無線通信單元、射頻集成電路及天線調(diào)諧方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線通信單元、射頻集成電路和天線調(diào)諧方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于新一代的手機(jī)、網(wǎng)關(guān)和其它無線通信設(shè)備嵌入更多的應(yīng)用，以及對增加帶寬的需要變得更顯著，因此需要新的天線系統(tǒng)來優(yōu)化鏈路質(zhì)量。特別地，需要對輻射場的更好控制，從而提供同預(yù)期的的收發(fā)機(jī)之間的更好的通信鏈路質(zhì)量，同時抑制來自非希望的收發(fā)機(jī)的信號。一般地，在無線通信設(shè)備的正常操作期間，在天線處的阻抗和/或頻率改變會產(chǎn)生不匹配。已知的是:如此的阻抗不匹配和/或頻率共振不匹配對通過天線系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)移具有顯著的影響。例如，如果移動天線并且重置在反射材料或(射頻)吸收材料的附近，或者如果天線置于接近用戶頭部或者進(jìn)一步遠(yuǎn)離用戶頭部，那么會發(fā)生如此的不匹配。通過天線系統(tǒng)的最大能量轉(zhuǎn)移是關(guān)鍵的值得擁有的性能指標(biāo)，因此需要智能的自適應(yīng)天線系統(tǒng)來管理如此的不匹配。
[0003]天線是導(dǎo)波和自由空間波之間的功能轉(zhuǎn)換設(shè)備(如換能器的形式)。天線中有兩種主要的調(diào)諧形式:天線孔徑調(diào)諧(antenna aperture tuning)和天線阻抗調(diào)諧，其中天線孔徑調(diào)諧在天線孔徑或地面點(diǎn)增加元件來調(diào)整天線的共振頻率，其中天線阻抗調(diào)諧通過調(diào)整天線饋點(diǎn)處的阻抗匹配而被執(zhí)行。
[0004]請參考圖1(a)和圖1(b)，分別實(shí)現(xiàn)天線孔徑調(diào)諧的電路和實(shí)現(xiàn)天線阻抗調(diào)諧的電路的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1(a)所示，實(shí)現(xiàn)天線孔徑調(diào)諧的電路100包括:具有孔徑調(diào)諧器109的可調(diào)諧天線110?？讖秸{(diào)諧器109用于優(yōu)化天線系統(tǒng)的福射效率。RF(Rad1 Frequencyj^頻)收發(fā)與調(diào)制解調(diào)電路116包括:發(fā)射輸入路徑102和接收輸出路徑104，其中發(fā)射輸入路徑102用于產(chǎn)生由天線110輻射的信號，其中接收輸出路徑104用于攜帶已由天線接收的并且接下來被處理的信號。
[0005]因?yàn)轭l率共振不匹配不利地影響天線的輻射效率和帶寬，因此頻率共振不匹配是特殊的問題。因此，孔徑調(diào)諧器109在這個文件中用于使用在孔徑調(diào)諧連接點(diǎn)120處制造的測量值，執(zhí)行有限形式的閉環(huán)108孔徑調(diào)諧。特別地，如圖2中所示，使用最公知的孔徑調(diào)諧布置進(jìn)行開環(huán)測量。
[0006]如圖1(b)所示，實(shí)現(xiàn)天線阻抗調(diào)諧的電路150包括:天線160，該天線160通過天線饋線156可操作地耦接至阻抗調(diào)諧器158。該阻抗調(diào)諧器158可操作地耦接至耦合器162，耦合器162提取通過其中的信號的部分，以促進(jìn)阻抗測量。在這個布置中，控制器174可操作地耦接至耦合器162，并且用來接收前向功率和反向功率的表現(xiàn)形式，以使得控制器174能夠確定阻抗測量信息。該控制器174通過控制線178可操作地耦接至阻抗調(diào)諧器158，并且用于響應(yīng)該阻抗測量信息而調(diào)整該阻抗調(diào)諧器158，以提供天線阻抗的優(yōu)化匹配。這種方式中，實(shí)現(xiàn)天線阻抗調(diào)諧的電路150是用于執(zhí)行天線阻抗匹配的閉環(huán)控制。天線阻抗調(diào)諧企圖優(yōu)化傳輸線和天線元件之間的能量轉(zhuǎn)移。
[0007]耦合器162通過RF路徑170可操作地耦接至RF收發(fā)與調(diào)制解調(diào)電路166。該RF收發(fā)與調(diào)制解調(diào)電路166包括:發(fā)射輸入路徑102和接收輸出路徑104。天線160和RF收發(fā)與調(diào)制解調(diào)電路166之間的阻抗不匹配(也就是接近天線160的物體引起的輻射場)可能引起進(jìn)一步的非希望的損失。如此，為了減少這些損失的一部分，已知的方式是:在閉環(huán)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中使用耦合器162、控制器174和阻抗調(diào)諧器158，以便于對任何阻抗不匹配進(jìn)行補(bǔ)償。
[0008]參考圖2，是已知的天線裝置(antenna arrangement)200的不意圖，該天線裝置200用于無線通信單元中。該天線裝置200可以是PIFA(Planar Inverted-F Antenna，平面倒F型天線)202，該P(yáng)IFA202是用于智能手機(jī)的常見天線裝置。PIFA202包括:短路針204，該短路針204耦接PIFA202至地平面206。該P(yáng)IFA202包括:用于輻射/接收自由空間波210的輻射元件208。
[0009]在這個PIFA202中，耦接PIFA202(如其輻射元件208)至地平面206的孔徑調(diào)諧器203用于執(zhí)行孔徑調(diào)諧。通過調(diào)諧天線共振頻率來優(yōu)化從天線端進(jìn)入自由空間的輻射效率，從而執(zhí)行孔徑調(diào)諧操作。在遠(yuǎn)離天線饋點(diǎn)214的點(diǎn)處執(zhí)行孔徑調(diào)諧，并且一般使用具有孔徑調(diào)諧狀態(tài)的查找表(Look-Up，LUT)來執(zhí)行開環(huán)孔徑調(diào)諧(S卩:在實(shí)時方式中，沒有反饋信息來影響調(diào)諧操作)。
[0010]由阻抗匹配電路201執(zhí)行用于PIFA202的阻抗匹配，該阻抗匹配電路201在天線饋點(diǎn)214處呈現(xiàn)合適的調(diào)整后的阻抗。天線阻抗調(diào)諧通過調(diào)諧阻抗匹配電路201，以優(yōu)化從傳輸線216至天線元件或者從天線元件至傳輸線216的能量轉(zhuǎn)移，例如以導(dǎo)波的形式進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)移。主要的信號連接和由定向耦合器222提取的少部分信號通過阻抗匹配電路201耦接至天線饋點(diǎn)214，并且使用測量單元224測量由定向耦合器222產(chǎn)生的前向和反向(反射)信號。測量單元224然后通過應(yīng)用控制信號至路徑226，從而能夠調(diào)整阻抗匹配電路201中的一個或多個可變元件，以調(diào)整傳輸線216和天線饋點(diǎn)214之間的阻抗匹配。
[0011]參考圖3，當(dāng)天線輸入阻抗的虛部為0(虛部{Ζιη}? O)時出現(xiàn)天線共振。為了獲得好的天線效率，僅是天線處于共振中(由虛部{Ζιη}?O指示)是不足夠的，同時需要天線輸入阻抗的實(shí)部應(yīng)該接近連接至天線饋點(diǎn)的傳輸線的特性阻抗，該特性阻抗一般為5 O Ω (實(shí)部{Zin} ? SOQhPIFA天線在圖3中顯示了多個天線共振(在這個例子中是12個)，如由頂部繪圖中的虛部(Zin)曲線的過零點(diǎn)所指示。對于這些共振中的許多，天線輸入阻抗的實(shí)部{Ζιη}遠(yuǎn)離50 Ω ;例如:對于306處的共振，其中的實(shí)部{Ζιη}接近于O。然而如圖所示，兩個共振(一個低頻帶302和一個高頻帶304)顯示了接近于50 Ω的實(shí)部輸入阻抗;注意:這兩個最優(yōu)的共振對應(yīng)的狀態(tài)在天線饋點(diǎn)處的反射或大小(S(l，I))是低的，如圖3中的底部繪圖所示。因此，在實(shí)現(xiàn)孔徑調(diào)諧中，諸如通過圖2的孔徑調(diào)諧器203來為特定阻抗選擇優(yōu)化的共振是有問題的。
[0012]因此，用于對天線共振頻率的失諧和天線阻抗不匹配進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊阎夹g(shù)，一般不足以在需要的帶寬上導(dǎo)致適當(dāng)?shù)奶炀€效率。因此，需要提供不同的天線調(diào)諧技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無線通信單元、射頻集成電路和天線調(diào)諧方法。
[0014]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，一種無線通信單元，包括:天線裝置;孔徑調(diào)諧器，所述孔徑調(diào)諧器耦接至所述天線裝置的孔徑調(diào)諧端口；測量電路，所述測量電路耦接至所述天線裝置的天線輸入饋點(diǎn)，所述天線輸入饋點(diǎn)遠(yuǎn)離所述孔徑調(diào)諧端口；所述測量電路，用于測量參數(shù)；以及控制器，所述控制器耦接至所述孔徑調(diào)諧器，用于使用所述測量的參數(shù)執(zhí)行閉環(huán)孔徑調(diào)諧。
[0015]如此，提供一種機(jī)制，在明顯遠(yuǎn)離孔徑調(diào)諧器的天線輸入饋點(diǎn)處，對與孔徑調(diào)諧器性能相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行測量。此后，與已知的開環(huán)孔徑調(diào)諧技術(shù)相反，基于測量的參數(shù)執(zhí)行用于調(diào)諧孔徑的閉環(huán)孔徑調(diào)諧方案。
[0016]另外，在將閉環(huán)方案應(yīng)用至孔徑調(diào)諧中，本發(fā)明實(shí)施例提出了新方案:對于天線輸入阻抗的實(shí)部可能遠(yuǎn)離50 Ω的情況，通過避免共振來確定優(yōu)化的天線共振。因此，由于最小化測量的反射值搜索將導(dǎo)致最佳的天線效率，所以本發(fā)明實(shí)施例通過執(zhí)行最小化測量的反射值搜索，提供更加優(yōu)化的天線頻率調(diào)諧操作。就這點(diǎn)而言，孔徑調(diào)諧器可能承受一系列的調(diào)諧操作。
[0017]在一些可選實(shí)施例中，所述測量的參數(shù)表示天線輸入復(fù)阻抗值或者與所述天線裝置有關(guān)的反射系數(shù)值。如此，測量的參數(shù)可以表示孔徑調(diào)諧器的性能。
[0018]在一些可選實(shí)施例中，所述測量電路，還用于確定所述天線輸入復(fù)阻抗值或者所述反射系數(shù)值中的變化是否超過閾值;所述控制器，用于確定所述天線輸入復(fù)阻抗值或者所述反射系數(shù)值中的變化超過閾值時，觸發(fā)孔徑調(diào)諧操作。在一些可選實(shí)施例中，所述控制器，用于基于所述通信單元的使用變化和/或頻帶改變，而觸發(fā)孔徑調(diào)諧操作。如此，響應(yīng)刺激(諸如:使用變化或者操作頻帶的變化)，執(zhí)行孔徑調(diào)諧操作。
[0019]在一些可選實(shí)施例中，連續(xù)執(zhí)行所述閉環(huán)孔徑調(diào)諧，以優(yōu)化天線調(diào)諧輸入阻抗。如此，孔徑調(diào)諧操作具有連續(xù)性和迭代性，從而改善性能。
[0020]在一些可選實(shí)施例中，進(jìn)一步包括:阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路耦接至所述測量電路和所述天線輸入饋點(diǎn)，用于執(zhí)行應(yīng)用至所述天線裝置或源自所述天線裝置的信號的阻抗匹配。在一些可選實(shí)施例中，所述控制器，還用于基于測量的參數(shù)，以閉環(huán)的方式調(diào)諧所述阻抗匹配電路應(yīng)用的阻抗匹配值。在一些可選實(shí)施例中，對于路由至所述天線裝置或者從所述天線裝置路由的信號，所述控制器首先控制通過所述閉環(huán)孔徑調(diào)諧執(zhí)行粗調(diào)諧操作，然后控制通過阻抗調(diào)諧執(zhí)行微調(diào)諧操作。如此，在一些實(shí)施例中，對確定為非共振的天線首先通過孔徑調(diào)諧解諧回共振，因此在應(yīng)用阻抗調(diào)諧(如微調(diào)諧)來修正任何不匹配損失之前，提供“粗調(diào)諧操作”。
[0021]在一些可選實(shí)施例中，進(jìn)一步包括:至少一個親接至所述控制器的傳感器；
[0022]所述控制器，用于響應(yīng)所述至少一個傳感器的傳感信號，初始化所述測量電路執(zhí)行的天線輸入阻抗測量或者反射系數(shù)測量。如此，由外部刺激，一個或多個傳感器的觸發(fā)激發(fā)閉環(huán)孔徑調(diào)諧和/或不匹配調(diào)諧。
[0023]在一些可選實(shí)施例中，所述測量電路包括:定向耦合器，用于提取通過所述天線裝置的或者所述天線裝置反射的信號中的部分；以及
[0024]信號偵測器，用于基于所述提取的信號，提供所述參數(shù)的測量值。
[0025]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例