TWI407691B - 天線模組及其阻抗匹配方法 - Google Patents

Description

天線模組及其阻抗匹配方法

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。

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內部空間，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(894-698)/[(894+698)/2]=25%的有效操作頻寬(effective 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。

本發明之目的是在提供一種天線模組，藉由可調式匹配電路的概念運用，以調整其負載阻抗，進而在不改變天線主體設計結構下，增加其有效操作頻寬。

本發明之一方面係提出一種天線模組，包含一天線主體、一可調式匹配電路以及一控制單元。天線主體具有一訊號饋入點。可調式匹配電路電性連接訊號饋入點，用以提供一負載阻抗，且可調式匹配電路包含一電感、一第一可調式電容以及一第二可調式電容。第一可調式電容之一端電性連接電感之一端。第二可調式電容之一端電性連接第一可調式電容之另一端與訊號饋入點，第二可調式電容之另一端電性連接至系統接地面。一控制單元電性連接可調式匹配電路，用以讀取一操作頻段，並據以產生輸出一控制訊號至可調式匹配電路，可適地調整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，其中控制單元包含一微處理器，用以自一中央處理器讀取操作頻段。

依據本發明之一實施例，其中微處理器更包含一匹配數據表，且微處理器根據操作頻段，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0.2pF-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。

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訊號至可調式匹配電路120，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0.2pF-20pF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2.2nH。因此，可調式匹配電路120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，並予以接載搭配電感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100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100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GSM操作頻段切換至LTE操作頻段，微處理器132即可透過中央處理器200，檢測其確切所操作之射頻頻段。

其次，微處理器132更包含一匹配數據表(look-up table for matching)134，如第3圖所示，其繪示根據本發明一較佳實施例之匹配數據表。微處理器132根據所檢測讀取之操作頻段，自匹配數據表134中擷取所對應匹配之第一可調式電容124與第二可調式電容126之一電容數據值。舉例來說，當操作頻段為GSM且電感122具有一固定電感值為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2.2nH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1.0pF。

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根據目前之電容數據值，用以產生控制訊號以輸出至可調式匹配電路120。如此一來，藉由控制訊號得以相對應地改變第一可調式電容124與第二可調式電容126之電容值，致使當操作頻段進行切換時，可調式匹配電路120之輸入端所等效的負載阻抗(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400，例如是應用於第1圖中之天線模組100。如上所述，天線模組100包含一可調式匹配電路120，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400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，改變第一可調式電容與第二可調式電容之電容值，以可適地調整匹配電路之一負載阻抗。

在步驟401，阻抗匹配方法400係自中央處理器200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300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2.2nH時，自匹配數據表134所對應擷取之第一可調式電容124與第二可調式電容126的數據值則分別為2.2pF與1.0pF。

另外，阻抗匹配方法400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120。

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126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頻訊號，以調整匹配電路120所等效之負載阻抗，從而增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內，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。

100．．．天線模組

110．．．天線主體

112．．．訊號饋入點

120．．．可調式匹配電路

122．．．電感

124．．．第一可調式電容

126．．．第二可調式電容

130．．．控制單元

132．．．微處理器

134．．．匹配數據表

136．．．控制電路

200．．．中央處理器

300．．．功率放大器

400．．．阻抗匹配方法

401．．．步驟

402．．．步驟

402．．．步驟

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。

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。

100．．．天線模組

110．．．天線主體

112．．．訊號饋入點

120．．．可調式匹配電路

130．．．控制單元

132．．．微處理器

134．．．匹配數據表

136．．．控制電路

200．．．中央處理器

300．．．功率放大器

Claims (10)

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，具有固定之電感值；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，該控制單元包含一微處理器，該微處理器用以自一中央處理器讀取一操作頻段，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由該匹配數據表擷取所對應匹配之一電容數據值，並且該控制單元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。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該控制單元更包含一控制電路，電性連接該微處理器與該可調式匹配電路。
4. 如申請專利範圍第3項所述之天線模組，其中該控制電路根據該電容數據值，用以產生該控制訊號以輸出至該可調式匹配電路，分別改變該第一可調式電容與該第二可調式電容之電容值。
5. 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為0.2pF-20pF。
6. 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之電容值大於該第二可調式電容之電容值。
7. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該電感之電感值為2.2nH。
8. 一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固定電感、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：自一中央處理器，讀取一操作頻段； 根據該操作頻段自一匹配數據表擷取所對應匹配之一電容數據值，並據以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。
9. 如申請專利範圍第8項所述之阻抗匹配方法，其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。
10. 如申請專利範圍第8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。