Vorrichtungen mit Schaltungen für drahtlose Kommunikation bereitstellen zu können, die etwaigen Änderungen in der Betriebsumgebung besser gerecht werden können.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine elektronische Vorrichtung kann eine Steuerschaltlogik aufweisen, die ein Reflektometer verwendet, um Antennenreflexionskoeffizienten zu messen und dadurch die Antennenimpedanz während des Betriebs zu überwachen. Das Reflektometer kann einen Richtungskoppler aufweisen, der zwischen eine Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik und eine Antenne gekoppelt ist. Der Richtungskoppler kann auch ein Paar Abschlüsse haben, die an die Masse gekoppelt sind. Die Abschlüsse können identische Impedanzwerte aufweisen. Ein Rückkopplungsempfänger mit Vektorsignalanalysatorfähigkeiten kann in dem Reflektometer verwendet werden, um Signale von dem Richtungskoppler zu erfassen. Eine schaltende Schaltlogik in dem Reflektometer kann verwendet werden, um Signale von dem Richtungskoppler zu einem Rückkopplungsempfänger zur Messung durch die Steuerschaltlogik oder über die Abschlusswiderstände zur Masse zu leiten.
Eine Kalibrierungsschaltung kann zwischen den Richtungskoppler und die Antenne gekoppelt sein. Die Kalibrierungsschaltung kann einen ersten Anschluss, der an die Antenne gekoppelt ist, einen zweiten Anschluss, der an den Richtungskoppler gekoppelt ist, und einen dritten Anschluss, der an einen Kalibrierwiderstand gekoppelt ist, aufweisen. Der Wert des Kalibrierwiderstands ist bekannt, sodass das Reflektometer kalibriert werden kann.
Während Kalibrierungsvorgängen können die Reflexionskoeffizienten für die Abschlusswiderstände erfasst werden, während der Kalibrierwiderstand in den Betrieb geschaltet wird. Diese Reflexionskoeffizienten können dann in der Steuerschaltlogik gespeichert werden, um das Reflektometer zu kalibrieren.
Während des normalen Betriebs können kalibrierte Reflexionskoeffizientmessungen für die Antenne durchgeführt werden, indem die gespeicherten Reflexionskoeffizientwerte verwendet werden. Die kalibrierten Reflexionskoeffizientmessungen können von der Steuerschaltlogik beim Bestimmen der Art und Weise der Anpassung von Schaltungen in der Antenne verwendet werden. Zum Beispiel kann die Steuerschaltlogik Antennenanpassungen in Echtzeit vornehmen, um eine Antennenverstimmung aufgrund von Änderungen bei der Antennenladung durch Kontakt mit einem Körperteil oder anderen externen Objekt mit der Antenne oder anderen Änderungen in der Betriebsumgebung für die Antenne zu kompensieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein schematisches Diagramm einer veranschaulichenden Schaltlogik in einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine Innendraufsicht von einem Abschnitt einer elektronischen Vorrichtung mit einer Antenne gemäß einer Ausführungsform.
4 ist ein Diagramm von einem Reflektometer des Typs, der bei der Überwachung der Antenne von 3 oder anderen Schaltungen für drahtlose Kommunikation von elektronischen Vorrichtungen gemäß einer Ausführungsform verwendet werden kann.
5 ist ein Diagramm, das Variablennamen für Signale in Verbindung mit Pfaden in dem Reflektometer von 5 während Vorwärtspfadmessungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6, 7 und 8 zeigen Gleichungen, die beim Analysieren von Vorwärtspfadmessungen an einer Antenne unter Verwendung des Reflektometers von 5 gemäß einer Ausführungsform verwendet werden können.
9 ist ein Flussdiagramm von veranschaulichenden Vorgängen, die beim Kalibrieren eines Reflektometers in einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform beteiligt sind.
10 ist ein Flussdiagramm von veranschaulichenden Vorgängen, die an der Verwendung einer elektronischen Vorrichtung mit einer Antenne und einem kalibrierten Reflektometer, das die Antenne gemäß einer Ausführungsform überwacht, beteiligt sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Elektronische Vorrichtungen, wie die elektronische Vorrichtung 10 von 1 können mit einer Schaltung, wie einer Drahtloskommunikationsschaltung, bereitgestellt werden. Die Schaltung für drahtlose Kommunikation kann eine oder mehrere Antennen für das Senden und Empfangen von drahtlosen Signalen einschließen. Eine Antenne oder andere Schaltung für drahtlose Kommunikation kann unter Verwendung eines Reflektometers in Echtzeit überwacht werden. Ein Kalibrierverfahren kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass Messungen von dem Reflektometer genau sind.
Die Vorrichtung 10 kann eine oder mehrere Antennen, wie beispielsweise Schleifenantennen, Inverted-F-Antennen, Streifenantennen, Inverted-F-Planarantennen, Schlitzstrahlantennen, Hybridantennen mit mehr als einem Typ von Antennenstrukturen, oder andere geeignete Antennen einschließen. Leitfähige Strukturen für die Antennen können, falls gewünscht, aus leitfähigen Strukturen elektronischer Vorrichtungen gebildet werden. Die leitfähigen Strukturen elektronischer Vorrichtungen können leitfähige Gehäusestrukturen und interne Strukturen einschließen (z. B. Halterungen, Metallglieder, die unter Verwendung von Techniken wie Stanzen, spanabhebender Bearbeitung, Laserstrahlschneiden usw. ausgebildet werden). Die Gehäusestrukturen können periphere Strukturen, wie beispielsweise periphere leitfähige Strukturen einschließen, die um die Peripherie einer elektronischen Vorrichtung herum verlaufen. Die periphere leitfähige Struktur kann als eine Einfassung für eine plane Struktur, wie beispielsweise eine Anzeige, dienen, kann als Seitenwandstrukturen für ein Vorrichtungsgehäuse dienen, kann Abschnitte aufweisen, die sich von einem integralen planen Rückseitengehäuse nach oben erstrecken (um z. B. vertikale plane Seitenwände oder gebogene Seitenwände auszubilden), und/oder kann andere Gehäusestrukturen ausbilden. Lücken können in den peripheren leitfähigen Strukturen ausgebildet sein, welche die peripheren leitfähigen Strukturen in periphere Segmente teilen. Eines oder mehrere der Segmente können beim Ausbilden von einer oder mehreren Antennen für die elektronische Vorrichtung 10 verwendet werden. Antennen können auch unter Verwendung einer Antennenmasseplatte, die aus leitfähigen Gehäusestrukturen, wie beispielsweise Metallgehäuse-Mittelplattenstrukturen, ausgebildet sind, und anderen internen Vorrichtungsstrukturen ausgebildet sein. Gehäuserückwandstrukturen können beim Ausbilden von Antennenstrukturen, wie beispielsweise einer Antennenmasse, verwendet werden.
Bei der elektronischen Vorrichtung 10 kann es sich um eine tragbare elektronische Vorrichtung oder eine andere geeignete elektronische Vorrichtung handeln. Zum Beispiel kann es sich bei der elektronischen Vorrichtung 10 um einen Laptop-Computer, einen Tablet-Computer, eine etwas kleinere Vorrichtung, wie beispielsweise eine Armbanduhrvorrichtung, eine Schmuckanhängervorrichtung, eine Kopfhörervorrichtung, eine Hörmuschelvorrichtung oder eine andere am Körper tragbare Vorrichtung oder Miniaturvorrichtung, eine handgeführte Vorrichtung, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, eine Medienwiedergabevorrichtung, einen elektronischen Stift oder eine andere kleine, tragbare Vorrichtung handeln. Bei der Vorrichtung 10 kann es sich auch um ein Fernsehgerät, eine Set-Top-Box, einen Desktop-Computer, einen Computermonitor, in den ein Computer integriert wurde, oder um andere geeignete elektronische Ausrüstung handeln.
Die Vorrichtung 10 kann ein Gehäuse, wie beispielsweise ein Gehäuse 12, einschließen. Das Gehäuse 12, das manchmal als „Case” bezeichnet werden kann, kann aus Kunststoff, Glas, Keramik, Faserverbundwerkstoffen, Metall (z. B. Edelstahl, Aluminium usw.), anderen geeigneten Materialien oder einer Kombination dieser Materialien ausgebildet sein. In manchen Situationen können Teile des Gehäuses 12 aus dielektrischem oder anderem Material mit geringer Leitfähigkeit ausgebildet sein. In anderen Situationen können das Gehäuse 12 oder zumindest manche der Strukturen, aus denen das Gehäuse 12 aufgebaut ist, aus Metallelementen ausgebildet sein.
Die Rückseite des Gehäuses 12 kann eine plane Gehäusewand aufweisen. Die Gehäuserückwand kann aus Metall, mit einer oder mehreren mit Kunststoff oder einem anderen Dielektrikum gefüllten Region, ausgebildet sein. Abschnitte der Gehäuserückwand, die auf diese Weise durch ein Dielektrikum getrennt sind, können unter Verwendung leitfähiger Strukturen (z. B. interner leitfähiger Strukturen) miteinander gekoppelt sein und/oder elektrisch voneinander isoliert sein.
Die Vorrichtung 10 kann, falls gewünscht, eine Anzeige, wie beispielsweise eine Anzeige 14, aufweisen. Die Anzeige 14 kann an der von der Gehäuserückwand gegenüberliegenden Vorderseite der Vorrichtung 10 montiert sein. Die Anzeige 14 kann ein berührungsempfindlicher Bildschirm, der kapazitive Berührungselektroden einbezieht, oder unempfindlich für eine Berührung sein.
Die Anzeige 14 kann Bildpixel einschließen, die aus lichtemittierenden Dioden (LEDs), organischen LEDs (OLEDs), Plasmazellen, elektrobenetzenden Pixeln, elektrophoretischen Pixeln, Flüssigkristallanzeigekomponenten (LCD-Komponenten) oder anderen geeigneten Bildpixelstrukturen gebildet sind. Eine Anzeigedeckschicht, wie beispielsweise eine Schicht aus klarem Glas oder Kunststoff, eine Saphirschicht, ein transparentes Dielektrikum, wie beispielsweise klare Keramik, Quarzglas, transparentes kristallines Material oder andere Materialien oder Kombinationen dieser Materialien, kann die Oberfläche der Anzeige 14 bedecken. Tasten, wie beispielsweise eine Taste 24, können durch Öffnungen in der Deckschicht hindurchtreten. Die Deckschicht kann zudem weitere Öffnungen, wie beispielsweise eine Öffnung für einen Lautsprecherport 26, aufweisen.
Das Gehäuse 12 kann periphere Gehäusestrukturen, wie beispielsweise Strukturen 16, einschließen. Die Strukturen 16 können um die Peripherie der Vorrichtung 10 und der Anzeige 14 herum verlaufen. In Konfigurationen, in denen die Vorrichtung 10 und die Anzeige 14 eine rechteckige Form mit vier Kanten aufweisen, können die Strukturen 16 unter Verwendung von peripheren Gehäusestrukturen implementiert sein, die eine rechteckige Ringform mit vier entsprechenden Kanten aufweisen (als ein Beispiel). Die peripheren Strukturen 16 oder ein Teil der peripheren Strukturen 16 können als eine Einfassung für die Anzeige 14 dienen (z. B. ein kosmetischer Saum, der alle vier Seiten der Anzeige 14 umgibt und/oder hilft, die Anzeige 14 an der Vorrichtung 10 zu halten). Die peripheren Strukturen 16 können, falls gewünscht, auch Seitenwandstrukturen für die Vorrichtung 10 ausbilden (indem z. B. ein Metallband mit vertikalen Seitenwänden, gebogenen Seitenwänden usw. ausgebildet wird, durch gekrümmte Seitenwände, die sich als integrale Abschnitte einer Gehäuserückwand nach oben erstrecken, usw.).
Die peripheren Gehäusestrukturen 16 können aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Metall, ausgebildet sein und können deshalb manchmal als periphere leitfähige Gehäusestrukturen, leitfähige Gehäusestrukturen, periphere Metallstrukturen oder ein peripheres leitfähiges Gehäuseelement (als Beispiele) bezeichnet werden. Die peripheren Gehäusestrukturen 16 können aus einem Metall, wie beispielsweise aus Edelstahl, Aluminium, oder aus anderen geeigneten Materialien ausgebildet sein. Eine, zwei oder mehr als zwei separate Strukturen können beim Ausbilden der peripheren Gehäusestrukturen 16 verwendet werden.
Es ist nicht notwendig, dass die peripheren Gehäusestrukturen 16 einen einheitlichen Querschnitt aufweisen. Zum Beispiel kann der obere Abschnitt der peripheren Gehäusestrukturen 16, falls gewünscht, eine nach innen hervorstehende Lippe aufweisen, die hilft, die Anzeige 14 an Ort und Stelle zu halten. Der untere Abschnitt der peripheren Gehäusestrukturen 16 kann auch eine vergrößerte Lippe aufweisen (z. B. in der Ebene der rückwärtigen Oberfläche der Vorrichtung 10). Die peripheren Gehäusestrukturen 16 können im Wesentlichen gerade vertikale Seitenwände aufweisen, können Seitenwände aufwiesen, die gebogen sind, oder können andere geeignete Formen aufweisen. In manchen Konfigurationen (z. B. wenn die peripheren Gehäusestrukturen 16 als eine Einfassung für die Anzeige 14 dienen) können die peripheren Gehäusestrukturen 16 um die Lippe des Gehäuses 12 herum verlaufen (d. h. die peripheren Gehäusestrukturen 16 bedecken unter Umständen nur die Kante des Gehäuses 12, welche die Anzeige 14 umgibt, und nicht den Rest der Seitenwände des Gehäuses 12).
Falls gewünscht, kann das Gehäuse 12 eine leitfähige, rückwärtige Oberfläche aufweisen. Zum Beispiel kann das Gehäuse 12 aus einem Metall, wie beispielsweise Edelstahl oder Aluminium, ausgebildet sein. Die rückwärtige Oberfläche des Gehäuses 12 kann in einer Ebene liegen, die parallel zur Anzeige 14 ist. In Konfigurationen für die Vorrichtung 10, in denen die rückwärtige Oberfläche des Gehäuses 12 aus Metall ausgebildet ist, kann es wünschenswert sein, Teile der peripheren, leitfähigen Gehäusestrukturen 16 als integrale Abschnitte der Gehäusestrukturen auszubilden, welche die rückwärtige Oberfläche des Gehäuses 12 bilden. Zum Beispiel kann eine Gehäuserückwand der Vorrichtung 10 aus einer planen Metallstruktur ausgebildet sein, und Abschnitte der peripheren Gehäusestrukturen 16 auf den Seiten des Gehäuses 12 können als sich vertikal erstreckende, integrale Metallabschnitte der planen Metallstruktur ausgebildet sein. Gehäusestrukturen wie diese können, falls gewünscht, aus einem Metallblock maschinell hergestellt werden und/oder können mehrere Metallstücke einschließen, die zusammengesetzt werden, um das Gehäuse 12 zu bilden. Die plane Rückwand des Gehäuses 12 kann einen oder mehr, zwei oder mehr oder drei oder mehr Abschnitte aufweisen.
Die Anzeige 14 kann leitfähige Strukturen aufweisen, wie eine Gruppierung kapazitiver Elektroden, leitfähiger Linien für Pixelelemente, Treiberschaltkreise usw. Das Gehäuse 12 kann interne Strukturen aufweisen, wie Metallrahmenelemente, ein ebenes Gehäuseelement (gelegentlich als Mittelplatte bezeichnet), die die Wände des Gehäuses 12 überspannt (d. h. ein im Wesentlichen rechteckiges Blech aus einem oder mehreren Teilen, das zwischen gegenüberliegenden Seiten des Elements 16 angeschweißt oder anderweitig damit verbunden ist), gedruckte Leiterplatten und andere interne leitfähige Strukturen. Diese leitfähigen Strukturen, die beim Ausbilden einer Masseplatte in der Vorrichtung 10 verwendet werden können, können sich in der Mitte des Gehäuses 12 unter einem aktiven Bereich AA der Anzeige 14 befinden (z. B. dem Abschnitt der Anzeige 14, der ein Anzeigemodul zum Anzeigen von Bildern enthält).
In Regionen, wie beispielsweise den Regionen 22 und 20, können Öffnungen innerhalb der leitfähigen Strukturen der Vorrichtung 10 ausgebildet sein (z. B. zwischen den peripheren, leitfähigen Gehäusestrukturen 16 und gegenüberliegenden, leitfähigen Massestrukturen, wie beispielsweise der leitfähigen Gehäusemittelplatte oder Gehäuserückwandstrukturen, einer Leiterplatte und leitfähigen, elektrischen Komponenten in der Anzeige 14 und der Vorrichtung 10). Diese Öffnungen, die manchmal als Lücken bezeichnet werden können, können mit Luft und/oder festem Dielektrikum, wie beispielsweise Kunststoff, Glas, Keramik, Polymeren mit Faserfüllmaterial (z. B. Faserverbundwerkstoffen), Saphir usw., gefüllt sein.
Leitfähige Gehäusestrukturen und andere leitfähige Strukturen in der Vorrichtung 10, wie beispielsweise eine Mittelplatte, Bahnen auf einer Leiterplatte, die Anzeige 14 und leitfähige elektronische Komponenten, können als eine Masseplatte für die Antennen in der Vorrichtung 10 dienen. Die Öffnungen in den Regionen 20 und 22 können als Schlitze in offenen oder geschlossenen Schlitzantennen dienen, können als eine mittlere dielektrische Region dienen, die durch einen leitfähigen Pfad aus Materialien in einer Schleifenantenne umgeben ist, können als ein Raum dienen, der ein Antennenresonanzelement, wie beispielsweise ein Streifenantennen-Resonanzelement oder ein umgekehrtes F-Antennen-Resonanzelement, von der Masseplatte trennt, können zur Leistung eines parasitären Antennenelements beitragen oder können anderweitig als Teil von Antennenstrukturen dienen, die in den Regionen 20 und 22 ausgebildet sind. Falls gewünscht, können die Masseplatte, die sich unter dem aktiven Bereich AA der Anzeige 14 befindet, und/oder andere Metallstrukturen in der Vorrichtung 10 Abschnitte aufweisen, die sich in Teile der Enden der Vorrichtung 10 erstrecken (z. B. kann sich die Masse in Richtung der dielektrikumgefüllten Öffnungen in den Regionen 20 und 22 erstrecken).
Im Allgemeinen kann die Vorrichtung 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Antennen einschließen (z. B. eine oder mehr, zwei oder mehr, drei oder mehr, vier oder mehr usw.). Die Antennen in der Vorrichtung 10 können sich an gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden eines länglichen Vorrichtungsgehäuses (z. B. an den Enden 20 und 22 der Vorrichtung 10 von 1), entlang einer oder mehrerer Kanten eines Vorrichtungsgehäuses, in der Mitte eines Vorrichtungsgehäuses, an anderen geeigneten Stellen oder an einer oder mehreren dieser Stellen befinden. Die Anordnung von 1 ist lediglich veranschaulichend.
Abschnitte der peripheren Gehäusestrukturen 16 können mit Lückenstrukturen bereitgestellt werden. Zum Beispiel können die peripheren Gehäusestrukturen 16 mit einer oder mehreren peripheren Lücken, wie beispielsweise den Lücken 18, wie in 1 gezeigt, versehen werden. Die Lücken in den peripheren Gehäusestrukturen 16 können mit einem Dielektrikum, wie beispielsweise Polymer, Keramik, Glas, Luft, anderen dielektrischen Materialien oder Kombinationen dieser Materialien, gefüllt sein. Die Lücken 18 können die peripheren Gehäusestrukturen 16 in ein oder mehrere periphere, leitfähige Segmente unterteilen. Es können zum Beispiel zwei periphere, leitfähige Segmente in den peripheren Gehäusestrukturen 16 (z. B. in einer Anordnung mit zwei Lücken), drei periphere, leitfähige Segmente (z. B. in einer Anordnung mit drei Lücken), vier periphere, leitfähige Segmente (z. B. in einer Anordnung mit vier Lücken usw.) vorhanden sein. Die Segmente der peripheren, leitfähigen Gehäusestrukturen 16, die auf diese wiese ausgebildet sind, können Teile von Antennen in der Vorrichtung 10 ausbilden. Falls gewünscht, können sich Lücken über die Breite der Rückwand des Gehäuses 12 erstrecken und die Rückwand des Gehäuses 12 durchstoßen, um die Rückwand in unterschiedliche Abschnitte zu teilen. Ein Polymer oder anderes Dielektrikum kann diese Gehäuselücken (Nuten) füllen.
In einem typischen Szenario kann die Vorrichtung 10 obere und untere Antennen aufweisen (als ein Beispiel). Eine obere Antenne kann zum Beispiel am oberen Ende der Vorrichtung 10 in der Region 22 ausgebildet sein. Eine untere Antenne kann zum Beispiel am unteren Ende der Vorrichtung 10 in der Region 20 ausgebildet sein. Die Antennen können separat verwendet werden, um identische Kommunikationsbänder, sich überlappende Kommunikationsbänder oder separate Kommunikationsbänder abzudecken. Die Antennen können verwendet werden, um ein Antennendiversitätsschema oder ein Antennenschema mit mehreren Ein- und Ausgängen (multiple-input-multiple-output (MIMO)) zu implementieren.
Antennen in der Vorrichtung 10 können verwendet werden, um beliebige Kommunikationsbänder von Interesse zu unterstützen. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 10 Antennenstrukturen zum Unterstützen von Kommunikation eines lokalen Netzwerks, Sprach- und Daten-Mobiltelefonkommunikation, Kommunikation eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS) oder anderer Satellitennavigationssystem-Kommunikation, Bluetooth^®-Kommunikation usw. einschließen.
Ein schematisches Diagramm, das veranschaulichende Komponenten zeigt, die in der Vorrichtung 10 von 1 verwendet werden können, ist in 2 gezeigt. Wie in 2 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 eine Steuerschaltlogik, wie beispielsweise eine Datenspeicher- und Verarbeitungsschaltlogik 28, einschließen. Die Speicher- und Verarbeitungsschaltung 28 kann eine Speichereinrichtung, z. B. eine Festplattenlaufwerk-Speichereinrichtung, nichtflüchtigen Speicher (z. B. einen Flash-Speicher oder einen anderen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher, der so gestaltet ist, dass er ein Halbleiterlaufwerk bildet), einen flüchtigen Speicher (z. B. statischen oder dynamischen Direktzugriffsspeicher) usw. aufweisen. Die Verarbeitungsschaltung in der Speicher- und Verarbeitungsschaltung 28 kann verwendet werden, um den Betrieb der Vorrichtung 10 zu steuern. Diese Verarbeitungsschaltung kann auf einem oder mehreren Mikroprozessoren, Mikrosteuereinheiten (microcontrollers), digitalen Signalprozessoren, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (application specific integrated circuits) usw. beruhen.
Die Speicher- und Verarbeitungsschaltung 28 kann verwendet werden, um auf der Vorrichtung 10 Software wie z. B. Internet-Browsing-Anwendungen, VOIP-Telefonanrufanwendungen (VOIP = Voice over Internet Protocol), E-Mail-Anwendungen, Medienwiedergabeanwendungen, Betriebssystemfunktionen usw. auszuführen. Zur Unterstützung von Interaktionen mit externer Ausrüstung kann die Speicher- und Verarbeitungsschaltung 28 zum Realisieren von Kommunikationsprotokollen verwendet werden. Zu Kommunikationsprotokollen, die unter Verwendung der Speicher- und Verarbeitungsschaltung 28 implementiert werden können, zählen Internetprotokolle, Protokolle drahtloser lokaler Netzwerke (z. B. IEEE 802.11-Protokolle, die manchmal als WiFi^® bezeichnet werden), Protokolle für andere drahtlose Kommunikationsverbindungen mit kurzer Reichweite, wie beispielsweise das Bluetooth^®-Protokoll, Mobiltelefonprotokolle, MIMO-Protokolle, Antennendiversitätsprotokolle usw. Die Speicher- und Verarbeitungsschaltung 28 kann, wenn gewünscht, den Betrieb von einstellbaren Antennenkomponenten steuern, um Antennen in der Vorrichtung 10 dynamisch abzustimmen.
Eine Eingabe-Ausgabe-Schaltung 30 kann Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 32 einschließen. Die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 32 können verwendet werden, um es zu erlauben, dass der Vorrichtung 10 Daten geliefert werden, und zu erlauben, dass Daten aus der Vorrichtung 10 für externe Vorrichtungen bereitgestellt werden. Die Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 32 können Benutzerschnittstellenvorrichtungen, Datenportvorrichtungen und andere Eingabe-Ausgabe-Komponenten einschließen. Zum Beispiel können Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen berührungsempfindliche Bildschirme, Anzeigen ohne Berührungssensorfähigkeiten, Schaltflächen oder Tasten, Joysticks, Scroll-Räder, Touchpads, Tastenfelder, Tastaturen, Mikrofone, Kameras, Schaltflächen oder Tasten, Lautsprecher, Statusanzeiger, Lichtquellen, Audiobuchsen und andere Audioportkomponenten, Vorrichtungen mit digitalem Datenport, Lichtsensoren, Bewegungssensoren (Beschleunigungsmesser), Kapazitätssensoren, Näherungssensoren, Fingerabdrucksensoren (z. B. einen Fingerabdrucksensor, der in eine Taste, wie beispielsweise die Taste 24 von 1, integriert ist) usw. einschließen.
Die Eingabe-Ausgabe-Schaltung 30 kann eine Schaltung für drahtlose Kommunikation 34 zum drahtlosen Kommunizieren mit externer Ausrüstung einschließen. Die Drahtloskommunikationsschaltung 34 kann eine Hochfrequenz-Transceiver-Schaltung (HF-Transceiver-Schaltung), die aus einer oder mehreren integrierten Schaltungen gebildet ist, eine Leistungsverstärkerschaltung, rauscharme Eingangsverstärker, passive HF-Komponenten, eine oder mehrere Antennen, Übertragungsleitungen und andere Schaltungen zum Abwickeln von drahtlosen HF-Signalen einschließen. Drahtlose Signale können auch unter Verwendung von Licht (z. B. unter Verwendung von Infrarotkommunikation) gesendet werden.
Die Drahtloskommunikationsschaltung 34 kann eine Hochfrequenz-Transceiver-Schaltung 90 zum Abwickeln verschiedener Hochfrequenzkommunikationsbänder einschließen. Zum Beispiel kann die Schaltung 34 eine Transceiver-Schaltung 36, 38 und 42 einschließen. Die Transceiver-Schaltung 36 kann 2,4 GHz- und 5 GHz-Bänder für WiFi^® (IEEE 802.11)-Kommunikation und das 2,4 GHz-Bluetooth^®-Kommunikationsband abwickeln. Die Schaltung 34 kann eine Mobiltelefon-Transceiver-Schaltung 38 zum Abwickeln von drahtloser Kommunikation in Frequenzbereichen, wie beispielsweise einem niedrigen Kommunikationsband von 700 bis 960 MHz, einem Mittelband von 1710 bis 2170 MHz und einem hohen Band von 2300 bis 2700 MHz oder anderen Kommunikationsbändern zwischen 700 MHz und 2700 MHz oder anderen geeigneten Frequenzen (als Beispiele), verwenden. Die Schaltung 38 kann Sprachdaten und Nicht-Sprachdaten abwickeln. Falls gewünscht, kann die Drahtloskommunikationsschaltung 34 eine Schaltung für andere drahtlose Verbindungen mit kurzer und langer Reichweite einschließen. Zum Beispiel kann die Drahtloskommunikationsschaltung 34 eine 60 GHz-Transceiver-Schaltung, eine Schaltung zum Empfangen von Fernseh- und Radiosignalen, Personenrufanlagen-Transceivern, eine Nahfeldkommunikationsschaltung (Near Field Communication, NFC) usw. umfassen. Die Drahtloskommunikationsschaltung 34 kann eine Empfängerausrüstung für das Global Positioning System (GPS), wie beispielsweise die GPS-Empfängerschaltung 42, zum Empfangen von GPS-Signalen bei 1575 MHz oder zum Abwickeln anderer Satellitenpositionierungsdaten umfassen. Bei WiFi^®- und Bluetooth^®-Verbindungen und anderen drahtlosen Verbindungen mit kurzer Reichweite werden drahtlose Signale typischerweise verwendet, um Daten über mehrere dutzend oder hundert Meter zu übermitteln. Bei Mobiltelefonverbindungen und anderen Verbindungen mit langer Reichweite werden drahtlose Signale typischerweise verwendet, um Daten über tausende von Fuß oder Meilen zu übertragen.
Die Drahtloskommunikationsschaltung 34 kann eine oder mehrere Antennen, wie beispielsweise die Antennen 40, einschließen. Die Antennen 40 können unter Verwendung beliebiger geeigneter Antennentypen ausgebildet sein. Beispielsweise können die Antennen 40 Antennen mit Resonanzelementen einschließen, die aus Schleifenantennenstrukturen, Patch-Antennenstrukturen, Inverted-F-Antennenstrukturen, Schlitzantennenstrukturen, PIF-Antennenstrukturen, Helixantennenstrukturen, Mischformen dieser Ausführungen usw. gebildet sind. Für unterschiedliche Bänder und Bandkombinationen können unterschiedliche Arten von Antennen verwendet werden. Zum Beispiel kann ein bestimmter Antennentyp beim Ausbilden einer Antenne für eine lokale, drahtlose Verbindung verwendet werden, und ein anderer Antennentyp kann beim Ausbilden einer Antenne für eine drahtlose Fernverbindung verwendet werden.
Eine Innendraufsicht eines veranschaulichenden Antennentyps, der in der Vorrichtung 10 ausgebildet sein kann, ist in 3 gezeigt. Die Antenne 40 von 3 kann am Ende 20, am Ende 22 oder an einem anderen Abschnitt der Vorrichtung 10 ausgebildet werden. Der Ausgestaltung für die Antenne 40 von 3 liegt ein Inverted-F-Antennendesign mit einem Schlitzresonanzelement zugrunde (d. h. die Antenne 40 von 3 ist eine hybride Inverted-F-Schlitzantenne). Dies ist lediglich veranschaulichend. Bei der Antenne 40 kann es sich um jeden geeigneten Antennentyp handeln.
Wie in 3 gezeigt, kann die Antenne 40 mit der Transceiver-Schaltung 90 gekoppelt sein, sodass die Transceiver-Schaltung 90 Antennensignale durch die Antenne 40 übertragen kann und Signale durch die Antenne 40 empfangen kann.
Die Transceiver-Schaltung 90 kann unter Verwendung von Pfaden, wie beispielsweise dem Übertragungsleitungspfad 92, mit der Antennenstruktur 40 gekoppelt sein. Die Übertragungsleitung 92 kann eine positive Signalleitung (Pfad) 94 und eine Massesignalleitung (Pfad) 96 einschließen. Die Übertragungsleitung 92 kann mit einer Antennenzuleitung für die Antenne 40 verbunden sein, die aus dem positiven Antennenzuleitungsanschluss 98 und dem Masse-Antennenzuleitungsanschluss 100 ausgebildet ist. Die positive Signalleitung 94 kann mit dem positiven Antennenzuleitungsanschluss 98 gekoppelt sein, und die Signal-Masseleitung 96 kann mit dem Antennenzuleitungsmasseanschluss 100 gekoppelt sein. Wenn gewünscht, können eine Impedanzanpassungsschaltung, eine schaltende Schaltlogik, eine Filterschaltung, eine Reflektometerschaltung und andere Schaltungen in den Pfad zwischen der Transceiver-Schaltung 90 und der Antenne 40 eingeschoben sein.
Die Antenne 40 aus 3 schließt ein Inverted-F-Antennen-Resonanzelement 106 und eine Antennenmasse 104 ein. Die Masse 104 kann aus metallenen Abschnitten des Gehäuses 12 (z. B. Abschnitten der Rückwand des Gehäuses 12 oder einer Gehäusemittelplatte), leitfähigen Strukturen, wie Anzeigekomponenten und anderen elektrischen Komponenten, Masseleiterbahnen auf Leiterplatten usw., ausgebildet sein. Die Masse 104 kann zum Beispiel Abschnitte, wie den Abschnitt 104', einschließen, die aus Metallgehäusewänden, einem Metallband oder einer Metalleinfassung oder anderen peripheren, leitfähigen Gehäusestrukturen ausgebildet sind.
Das Antennen-Resonanzelement 106 kann aus der leitfähigen Struktur 108 ausgebildet sein. Die Struktur 108 kann aus der peripheren, leitfähigen Gehäusestruktur in der Vorrichtung 10 (z. B. einem Segment der Strukturen 16 aus 1) oder einer anderen leitfähigen Struktur ausgebildet sein. Die Struktur 108 kann einen Hauptresonanzelementarm für das Inverted-F-Antennen-Resonanzelement 106 ausbilden und ein linkes und rechtes Ende aufweisen, die von der Massestruktur 104' durch periphere Lücken 18 getrennt sind. Komponenten, wie Spulen 130, können, wenn gewünscht, Lücken 18 überspannen, um das Abstimmen der Antenne 40 zu unterstützen.
Die leitfähige Struktur 108 kann einen langen und kurzen Zweig aufweisen (in der Ausrichtung von 3 in zur Antennenzuleitung entgegengesetzten Richtungen), die entsprechende niedriger- und höherfrequente Antennenfrequenzresonanzen (z. B. Low-Band- und Mid-Band-Resonanzen) unterstützen. Inverted-F-Antennen, die gegenüberliegende Zweige wie diese aufweisen, können manchmal als T-Antennen oder mehrzweigige Inverted-F-Antennen bezeichnet werden.
Das Dielektrikum 114 kann eine Lücke ausbilden, die die Struktur 108 von der Masse 104 trennt. Die Form der dem Dielektrikum 114 zugeordneten, dielektrischen Lücke kann ein Schlitzantennenresonanzelement ausbilden (d. h. die das Dielektrikum 114 umgebenden, leitfähigen Strukturen können eine Schlitzantenne ausbilden). Das Schlitzantennenresonanzelement kann eine Antennenresonanz bei höheren Frequenzen (z. B. eine High-Band-Resonanz) unterstützen. Eine höherfrequente Antennenleistung kann auch durch Oberschwingungen der dem längeren und kürzeren Zweig der Struktur 108 zugeordneten, niedrigerfrequente Resonanzen unterstützt werden.
Eine oder mehrere elektrische Komponenten, wie die Komponenten 102, können die dielektrische Lücke 114 überspannen. Die Komponenten 102 können Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Schalter und andere Strukturen einschließen, um Abstimmfähigkeiten usw. bereitzustellen. Zum Beispiel können die Komponenten 102 eine anpassbare Spule umfassen, die von der Steuerschaltlogik 28 gesteuert werden kann, um einen ausgewählten Induktivitätswert (z. B. einen aus zwei möglichen Induktivitäten ausgewählten Wert oder einen aus drei oder mehr möglichen Induktivitäten ausgewählten Wert) zu erzeugen. Die anpassbare Spule kann unter Verwendung eines elektrisch gesteuerten Schalters oder einer anderen Schaltung eingestellt werden. Eine einstellbare Schaltung, wie die Schaltung der Komponente 102, kann verwendet werden, um die Leistung der Antenne 40 während des Antennenbetriebs dynamisch abzustimmen. Feste Komponenten können in den Komponenten 102 enthalten sein, um sicherzustellen, dass die Antenne 40 auf den gewünschten Frequenzen arbeitet.
Der Rückweg 110 kann zwischen den aus der Struktur 108 und der Antennenmasse 104 ausgebildeten Inverted-F-Resonanzelementhauptarm mit der durch die Anschlüsse 98 und 100 ausgebildeten Antennenzufuhr parallel gekoppelt sein. Der Rückweg 110 kann aus einem Metallelement ausgebildet sein, der gegenüberliegende erste und zweite Enden aufweist. Im Beispiel von 3 ist der Rückweg 110 aus einer Metallstruktur ausgebildet, die ein erstes Ende mit einem mit der Struktur 108 des Inverted-F-Antennen-Resonanzelementes 106 gekoppelten Anschluss 120 (z. B. an einer Gehäuseseitenwand oder anderen peripheren, leitfähigen Struktur) aufweist und ein zweites Ende mit einem mit der Antennenmasse 104 gekoppelten Anschluss 122 aufweist. Der Rückweg 110 kann andere Formen und Größen aufweisen, wie es zum Beispiel durch die gestrichelte Linie 110' und den veranschaulichenden Anschluss 122' veranschaulicht ist.
Die Antenne 40 kann verstimmt werden, wenn die Vorrichtung 10 und die Antenne 40 verschiedenen Betriebsumgebungen ausgesetzt sind. Zum Beispiel kann die Antenne 40 verstimmt werden, wenn sie in einem entfernbaren Gehäuse platziert ist, wenn sie auf einer Tischplatte, wie einer Metalltischplatte oder isolierenden Tischplatte, liegt, wenn sie in einer Hand eines Benutzers gehalten oder in der Nähe von anderen Körperteilen betrieben wird usw. Durch das Überwachen des Zustands der Antenne 40 kann die Antenne 40 dynamisch neu abgestimmt werden, indem Einstellungen an der einstellbaren Schaltung wie den Komponenten 102 von 3 vorgenommen werden.
In einer geeigneten Anordnung können die Antenne 40 oder andere Schaltungen für drahtlose Kommunikation in der Vorrichtung 10 (z. B. Teil einer Übertragungsleitung oder Teil einer Antenne usw.) unter Verwendung eines integrierten Reflektometers überwacht werden. Wie in 4 gezeigt, kann zum Beispiel die Vorrichtung 10 ein Reflektometer, wie das Reflektometer 200, umfassen. Das Reflektometer 200 kann in den Übertragungsleitungspfad 92 zwischen der Transceiver-Schaltung 90 und der Antenne 40 eingeschoben sein. Das Reflektometer 200 kann den Richtungskoppler 202 umfassen. Der Richtungskoppler 202 kann einen ersten Anschluss (P1), der an die Transceiver-Schaltung 90 gekoppelt ist, einen zweiten Anschluss (P2), der an die Antenne 40 gekoppelt ist, und dritte und vierte Anschlüsse (P3 und P4), die an die Abschlüsse 208 (z. B. Abschlussschaltungen, wie Widerstände und/oder andere elektrische Komponenten) und den Rückkopplungsempfänger 206 unter Verwendung der schaltenden Schaltlogik 204 gekoppelt sind, haben. Die Abschlüsse 208 können an die Masse gekoppelt sein. Der Rückkopplungsempfänger 206 kann ein Vektorempfänger (gelegentlich als Vektorsignalanalysator oder Vektoranalysator bezeichnet) sein. Der Rückkopplungsempfänger 206 kann Phasen- und Größenmessungen von Signalen von dem Richtungskoppler 202 durchführen. Der Rückkopplungsempfänger 206 kann in einer eigenständigen Schaltung umgesetzt oder in die Transceiver-Schaltung 90 integriert sein (als Beispiele).
Die schaltende Schaltlogik 204 kann verwendet werden, um Signale von dem Anschluss P3 oder P4 zu dem Rückkopplungsempfänger 206 zu leiten. Wenn der Schalter SW1 Signale von dem Anschluss P3 zu dem Empfänger 206 leitet, kann der Anschluss P4 unter Verwendung von einem der Abschlüsse 208 an der Masse abgeschlossen werden (d. h. der Schalter SW2 kann den Anschluss P4 an den Abschluss 208, der an den Schalter SW2 gekoppelt ist, koppeln). Wenn die schaltende Schaltlogik 204 so ausgelegt ist, dass der Schalter SW2 den Anschluss P4 an den Empfänger 206 koppelt, koppelt der Schalter SW1 den Anschluss P3 an einen der Abschlüsse 208.
Die Abschlüsse 208 und die schaltende Schaltlogik 204 können unter Verwendung einer integrierten Schaltung oder anderen Schaltung umgesetzt sein. Aufgrund von Herstellungsvariationen ist der genaue Widerstand (Impedanz) der Abschlüsse 208 anfänglich nicht bekannt, wenngleich es korrekt ist, anzunehmen, dass die Abschlüsse 208 gut aufeinander abgestimmt sind und identische Impedanzwerte aufweisen. Da die Impedanzen der Abschlüsse 208 anfänglich nicht bekannt sind, sind die Reflexionskoeffizienten Γ der Abschlüsse 208 anfänglich nicht bekannt.
Durch das Verwenden der Kalibrierungsschaltung 210 können die Impedanzen und Reflexionskoeffizienten Γ der Abschlüsse 208 von der Steuerschaltlogik 28 gemessen und diese Messwerte in der Steuerschaltlogik 28 im Speicher gehalten werden, wodurch das Reflektometer 200 und die Vorrichtung 10 kalibriert werden. Während des nachfolgenden Betriebs der Vorrichtung 10 kann das Reflektometer 200 verwendet werden, um Echtzeitmessungen an der Antenne 40 durchzuführen (z. B. Messungen des Antennenreflexionskoeffizienten Γaut und damit der Antennenimpedanz).
Während des normalen Betriebs ist die Kalibrierungsschaltung 210 in einem ersten Zustand platziert und koppelt den Anschluss P2 und die Antenne 40 zusammen, sodass die Transceiver-Schaltung 90 Antennensignale über die Antenne 40 senden und empfangen kann. Wenn es gewünscht ist, das Reflektometer 200 zu kalibrieren, ist der Schalter S3 dazu ausgelegt, die Kalibrierungsschaltung 210 vorübergehend in einen zweiten Zustand zu platzieren, in dem die Kalibrierungsschaltung 210 den Kalibrierwiderstand 212 in Betrieb schaltet. Der Kalibrierwiderstand 212 kann ein geerdeter 50 Ohm-Widerstand oder anderer Widerstand mit einem genau bekannten Widerstand wie einem Widerstand sein, der vor der Installation in die Vorrichtung 10 unter Verwendung einer Prüfeinrichtung kalibriert wird. Wenn die Kalibrierungsschaltung 210 in ihren vorübergehenden zweiten Zustand platziert ist, wird der Kalibrierwiderstand 212 anstelle der Antenne 40 an den Richtungskoppler 202 in dem Reflektometer 200 gekoppelt. Der Schalter des Schalters SW3 in dieser Art von Szenario kann über Steuersignale von der Steuerschaltlogik 28 gesteuert werden. Wenn gewünscht, kann die Kalibrierungsschaltung 210 unter Verwendung eines Schalteranschlusses umgesetzt werden. Während des normalen Betriebs des Schalteranschlusses sind der Anschluss P2 und die Antenne 40 aneinander gekoppelt. Wenn während Kalibrierungsvorgängen eine Sonde in den Schalteranschluss eingeführt wird, wird vorübergehend ein kalibrierter 50 Ohm-Widerstand in den Übertragungsleitungspfad 92 zwischen dem Anschluss P2 des Richtungskopplers 202 und der Antenne 40 eingeschoben. Im Allgemeinen kann die Kalibrierungsschaltung 210 einen elektrisch steuerbaren Schalter verwenden, um den Kalibrierwiderstand 212 in Betrieb zu schalten, sie kann einen Schalteranschluss verwenden, um den Kalibrierwiderstand 212 vorübergehend in Betrieb zu schalten, oder sie kann eine andere geeignete, schaltende Schaltlogik verwenden, um den Anschluss P2 des Richtungskopplers 202 selektiv an entweder den Widerstand 212 oder die Antenne 40 zu koppeln.
Das Reflektometer 200 kann dazu ausgelegt sein, Vorwärtspfadmessungen und Rückwärtspfadmessungen durchzuführen. Während Kalibrierungsvorgängen, die für jede Vorrichtung einzeln oder auf einer anderen geeigneten Basis innerhalb einer Fertigungseinrichtung während der Fertigung durchgeführt werden können, kann das Reflektometer 200 sowohl in Vorwärtspfad- als auch in Rückwärtspfadkonfigurationen verwendet werden, während die bekannte 50 Ohm-Last des Widerstands 212 in Betrieb geschaltet ist, um den Anschluss P2 an der Masse abzuschließen. Nach dem Erfassen von Signalen von dem Reflektometer 200 sowohl für die Vorwärtspfad- als auch für die Rückwärtspfadkonfigurationen unter Verwendung des Rückkopplungsempfängers 206 kann für die erfassten Messungen unter Verwendung der Steuerschaltlogik 28 eine Netzwerkanalyse durchgeführt werden. Die von der Schaltung 28 durchgeführten Netzwerkanalysevorgänge können verwendet werden, um den Reflexionskoeffizienten Γ zu extrahieren. Der Reflexionskoeffizient Γ (der mit der Impedanz der Abschlüsse 208 verbunden ist) kann im Speicher in der Schaltung 28 gespeichert werden. Durch das Kennen des Werts von Γ und das Speichern dieses Werts in der Vorrichtung 10 kann das Reflektometer 200 kalibriert werden. Die Vorrichtung 10 kann dann zu einem Benutzer versandt und normal verwendet werden, um drahtlose Signale zu senden und zu empfangen.
Während des normalen Betriebs kann die Steuerschaltlogik 28 das Reflektometer 200 verwenden, um Messungen an der Antenne 40 (z. B. Messungen des Reflexionskoeffizienten Γaut für die Antenne 40, die mit der Antennenimpedanz verbunden sind) durchzuführen. Der Wert von Γaut kann unter Verwendung entweder der Vorwärtspfadmessungen oder der Rückwärtspfadmessungen erfasst werden. Durch das Messen der Antennenimpedanz in Echtzeit kann die Steuerschaltlogik 28 bestimmen, ob die Antenne 40 verstimmt ist oder auf andere Weise von der Anwesenheit benachbarter Objekte beeinflusst wird. Wenn die Antenne 40 verstimmt ist, kann die Steuerschaltlogik 28 Korrekturmaßnahmen ergreifen. Zum Beispiel können die Komponenten 102 oder andere einstellbare Schaltungen verwendet werden, um die Antenne 40 derart einzustellen, dass die Antenne 40 wie gewünscht arbeitet. Die als Reaktion auf verschiedene gemessene Antennenimpedanzwerte (d. h. verschiedene gemessene Reflexionskoeffizienten) zu ergreifenden Korrekturmaßnahmen können für die Vorrichtung 10 (z. B. eine oder mehrere Probenvorrichtungen etc.) während vorab durchgeführten Charakterisierungsvorgängen charakterisiert werden. Antennencharakterisierungsergebnisse können im Speicher in der Schaltung 28 gespeichert und beim Bestimmen, wie die Antenne 40 als Reaktion auf verschiedene Messwerte von Γaut eingestellt wird, verwendet werden. Zum Beispiel können Antennencharakterisierungstests ergeben, dass wenn die Impedanz der Antenne 40 innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, eine anpassbare Spule in der Komponente 104 einen bestimmten entsprechenden Induktivitätswert haben sollte. Eine Komponenteneinstellungsfunktion basierend auf einer Referenztabelle oder anderen Datenstruktur kann verwendet werden, um zu bestimmen, wie die Steuerschaltlogik 28 die Komponenten 102 während des Betriebs als eine Funktion der gemessenen Antennenimpedanz (Reflexionskoeffizient Γaut) einstellen soll, um sicherzustellen, dass die Antenne 40 zufriedenstellend arbeitet.
Während der Kalibrierung können Netzwerkanalysevorgänge durchgeführt werden, um Γ (und damit die Impedanz) der Abschlüsse 208 zu bestimmen. Kalibrierungsvorgänge umfassen das Verwenden von Richtungskopplermessungen von dem Reflektometer 200 und des bekannten Werts der Impedanz (und des Reflexionskoeffizienten) für den Kalibrierwiderstand 212 (Referenzwiderstand), um Γ der Abschlüsse 208 zu bestimmen. Die während der Kalibrierung durchgeführten Netzwerkanalysevorgänge umfassen das Verarbeiten der von dem Rückkopplungsempfänger 206 durchgeführten Messungen, wenn das Reflektometer 200 sowohl in den Vorwärtspfad- als auch in den Rückwärtspfadkonfigurationen ist, und es wird davon ausgegangen, dass der Wert von Γ für beide Abschlüsse 208 identisch ist. Die Abschlüsse 208 werden allgemein als Teil einer gemeinsamen integrierten Schaltung (z. B. einer integrierten Schaltung, an der der Richtungskoppler 202 ausgebildet ist) hergestellt, weshalb die Annahme, dass die Abschlüsse 208 identische Widerstände haben, gültig ist.
Während des normalen Betriebs können entweder Vorwärtspfad- oder Rückwärtspfadmessungen durchgeführt werden, um Γaut (und damit die Impedanz der Antenne 40) zu bestimmen. 5, 6, 7 und 8 veranschaulichen, wie Γaut basierend auf einer Netzwerkanalyse von während des normalen Betriebs durchgeführten Vorwärtspfadmessungen bestimmt werden kann. Wenn gewünscht, können Netzwerkanalyseberechnungen von Γaut wie diese auf Rückwärtspfadmessungen mit dem Reflektometer 200 basieren, und diese Arten von Berechnungen können beim Bestimmen von Γ während der Kalibrierung verwendet werden. Das Beispiel von 5, 6, 7 und 8 (in Bezug auf eine Netzwerkanalyse von Vorwärtspfadmessungen) ist lediglich veranschaulichend.
5 ist ein Diagramm, das die Signalnotation zeigt, die in den Gleichungen 6, 7 und 8 verwendet wird. Das Signal af1 ist das Signal, das am Anschluss 1 von dem Transceiver 90 injiziert wird und bekannt ist, und das Signal b3f ist das Signal, das von dem Rückkopplungsempfänger 206 gemessen wird und bekannt ist. Die anderen Signale sind anfänglich nicht bekannt. Der Wert von Γ, der der Reflexionskoeffizient der Abschlüsse 208 ist, wurde während der Kalibrierung erfasst und ist in der Schaltung 28 gespeichert. Die Variablen Sijk (i, j = 1 bis 4, k = f oder b) sind die S-Parameter für den Richtungskoppler 202. In der Gleichung von 6 wird der Wert von a4f als eine Funktion der bekannten S-Parameter, des bekannten injizierten Signals a1f, des bekannten gemessenen Signals b3f und des bekannten Werts von Γ berechnet. In der Gleichung von 7 wird der Wert von a4f, der unter Verwendung der Gleichung von 6 berechnet wurde, (zusammen mit den bekannten Werten von b3f und a1f und den bekannten S-Parameter-Werten) verwendet, um a2f zu berechnen. Wie in der Gleichung von 8 gezeigt, kann dann der Wert des Reflexionskoeffizienten Γaut für die Antenne 40 basierend auf dem Wert von a2f aus der Gleichung von 7 und den bekannten Werten von a1f und a4f aus der Gleichung von 6 berechnet werden. Der Wert von Γaut (oder die verbundene Antennenimpedanz der Antenne 40, die eine Funktion von Γaut ist) kann beim Ergreifen von Antenneneinstellungsentscheidungen oder anderen Entscheidungen, die den Betrieb der Vorrichtung 10 umfassen, verwendet werden.
9 ist ein Flussdiagramm von veranschaulichenden Schritten, die beim Durchführen von Kalibrierungsvorgängen zum Kalibrieren des Reflektometers 200 beteiligt sind. Die Vorgänge von 9 können während der Fertigung oder zu jeder anderen geeigneten Zeit durchgeführt werden.
Bei Schritt 300 kann die Steuerschaltlogik 28 das Reflektometer 200, die Kalibrierungsschaltung 210 und den Rückkopplungsempfänger 206 verwenden, um Vorwärtspfadmessungen durchzuführen. Die Kalibrierungsschaltung 210 kann dazu ausgelegt sein, den Kalibrierwiderstand 212 (Referenzwiderstand) in Betrieb zu schalten, indem sie den Widerstand 212 an den Anschluss P2 des Richtungskopplers 202 koppelt. Dies schaltet die Antenne 40 vorübergehend außer Betrieb und ersetzt die bekannte Last des Widerstands 212. Die schaltende Schaltlogik 204 des Reflektometers 200 kann verwendet werden, um Vorwärtspfadsignale vom Anschluss P3 über den Schalter SW1 zu dem Empfänger 206 zu leiten, während der Schalter SW2 den Anschluss P4 über den Abschluss 208, der an den Schalter SW2 gekoppelt ist, erdet. Messungen von dem Empfänger 206 werden dann von der Steuerschaltlogik 28 erfasst.
Bei Schritt 302 kann die Steuerschaltlogik 28 das Reflektometer 200, die Kalibrierungsschaltung 210 und den Rückkopplungsempfänger 206 verwenden, um Rückwärtspfadmessungen durchzuführen. Während dieser Messungen ist die Kalibrierungsschaltung 210 weiterhin dazu ausgelegt, die Referenzwiderstände 212 in Betrieb zu schalten, aber die Zustände der Schalter SW1 und SW2 sind umgekehrt, sodass der Anschluss P3 über den rechten Abschluss 208 in 4 geerdet ist, während Signale vom Anschluss P4 von dem Empfänger 206 gemessen werden. Die Schaltung 28 erfasst Messungen von dem Empfänger 206.
Während der Vorgänge von Schritt 304 kann die Steuerschaltlogik 28 den Wert von Γ (d. h. den Reflexionskoeffizienten für alle Abschlüsse 208) aus den bei den Schritten 300 und 302 erfassten Messungen unter Verwendung einer Netzwerkanalyse extrahieren. Der Wert von Γ dient als Kalibrierungsinformation für das Reflektometer 200 und kann im Speicher in der Schaltung 28 zur zukünftigen Verwendung beim Kalibrieren von Antennenimpedanzmessungen (Reflexionskoeffizientmessungen), die unter Verwendung des Reflektometers 200 durchgeführt werden, gespeichert werden.
Veranschaulichende Schritte, die beim Betreiben der Vorrichtung 10 während des normalen Betriebs (d. h. nachdem das Reflektometer 200 in der Vorrichtung 10 durch Erfassen von Γ kalibriert wurde) beteiligt sind, sind in 10 gezeigt.
Bei Schritt 306 kann die Steuerschaltlogik 28 entweder Vorwärtspfad- oder Rückwärtspfadmessungen an der Antenne 40 unter Verwendung des Reflektometers 200 und des Rückkopplungsempfängers 206 durchführen. Während dieser Messungen ist die Kalibrierungsschaltung 210 dazu ausgelegt, den Referenzwiderstand 212 außer Betrieb zu schalten, und sie ist dazu ausgelegt, den Anschluss P2 an die Antenne 40 zu koppeln, sodass die Antenne 40 von der Transceiver-Schaltung 90 normal verwendet werden kann. Wie in Verbindung mit 5, 6, 7 und 8 beschrieben, ermöglichen es die Messungen von Schritt 306 der Steuerschaltlogik 28, den Reflexionskoeffizienten Γaut der Antenne 40 (d. h. die Impedanz der Antenne 40) bei Schritt 308 zu berechnen. Sobald Γaut bekannt ist, kann die Steuerschaltlogik 28 beim Steuern der Vorrichtung 10 bei Schritt 310 geeignete Maßnahmen ergreifen. Zum Beispiel kann die Steuerschaltlogik 28 den Wert von Γaut (Reflexionskoeffizient oder Antennenimpedanz) mit einer Tabelle oder anderen Datenstruktur vergleichen, die entsprechende Antenneneinstellungen für die Antenne 40 umfasst, die verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Antenne 40 zufriedenstellend arbeitet. Die Tabelle oder andere Datenstruktur kann zum Beispiel eine Referenztabelle sein, die der Steuerschaltlogik 28 geeignete Einstellungen zur Verwendung für die Komponenten 102 als eine Funktion des gemessenen Reflexionskoeffizienten (Antennenimpedanz) bereitstellt. Nach dem Erhalten der geeigneten Einstellungen für die Komponenten 102 oder eine andere einstellbare Antennenschaltung für die Antenne 40 kann die Steuerschaltlogik 28 die Antenne 40 einstellen, indem sie die Komponenten 102 entsprechend einstellt. Drahtlose Signale können dann unter Verwendung des Transceivers 90 und der Antenne 40 normal gesendet und empfangen werden. Die Vorgänge der Antennenüberwachung und -einstellung der Schritte 306, 308 und 310 können periodisch wiederholt werden, wie durch die Linie 312 dargestellt (z. B. gemäß einem Zeitplan, wenn vorher festgelegte Kriterien erfüllt sind, oder wenn ein Messbefehl von externer Ausrüstung empfangen wird usw.).
Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die eine Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik, eine Antenne, einen Übertragungsleitungspfad, der die Antenne an die Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik koppelt, ein im Übertragungsleitungspfad zwischen der Antenne und der Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik gekoppeltes Reflektometer und eine zwischen dem Reflektometer und der Antenne gekoppelte Kalibrierungsschaltung umfasst.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Reflektometer einen Rückkopplungsempfänger, erste und zweite Abschlüsse mit identischer Impedanz, die an die Masse gekoppelt sind, einen Richtungskoppler und schaltende Schaltlogik, die beim Leiten von Signalen von dem Richtungskoppler zu dem Rückkopplungsempfänger und zu der Masse verwendet wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die ersten und zweiten Abschlüsse durch einen Reflexionskoeffizienten charakterisiert und umfasst die elektronische Vorrichtung Steuerschaltlogik, die den Reflexionskoeffizienten zum Kalibrieren des Reflektometers speichert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform hat die Kalibrierungsschaltung einen ersten Zustand, in dem ein Kalibrierwiderstand in Betrieb geschaltet und an das Reflektometer gekoppelt ist, und einen zweiten Zustand, in dem der Kalibrierwiderstand außer Betrieb geschaltet ist, die Antenne an das Reflektometer gekoppelt ist, und der Reflexionskoeffizient von der Steuerschaltlogik unter Verwendung von Vorwärtspfad- und Rückwärtspfadmessungen bestimmt wird, die unter Verwendung des Richtungskopplers, der schaltenden Schaltlogik und des Rückkopplungsempfängers durchgeführt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die Kalibrierungsschaltung einen 50 Ohm-Widerstand, der den Kalibrierwiderstand bereitstellt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die Kalibrierungsschaltung einen von der Steuerschaltlogik gesteuerten Schalter, der das Reflektometer selektiv an den 50 Ohm-Widerstand oder die Antenne koppelt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Antenne ein Inverted-F-Antennen-Resonanzelement ein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die elektronische Vorrichtung periphere, leitfähige Gehäusestrukturen ein, wobei das Inverted-F-Antennen-Resonanzelement aus den peripheren, leitfähigen Gehäusestrukturen gebildet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Kalibrierungsschaltung einen Schalteranschluss ein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Antenne eine hybride Inverted-F-Schlitzantenne ein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Steuerschaltlogik dazu ausgelegt, das Reflektometer zu kalibrieren und den Reflexionskoeffizienten zu speichern, indem sowohl Vorwärtspfadmessungen als auch Rückwärtspfadmessungen mit dem Reflektometer erfasst werden.
Ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Vorrichtung mit einer an eine Antenne gekoppelten Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik mit einem Übertragungsleitungspfad wird bereitgestellt, das eine Steuerschaltlogik in der elektronischen Vorrichtung einschließt, die ein in den Übertragungsleitungspfad eingeschobenes Reflektometer steuert, um eine kalibrierte Reflexionskoeffizientmessung für die Antenne zu erfassen, und mit der Steuerschaltlogik basierend auf der kalibrierten Reflexionskoeffizientmessung für die Antenne Maßnahmen ergreift.
Gemäß einem Beispiel schließt das Ergreifen von Maßnahmen mit der Steuerschaltlogik das Einstellen der Antenne ein.
Gemäß einem Beispiel schließt das Reflektometer einen Rückkopplungsempfänger, erste und zweite Abschlüsse mit identischer Impedanz, die an die Masse gekoppelt sind, einen Richtungskoppler und schaltende Schaltlogik ein, die beim Leiten von Signalen von dem Richtungskoppler zu dem Rückkopplungsempfänger und zu der Masse verwendet wird, und schließt das Steuern des Reflektometers das Steuern der schaltenden Schaltlogik ein, während Signale mit dem Rückkopplungsempfänger gemessen werden.
Gemäß einem Beispiel ist eine Kalibrierungsschaltung zwischen dem Reflektometer und der Antenne gekoppelt und schließt das Verfahren das Senden und Empfangen von Signalen mit dem Hochfrequenz-Transceiver und der Antenne ein, während die Kalibrierungsschaltung den Richtungskoppler an die Antenne koppelt.
Gemäß einem Beispiel schließt das Verfahren das Durchführen von Kalibrierungsvorgängen für das Reflektometer durch das Senden und Empfangen von Signalen mit dem Hochfrequenz-Transceiver ein, während die Kalibrierungsschaltung den Richtungskoppler an einen Kalibrierwiderstand koppelt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die Antenne ein Inverted-F-Antennen-Resonanzelement auf, das durch eine Lücke von der Antennenmasse getrennt ist, und weist eine einstellbare Schaltung auf, die die Lücke überbrückt, und das Einstellen der Antenne schließt das Abstimmen der Antenne durch das Einstellen der einstellbaren Schaltung ein.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die ein Gehäuse, Steuerschaltlogik in dem Gehäuse, eine Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik, eine Antenne, einen Übertragungsleitungspfad, der die Antenne an die Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik koppelt, ein im Übertragungsleitungspfad zwischen der Antenne und der Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik gekoppeltes Reflektometer, wobei das Reflektometer von der Steuerschaltlogik gesteuert wird, und eine zwischen dem Reflektometer und der Antenne gekoppelte Kalibrierungsschaltung einschließt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Reflektometer erste und zweite Abschlüsse mit identischer Impedanz, die an die Masse gekoppelt sind, einen Richtungskoppler und schaltende Schaltlogik ein, die zwischen dem Richtungskoppler und den ersten und zweiten Abschlüssen gekoppelt ist, wobei die schaltende Schaltlogik von der Steuerschaltlogik gesteuert wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Antenne eine einstellbare Schaltung ein, die von der Steuerschaltlogik basierend auf kalibrierten Reflexionskoeffizientmessungen, die an der Antenne mit dem Reflektometer durchgeführt werden, eingestellt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Kalibrierungsschaltung einen Kalibrierwiderstand und einen Schalter mit einem ersten Anschluss, der an die Antenne gekoppelt ist, einem zweiten Anschluss, der an das Reflektometer gekoppelt ist, und einem dritten Anschluss ein, der an den Kalibrierwiderstand gekoppelt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform speichert die Steuerschaltlogik einen Reflexionskoeffizienten für die Abschlüsse und schließt das Gehäuse der elektronischen Vorrichtung periphere, leitfähige Strukturen ein, die einen Teil der Antenne bilden.
Das Vorhergehende ist lediglich veranschaulichend, und verschiedene Modifikationen können durch den Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Geist der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die vorhergehenden Ausführungsformen können einzeln oder in einer beliebigen Kombination implementiert werden.
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 Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.11-Protokolle [0036]
(IEEE 802.11)-Kommunikation [0039]

Claims

Elektronische Vorrichtung, umfassend: eine Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik; eine Antenne; einen Übertragungsleitungspfad, der die Antenne an die Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik koppelt; ein Reflektometer, das im Übertragungsleitungspfad zwischen der Antenne und der Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik gekoppelt ist; und eine zwischen dem Reflektometer und der Antenne gekoppelte Kalibrierungsschaltung.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Reflektometer Folgendes umfasst: einen Rückkopplungsempfänger; erste und zweite Abschlüsse mit identischer Impedanz, die mit der Masse gekoppelt sind; einen Richtungskoppler; und eine Umschalt-Schaltung, die zur Weiterleitung von Signalen vom Richtungskoppler zum Rückkopplungsempfänger und zur Masse verwendet wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten Abschlüsse durch einen Reflexionskoeffizienten gekennzeichnet sind und wobei die elektronische Vorrichtung eine Steuerschaltlogik umfasst, die den Reflexionskoeffizienten speichert, um das Reflektometer zu kalibrieren.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Kalibrierungsschaltung einen ersten Zustand aufweist, in dem ein Kalibrierungswiderstand in Betrieb geschaltet und mit dem Reflektometer gekoppelt wird, und einen zweiten Zustand, in dem der Kalibrierungswiderstand ausgeschaltet und die Antenne mit dem Reflektometer gekoppelt wird und wobei der Reflexionskoeffizient durch die Steuerschaltlogik unter Verwendung von Vorwärtspfad- und Rückwärtspfadmessungen bestimmt wird, die mithilfe des Richtungskopplers, der Umschalt-Schaltung und des Rückkopplungsempfängers vorgenommen werden.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kalibrierungsschaltung einen 50-Ohm-Widerstand umfasst, der den Kalibrierungswiderstand bereit stellt.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Kalibrierungsschaltung ferner einen Schalter umfasst, der von der Steuerschaltlogik gesteuert wird, die das Reflektometer gezielt mit dem 50-Ohm-Widerstand oder der Antenne koppelt.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Antenne ein Inverted-F-Antennen-Resonanzelement umfasst und wobei die elektronische Vorrichtung ferner Folgendes umfasst: periphere leitfähige Gehäusestrukturen, wobei das Inverted-F-Antennen-Resonanzelement aus den peripheren leitfähigen Gehäusestrukturen gebildet ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kalibrierungsschaltung einen Schalteranschluss umfasst.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Antenne eine Umgekehrte-F-Schlitz-Hybridantenne umfasst.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerschaltlogik dazu ausgelegt ist, das Reflektometer zu kalibrieren und den Reflexionskoeffizienten zu speichern, indem sowohl Vorwärtspfadmessungen als auch Rückwärtspfadmessungen mit dem Reflektometer erfasst werden.
Elektronische Vorrichtung, umfassend: ein Gehäuse; eine Steuerschaltlogik im Gehäuse; eine Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik; eine Antenne; einen Übertragungsleitungspfad, der die Antenne an die Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik koppelt; ein Reflektometer, das im Übertragungsleitungspfad zwischen der Antenne und der Hochfrequenz-Transceiver-Schaltlogik gekoppelt ist, wobei das Reflektometer von der Steuerschaltlogik gesteuert wird; und eine zwischen dem Reflektometer und der Antenne gekoppelte Kalibrierungsschaltung.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Reflektometer Folgendes umfasst: erste und zweite Abschlüsse mit identischer Impedanz, die mit der Masse gekoppelt sind; einen Richtungskoppler; und eine Umschalt-Schaltung, die zwischen dem Richtungskoppler und den ersten und zweiten Abschlüssen gekoppelt ist, wobei die Umschalt-Schaltung von der Steuerschaltlogik gesteuert wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Antenne eine einstellbare Schaltung einschließt, die von der Steuerschaltlogik basierend auf kalibrierten Reflexionskoeffizientmessungen, die auf der Antenne mit dem Reflektometer vorgenommen werden, eingestellt wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Kalibrierungsschaltung Folgendes umfasst: einen Kalibrierwiderstand; und einen Schalter mit einem ersten Anschluss, der mit der Antenne gekoppelt ist, einem zweiten Anschluss, der mit dem Reflektometer gekoppelt ist, und einem dritten Anschluss, der mit dem Kalibrierwiderstand gekoppelt ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Steuerschaltlogik einen Reflexionskoeffizienten für die Abschlüsse speichert und wobei das Gehäuse der elektronischen Vorrichtung periphere leitfähige Strukturen umfasst, die Teil der Antenne sind.