TWI431935B - 天線模組 - Google Patents

Description

天線模組

本發明是有關於一種天線模組，且特別是有關於一種動態調整負載阻抗之天線模組。

由於科技通訊產業的快速發展，資訊產品的應用也隨之愈趨普及，例如3G智慧型手機或電子書閱覽器等電子產品，使用者皆頻繁地攜帶在日常周遭之中。而這不僅大幅提升生活上的便利性，亦更是在時間與空間上造成了壓縮，使得現代的每個人不再侷限制約於地理上的疆界，而能夠使彼此間更緊密的結合互動以及大量訊息知識的交流，使追求達成共同利益福祉最優化。是故，無線通訊中，天線儼然居中發揮重要功能，使得信息傳遞與知識交流更便捷、無阻礙。

然而，由於現今通訊產品係朝向輕薄短小的外觀設計，以愈符合使用者需求與提升其便利性，但如此的設計趨勢亦導致其內建天線更易於受到使用者與所處環境的影響。舉例來說，於操作握持的過程中，使用者的手部、頭部等皆將對天線產生遮蔽效果，並吸收部份的電磁能量以及改變電磁能量之分部情況，又或者因為使用者的手接觸到天線之輻射體及其電流路徑，從而導致天線負載阻抗的不匹配與電流路徑之改變，並將產生操作頻率之偏移現象。尤其，這些現象亦隨著通訊產品愈趨短且薄，顯得愈加嚴重，而導致通訊能力的惡化與通訊品質的不穩定。

本發明之目的是在提供一種天線模組，藉由讀取功率指標與訊號強度指數，並據以利用一最佳化演算法遞回運算，予以改變可調式匹配電路所提供之負載阻抗，從而達到阻抗匹配。

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、功率偵測器以及一控制單元。天線主體具有一訊號饋入點。可調式匹配電路電性連接天線主體與一功率放大器之間，且用以提供一負載阻抗，其中可調式匹配電路具有複數個相互連接之可調式阻抗匹配元件，且電性連接至訊號饋入點。功率偵測器電性連接可調式匹配電路與功率放大器之間，用以偵測一功率指標。控制單元電性連接可調式匹配電路與功率偵測器，用以讀取輸出功率指數與一訊號強度指數，並據以運算產生一控制訊號至可調式匹配網路，進而持續改變負載阻抗使達到阻抗匹配。

依據本發明之一實施例，其中可調式阻抗匹配元件皆為可調式電容。

依據本發明之一實施例，其中可調式阻抗匹配元件皆為可調式電感。

依據本發明之一實施例，其中可調式阻抗匹配元件為可調式電容與可調式電感。

依據本發明之一實施例，更包含一耦合器，其中功率偵測器藉由耦合器偵測功率放大器所輸出之功率指標。

依據本發明之一實施例，其中制單元包含一微處理器，電性連接一中央處理器與功率偵測器。

依據本發明之一實施例，其中微處理器用以自中央處理器接收讀取訊號強度指數。

依據本發明之一實施例，其中微處理器用以自功率偵測器接收讀取功率指標。

依據本發明之一實施例，其中微處理器根據功率指標與訊號強度指數，並據以運算出可調式阻抗匹配元件之一數據值。

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，其中控制電路用以根據數據值，產生控制訊號以輸出至可調式匹配網路，改變可調式阻抗匹配元件之阻抗數據值。

依據本發明之一實施例，其中控制單元更包含一演算模組，演算模組包含牛頓法演算模組、基因演算法演算模組或類神經網路法演算模組。

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方塊圖。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、一功率偵測器130以及一控制單元140。

天線主體110具有一訊號饋入點112。可調式匹配電路120電性連接於天線主體110與一功率放大器200之間，且用以提供一負載阻抗，其中可調式匹配電路120具有複數個互連接之可調式阻抗匹配元件122，且電性連接至訊號饋入點112。功率偵測器130電性連接於可調式匹配電路120與功率放大器200之間，用以偵測一功率指標。控制單元140電性連接可調式匹配網路120與功率偵測器130，用以讀取輸出功率指數與一訊號強度指數(receiver signal strength indicator;RSSI)，並據以運算產生一控制訊號至可調式匹配網路120，進而持續改變負載阻抗使達到阻抗匹配。

請繼續參照第1圖，天線模組100更包含一耦合器150。由於功率放大器200之負載拉移(load-pull)特性，使得其所輸出之輸出功率P _out 將受到負載阻抗Z _load 之匹配程度的影響而有所減損改變，因此功率偵測器130藉由耦合器150進行功率取樣，並偵測一功率指標P ' _out ，以確切讀取功率放大器200實際所輸出之功率值。根據上述可知，輸出功率與功率指標之間具有一關係式，即？P ' _out (Z _load )=w ×P _out (Z _load )，其中w 為輸出功率與輸出功率指標的比值。

另一方面，當天線模組100於接收外部無線訊號時，其所接收到的訊號強度將予以回報至中央處理器300，進而產生訊號強度指數RSSI ，並且訊號強度指數亦隨著負載阻抗Z _load 的匹配程度而有變化。亦即是說，訊號強度指數為負載阻抗之一函數，並可表示為RSSI (Z _load )。

於一實施例中，控制單元140包含一微處理器142，電性連接中央處理器300與功率偵測器130。因此，微處理器142即能自中央處理器300接收讀取訊號強度指數。且同時地，微處理器142自功率偵測器130接收所讀取到之功率指標P ' _out 。

其次，微處理器142亦能根據功率指標P ' _out 與訊號強度指數RSSI ，從而獲得一通訊品質函數CQ ，且當CQ 值越大時，則代表著天線模組100具有越佳的通訊品質。此通訊品質函數關係為CQ (Z _load )=C 1×P ' _out (Z _load )+C 2×RSSI (Z _load )；其中C 1與C 2為加權係數，並具有一條件式，如C 1+C 2=1。

再者，微處理器142透過最佳演算法遞回運算，藉此計算出可調式阻抗匹配元件122之數據值，調整改變負載阻抗Z _load 。

於一實施例中，控制單元140更包含一控制電路144，電性連接微處理器142與可調式匹配網路120，且用以讀取微處理器142所計算出之數據值，並據以產生控制訊號以輸出至可調式匹配電路120，相對應地改變各可調式阻抗匹配元件122之阻抗數據值，從而調整負載阻抗。

如此一來，可調式匹配電路120、功率偵測器130以及控制單元140即可形成一運算迴路，其透過不斷地讀取之功率指標P ' _out (Z _load )與訊號強度指數RSSI (Z _load )，並藉由最佳演算法予以持續改變負載阻抗Z _load ，使通訊品質函數CQ 收斂到最大值，即達到MAX CQ (Z _load )=C 1×P ' _out (Z _load )+C 2×RSSI (Z _load )。

此時所對應獲得之負載阻抗Z _load ，即可根據不同之操作情況(例如使用者之手部及/或頭部的影響)，自動地將外部環境等負載不匹配的影響降到最低，致使天線模組100之輸出功率與接收訊號之強度皆可達到最大值，從而提供最佳通話品質。

另外，於一些實施例中，控制單元140更包含一演算模組或以微處理器142作為一演算模組執行各種演算法。例如，微處理器142作為一牛頓法演算模組、基因演算法演算模組或類神經網路法演算模組。如此即可透過適切的數值演算法，進而根據功率指標P ' _out (Z _load )與訊號強度指數RSSI (Z _load )予以計算調整出最佳負載阻抗。

請繼續參照第2圖，可調式匹配電路120具有複數個可調式阻抗匹配元件122，例如圖中所示之122A、122B、122C、122D以及122E等，而從可調式匹配電路120之輸入端所等效的負載阻抗即對應等效為可調式阻抗匹配元件122A、122B、122C、122D及122E等之一函數，且可表示如Z _load (122A ,122B ,122C ,122D ,122E ,...)。

然而，可調式阻抗匹配元件122之使用數目以及其連接方式則可根據其操作頻段與實際應用時需求，予以藉由串聯或並聯的方式相互電性連接。再者，於一些實施例中，可調式阻抗匹配元件122可分別皆為可調式電容、可調式電感、亦或是可調式電容與可調式電感的串接組合，並且電性連接至訊號饋入點112，從而於操作頻段中適切地提供負載阻抗。

透過本發明上述之電路設計概念，即可根據功率指標與訊號強度指數，並透過最佳化演算法予以自行調整其負載阻抗，致使降低使用者與其環境所產生之外部電磁干擾及頻率偏移的現象。據本發明設計概念，得以於滿足輕短薄型之外觀設計下，亦能同時兼具提供其良好的收訊品質。

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．．．可調式阻抗匹配元件

122A．．．可調式阻抗匹配元件

122B．．．可調式阻抗匹配元件

122C．．．可調式阻抗匹配元件

122D．．．可調式阻抗匹配元件

122E．．．可調式阻抗匹配元件

130．．．功率偵測器

140．．．控制單元

142．．．微處理器

144．．．控制電路

150．．．耦合器

200．．．功率放大器

300．．．中央處理器

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網路的電路方塊圖。

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．．．功率偵測器

140．．．控制單元

142．．．微處理器

144．．．控制電路

150．．．耦合器

200．．．功率放大器

300．．．中央處理器

Claims (12)

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，電性連接該天線主體與一功率放大器之間，且用以提供一負載阻抗，其中該可調式匹配電路具有複數個相互連接之可調式阻抗匹配元件，且電性連接至該訊號饋入點；一功率偵測器，電性連接該可調式匹配電路與該功率放大器之間，用以偵測一功率指標；以及一控制單元，電性連接該可調式匹配電路與該功率偵測器，用以同時讀取該輸出功率指數與一訊號強度指數，並據以運算產生一控制訊號至該可調式匹配電路，進而持續改變該負載阻抗使達到阻抗匹配。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該些可調式阻抗匹配元件皆為可調式電容。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該些可調式阻抗匹配元件皆為可調式電感。
4. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，其中該些可調式阻抗匹配元件為可調式電容與可調式電感。
5. 如申請專利範圍第1項所述之天線模組，更包含一 耦合器，其中該功率偵測器藉由該耦合器偵測該功率放大器所輸出之該功率指標。
6. 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，電性連接一中央處理器與該功率偵測器。
7. 如申請專利範圍第6項所述之天線模組，其中該微處理器用以自該中央處理器接收讀取該訊號強度指數。
8. 如申請專利範圍第7項所述之天線模組，其中該微處理器用以自該功率偵測器接收讀取該功率指標。
9. 如申請專利範圍第8項所述之天線模組，其中該微處理器根據該功率指標與該訊號強度指數，並據以運算出該些可調式阻抗匹配元件之一數據值。
10. 如申請專利範圍第6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。
11. 如申請專利範圍第10項所述之天線模組，其中該控制電路用以根據該數據值，產生該控制訊號以輸出至該可調式匹配電路，改變該些可調式阻抗匹配元件之阻抗數據值。
12. 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演算模組，該演算模組包含牛頓法演算模組、基因演算法演算模組或類神經網路法演算模組。