TW201210190A - Antenna module and impedance matching method thereof - Google Patents

Description

201210190 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種天線模組’且特別是有關於一種 可調整負載阻抗之天線模組。 【先前技術】 隨著行動電話系統的演進及其技術躍進’從早期的2G 系統進步到目前3G系統以及未來的LTE(Long Term Evolution)系統，其中 LTE 為一 MISO(Multi-input Single-out) 系統，使得手機所需要支援的頻段也日趨越多且越廣。然 而，在一般習知之天線設計中，連接天線與功率放大器之 間的匹配電路於主機板打件後即無法予以調整，從而固定 其頻寬特性範圍° 因此，當欲藉由習知技術，設計適用於LTE系統，則 係需要兩天線主體’其中之一用以負責傳送與接收；另一 天線主體則用以負責接收’然而這將佔據過多手機内部空 間，而原本手機中的電話天線仍然存在，因此總共需要至 少三支天線才可應用於GSM頻段與LTE頻段’這對於輕 薄短小的產品設計趨勢影響甚大。除此之外，由於目前手 機天線的限制，亦難以達到滿足LTE系統所需求之操作頻 寬，如從698MHz至894MHz之間。

目前GSM頻段之有效操作頻寬（effective operating frequency)僅為（894-824)/[(894+824)/2]= 8%。未來若將 LTE 之一支天線與原先的電話天線結合，則至少需要涵蓋 201210190 (894-698)/[(894+698)/2]=25%的有效操作頻寬 operating frequency) ’但由於目前的手機天線的限制如此 大的頻寬需求是無法達成。

L發明内容J

Ο 令 J

本發明之目的是在提供一種天線模組，藉由可 配電路的概念運用，以調整其負載阻抗，進而在不改=匹 線主體設計結構下，增加其有效操作頻寬。 變天 本發明之一方面係提出一種天線模組，包含—天 體、一可調式匹配電路以及一控制單元。天線主體具有j 訊號饋入點。·^"調式匹配電路電性連接訊號饋入點了 提供一負載阻抗，且可調式匹配電路包含一電咸 用以 可調式電容以及一第二可調式電容。第一可調;電二 端電性連接電感之一端。第二可調式電容之一端電 第一可調式電容之另一端與訊號饋入點，第二可調式電， 之另一端電性連接至系統接地面。一控制單元電性連接二 調式匹配電路，用以讀取一操作頻段，並據以產生輪出: 控制訊號至可調式匹配電路，可適地調整第一可調^ 與第二可調式電容之電容值。 工 ^ 依據本發明之一實施例，其中控制單元包含—微 器，用以自一中央處理器讀取操作頻段。 理 依據本發明之一實施例，其中微處理器更包含一 數據表’且微處理器根據操作頻段，擷取所對應匹配之一 電谷數據值。 [S ] 5 201210190 依據本發明之一實施例，其中電容數據包含第一可調 式電容之一數據值與第二可調式電容之一數據值。 依據本發明之一實施例，其中控制單元更包含一控制 電路，電性連接微處理器與可調式匹配電路。 依據本發明之一實施例，其中控制電路根據電容數據 值，用以產生控制訊號以輸出至可調式匹配電路，分別改 變第一可調式電容與第二可調式電容之電容值。 依據本發明之一實施例，其中第一可調式電容及該第 二可調式電容之電容值範圍為〇.2pF-20pF。 依據本發明之一實施例，其中第一可調式電容之電容 值大於第二可調式電容之電容值。 依據本發明之一實施例，其中電感之電感值為2.2nH。 本發明之另一方面係提出一種天線模組之阻抗匹配方 法，其中天線模組包含一可調式匹配電路，其有一電感、 一第一可調式電容與一第二可調式電容。此阻抗匹配方 法，包含下列步驟：首先，讀取一操作頻段；其次，根據 操作頻段，產生輸出一控制訊號至可調式匹配電路；以及， 最後，根據控制訊號，可適地調整第一可調式電容與第二 可調式電容之電容值，以調整匹配電路之一負載阻抗。 依據本發明之一實施例，其中更包含自一中央處理 器，讀取該操作頻段。 依據本發明之一實施例，其中更包含根據操作頻段， 擷取所對應匹配之一電容數據值。 依據本發明之一實施例，其中更包含自一匹配數據 201210190 表，對應擷取電容數據值。 依據本發明之一實施例，其中電容數據包含第一可調 式電容之一數據值與第二可調式電容之一數據值。 依據本發明之一實施例，其中更包含根據電容數據 值，產生控制訊號並輸出至可調式匹配電路。 【實施方式】 為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之 圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同 或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描 述於實施例中，以避免造成本發明不必要的限制。 請同時參照第1圖與第2圖，第1圖係繪示根據本發 明一實施例之天線模組的功能方塊圖，第2圖繪示第1圖 中天線模組之可調式匹配電路的電路圖。如圖所示，一種 天線模組100，包含一天線主體110、一可調式匹配電路 120以及一控制單元130。天線主體110具有一訊號饋入點 112。可調式匹配電路120電性連接訊號饋入點112，用以 提供一負載阻抗，且可調式匹配電路120包含一電感122、 一第一可調式電容124以及一第二可調式電容126。第一 可調式電容124之一端電性連接電感122之一端。第二可 調式電容126之一端電性連接第一可調式電容124之另一 端與訊號饋入點112，第二可調式電容126之另一端電性 連接至系統接地面。一控制單元130電性連接可調式匹配 電路120，用以讀取一操作頻段，並據以產生輸出一控制 201210190 訊號至可調式匹配電路12〇,以可適地調整第一可調式電 容124與第二可調式電容126之電容值。

然而，於一實施例中，第一可調式電容124與第二可 調式電容126之電容值範圍為〇2pF_2〇pF之間。另外，電 感122則具有一固定電感值，且於一實施例中，電感122 之電感值為2·2ηΗ。因此，可調式匹配電路12〇藉由改變 第一可調式電容124與第二可調式電容126之電容值，並 予以接载搭配電感122，即能夠適切地依據不同頻段之射 頻訊號’調整其負載阻抗從而有效達到阻抗匹配，以增加 天線模組1〇〇之操作頻寬範圍。較佳地，第一可調式電容 124之電容值大於第二可調式電容126之電容值。 請繼續參照第1圖，控制單元130包含一微處理器 132，用以自一中央處理器200讀取操作頻段。更進一步來 說，當天線模組1〇〇所對應之通訊系統使用操作於一特定 射頻頻段或切換使用至另一射頻頻段時，例如：從 作頻段切換至LTE操作頻段，微處㈣132即可 參 處理器200，檢測其確切所操作之射頻頻段。 、 其次，微處理器m更包含一匹配數據表〇〇〇 a for matching)134 ’如第3圖所示，其繪示根據本發明一 之匹配數據表。微處理器132根據所檢測讀取 %作頻自匹配數據表134中摘取所對應匹配之第一 調式電容124與第二可調式電容126之—電容數 例來說’當操作頻段為GSM且電感122具有 為2遍時’所摘取之第一可調式電容m與第 電容126的數據值分別為5輕與〇 5pF ;然而，當操作 201210190 段為LTE且電感122具有固定電感值為2.2nH時，所擷取 之第一可調式電容124與第二可調式電容126的數據值則 分別為2.2pF與i 〇pF。 再者’控制單元130更包含一控制電路136，電性連 接微處理器132與可調式匹配電路120。控制電路136根 據目剛之電容數據值’用以產生控制訊號以輸出至可調式 己電路12G。如此—來，藉由控制訊號得以相對應地改 變第:可調式電容124與第二可調式電容126之電容值， •致使，操作頻段進行切換時，可調式匹配電路120之輸入 細所專效的負載阻抗(equivalent loading impedance)，亦能 夠同步與傳輸線之輸出阻抗達成阻抗匹配，進而可確切地 自功率放大器300所輸出的射頻訊號傳送輸出至天線本體 110 ’並減少其過程中的訊號反射量，反之亦然。因此，其 操作頻段與通訊品質皆能大幅擴充與提升。 請參照第4圖，其繪示根據本發一實施例之一種天線 模組之阻抗匹配方法的流程圖。本實施例的天線模組之阻 • 抗匹配方法4〇〇 ’例如是應用於第1圖中之天線模組1〇〇。 如上所述，天線模組iOO包含一可調式匹配電路丨2〇，其 具有一電感122、一第一可調式電容124與一第二可調式 電容126。然而，在第4圖之所揭示的流程中，天線模組 之阻抗匹配方法4〇〇則包含如下步驟。 首先’步驟401係為讀取一操作頻段；其次，步驟402 中係為根據操作頻段，產生輸出一控制訊號至可調式匹配 電路；最後’步驟403係為根據控制訊號’改變第一可調 式電各與第二可調式電容之電容值，以可適地調整匹配 201210190 路之一負载阻抗。 在父驟401，阻抗匹配方法4〇〇係自中央處理器2〇〇 中’讀取其所操作頻段，即為藉由中央處理器200,予以 檢測從功率放大器3〇〇所輸出之射頻訊號的操作頻段。 在步驟402中，阻抗匹配方法400則根據操作頻段， 於匹配數據表134進行查表對照，以擷取所對應匹配之一 電容數據值。然而此電容數據值則包含第一可調式電容124 之一數據值與第二可調式電容126之一數據值。在一實施 例中，當操作頻段為GSM且電感122具有一固定電感值為 2.2nH時，自匹配數據表134中所對應擷取之第一可調式 電容124與第二可調式電容126的數據值分別為5.6pF與 0.5pF，,然而’當操作頻段為lte且電感122具有固定電感 值為2·2ηΗ時’自匹配數據表丨34所對應操取之第一可調 式電容Π4與第二可調式電容以的數據值則分別為2城 與 l.OpF。 另外’阻抗匹配方法4〇〇則係根據所擷取之電容數據 值，產生控制訊號並輸出至可調式匹配電路12〇。 在步驟403中’阻抗匹配方法400根據控制訊號，改 變第一可調式電容124與第二可調式電容丨26之電容值， 並搭配電感122’即能夠適切地依據不同操作頻段之射類 訊號，以調整匹配電路12〇所等效之負載阻抗，從而増加 有效操作頻寬之範圍。 如此一來’透過本發明上述之電路設計概念及其方 法，則可在不改變天線主體結構設計下，得以有效增加其 201210190 天線之有效操作頻寬，進而同時涵蓋GSM與LTE等操作 頻段。據此，即可減少各頻段天線主體之使用數量與體積， 從而不僅可節省配置空間與製造成本，亦能夠維持其良好 的收訊品質及涵蓋更廣的有效操作頻寬。 雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和 範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範 圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖係繪示根據本發明一實施例之天線模組的功能 方塊圖。 I 第2圖係繪示第1圖中天線模組之可調式匹配電路的 電路圖。 第3圖係繪示根據本發明一實施例之匹配數據表。 第4圖係繪示根據本發一實施例之一種天線模組之阻 抗匹配方法的流程圖。 【主要元件符號說明】 100 :天線模組 132 :微處理器 110 :天線主體 134 :匹配數據表 11 201210190 112 ： 訊號饋入點 136 120 ： 可調式匹配電路 200 122 ： 電感 300 124 ： 第一可調式電容 400 126 ： 第二可調式電容 401 130 ： 控制單元 402 402 控制電路 中央處理器 功率放大器 阻抗匹配方法 步驟 步驟 步驟

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Claims (1)

1. 201210190 七、申請專利範圍： 1. 一種天線模組，包含： 一天線主體，具有一訊號饋入點； 一可調式匹配電路，電性連接該訊號饋入點，用以提 供一負載阻抗，該可調式匹配電路包含： 一電感； 一第一可調式電容，該第一可調式電容之一端電 性連接該電感之一端；以及 一第二可調式電容，該第二可調式電容之一端電 性連接該第一可調式電容之另一端與該訊號饋入點， 該第二可調式電容之另一端電性連接至系統接地面； 以及 一控制單元，電性連接該可調式匹配電路，用以讀取 一操作頻段，並據以產生輸出一控制訊號至該可調式匹配 電路，可適地調整該第一可調式電容與該第二可調式電容 之電容值，以調整該負載阻抗。 2. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該控 制單元包含一微處理器，用以自一中央處理器讀取該操作 頻段。 3. 如申請專利範圍第2項所述之天線模組，其中該微 處理器更包含一匹配數據表，且該微處理器根據該操作頻 段，擷取所對應匹配之一電容數據值。 3 13 201210190 容數4據如專:範圍第3項所述之天線模組，其中該電 合數據包含該第一可調式電容 乂冤 電容之一數據值。 之輯值與該第二可調式

   5.如申請專利範圍第3 制單元更包含一控制電路， 式匹配電路。 項所述之天線模組，其中該控 電性連接該微處理器與該可調 6·如申請專職圍第5項所叙天祕組，其中 制電路根據該電容數據值，用以產生該控制訊號以輸^ δ亥可調式匹配電路，分職變該第-可調式電容與該第二 可調式電容之電容值。 一 7.如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該第 一可調式電容及該第二可調式電容之電容值範圍 〇.2pF-20pF。 8.如申請專利範圍第丨項所述之天線模組，其中該第 一可調式電容之電容值大於該第二可調式電容之電容值。 9·如申請專利範圍第丨項所述之天線模組，其中該電 感之電感值為2.2nH。 201210190 ίο. —種天線模組之阻抗匹配方法，其中該天線模組 包含一可調式匹配電路，且該可調式匹配電路具有一電 感、一第一可調式電容與一第二可調式電容，該阻抗匹配 方法包含下列步驟： 讀取一操作頻段； 根據該操作頻段，產生輸出一控制訊號至該可調式匹 配電路；以及 根據該控制訊號，可適地調整該第一可調式電容與該 第二可調式電容之電容值，以調整該匹配電路之一負載阻 抗0 11. 如申請專利範圍第10項所述之阻抗匹配方法，其 中更包含： 自一中央處理器，讀取該操作頻段。 12. 如申請專利範圍第10項所述之阻抗匹配方法，其 中更包含： 根據該操作頻段，擷取所對應匹配之一電容數據值。 13. 如申請專利範圍第12項所述之阻抗匹配方法，其 中更包含： 自一匹配數據表，對應擷取該電容數據值。 14. 如申請專利範圍第12項所述之阻抗匹配方法，其 [S ] 15 201210190 中該電容數據包含該第一可調式電容之一數據值與該第二 可調式電容之一數據值。 15.如申請專利範圍第12項所述之阻抗匹配方法，其 中更包含： 根據該電容數據值，產生該控制訊號並輸出至該可調 式匹配電路。