交叉引用

本發(fā)明要求如下優(yōu)先權(quán)：編號(hào)為62/311,951，申請(qǐng)日為2016年3月23日的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)；以及編號(hào)為15/394,713，申請(qǐng)日為2016年12月29日的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)。上述美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?jiān)诖艘徊⒆鳛閰⒖肌?/p>

本發(fā)明涉及一種天線裝置。特別地，本發(fā)明涉及一種可切換輻射方向的天線及其具有上述天線的無(wú)線通信裝置。

背景技術(shù)：

無(wú)線通信裝置(例如，移動(dòng)電話、平板電腦、手提電腦等)通過(guò)天線交換射頻(radio-frequency，rf)信號(hào)，以在無(wú)線通信系統(tǒng)中存取信息。rf信號(hào)是具有高振蕩頻率的正弦波?，F(xiàn)今，對(duì)于暴露在從無(wú)線通信裝置中發(fā)出的rf能量情況下，世界組織已經(jīng)定義了安全限值(例如，通過(guò)電磁標(biāo)準(zhǔn))，其中，rf能量主要施加于人類頭部或手臂部位。

關(guān)于rf能量暴露的電磁標(biāo)準(zhǔn)是以特定吸收比率(specificabsorptionrate，sar)為基礎(chǔ)的。sar是當(dāng)人體暴露在rf電磁場(chǎng)中，人體吸收哪種能量的比例測(cè)量值。

由于無(wú)線通信裝置變得越來(lái)越輕薄緊湊，并且無(wú)線通信需求持續(xù)增長(zhǎng)，所以希望無(wú)線通信裝置中的理想天線變小，天線增益變高，并且輻射帶寬盡可能寬。然而，較大天線增益會(huì)導(dǎo)致較差的sar值。另外，在近場(chǎng)(nearfield)中，高頻的rf能量容易被吸收，這會(huì)導(dǎo)致更差的sar值。

另一方面，由于人體以及用戶場(chǎng)景的影響(例如，手持移動(dòng)電話的方法/位置或者天線太靠近人體)，移動(dòng)電話的天線性能會(huì)下降，并且通信質(zhì)量也會(huì)下降，從而引起較低數(shù)據(jù)吞吐量或較高掉話率(call-droprate)。

因此，如何解決sar與天線性能之間的平衡問(wèn)題成為無(wú)線通信領(lǐng)域的共同目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種可切換輻射方向的天線與無(wú)線通信裝置，以解決sar與天線性能之間的平衡問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供一種可切換輻射方向的天線，位于通信裝置中，該天線包含：饋入端，用于饋入發(fā)射信號(hào)以及接收接收信號(hào)；第一天線臂，電連接該饋入端；第二天線臂，電連接該第一天線臂；第三天線臂，電連接該第一天線臂，其中，該饋入端分別與該第二天線臂、該第三天線臂形成環(huán)路；第一阻抗調(diào)諧電路，耦接該第二天線臂，用于根據(jù)控制信號(hào)將該第二天線臂連接至第一匹配元件或第三匹配元件；以及第二阻抗調(diào)諧電路，耦接該第三天線臂，用于根據(jù)該控制信號(hào)將該第三天線臂連接至第二匹配元件或第四匹配元件；其中，當(dāng)該天線工作在第一模式時(shí)，該第一阻抗調(diào)諧電路將該第二天線臂連接至該第一匹配元件，并且該第二阻抗調(diào)諧電路將該第三天線臂連接至該第二匹配元件；當(dāng)該天線工作在第二模式時(shí)，該第一阻抗調(diào)諧電路將該第二天線臂連接至該第三匹配元件，并且該第二阻抗調(diào)諧電路將該第三天線臂連接至該第四匹配元件。

根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，提供一種無(wú)線通信裝置，包含：第一天線，用于接收第一接收信號(hào)；第二天線，用于接收第二接收信號(hào)；第一開關(guān)電路，耦接該第一天線與該第二天線，用于根據(jù)第一控制信號(hào)將發(fā)射信號(hào)饋入該第一天線或該第二天線；以及控制模塊，耦接該第一天線、該第二天線以及該第一開關(guān)電路，用于根據(jù)該第一接收信號(hào)與該第二接收信號(hào)，生成發(fā)送至該第一開關(guān)電路的該發(fā)射信號(hào)與該第一控制信號(hào)；其中，該控制模塊根據(jù)該第一接收信號(hào)與該第二接收信號(hào)，生成發(fā)送至該第一天線的第二控制信號(hào)，以通過(guò)該第一天線的阻抗調(diào)諧選擇該第一天線的輻射方向。

本發(fā)明提供的可切換輻射方向的天線與無(wú)線通信裝置可平衡特定吸收比率與天線性能。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的無(wú)線通信裝置的示意圖；

圖2與圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的分別工作在第一與第二模式的天線ant_m的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的自由空間中分別工作在第一模式與第二模式中的天線ant_m的散射參數(shù)s11示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的分別工作在第一模式與第二模式中的天線ant_m的自由空間天線效率示意圖；

圖6描述了當(dāng)用戶僅使用左手、僅使用右手、使用左手與頭部以及使用右手與頭部持有通信裝置時(shí)的各種用戶場(chǎng)景示意圖；

圖7描述了在僅使用左手用戶場(chǎng)景中分別工作在第一模式與第二模式中的天線ant_m的天線效率示意圖；

圖8描述了在僅使用右手用戶場(chǎng)景中分別工作在第一模式與第二模式中的天線ant_m的天線效率示意圖；

圖9描述了在使用左手與頭部場(chǎng)景與使用右手與頭部場(chǎng)景中天線ant_m的最優(yōu)天線效率示意圖。

具體實(shí)施方式

在說(shuō)明書及權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定的元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同的名詞來(lái)稱呼同一個(gè)元件。本說(shuō)明書及權(quán)利要求書并不以名稱的差異作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說(shuō)明書及權(quán)利要求項(xiàng)中所提及的“包含”為一開放式的用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接于第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接于第二裝置，或通過(guò)其它裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。

接下來(lái)的描述是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施例，其是為了描述本發(fā)明原理的目的，并非對(duì)本發(fā)明的限制。可以理解地是，本發(fā)明實(shí)施例可由軟件、硬件、固件或其任意組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的無(wú)線通信裝置10的示意圖。無(wú)線通信裝置10包含天線ant_m與ant_d、控制模塊12、開關(guān)電路14以及底蓋16。

控制模塊12耦接天線ant_m與ant_d。根據(jù)從天線ant_m與ant_d分別接收的接收信號(hào)rx_m以及rx_d，控制模塊12生成發(fā)送給開關(guān)電路14的發(fā)射信號(hào)tx以及控制信號(hào)ctrl1。根據(jù)接收信號(hào)rx_m以及rx_d，控制模塊12進(jìn)一步生成發(fā)給天線ant_m的控制信號(hào)ctrl2，用于根據(jù)阻抗調(diào)諧(impedancetuning)選擇天線ant_m的輻射方向。開關(guān)電路14耦接天線ant_m、天線ant_d以及控制模塊12。根據(jù)控制信號(hào)ctrl1，開關(guān)電路14切換饋入發(fā)射信號(hào)tx的天線ant_m、天線ant_d。天線ant_m耦接控制模塊12與開關(guān)電路14。如果將發(fā)射信號(hào)tx饋入天線ant_m，則天線ant_m從空中接收接收信號(hào)rx_m，并且發(fā)送發(fā)射信號(hào)tx。天線ant_d耦接控制模塊12與開關(guān)電路14。如果將發(fā)射信號(hào)tx饋入天線ant_d，則天線ant_d從空中接收接收信號(hào)rx_d，并且發(fā)送發(fā)射信號(hào)tx。底蓋16包含天線ant_m與ant_d、控制模塊12、開關(guān)電路14以及通信裝置10中的任意可能電路板以及機(jī)械部件。底蓋16可為金屬或塑料。

在實(shí)施例中，控制模塊12根據(jù)檢測(cè)信號(hào)det生成控制信號(hào)ctrl1與ctrl2，其中，用戶場(chǎng)景檢測(cè)電路18可生成檢測(cè)信號(hào)det。用戶場(chǎng)景檢測(cè)電路18可為檢測(cè)目標(biāo)臨近的近距感測(cè)電路，或檢測(cè)相對(duì)通信裝置10的重力方向的加速度傳感器。用戶場(chǎng)景可為用戶僅用左手、僅用右手、使用雙手、使用左手與頭部、使用右手與頭部等持有通信裝置10。例如，使用左手與頭部場(chǎng)景涉及用戶使用左手接電話情況；使用雙手場(chǎng)景涉及用戶使用雙手玩游戲情況。

以用戶場(chǎng)景檢測(cè)電路為近距感測(cè)電路作為示例，如果檢測(cè)到目標(biāo)臨近天線ant_m或ant_d，則用戶場(chǎng)景檢測(cè)電路18生成檢測(cè)信號(hào)det并將其發(fā)送至控制模塊12。接著，控制模塊12根據(jù)檢測(cè)信號(hào)det，決定使用哪個(gè)天線以及所使用天線的輻射方向。

在實(shí)施例中，發(fā)射天線選擇技術(shù)(transmitantennaselection，tas)能夠基于接收信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量選擇其中一個(gè)天線作為發(fā)送天線。例如，控制模塊12根據(jù)檢測(cè)信號(hào)det或接收信號(hào)rx_m與rx_d，決定將發(fā)射信號(hào)tx饋入天線ant_m還是天線ant_d，以選擇具有更好信號(hào)質(zhì)量的一個(gè)天線輻射發(fā)射信號(hào)tx。這樣可確保通信裝置10的通信質(zhì)量。

從另一方面看，天線ant_d具有朝向右上方向的輻射方向，天線ant_m具有朝向左下與右下兩個(gè)方向的輻射方向。換句話說(shuō)，用于通信裝置10的上行鏈路通信的發(fā)送天線具有三個(gè)可選輻射方向。通過(guò)天線ant_m的阻抗調(diào)諧以及發(fā)射信號(hào)tx的饋入信道，選擇天線的輻射方向，通信裝置10可適用于各種用戶場(chǎng)景，以確保較高的通信質(zhì)量與用戶體驗(yàn)(例如，數(shù)據(jù)吞吐量與掉話率)。

圖2與圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的分別工作在第一與第二模式的天線ant_m的示意圖。天線nat_m包含饋入端fd、天線臂20、21、22以及阻抗調(diào)諧電路sw_l與sw_r。其中，阻抗調(diào)諧電路sw_l與sw_r可為開關(guān)、二極管、調(diào)諧電容器中的至少一個(gè)?？蓪伻攵薴d用于饋入控制模塊12生成的發(fā)射信號(hào)tx，并且用于向控制模塊12發(fā)送接收信號(hào)rx_m。天線臂20電連接饋入端fd，用于諧振發(fā)射信號(hào)tx與接收信號(hào)rx_m，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。在實(shí)施例中，天線臂20是t型天線臂。天線臂21電連接天線臂20以及阻抗調(diào)諧電路sw_l，其中阻抗調(diào)諧電路sw_l接地或接匹配元件mth_l。天線臂22電連接天線臂20以及阻抗調(diào)諧電路sw_r，其中阻抗調(diào)諧電路sw_r接地或接匹配元件mth_r。饋入端fd與天線臂21、22分別形成環(huán)路。在實(shí)施例中，饋入端fd位于天線臂21與22之間。

在圖2中，天線ant_m工作于第一模式，其中，阻抗調(diào)諧電路sw_l連接天線臂21與匹配元件mth_l，并且阻抗調(diào)諧電路sw_r連接天線臂22與接地端。在這種結(jié)構(gòu)中，既然通過(guò)阻抗調(diào)諧電路sw_r將天線臂20右側(cè)的天線臂22接地，所以發(fā)射信號(hào)tx的rf電流從饋入端fd流向天線20的左側(cè)，這樣使得天線ant_m的輻射方向從饋入端指向天線臂21(即，左方向)。因此，在人體靠近天線臂20的右側(cè)時(shí)，可將天線ant_m的天線性能保持在滿意水平。例如，對(duì)于用戶使用右手手持通信裝置10的用戶場(chǎng)景，右手掌會(huì)蓋住天線臂20的右側(cè)。在本發(fā)明中，選擇天線ant_m的輻射方向指向左方，從而確保較佳的天線性能與用戶體驗(yàn)，例如，掉話率與數(shù)據(jù)吞吐量。

在圖3中，天線ant_m工作于第二模式，其中，阻抗調(diào)諧電路sw_r連接天線臂22與匹配元件mth_r，并且阻抗調(diào)諧電路sw_l連接天線臂21與接地端。在這種結(jié)構(gòu)中，既然通過(guò)阻抗調(diào)諧電路sw_l將天線臂20左側(cè)的天線臂21接地，所以發(fā)射信號(hào)tx的rf電流從饋入端fd流向天線20的右側(cè)，這樣使得天線ant_m的輻射方向從饋入端指向天線臂22(即，右方向)。因此，在人體靠近天線臂20的左側(cè)時(shí)，可將天線ant_m的天線性能保持在滿意水平。例如，對(duì)于用戶使用左手手持通信裝置10的用戶場(chǎng)景，左手掌會(huì)蓋住天線臂20的左側(cè)。在本發(fā)明中，選擇天線ant_m的輻射方向指向右方，從而確保較佳的天線性能與用戶體驗(yàn)。

在實(shí)施例中，可將匹配元件mth_l與mth_r用于頻帶調(diào)諧，其可為電容器、電感器、電阻器、磁珠(bead)、變抗器、調(diào)諧電容器以及上述至少兩個(gè)元件的任意組合。通過(guò)適當(dāng)選擇電容器、電感器、電阻器、磁珠的電特性與數(shù)值，可取得天線ant_m的合適的工作頻率與頻帶。值得注意的是，既然阻抗調(diào)諧電路sw_l與sw_r將天線臂21與22的其中一個(gè)接地，另一個(gè)接匹配元件，則當(dāng)選擇輻射方向時(shí)，可同時(shí)執(zhí)行天線ant_m的頻帶調(diào)諧操作。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的自由空間中分別工作在第一模式與第二模式中的天線ant_m的散射參數(shù)s11示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的分別工作在第一模式與第二模式中的天線ant_m的自由空間天線效率示意圖。在圖4中，分別用實(shí)線與虛線標(biāo)注工作在第一模式與第二模式中的天線ant_m的散射參數(shù)s11。在圖5中，分別用實(shí)線與虛線標(biāo)注工作在第一模式與第二模式中的天線ant_m的天線效率。對(duì)于長(zhǎng)期演進(jìn)(lte)通信標(biāo)準(zhǔn)，低頻帶工作范圍是從824mhz到960mhz，中頻帶工作范圍是從1710mhz到2170mhz，高頻帶工作范圍是從2300mhz到2690mhz。

圖6描述了當(dāng)用戶僅使用左手、僅使用右手、使用左手與頭部以及使用右手與頭部持有通信裝置10時(shí)的各種用戶場(chǎng)景示意圖。圖7描述了在僅使用左手用戶場(chǎng)景中分別工作在第一模式與第二模式中的天線ant_m的天線效率示意圖。圖8描述了在僅使用右手用戶場(chǎng)景中分別工作在第一模式與第二模式中的天線ant_m的天線效率示意圖。

在圖7與圖8中，可分別使用實(shí)線與虛線標(biāo)注工作在第一模式與第二模式中的天線ant_m的天線效率。在圖7中，工作在第一模式的天線ant_m在中頻帶具有更好的天線效率，工作在第二模式的天線ant_m在低頻帶與高頻帶具有更好的天線效率。因此，對(duì)于僅使用左手的場(chǎng)景，如果需要高頻帶與低頻帶的通信，則可將天線ant_m的輻射方向切換至右方向(第二模式)；如果需要中頻帶的通信，則可將天線ant_m的輻射方向切換至左方向(第一模式)。

在圖8中，工作在第一模式中的天線ant_m在低頻帶與高頻帶具有更好的天線效率，工作在第二模式的天線ant_m在中頻帶具有更好的天線效率。因此，對(duì)于僅使用右手的場(chǎng)景，如果需要高頻帶與低頻帶的通信，則可將天線ant_m的輻射方向切換至左方向(第一模式)；如果需要中頻帶的通信，則可將天線ant_m的輻射方向切換至右方向(第二模式)。

圖9描述了在使用左手與頭部場(chǎng)景與使用右手與頭部場(chǎng)景中天線ant_m的最優(yōu)天線效率示意圖，其中上述兩種場(chǎng)景可分別用實(shí)線與虛線標(biāo)注。對(duì)于不同工作頻帶，通信裝置10選擇具有最高天線效率的輻射方向以執(zhí)行通信，從而確保通信裝置10的較佳通信質(zhì)量。

綜上，本發(fā)明通過(guò)工作于兩個(gè)工作模式的第一天線的阻抗調(diào)諧選擇第一天線的輻射方向，并且同時(shí)執(zhí)行第一天線的頻帶調(diào)諧。在不具有其他天線情況下，第一天線具有兩個(gè)工作模式，這樣有效節(jié)省通信裝置的天線空間。此外，通過(guò)發(fā)射信號(hào)的阻抗調(diào)諧與饋入信道，選擇天線以及輻射方向，通信裝置可適用于各種用戶場(chǎng)景，以確保較佳的通信質(zhì)量與用戶體驗(yàn)(例如，數(shù)據(jù)吞吐量與掉話率)。

呈現(xiàn)上述描述以允許本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)特定應(yīng)用以及其需要的內(nèi)容實(shí)施本發(fā)明。所述實(shí)施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的，并且可將上述定義的基本原則應(yīng)用于其他實(shí)施例。因此，本發(fā)明不局限于所述的特定實(shí)施例，而是符合與揭露的原則及新穎特征相一致的最寬范圍。在上述細(xì)節(jié)描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的徹底理解，描述了各種特定細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解本發(fā)明是可實(shí)施的。

在不脫離本發(fā)明精神或本質(zhì)特征的情況下，可以其他特定形式實(shí)施本發(fā)明。描述示例被認(rèn)為說(shuō)明的所有方面并且無(wú)限制。因此，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書指示，而非前面描述。所有在權(quán)利要求等同的方法與范圍中的變化皆屬于本發(fā)明的涵蓋范圍。