TWI426746B - 射頻處理裝置、射頻處理方法及相關無線通訊裝置 - Google Patents

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Description

射頻處理裝置、射頻處理方法及相關無線通訊裝置
本發明關於一種射頻處理裝置、射頻處理方法及相關無線通訊裝置，尤指一種不需增加天線體積，即可提供不同匹配狀態，改變電壓駐波比(VSWR)，並將操作頻帶擴展至更低頻的射頻處理裝置、射頻處理方法及相關無線通訊裝置。
行動通訊裝置係透過天線發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號，進而存取一行動通訊系統。為了讓使用者能更方便地存取行動通訊系統，理想天線的頻寬應在許可範圍內盡可能地增加，而尺寸則應盡量減小，以配合電子產品小型化之趨勢。然而，隨著無線通訊技術的演進，行動通訊系統可使用的頻帶越來越多，例如850頻帶(824-894MHz)、900頻帶(880-960MHz)、1800頻帶(1710-1880MHz)、1900頻帶(1850-1990MHz)及2100頻帶(1920-2170MHz)等。除此之外，行動通訊系統目前正由第三代演進為第四代，即長期演進(Long-Term Evolution)通訊系統，其新增了兩個低於850頻帶之BC13頻帶(764-787MHz)及BC17頻帶(704-746MHz)。在此情形下，適用於第四代行動通訊裝置之天線需涵蓋更多的操作頻率，且由於新增的頻帶係低於850頻帶，因此天線體積勢必會加大。除此之外，第四代行動通訊系統導入了多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output)技術，其係利用兩個以上的天線改善資料吞吐量(throughput)，造成可用空間更為減少。
因此，針對行動通訊裝置之天線，如有效增加操作頻帶，並符合小型化的需求，已成為業界的挑戰之一。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種射頻處理裝置、射頻處理方法及相關無線通訊裝置，以解決上述問題。
本發明揭露一種射頻處理裝置，用於一無線通訊裝置，包含有一天線；一射頻訊號處理模組；一控制器，用來根據一頻帶切換訊號，產生一控制訊號；以及一匹配調整模組，用來根據該控制訊號，調整該天線與該射頻訊號處理模組間之一阻抗。
本發明另揭露一種射頻處理方法，用於一無線通訊裝置，包含有根據一頻帶切換訊號，調整該無線通訊裝置之一天線與一射頻訊號處理模組間之一阻抗。
本發明另揭露一種無線通訊裝置，包含有一基頻處理模組；以及一射頻處理裝置，包含有一天線；一射頻訊號處理模組；一控制器，用來根據該基頻處理模組所產生之一頻帶切換訊號，產生一控制訊號；以及一匹配調整模組，用來根據該控制訊號，調整該天線與該射頻訊號處理模組間之一阻抗。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一無線通訊裝置10之示意圖。無線通訊裝置10可以是一行動電話、可攜式電腦系統或任何具有無線通訊功能之電子裝置，其包含有一基頻處理模組100及一射頻處理裝置102。射頻處理裝置102包含有一天線104、一射頻訊號處理模組106、一控制器108、一匹配調整模組110及一感測器112。當無線通訊裝置10利用一頻帶與行動通訊系統(如行動通訊網路之一基地台)建立連線，以存取一網路服務時，基頻處理模組100產生包含有頻帶資訊之一頻帶切換訊號BD至控制器108。控制器108可以是一微處理器、一具有韌體之控制器等，用來根據頻帶切換訊號BD，產生一控制訊號CTRL至匹配調整模組110，以控制匹配調整模組110調整天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗。具體而言，匹配調整模組110係根據控制訊號CTRL，改變天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗，以有效地將射頻訊號RF_s傳送至射頻訊號處理模組106。如此一來，射頻訊號處理模組106可有效地對射頻訊號RF_s執行降頻、解調等，進而輸出一基頻(或中頻)訊號BS至基頻處理模組100。
因此，天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗係相關於無線通訊裝置10所使用之頻帶。在此情形下，匹配調整模組110所產生的阻抗係相關於傳送至射頻訊號處理模組106之訊號的頻帶。
此外，感測器112係用來感測無線通訊裝置10之一環境狀態，例如，是否有一物體接近無線通訊裝置10或使用者是否握持無線通訊裝置10等，並據以產生一感測結果SEN至控制器108，則控制器108可據以控制匹配調整模組110以調整天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗。
需注意的是，第1圖係用以說明本發明之概念，本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾，而不限於此。舉例來說，感測器112可以是任何形式之感應元件，如鄰近感應器(proximity sensor)、電容感測器等，視系統需求而定。匹配調整模組110可包含電感、電容與變容(varactor)等電子元件，只要其可根據控制器108所產生之控制訊號CTRL，改變天線104與射頻訊號處理模組106間之電氣參數(如阻抗)即可。
請參考第2A圖，第2A圖為匹配調整模組110之一實施例之示意圖。如第2A圖所示，匹配調整模組110包含一匹配調整電路200及一轉換器202。匹配調整電路200包含電感L1～Lm及一變容組204。電感L1～Lm係以串聯方式，耦接於天線104與射頻訊號處理模組106之間。轉換器202可以是一數位至類比轉換器(Digital to Analog Converter)，用來將控制訊號CTRL轉換為電壓訊號V1～Vn。變容組204係由介於電感L1～Lm與地端間的變容VRT_1～VRT_n所組成，且每一變容VRT_1～VRT_n具有可調電容值，可依輸入電壓(即電壓訊號V1～Vn)而改變電容值。因此，變容組204可根據電壓訊號V1～Vn，改變天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗。
第2A圖為匹配調整模組110之一實施例示意圖，用以實現由一等效電感L及等效可變電容C1、C2所組成之一等效電路，如第2B圖所示。第2A圖中電壓訊號V1～Vn係用來調整等效可變電容C1、C2之電容值，以改變天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗。因此，透過控制器108的控制，匹配調整模組110可達到不同的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratios，VSWRs)，亦即可改變天線104之操作頻帶。舉例來說，第2C圖為天線104之電壓駐波比之一實施例示意圖。如第2C圖所示，藉由調整電壓訊號V1～Vn，可改變等效可變電容C1、C2之電容值，進而可得到五個不同的電壓駐波比曲線VSWR_a、VSWR_b、VSWR_c、VSWR_d、VSWR_e。
第2C圖係顯示天線104之電壓駐波比可於不同電壓訊號V1～Vn下，達到五種不同模式。然而，需注意的是，天線104之電壓駐波比不限於五種模式，事實上，透過控制器108的控制，天線104之電壓駐波比可如第2D圖所示，於頻率F1、F2之間，連續地變化。
另一方面，第1圖所示之控制器108係用來控制匹配調整模組110以調整天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗。需注意的是，控制器108的控制方法不限於任何規則或條件。舉例來說，針對第2A圖所示之匹配調整模組110，控制器108可將複數個設定儲存於一查找表(Look-up Table)中，每一設定可包含頻帶資訊及相對應的電壓訊號V1～Vn設定方式，用以決定匹配調整電路200之電氣參數(如電容值)。因此，當控制器108接收到基頻處理模組100所輸出之頻帶切換訊號BD及/或感測器112所輸出之感測結果SEN，控制器108可根據頻帶切換訊號BD中的頻帶資訊，由查找表中選擇一設定，以控制匹配調整模組110。
在習知技術中，增加一天線之操作頻帶，特別是低頻部分，的常見作法係增加電流路徑，意味著增大天線的體積。相較之下，本發明不需增大天線104的體積，而是利用匹配調整模組110及控制器108，改變天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗值，進而改變天線104之電壓駐波比，並增加操作頻帶。在此情形下，利用匹配調整模組110及控制器108，符合第三代行動通訊系統之天線將可用來收發BC13頻帶(764MHz至787MHz)及BC17頻帶(704MHz至746MHz)的訊號，亦即可用於一第四代行動通訊系統中，藉此可降低生產成本及產品上市時程。
控制器108之操作可歸納為一流程30，如第3圖所示。流程30包含以下步驟：
步驟300：開始。
步驟302：接收基頻處理模組100所輸出之頻帶切換訊號BD。
步驟304：根據頻帶切換訊號BD，產生控制訊號CTRL，並將控制訊號CTRL輸出至匹配調整模組110，以調整天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗。
步驟306：結束。
流程30之詳細說明及相關變化可參考前述，於此不贅述。
另一方面，如前所述，匹配調整模組110可根據控制器108所產生之控制訊號CTRL，改變天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗，使天線104之操作頻帶得以沿伸。藉此，無線通訊裝置10可支援多頻帶之操作。舉例來說，請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一流程40之示意圖。流程40係用於無線通訊裝置10，使無線通訊裝置10操作於頻帶BND_1與BND_2之間。流程40包含以下步驟：
步驟400：開始。
步驟402：基頻處理模組100判斷無線通訊裝置10係使用頻帶BND_1或BND_2與一行動通訊系統進行通訊連結。若無線通訊裝置10使用頻帶BND_1，則進行步驟404；若無線通訊裝置10使用頻帶BND_2，則進行步驟406。
步驟404：基頻處理模組100產生包含有頻帶BND_1之頻帶資訊的頻帶切換訊號BD。
步驟406：基頻處理模組100產生包含有頻帶BND_2之頻帶資訊的頻帶切換訊號BD。
步驟408：控制器108根據包含有頻帶BND_1之頻帶資訊的頻帶切換訊號BD，產生控制訊號CTRL至匹配調整模組110。
步驟410：控制器108根據包含有頻帶BND_2之頻帶資訊的頻帶切換訊號BD，產生控制訊號CTRL至匹配調整模組110。
步驟412：匹配調整模組110根據相關於頻帶BND_1之控制訊號CTRL，調整天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗。
步驟414：匹配調整模組110根據相關於頻帶BND_2之控制訊號CTRL，調整天線104與射頻訊號處理模組106間之阻抗。
步驟416：無線通訊裝置10切斷與行動通訊系統之通訊連結，並返回步驟402。
流程40係為一實施例，用以說明如何於頻帶BND_1與BND_2間切換操作頻帶。然而，在本發明中，可切換之頻帶的數量不限於2，且頻帶BND_1或BND_2可另包含複數個子頻帶。此外，在一較佳實施例中，頻帶BND_1可為介於764MHz與787MHz間之頻率，用於長期演進通訊系統(LTE)；而頻帶BND_2則可為介於824MHz與894MHz間或880MHz與960MHz間之頻率，用於第三代行動通訊系統。
綜上所述，本發明不需增加天線體積，即可提供不同匹配模式，改變電壓駐波比，並將操作頻帶擴展至更低頻。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10．．．無線通訊裝置
100．．．基頻處理模組
102．．．射頻處理裝置
104．．．天線
106．．．射頻訊號處理模組
108．．．控制器
110‧‧‧匹配調整模組
112‧‧‧感測器
BD‧‧‧頻帶切換訊號
CTRL‧‧‧控制訊號
RF_s‧‧‧射頻訊號
BS‧‧‧基頻訊號
SEN‧‧‧感測結果
200‧‧‧匹配調整電路
202‧‧‧轉換器
L1~Lm‧‧‧電感
204‧‧‧變容組
VRT_1~VRT_n‧‧‧變容
V1~Vn‧‧‧電壓訊號
L‧‧‧等效電感
C1、C2‧‧‧等效可變電容
VSWR_a、VSWR_b、VSWR_c、VSWR_d、VSWR_e‧‧‧電壓駐波比曲線
F1、F2‧‧‧頻率
30、40‧‧‧流程
300、302、304、306、400、402、404、406、408、410、412、414、416‧‧‧步驟
第1圖為本發明實施例一無線通訊裝置之示意圖。
第2A圖為第1圖中一匹配調整模組之一實施例之示意圖。
第2B圖為第2A圖之匹配調整模組之一等效電路之示意圖。
第2C圖為本發明實施例無線通訊裝置之電壓駐波比示意圖。
第2D圖為本發明實施例無線通訊裝置之電壓駐波比示意圖。
第3圖為本發明實施例一流程之示意圖。
第4圖為本發明實施例一流程之示意圖。
10．．．無線通訊裝置
100．．．基頻處理模組
102．．．射頻處理裝置
104．．．天線
106．．．射頻訊號處理模組
108．．．控制器
110．．．匹配調整模組
112．．．感測器
BD．．．頻帶切換訊號
CTRL．．．控制訊號
RF_s．．．射頻訊號
BS．．．基頻訊號
SEN．．．感測結果

Claims (15)

  1. 一種射頻處理裝置，用於一無線通訊裝置，包含有：一天線；一射頻訊號處理模組；一鄰近感應器(proximity sensor)，用來感測是否有一物體接近該無線通訊裝置，以產生一感測結果；一控制器，用來根據一頻帶切換訊號及該感測結果，產生一控制訊號；以及一匹配調整模組，用來根據該控制訊號，調整該天線與該射頻訊號處理模組間之一阻抗。
  2. 如請求項1所述之射頻處理裝置，其中該匹配調整模組包含有：一匹配調整電路，用來根據複數個電壓訊號，調整該天線與該射頻訊號處理模組間之複數個電氣參數；以及一轉換器，用來將該控制器產生之該控制訊號轉換為該複數個電壓訊號。
  3. 如請求項2所述之射頻處理裝置，其中該控制器儲存有用來決定該匹配調整電路的該複數個電氣參數之複數個設定，並根據該頻帶切換訊號，由該複數個設定中選擇一設定作為該控制訊號。
  4. 如請求項2所述之射頻處理裝置，其中該複數個電氣參數包含電容值。
  5. 如請求項2所述之射頻處理裝置，其中該匹配調整電路包含有： 複數個電感，以串聯方式耦接於該天線與該射頻訊號處理模組間；以及複數個變容，耦接於該複數個電感與一地端之間，用來根據該複數個電壓訊號，改變該天線與該射頻訊號處理模組間之電容值。
  6. 如請求項1所述之射頻處理裝置，其中該頻帶切換訊號係由該無線通訊裝置之一基頻處理模組根據該無線通訊裝置所使用之一頻帶而產生。
  7. 一種射頻處理方法，用於一無線通訊裝置，包含有：藉由一鄰近感應器(proximity sensor)感測是否有一物體接近該無線通訊裝置，以產生一感測結果；根據一頻帶切換訊號與該感測結果，調整該無線通訊裝置之一天線與一射頻訊號處理模組間之複數個電氣參數。
  8. 如請求項7所述之射頻處理方法，其另包含儲存用來決定該複數個電氣參數之複數個設定，並根據該頻帶切換訊號，由該複數個設定中選擇一設定用以調整該複數個電氣參數。
  9. 如請求項7所述之射頻處理方法，其中該複數個電氣參數包含電容值。
  10. 如請求項7所述之射頻處理方法，其中該頻帶切換訊號係由該無線通訊裝置之一基頻處理模組根據該無線通訊裝置所使用之一頻帶而產生。
  11. 一種無線通訊裝置，包含有：一基頻處理模組；以及 一射頻處理裝置，包含有：一天線；一射頻訊號處理模組；一鄰近感應器(proximity sensor)，用來感測是否有一物體接近該無線通訊裝置，以產生一感測結果；一控制器，用來根據該基頻處理模組所產生之一頻帶切換訊號及該感測結果，產生一控制訊號；以及一匹配調整模組，用來根據該控制訊號，調整該天線與該射頻訊號處理模組間之一阻抗。
  12. 如請求項11所述之無線通訊裝置，其中該匹配調整模組包含有：一匹配調整電路，用來根據複數個電壓訊號，調整該天線與該射頻訊號處理模組間之複數個電氣參數；以及一轉換器，用來將該控制器產生之該控制訊號轉換為該複數個電壓訊號。
  13. 如請求項12所述之無線通訊裝置，其中該控制器儲存有用來決定該匹配調整電路的複數個電氣參數之複數個設定，並根據該頻帶切換訊號，由該複數個設定中選擇一設定作為該控制訊號。
  14. 如請求項12所述之無線通訊裝置，其中該複數個電氣參數包含電容值，且該基頻處理模組根據該無線通訊裝置所使用之一頻帶，產生該頻帶切換訊號。
  15. 如請求項12所述之無線通訊裝置，其中該匹配調整電路包含有： 複數個電感，以串聯方式耦接於該天線與該射頻訊號處理模組間；以及複數個變容，耦接於該複數個電感與一地端之間，用來根據該複數個電壓訊號，改變該天線與該射頻訊號處理模組間之電容值。
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