專利名稱：具有可拉伸天線的無(wú)線設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有接收機(jī)和/發(fā)射機(jī)電路、以及機(jī)械可重配置天線的無(wú)線設(shè)備，并且涉及使用這些設(shè)備的相應(yīng)方法。
背景技術(shù)：
多輸入-多輸出(MIMO)發(fā)射模式是現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)線通信系統(tǒng)的共有特征。具體而言，它們對(duì)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的通用地面無(wú)線電接入(E-UTRA)(長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE))、微波接入全球互通(WiMAX)、以及高速分組接入(HSPA)來(lái)說(shuō)是基本的，而且與無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)通信和其他應(yīng)用有夫。MMO發(fā)射模式的解釋可在ISBN O 521 82615 2中的Paulraj等人的“時(shí)空無(wú)線通信的介紹(Introduction to space-time wireless communications) ” 中找到。
為了支持諸如接收分集(RD)和空間復(fù)用(SM)之類的MMO發(fā)射模式，移動(dòng)終端或無(wú)線調(diào)制解調(diào)器必須配備有提供雙端ロ天線系統(tǒng)的至少兩個(gè)天線，以及在一般情況下提供被設(shè)計(jì)成彼此獨(dú)立地接收(或發(fā)射，分別地)相同頻帶中來(lái)自不同端ロ的信號(hào)的多端ロ天線。對(duì)于接收模式，“獨(dú)立地”指多端ロ天線的不同端ロ能夠接收傳入多路徑分量的不同疊カロ，這需要其偏振復(fù)合輻射圖截然不同。該能力的量化測(cè)量是在給定的基準(zhǔn)傳播情形中在不同天線端ロ接收到的信號(hào)之間的關(guān)系。通常應(yīng)用的度量是在各向同性的瑞利傳播情形中的兩個(gè)天線信號(hào)之間的復(fù)包絡(luò)相關(guān)系數(shù)(CECC)。由于應(yīng)用于天線的可逆性原理，這些聲明類似地適用于發(fā)射模式操作。用于移動(dòng)終端或無(wú)線調(diào)制解調(diào)器的天線的關(guān)鍵性能度量是其在給定期望操作頻率下的帶寬。出于物理的原因，其他重要度量(比如，輻射頻率)與帶寬強(qiáng)烈地相關(guān)(假設(shè)應(yīng)用良好的工程實(shí)踐)。天線的帶寬在物理上受其尺寸限制。如果天線的物理尺寸變得比操作頻率下電磁波的自由空間波長(zhǎng)小得多，則天線的帶寬與其最大尺寸的三次方大致成比例地減小。對(duì)于用于MMO發(fā)射的多端ロ天線，在其任一端ロ處看到的最小帶寬將限制MMO操作。在移動(dòng)終端和無(wú)線調(diào)制解調(diào)器的上下文中，最大尺寸被理解為標(biāo)稱天線和它所附連的設(shè)備(例如，移動(dòng)電話或膝上型設(shè)備)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的組合排列的最大尺寸，在該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上電流密度可通過(guò)天線來(lái)激勵(lì)(發(fā)射模式)、或者它通過(guò)傳入電磁波耦合到其激勵(lì)(接收模式)。天線和導(dǎo)電底板之間的這種耦合對(duì)幾乎所有實(shí)用的小移動(dòng)設(shè)備都是必不可少的。其天線否則將不提供所需帶寬。開發(fā)移動(dòng)設(shè)備的導(dǎo)電底板作為天線延伸件可被描述為該底板的特性模式的激勵(lì)。天線-底板組合的輻射圖由各種特性模式給出。為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端或無(wú)調(diào)制解調(diào)器的MMO天線系統(tǒng)中的多個(gè)天線端ロ之間的上述“獨(dú)立”耦合，特性模式的不同疊加必須通過(guò)不同的天線端ロ來(lái)激勵(lì)(發(fā)射模式)。如果在至少兩個(gè)尺寸中該結(jié)構(gòu)“大”(以半波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí))、并且如果天線元件沿著導(dǎo)電底板的周邊以足夠“大”的距離間隔開，則這相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。不幸的是，這不適用于諸如舉例而言以高速卡格式、或以附連到膝上型設(shè)備(尤其是以低于IGHz的頻率)的通用串行總線(USB)適配器(dongle)的形式實(shí)現(xiàn)的小尺寸無(wú)線調(diào)制解調(diào)器的情況。然后，調(diào)制解調(diào)器內(nèi)的天線位于膝上型設(shè)備ー邊的單個(gè)小體積內(nèi)。結(jié)果是，一個(gè)天線端ロ示出寬的帶寬，而第二或其他端ロ示出相對(duì)較小的帶寬。具體而言，它變成用于低頻E-UTRA頻帶種類的MMO覆蓋的所需瞬時(shí)帶寬在高速卡或USB棒的物理尺寸內(nèi)不可企及。為了在這些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)有效的多端ロ天線系統(tǒng)，因此超過(guò)高速卡或USB棒的限制來(lái)擴(kuò)大第二或其他天線端ロ的體積是強(qiáng)制性的。不幸的是，該方法導(dǎo)致龐大的設(shè)備，并且與消費(fèi)者預(yù)期和移動(dòng)設(shè)備的典型使用情況(諸如在列車中使用膝上型設(shè)備)沖突。在過(guò)去當(dāng)移動(dòng)設(shè)備中的多端ロ天線系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)用于近2GHz的操作頻率時(shí)，該問(wèn)題不太嚴(yán)重?，F(xiàn)在隨著從698MHz到960MHz的范圍內(nèi)的頻帶被用于MMO發(fā)射，它成為更嚴(yán)重的問(wèn)題。在現(xiàn)有設(shè)備(主要設(shè)計(jì)用于RD而不用于SM模式，并且大多數(shù)以更高頻率)中，通常沿襲初級(jí)(好)和次級(jí)(差)天線的概念。但是對(duì)于SM操作，所有天線應(yīng)當(dāng)在帶寬和效率方面具有相當(dāng)?shù)男阅堋Ｔ讴`些其他“ΜΜ0”設(shè)備中，只將單個(gè)天線集成在無(wú)線調(diào)制解調(diào)器內(nèi)，并且預(yù)見(jiàn)外 部連接器被用于附連次級(jí)天線。由于用戶不得不攜帯和組裝供移動(dòng)使用的附加裝備，因此該解決方案從用戶的觀點(diǎn)來(lái)看必然被認(rèn)為是極不方便的。這使得匹配更加困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供經(jīng)改進(jìn)的裝置或方法。根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供無(wú)線通信設(shè)備，該無(wú)線通信設(shè)備包括在相同頻帶中支持至少兩個(gè)同時(shí)接收路徑的接收機(jī)電路和/或在相同頻帶中支持至少兩個(gè)同時(shí)發(fā)射路徑的發(fā)射機(jī)電路、并且包括具有至少兩個(gè)端ロ但一般具有N個(gè)端ロ的多端ロ天線，該N等于設(shè)備中的可用接收機(jī)或發(fā)射機(jī)電路的數(shù)量N，所述多端ロ天線具有包括至少ー個(gè)壓縮機(jī)械狀態(tài)和一個(gè)拉伸機(jī)械狀態(tài)的多個(gè)機(jī)械狀態(tài)、并且經(jīng)由2N端ロ匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)連接到接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)電路的N個(gè)端ロ，該2N端ロ匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)可選電狀態(tài)，每ー電狀態(tài)對(duì)應(yīng)于多端ロ天線系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)中的至少ー個(gè)，從而存在允許在秩為N的無(wú)線信道中的接收和/或發(fā)射操作的、多端ロ天線系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)與匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的至少ー種組合，其中N等于可用接收機(jī)或發(fā)射機(jī)電路的數(shù)量和天線端ロ的數(shù)量中的較大ー個(gè)，以及允許在秩小于N的無(wú)線信道中的接收和/或發(fā)射操作的、多端ロ天線的機(jī)械狀態(tài)與匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的至少第二組合。通過(guò)在狀態(tài)的不同組合之間的這種自適應(yīng)，可更有效地開發(fā)天線的不同可能配置。通過(guò)在用戶無(wú)法容易地使用諸如拉伸天線之類的一些機(jī)械狀態(tài)時(shí)(例如，在旅行吋)保持有限性能的便利性，獲取更佳的多端ロ性能。對(duì)信道的秩的引用_在用相關(guān)術(shù)語(yǔ)表達(dá)，對(duì)于諸如調(diào)制、編碼、SNR等給定條件，空間復(fù)用中的多少流可用于使吞吐量最大化，從而如果可使用空間復(fù)用中的N個(gè)流來(lái)實(shí)現(xiàn)的吞吐量高于通過(guò)小于N個(gè)流的任何方案的吞吐量，則秩為N?？蓮倪@些方面添加或放棄任何附加特征。一些實(shí)施例包括耦合或控制機(jī)構(gòu)，對(duì)多端ロ天線的不同機(jī)械狀態(tài)之一的選擇自動(dòng)地觸發(fā)對(duì)匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)電狀態(tài)的選擇，或反之亦然，以使該設(shè)備在這些狀態(tài)的第一和第二組合之間自適應(yīng)。這可有助于簡(jiǎn)化用戶設(shè)備的操作。在一些實(shí)施例中，耦合機(jī)構(gòu)可由直接機(jī)械動(dòng)作操作，從而多端ロ天線的機(jī)械狀態(tài)改變導(dǎo)致對(duì)匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)電狀態(tài)的選擇以致動(dòng)ー個(gè)或多個(gè)開關(guān)，和/或機(jī)械地誘發(fā)匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)或天線或者兩者內(nèi)的電抗或分布電路元件的電參數(shù)的改變。這可有助于避免對(duì)控制器的需求，并且由此使構(gòu)造更簡(jiǎn)單且降低成本。在一些實(shí)施例中，存在具有用于感測(cè)多端ロ天線的機(jī)械狀態(tài)的傳感器、并且具有根據(jù)傳感器的輸出來(lái)觸發(fā)對(duì)匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)電狀態(tài)的選擇的電路的電耦合機(jī)構(gòu)，該電路具有電控開關(guān)元件、和/或匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)或天線或者兩者內(nèi)的電可調(diào)電抗和/或分布電路元件。該電控制可能更復(fù)雜且可能更昂貴，但是可避免機(jī)械耦合的ー些缺點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，存在用于選擇多端ロ天線和/或匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械狀態(tài)的手動(dòng)可控機(jī)構(gòu)。這可以是用戶友好的，并且比自動(dòng)化示例簡(jiǎn)單。在一些實(shí)施例中，可存在可用于基于如下任意ー個(gè)或多個(gè)來(lái)控制對(duì)多端ロ天線的機(jī)械狀態(tài)的選擇和/或匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的選擇的自適應(yīng)控制器對(duì)接收和/或發(fā)射信號(hào)的測(cè)量；對(duì)多端ロ天線和/或匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的諸如阻抗或散射參數(shù)之類的電特性的測(cè)量；關(guān)于數(shù)字基帶所供應(yīng)的接收和/或發(fā)射條件的信息；關(guān)于傳感器可能檢測(cè)到的近 場(chǎng)環(huán)境條件的信息、從該設(shè)備可通信的網(wǎng)絡(luò)的另ー站或基站接收到的的信息、或者其任何組合，其中該設(shè)備包括機(jī)電致動(dòng)器、可由用于執(zhí)行對(duì)多端ロ天線的機(jī)械狀態(tài)的選擇和/或?qū)ζヅ浜徒怦罹W(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的選擇的自適應(yīng)控制器控制的電控開關(guān)元件和/或電可調(diào)電抗和/或分布電路元件中的任意ー個(gè)或多個(gè)。這可能比手動(dòng)操作更便利，并且可實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的自適應(yīng)。自適應(yīng)控制器可通過(guò)例如安排成控制自適應(yīng)匹配電路的自適應(yīng)的程序受控處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這可實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制。在一些實(shí)施例中，該設(shè)備可集成到與移動(dòng)計(jì)算設(shè)備一起使用的可移動(dòng)模塊中。這是其中當(dāng)存在有限的空間且不方便使用拉伸天線時(shí)存在對(duì)更佳MMO接收和便于維持好操作的需求的ー個(gè)應(yīng)用。本發(fā)明的另一方面提供無(wú)線通信設(shè)備，該無(wú)線通信設(shè)備包括在相同頻帶中支持至少兩個(gè)同時(shí)接收路徑的接收機(jī)電路和/或在相同頻帶中支持至少兩個(gè)同時(shí)發(fā)射路徑的發(fā)射機(jī)電路、并且包括可用接收機(jī)或發(fā)射機(jī)路徑的具有至少兩個(gè)端口和足夠數(shù)量(N個(gè))端ロ的多端ロ天線，所述多端ロ天線具有包括至少ー個(gè)壓縮機(jī)械狀態(tài)和一個(gè)拉伸機(jī)械狀態(tài)的多個(gè)機(jī)械狀態(tài)、并且經(jīng)由2N端ロ匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)連接到接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)電路的N個(gè)端ロ，該2N端ロ匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)可選電狀態(tài)，每ー電狀態(tài)對(duì)應(yīng)于多端ロ天線系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)中的至少ー個(gè)，從而存在允許在秩為N的無(wú)線信道中的接收和/或發(fā)射操作的、多端ロ天線系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)與匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的至少第一組合，其中N等于可用接收機(jī)或發(fā)射機(jī)電路的數(shù)量和天線端ロ的數(shù)量中的較大ー個(gè)、以及允許在秩小于N的無(wú)線信道中的接收和/或發(fā)射操作的、多端ロ天線的機(jī)械狀態(tài)與匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的至少第二組合，該方法包括以下步驟使用處于狀態(tài)的第一組合中的設(shè)備來(lái)發(fā)射和/或接收，使該設(shè)備自適應(yīng)至狀態(tài)的第二組合，以及使用處于狀態(tài)的第二組合中的設(shè)備來(lái)發(fā)射和/或接收。任一附加特征可組合在一起，并可與任一方面組合。其他優(yōu)點(diǎn)(尤其是優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn))將對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。可作出各種變化和修改而不背離本發(fā)明的權(quán)利要求。因此，應(yīng)當(dāng)清楚地理解本發(fā)明的形式只是說(shuō)明性的，而不g在限定本發(fā)明的范圍。


作為示例，現(xiàn)在將參考附圖來(lái)描述本發(fā)明可如何實(shí)施，其中圖Ia示出其中天線處于拉伸狀態(tài)中的第一實(shí)施例的特征的示意圖，圖Ib示出其中天線處于壓縮狀態(tài)中而不使用N個(gè)端口中的一些端ロ的第一實(shí)施例的示意圖，圖2示出類似實(shí)施例的示意圖，圖3示出具有用于重配置天線和觸發(fā)匹配電路的改變的機(jī)構(gòu)的又ー實(shí)施例的特征，
圖4示出具有自適應(yīng)控制器的又ー實(shí)施例，圖5a示出具有用于通過(guò)選擇使用哪一匹配電路來(lái)適應(yīng)匹配電路的開關(guān)的又ー實(shí)施例，圖5b示出匹配電路中具有分布開關(guān)的又ー實(shí)施例，圖6示出具有電耦合的又ー實(shí)施例，圖7至9示出可插入卡形式的又一實(shí)施例的視圖，以及圖10至12示出可重配置天線的其他實(shí)施例的視圖。
具體實(shí)施例方式將針對(duì)具體實(shí)施例并參考特定附圖來(lái)描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，而僅由權(quán)利要求限定。所述的附圖只是示意性的，而非限制性的。在附圖中，出于說(shuō)明的目的，ー些元件的尺寸可被放大，并且不按比例繪制。在引用単數(shù)名詞(例如，“一”或“ー個(gè)”，“該”)時(shí)使用不定冠詞或定冠詞的地方，該冠詞包括該名詞的復(fù)數(shù)，除非另外明確說(shuō)明。權(quán)利要求中所使用的術(shù)語(yǔ)“包括”不應(yīng)被解釋為限于其后列出的裝置，它不排除其他元件或步驟。由此，“一種設(shè)備，包括裝置A和B的”的表達(dá)范圍不應(yīng)限于只由組件A和B組成的設(shè)備。它是指相對(duì)于本發(fā)明，該設(shè)備僅有的相關(guān)組件是A和B。此外，說(shuō)明書和權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等用于在類似的元件之間進(jìn)行區(qū)分，而不一定用于描述先后次序或時(shí)間次序。應(yīng)當(dāng)理解，在適當(dāng)?shù)木硾r下如此使用的術(shù)語(yǔ)可互換，并且本文中所述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以不同于本文中所述或所示的其他順序來(lái)操作。此外，說(shuō)明書和權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)頂部、底部、上、下等用于描述性目的，而不一定用于描述相對(duì)位置。應(yīng)當(dāng)理解，在適當(dāng)?shù)木硾r下如此使用的術(shù)語(yǔ)可互換，并且本文中所述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以不同于本文中所述或所示的其他取向來(lái)操作。對(duì)程序的引用可涵蓋以任何合適語(yǔ)言且存儲(chǔ)在任何種類的存儲(chǔ)器(局部或遠(yuǎn)程、易失性或非易失性)中、并且可由處理器訪問(wèn)的任何種類的程序。對(duì)處理器的引用可涵蓋任何種類的處理硬件，包括專用集成電路(ASIC)模塊、通用處理器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器等。對(duì)多端ロ天線的引用g在涵蓋具有兩個(gè)或兩個(gè)以上不相同輻射圖的ー個(gè)或多個(gè)輻射體結(jié)構(gòu)的任何排列，從而涵蓋單極或偶極結(jié)構(gòu)、涵蓋具有用于不同信號(hào)的多個(gè)端ロ的ー個(gè)輻射結(jié)構(gòu)、并且涵蓋具有N個(gè)端ロ的若干輻射結(jié)構(gòu)，在此情況下，多個(gè)輻射結(jié)構(gòu)充分地接近而無(wú)法成為獨(dú)立的天線，完全解耦，并且由此需要多端ロ匹配電路而非能夠獨(dú)立匹配。對(duì)多端ロ模式中的操作的引用g在涵蓋使用ー個(gè)以上信號(hào)的操作，并且可涵蓋其中在多個(gè)空氣路徑上發(fā)射相同信號(hào)的空間分集操作，且可涵蓋其中在多個(gè)空氣路徑上發(fā)射不同信息的空間復(fù)用。對(duì)無(wú)線設(shè)備的引用可涵蓋具有如要求保護(hù)的天線、匹配電路、以及發(fā)射機(jī)或接收機(jī)電路的任何種類的設(shè)備，且因此涵蓋諸如移動(dòng)電話、移動(dòng)計(jì)算設(shè)備之類的設(shè)備、諸如插頭或USB棒或卡或電路板之類的與膝上型設(shè)備或其他計(jì)算設(shè)備一起使用的模塊，并且還涵蓋例如嵌入諸如車輛、容器或包裹的跟蹤設(shè)備的具有無(wú)線能力的產(chǎn)品，且可涵蓋車輛或容器本身。對(duì)MMO的引用旨在涵蓋發(fā)射模式，例如，如為例如3GPP TS 36. 201和3GPP TS36. 211至36. 214中的E-UTRA標(biāo)準(zhǔn)Rel_8、以及此處引用的標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)所指定的發(fā)射和接收 分集、空間復(fù)用和波束成形。各個(gè)實(shí)施例的介紹作為介紹，首先將討論在現(xiàn)有系統(tǒng)的情況下的ー些問(wèn)題。MMO系統(tǒng)在矩陣信道上而不是只在單個(gè)無(wú)線電信道上發(fā)射數(shù)據(jù)。為了增加在豐富的多路徑環(huán)境中操作的無(wú)線通信系統(tǒng)的容量，MMO系統(tǒng)是很有吸引力的。在添加更多端ロ的情況下的主要問(wèn)題是在其上可獲取有用MMO操作的帶寬減小。然而，在實(shí)際的MIMO系統(tǒng)中，由于接收機(jī)中的信號(hào)之間的相關(guān)性，容量減少。因此，由于隨著相關(guān)性減小而增加容量的趨勢(shì)，從不同天線端ロ接收到的信號(hào)之間的相關(guān)性是MIMO系統(tǒng)中的重要參數(shù)。多端ロ天線的端ロ之間的相關(guān)性可以各種方式測(cè)量。MMO性能還可以其他方式測(cè)量，包括諸如返回?fù)p耗、端ロ之間的隔離、在從每一端ロ的低反射方面的效率之類的參數(shù)。圖la、lb、2表征各個(gè)實(shí)施例:圖Ia示出表示狀態(tài)的第一組合的示例的第一實(shí)施例的特征的示意圖。該設(shè)備可以是發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)。機(jī)械可重配置的多端ロ天線20處于拉伸狀態(tài)中，并且耦合到自適應(yīng)匹配網(wǎng)絡(luò)21。這使得天線的N個(gè)端ロ 22分別與發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)電路23的N個(gè)端ロ耦合和匹配。機(jī)械可重配置的多端ロ天線可在至少ー個(gè)壓縮天線配置和一個(gè)拉伸天線配置之間重配置。自適應(yīng)多端ロ匹配電路可自適應(yīng)為使端ロ與壓縮天線配置或拉伸天線配置電匹配。在操作時(shí)，可存在以下步驟使用處于壓縮天線配置中的設(shè)備來(lái)發(fā)射和/或接收、使用匹配電路以使多端ロ天線與接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)電路的至少ー個(gè)端ロ電匹配、之后將天線機(jī)械重配置成拉伸天線配置、以及使匹配電路自適應(yīng)為使接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)電路的兩個(gè)或更多個(gè)端ロ與天線電匹配。然后，可分別使用處于多端ロ模式中的拉伸天線配置中的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射和/或接收。圖Ib示出自適應(yīng)之后的同一實(shí)施例，并且表示狀態(tài)的第二組合的示例。天線處于壓縮狀態(tài)中，并且匹配電路使小于N的端ロ匹配。圖2示出解釋匹配術(shù)語(yǔ)的同一實(shí)施例的示意圖。該圖示出發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)電路處的處于壓縮配置或拉伸配置中的天線、匹配網(wǎng)絡(luò)、以及多個(gè)端口和任意終端。通過(guò)多個(gè)端ロ看到，匹配電路具有N個(gè)端ロ的導(dǎo)納矩陣Yk。通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)看到，任意終端具有負(fù)載導(dǎo)納矩陣對(duì)于多端ロ天線，相關(guān)性取決于匹配，并且該相關(guān)性是天線和終端兩者的特性。對(duì)于多端ロ的情況，在厄密共軛(Hermitian)匹配的條件下,無(wú)損多端ロ天線在各向異性瑞利環(huán)境中的所有端ロ之間具有零相關(guān)性。多端ロ天線通過(guò)使其N個(gè)端ロ的導(dǎo)納矩陣Ya等于負(fù)載導(dǎo)納矩陣粆的厄密共軛轉(zhuǎn)置來(lái)進(jìn)行匹配(針對(duì)最大功率轉(zhuǎn) 換)。圖3_θ講ー步表征各個(gè)實(shí)施侈II。圖3示出在添加用于使用戶或控制器能更改機(jī)械可重配置天線的配置的手動(dòng)或自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)30的情況下，類似于圖Ia的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。自適應(yīng)匹配電路可使用觸發(fā)信號(hào)或機(jī)械觸發(fā)器來(lái)適應(yīng)狀態(tài)的不同組合。對(duì)于手動(dòng)操作的情況，機(jī)構(gòu)可具有致動(dòng)器，諸如舉例而言改變天線狀態(tài)、以及任選地開關(guān)或調(diào)諧匹配電路的桿。替換地，這些功能中的一個(gè)或兩個(gè)可通過(guò)可因此受控制器控制的機(jī)電致動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這可涉及通過(guò)電動(dòng)機(jī)、或者電磁體或其他裝置來(lái)改變天線的各部分的相對(duì)取向和相對(duì)位置。圖4示出在添加大量特征的情況下的類似于圖Ia的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。提供自適應(yīng)控制器41用于控制自適應(yīng)。例如，這可通過(guò)受程序43控制的處理器42來(lái)實(shí)現(xiàn)。它可接收來(lái)自天線和來(lái)自匹配電路的輸入，諸如阻抗測(cè)量值。該控制器可輸出諸如選擇信號(hào)之類的控制信號(hào)以自適應(yīng)天線和匹配電路的狀態(tài)。該控制器的其他輸入可包括例如來(lái)自其余部分無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的信息、來(lái)自檢測(cè)器44的信號(hào)強(qiáng)度信息、或者來(lái)自用于感測(cè)天線本地的環(huán)境的外部傳感器45的接收條件，諸如濕度、地平面接近度、不同端口上的入射和反射波的功率電平等。圖5a和5b示出自適應(yīng)多端ロ匹配電路21的示例。圖5a示出第一和第二匹配電路52、53。這些匹配電路中的任一個(gè)可耦合成供耦合到天線的ー組(a bank of)開關(guān)51使用，并且供耦合到多個(gè)端ロ的一組開關(guān)54使用?？稍O(shè)想自適應(yīng)匹配電路的許多其他方式。圖5b示出其中存在受控以改變匹配電路狀態(tài)的分布開關(guān)55的類似示例。例如，可存在通過(guò)天線的機(jī)械運(yùn)動(dòng)而返回的可調(diào)組件、或者匹配電路的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)處的開關(guān)。開關(guān)未必總是必需的。圖6示出其中提供電耦合57用于自適應(yīng)狀態(tài)的組合的另ー示例。例如，該電耦合可包括用于感測(cè)天線的狀態(tài)的傳感器56、以及基于該傳感器的輸出來(lái)輸出觸發(fā)信號(hào)以自適應(yīng)匹配電路的狀態(tài)的電路58。在天線的ー些示例中，提供N端ロ天線用于拉伸配置，其中ー些端ロ是機(jī)械可拉伸的K個(gè)端口中的在天線處于壓縮配置中時(shí)不再使用的部分。由此，在不同配置中存在不同數(shù)量的端ロ，N個(gè)端ロ或N-K個(gè)端ロ。在一些情況下，天線端ロ對(duì)應(yīng)于天線元件，然而在其他情況下，多端ロ天線的不同端ロ可能與空間分離或単獨(dú)可標(biāo)識(shí)的天線元件不相關(guān)聯(lián)，而只與整個(gè)天線結(jié)構(gòu)的不同輻射圖相關(guān)聯(lián)。同樣，天線端ロ的數(shù)量可大于空間復(fù)用型的MIMO系統(tǒng)中的不同發(fā)射信號(hào)的數(shù)量。圖7、8和9,具有單極和偶極的卡實(shí)施例本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及配備有多天線系統(tǒng)的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器，該多天線系統(tǒng)具有至少兩個(gè)機(jī)械狀態(tài)，并且結(jié)合與所選機(jī)械狀態(tài)一致的在適當(dāng)?shù)钠ヅ浜徒怦罹W(wǎng)絡(luò)之間的自動(dòng)切換。在本實(shí)施例中，高速卡形式的可移動(dòng)模塊的示例設(shè)置有雙天線系統(tǒng)。天線系統(tǒng)可在使用MMO模式(圖8)的拉伸狀態(tài)和使用非MMO模式(圖9)的壓縮狀態(tài)之間機(jī)械地切換。側(cè)視圖在圖7中示出。該方法背后的基本原理是在具有中間接收條件的移動(dòng)使用情況的相當(dāng)一部分中，非MMO模式將是完全足夠的。實(shí)際上，只存在其中MMO模式相關(guān)的兩種情況其中SM可能的好接收條件、以及其中RD有益的差接收條件。在側(cè)視圖中，電路板120在截面中示出，并且包含在外殼100中。翼片110形式的天線的可移動(dòng)部分在側(cè)視圖中示出一端，而其長(zhǎng)度在平面圖中示出。在側(cè)視圖中，構(gòu)成匹配電路的電路組件在電路板的頂部和底部上由部件MDNl和MDN2示出。MMO模式的狀況如圖8所示在該圖左側(cè)的平面圖中且在該圖右側(cè)的端視圖中示出。在兩個(gè)拉伸翼片110之間，天線系統(tǒng)將單極操作(相對(duì)于膝上型設(shè)備的底板)與偶極操作組合。在該拉伸機(jī)械狀態(tài)中，天線的兩個(gè)翼片通過(guò)印刷電路板(PCB)頂側(cè)的彈簧觸點(diǎn)來(lái)連接到第一匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)MDNl (端ロ I和2)。匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)將兩個(gè)電模式(單極共模以及偶極差模)轉(zhuǎn)換成可在端ロ 3和4訪問(wèn)的兩個(gè)實(shí)際獨(dú)立的信號(hào)。
壓縮模式在圖9中示出。相同的兩個(gè)視圖在圖8中示出。兩個(gè)翼片被推入外殼以彼此重疊，其中它們保持面對(duì)面地連接。該結(jié)構(gòu)的尺寸太小不能在該狀態(tài)中支持低頻的有用偶極模式。然而，仍然可使用單極模式。PCB底側(cè)的彈簧觸點(diǎn)將兩個(gè)翼片聯(lián)合地連接到第ニ匹配網(wǎng)絡(luò)MDN2的端ロ 5。在該狀態(tài)中，端ロ 6是匹配的單個(gè)天線端ロ。該結(jié)構(gòu)可在翼片之間配備有彈簧，從而通過(guò)按壓釋放彈簧的按鈕可進(jìn)行從非MIMO模式到MIMO模式的切換。針對(duì)傳輸或非MIMO操作，可再次使用拇指和食指向內(nèi)推動(dòng)翼片。為了清楚起見(jiàn)未示出的是使端ロ 3和4斷開連接、相反使端ロ 6連接到收發(fā)機(jī)的又一開關(guān)。該開關(guān)可通過(guò)使用滑動(dòng)彈簧觸點(diǎn)的同一機(jī)械動(dòng)作來(lái)致動(dòng)。給出圖7至9只作為示出概念的示例。存在大量的可選實(shí)現(xiàn)。同樣，可考慮若干實(shí)現(xiàn)特征，例如避免干擾其他附近的連接器(根據(jù)翼片滑動(dòng)的適當(dāng)取向)。該方法具有對(duì)N天線系統(tǒng)的直接概括，在此情況下，圖7至9中的兩個(gè)電模式(共模和差摸)用天線系統(tǒng)的N個(gè)本征模替代。根本的點(diǎn)在于，機(jī)械狀態(tài)改變伴隨著匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)改變。更具體的方面在于，天線系統(tǒng)的尺寸減小自動(dòng)地引起可通過(guò)天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的無(wú)線信道的最大秩減小的事實(shí)。在平面圖中，一些示例中的卡的尺寸可約為95mm乘以35mm。在拉伸配置中，寬度可從35mm延長(zhǎng)到70mm。原則上，尺寸相對(duì)于使用的波長(zhǎng)在電學(xué)上是小的。拉伸配置中的諸如寬度之類的尺寸可高達(dá)四分之一波長(zhǎng)、或者可高達(dá)一半波長(zhǎng)。操作的典型頻率可以是700MHz至2. 6GHz。在其他情況下，所使用的頻率可低至400MHz、或高達(dá)3. 5GHz。圖10-12,可重配置天線的其他示例圖10至12示出其中天線具有可用不同方式重新配置的兩個(gè)偶極的其他實(shí)施例。在圖10中，通過(guò)基板70上的一對(duì)偶極(72、74)和(78、79)來(lái)示出壓縮配置。耦合到接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)電路(未示出)的匹配電路21設(shè)置在一端。偶極之ー被鉸接以使其取向能夠如圖11所示地改變。該圖示出鉸鏈80,并且示出當(dāng)前在拉伸配置中正交取向的兩個(gè)偶扱。圖12示出另一可選的拉伸配置。在此情況下，提供滑塊90。該滑塊使偶極之間的間隔能夠在不改變?nèi)∠虻那闆r下増大。其與圖11組合以改變間隔并更改取向。在一些示例中，可存在兩個(gè)以上的偶極，每ー偶極具有不同的取向或間隔。原則上，壓縮配置只可用于下行鏈路，而在需要上行鏈路時(shí)使用拉伸配置，或反之亦然?？偠灾?，以上已描述了無(wú)線設(shè)備，該無(wú)線設(shè)備包括在相同頻帶中支持至少兩個(gè)獨(dú)立的同時(shí)發(fā)射路徑的接收機(jī)電路(23)和/或發(fā)射機(jī)電路、以及可用接收機(jī)或發(fā)射機(jī)電路的具有N個(gè)端ロ(22)的多端ロ天線(20)。多端ロ天線具有壓縮機(jī)械狀態(tài)和拉伸機(jī)械狀態(tài)，并且經(jīng)由2N端ロ匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)(21)連接到接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)電路(23)的N個(gè)端ロ。該2N端ロ匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)可選電狀態(tài)，每ー電狀態(tài)對(duì)應(yīng)于機(jī)械狀態(tài)中的至少ー個(gè)。機(jī)械狀態(tài)和電狀態(tài)的ー種組合允許在秩為N的無(wú)線信道中的操作。機(jī)械狀態(tài)和電狀態(tài)的第二組合允許在秩小于N的無(wú)線信道中的操作。當(dāng)用戶無(wú)法使用拉伸天線時(shí)，可在保 持有限性能的便利性的情況下獲取具有拉伸天線配置的更佳MIMO性能?？稍跈?quán)利要求的范圍內(nèi)設(shè)想其他變體。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線通信設(shè)備，所述無(wú)線通信設(shè)備包括在相同頻帶中支持至少兩個(gè)獨(dú)立的同時(shí)接收路徑的接收機(jī)電路(23)和/或在相同頻帶中支持至少兩個(gè)獨(dú)立的同時(shí)發(fā)射路徑的發(fā)射機(jī)電路、并且包括可用接收機(jī)或發(fā)射機(jī)電路的具有至少兩個(gè)端口和足夠數(shù)量的N個(gè)端口(22)的多端口天線(20)，所述多端口天線具有包括至少一個(gè)壓縮機(jī)械狀態(tài)和一個(gè)拉伸機(jī)械狀態(tài)的多個(gè)機(jī)械狀態(tài)、并且經(jīng)由2N端口匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)(21)連接到所述接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)電路(23)的N個(gè)端口，所述2N端口匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)可選電狀態(tài)，每一電狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述多端口天線系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)中的至少一個(gè)，從而存在允許在秩為N的無(wú)線信道中的接收和/或發(fā)射操作的、所述多端口天線系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)與所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的至少一種組合，所述N等于可用接收機(jī)或發(fā)射機(jī)電路的數(shù)量和天線端口的數(shù)量中的較大一個(gè)，以及允許在秩小于N的無(wú)線信道中的接收和/或發(fā)射操作的、所述多端口天線的機(jī)械狀態(tài)與所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的至少第二組合。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，包括耦合或控制機(jī)構(gòu)(30)，藉由所述耦合或控制機(jī)構(gòu)(30)對(duì)所述多端口天線的不同機(jī)械狀態(tài)之一的選擇自動(dòng)地觸發(fā)對(duì)所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)電狀態(tài)的選擇，或反之亦然，以使所述設(shè)備在所述狀態(tài)的第一和第二組合之間自適應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述耦合機(jī)構(gòu)(30)可由直接機(jī)械動(dòng)作操作，從而所述多端口天線的機(jī)械狀態(tài)改變導(dǎo)致對(duì)所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)(52、53)的相應(yīng)電狀態(tài)的選擇以致動(dòng)一個(gè)或多個(gè)開關(guān)(54)，和/或機(jī)械地誘發(fā)所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)或所述天線或者兩者內(nèi)的電抗或分布電路元件的電參數(shù)的改變。
4.如權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其特征在于，包括具有用于感測(cè)所述多端口天線的機(jī)械狀態(tài)的傳感器(56)、并且具有根據(jù)所述傳感器的輸出來(lái)觸發(fā)對(duì)所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)電狀態(tài)的選擇的電路(58)的電耦合(57)，所述電路具有電控開關(guān)元件、和/或所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)或所述天線或者兩者內(nèi)的電可調(diào)電抗和/或分布電路元件。
5.如任一先前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，包括用于選擇所述多端口天線和/或所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械狀態(tài)的手動(dòng)可控機(jī)構(gòu)(80、90)。
6.如任一先前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，包括可用于基于如下任意一個(gè)或多個(gè)來(lái)控制對(duì)所述多端口天線的機(jī)械狀態(tài)的選擇和/或所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的選擇的自適應(yīng)控制器(41):對(duì)接收和/或發(fā)射信號(hào)的測(cè)量；對(duì)所述多端口天線和/或所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的諸如阻抗或散射參數(shù)之類的電特性的測(cè)量；關(guān)于數(shù)字基帶所供應(yīng)的接收和/或發(fā)射條件的信息；關(guān)于傳感器(45)可能檢測(cè)到的近場(chǎng)環(huán)境條件的信息、從所述設(shè)備可通信的網(wǎng)絡(luò)的另一站或基站接收到的信息、或者其任何組合， 其中所述設(shè)備包括機(jī)電致動(dòng)器、可由用于執(zhí)行對(duì)所述多端口天線的機(jī)械狀態(tài)的選擇和/或?qū)λ銎ヅ浜徒怦罹W(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的選擇的自適應(yīng)控制器來(lái)控制的電控開關(guān)元件和/或電可調(diào)電抗和/或分布電路元件中的任意一個(gè)或多個(gè)。
7.如任一先前權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，集成到可移動(dòng)模塊中以供與移動(dòng)計(jì)算設(shè)備一起使用。
8.一種使用無(wú)線通信設(shè)備的方法，所述無(wú)線通信設(shè)備包括在相同頻帶中支持至少兩個(gè)獨(dú)立的同時(shí)接收路徑的接收機(jī)電路(23)和/或在相同頻帶中支持至少兩個(gè)獨(dú)立的同時(shí)發(fā)射路徑的發(fā)射機(jī)電路、并且包括可用接收機(jī)或發(fā)射機(jī)電路的具有至少兩個(gè)端口和足夠數(shù)量的N個(gè)端口(22)的多端口天線(20)，所述多端口天線具有包括至少一個(gè)壓縮機(jī)械狀態(tài)和一個(gè)拉伸機(jī)械狀態(tài)的多個(gè)機(jī)械狀態(tài)、并且經(jīng)由2N端口匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)(21)連接到所述接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)電路(23)的N個(gè)端口，所述2N端口匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)可選電狀態(tài)，每一電狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述多端口天線系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)中的至少一個(gè)，從而存在允許在秩為N的無(wú)線信道中的接收和/或發(fā)射操作的、所述多端口天線系統(tǒng)的機(jī)械狀態(tài)與所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的至少第一組合，其中所述N等于可用接收機(jī)或發(fā)射機(jī)電路的數(shù)量和天線端口的數(shù)量中的較大一個(gè)，以及允許在秩小于N的無(wú)線信道中的正確接收和/或發(fā)射操作的、所述多端口天線的機(jī)械狀態(tài)與所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的至少第二組合，所述方法包括以下步驟 使用處于狀態(tài)的所述第一組合中的設(shè)備來(lái)發(fā)射和/或接收， 使所述設(shè)備自適應(yīng)至狀態(tài)的所述第二組合，以及 使用處于狀態(tài)的所述第二組合中的設(shè)備來(lái)發(fā)射和/或接收。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括根據(jù)所述多端口天線的機(jī)械狀態(tài)的改變來(lái)自動(dòng)地觸發(fā)對(duì)所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)電狀態(tài)的選擇，或反之亦然，以使所述設(shè)備在所述狀態(tài)的所述第一和第二組合之間自適應(yīng)的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述自動(dòng)觸發(fā)包括致動(dòng)一個(gè)或多個(gè)開關(guān)(54)、和/或機(jī)械地誘發(fā)所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)或所述天線或者兩者內(nèi)的電抗或分布電路元件的電參數(shù)改變的直接機(jī)械動(dòng)作。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，包括使用電控開關(guān)元件、和/或所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)或所述天線或者兩者內(nèi)的電可調(diào)電抗和/或分布電路元件，來(lái)感測(cè)所述多端口天線的機(jī)械狀態(tài)、并且根據(jù)所述傳感器的輸出而電觸發(fā)對(duì)所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)電狀態(tài)的選擇的步驟。
12.如權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括手動(dòng)地更改所述多端口天線和/或所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械狀態(tài)的步驟。
13.如權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括基于如下任意一個(gè)或多個(gè)來(lái)電控制對(duì)所述多端口天線的機(jī)械狀態(tài)的選擇和/或所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的選擇的步驟對(duì)接收和/或發(fā)射信號(hào)的測(cè)量；對(duì)所述多端口天線和/或所述匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)的諸如阻抗或散射參數(shù)之類的電特性的測(cè)量；關(guān)于數(shù)字基帶所供應(yīng)的接收和/或發(fā)射條件的信息；關(guān)于傳感器(45)可能檢測(cè)到的近場(chǎng)環(huán)境條件的信息、從所述設(shè)備可通信的網(wǎng)絡(luò)的另一站或基站接收到的信息、或者其任何組合， 其中所述控制步驟包括控制機(jī)電致動(dòng)器、可由用于執(zhí)行對(duì)所述多端口天線的機(jī)械狀態(tài)的選擇和/或?qū)λ銎ヅ浜徒怦罹W(wǎng)絡(luò)的電狀態(tài)的選擇的自適應(yīng)控制器控制的電控開關(guān)元件和/或電可調(diào)電抗和/或分布電路元件中的任意一個(gè)或多個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有可拉伸天線的無(wú)線設(shè)備。無(wú)線設(shè)備包括在相同頻帶中支持至少兩個(gè)獨(dú)立的同時(shí)發(fā)射路徑的接收機(jī)電路(23)和/或發(fā)射機(jī)電路、以及可用接收機(jī)或發(fā)射機(jī)電路的具有N個(gè)端口(22)的多端口天線(20)。多端口天線具有壓縮機(jī)械狀態(tài)和拉伸機(jī)械狀態(tài)，并且經(jīng)由2N端口匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)(21)連接到接收機(jī)和/或發(fā)射機(jī)電路(23)的N個(gè)端口。該2N端口匹配和解耦網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)可選電狀態(tài)，每一電狀態(tài)對(duì)應(yīng)于機(jī)械狀態(tài)中的至少一個(gè)。機(jī)械狀態(tài)和電狀態(tài)的一種組合允許在秩N的無(wú)線信道中的操作。機(jī)械狀態(tài)和電狀態(tài)的第二組合允許在秩小于N的無(wú)線信道中的操作。當(dāng)用戶無(wú)法使用拉伸天線時(shí)，可在保持有限性能的便利性的情況下獲取具有拉伸天線配置的更佳MIMO性能。
文檔編號(hào)H04B7/06GK102820913SQ201210179078
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者W·L·施羅德, A·克魯斯基 申請(qǐng)人:歐比訊股份有限公司