经由多馈收发器架构的天线调谐的制作方法
【专利摘要】本发明涉及经由多馈收发器架构的天线调谐。所公开的发明涉及一种天线配置，其被配置成在不使用滤波器的情况下对发射频率进行调谐。所述天线配置包括被配置成无线发射电磁辐射的可调谐多馈天线。被配置成生成共同对应于待发射信号的多个信号的信号发生器。所述多个信号之间具有相移或幅度差。所述多个信号被提供给连接到可调谐多馈天线的不同空间位置的多个天线馈源。相移和/或幅度差的值定义了控制可调谐多馈天线操作于的频率特性的天线反射系数，以使得通过改变相移和/或幅度差，所述频率特性能够被选择性地调整。
【专利说明】经由多馈收发器架构的天线调谐
【背景技术】
[0001]多频带收发器广泛用于许多现代无线通信设备(例如，蜂窝电话、无线传感器、PDA等)。多频带收发器能够在各种不同的频率处发射和接收电磁辐射。例如，双频带移动电话能够在两个频率处发射和接收信号，四频带移动电话能够在四个频带处发射和接收信号
坐寸ο
[0002]在多于一个频率处操作在现代移动通信设备中是重要的。例如，不同的无线标准(例如，GSM、TMDA、CMDA等)用于全世界不同的位置，因此使用可调谐天线允许蜂窝电话在多个无线标准上通信。此外，甚至相同的无线标准可以在区域内使用不同的频率或者在区域内使用多于一个频率。例如，在GSM网络内，不同的区域可以操作在不同的频带上。例如，在美国，GSM网络使用两个频带(例如，850MHz或1900MHz)，而欧洲使用另外两个频带。
【专利附图】
【附图说明】
[0003]图1图示了包括被配置成辐射具有多个频率特性的电磁辐射的可调谐多馈(mult1-feed)天线的发射器系统的框图。
[0004]图2图示了示出针对公开的可调谐多馈天线的示例性天线反射系数作为频率的函数的示图。
[0005]图3A-3B图示了公开的可调谐多馈天线的示例性操作。
[0006]图4图示了具有被配置成将各种相位和/或幅度引入被提供给可调谐多馈天线的多个信号的控制元件的示例性发射器系统。
[0007]图5图示了示出具有两个天线馈源(feed)的公开的多馈天线的级联网络表示的框图。
[0008]图6-8图示了如本文提供的可调谐多馈平面倒F天线的不同方面。
[0009]图9是用于对可调谐多馈天线的频率进行调谐的示例性方法的流程图。
[0010]图10图示了移动通信设备的示例。
【具体实施方式】
[0011]现参考附图来描述要求保护的主题，其中相同的附图标记由始至终用于指代相同的元件。在下述描述中，为了解释的目的，各种特定细节被阐述以便提供要求保护的主题的透彻理解。然而，可能明显的是要求保护的主题可以在没有这些特定细节的情况下被实践。
[0012]通常，传统的多频带发射器包括通过一个或多个滤波器而连接到信号发生器的庞大的宽带天线。宽带天线在宽频率范围上发射，而一个或多个滤波器操作以衰减在期望频率范围外所发射的射频信号。虽然与宽带天线联合使用滤波器允许收发器在多个不同的频率处操作，但是此类发射器架构具有缺陷。例如，与窄带天线相比，宽带天线具有较大的尺寸和较低的效率。此外，为了使发射器在许多频率处操作，使用大量的滤波器。宽带天线和滤波器增大了发射器的尺寸、成本和功率消耗，在当今的小型、低功率移动通信设备中这是不合需要的。[0013]因此，本公开涉及包括被配置成对发射器的发射频率进行调谐的可调谐多馈天线的天线配置。所述天线配置包括被配置成无线发射电磁辐射的可调谐多馈天线。信号发生器被配置成生成彼此之间具有特定相移或幅度差的多个信号，其共同对应于待发射信号。多个信号被提供给连接到可调谐多馈天线的不同空间位置的多个天线馈源。特定的相移和/或幅度差定义了控制可调谐天线操作于的频率特性的天线输入反射系数，以使得通过改变相移和/或幅度差，能够选择性地调整频率特性。
[0014]公开的可调谐多馈天线能够减轻传统的多频带发射器的不合需要的方面。通过允许窄带天线被用于在多个频率处发射来这样做，与宽带天线相比所述窄带天线具有较小的尺寸和较高的效率。由于RF滤波功能的部分被可调谐多馈天线自身所执行，这也减少了滤波器的使用。
[0015]图1图示了包括可调谐多馈天线106的发射器系统100的框图，可调谐多馈天线106被配置成在多个频率特性(例如，发射频率、频带大小等)上发射电磁辐射。应该认识到尽管本文所述的附图涉及发射器系统，但是所公开的可调谐多频带天线也可以实现在收发器系统中。
[0016]发射器系统100包括发射模块102，发射模块102被配置成生成共同对应于待发射信号的多个射频(RF)信号S1 (A1, Φ1…，Sn(Αη, Φη)。多个RF信号S1 (A1, Φ^，…，Sn(Αη, Φη)是具有变化的相位和/或幅度的相同RF信号的版本，以使得多个RF信号S1 (A1,Φ:)，...，Sn(Αη, Φη)彼此之间具有相移(例如，Λ Φ = (D1- Φ2)和/或幅度差(例如，ΛΑ=A1- A2)ο`
[0017]发射模块102与被配置成在跨360°的福射图(radiation pattern)上无线发射电磁辐射的可调谐多馈天线106通信。在一些示例中，可调谐多馈天线106可以包括窄带天线。在其他示例中，可调谐多馈天线106可以例如包括宽带天线或超宽带天线。多馈天线106包括在空间上不同的输入节点IN1 -1Nn处连接到可调谐多馈天线106的多个天线馈源104a，…，104η。多个天线馈源104a，…，104η被配置成将多个RF信号S1 (A1, Φ!)，…，Sn(Αη, Φη)同时提供给可调谐多馈天线106。
[0018]在一些不例中，发射模块102包括被配置成生成待发射信号Stran的信号发生器108 (例如，RF源)。在一些情况下,待发射的单端信号Sttan被从信号发生器108输出到分离(splitting)元件110，分离元件110被配置成将信号Stran分离成彼此相同的多个RF信号31，…，Sn。多个RF信号S1，…，Sn被提供给调整模块112，调整模块112被配置成独立地调整RF信号S1，…，幅度和/或相位，这导致多个RF信号S1 (A1, Φ1…，Sn (An，Φη)之间具有相移和/或幅度偏移。
[0019]在一些示例中，调整模块112包括诸如移相器112a或112b之类的一个或多个移相器，所述移相器被配置成将相移引入多个RF信号S1,…，Sn中的一个或多个。在其他不例中，调整模块112包括被配置成调整多个RF信号S1,…，Sn的相位和/或幅度特性的一个或多个矢量调制器。在一些实施例中，分离元件110和/或调整模块112被包括在被配置成生成其间具有相移的多个信号的数字信号发生器内。
[0020]将具有特定相位和/或幅度的多个RF信号S1 (A1, Φ)，…，Sn(Αη，Φη)提供给单个天线使信号以控制天线如何共振的方式(即，控制天线发射辐射的频率)来共同激发(excite)多馈天线106。在一些方面中，多个RF信号SJA1, Φ!)，…，Sn (Αη, Φη)之间的相移和/或幅度差定义了可调谐多馈天线发射待发射信号Ston的发射频率。例如，多个信号包括具有第一相位的第一 RF信号SJA1, 和具有第二相位φ2的第二 RF信号&(4，Φ2)，其中第一和第二相位O1和Φ2相对于彼此移相了相移值Λ Φ，这使可调谐多馈天线106共振于特定的频率。可调谐多馈天线106可以包括三个或更多的天线馈源104a,…，104η，发射器系统100能够对包括在其上进行发射的频带的值和大小二者的频率特性进行调谐。
[0021]特别地，能够选择多个RF信号S1 (A1, Φ)，…，Sn(Αη，Φη)的特定相位和/或幅度以控制天线的天线输入反射系数rin(g卩，去往天线的控制功率)。通过控制天线输入反射系数rin，可以控制可调谐多馈天线106所发射的信号的频率。例如，当输入反射系数rin被设置为在特定的频率处具有低反射系数时，可调谐多馈天线将在该频率处发射。可替代地，当天线输入反射系数 in被设置为在特定的频率处具有高反射系数时，可调谐多馈天线可以不在该频率处发射。
[0022]例如，图2图示了示出对于公开的可调谐多馈天线的示例性天线输入反射系数Fin (y轴)作为频率(X轴)的函数的示图200。在第一频率处，多个信号的相位和/或幅度的特定组合使天线输入反射系数rin具有相对低的值，以使得可调谐多馈天线在第一频率之处发射(即，多个信号的少量能量被从多馈天线反射离开)。在第二频率忍处，多个信号的相位和/或幅度的特定组合使天线输入反射系数 in具有相对高的值，以使得可调谐多馈天线不在第二频率厶处发射(即，多个信号的大部分能量被从多馈天线反射离开)。因此，通过设置提供给相同天线的不同天线馈源的信号的相位和/或幅度，能够对天线输入反射系数 in并因此对所发射信号的频率进行调谐。
[0023]图3A-3B图示了公开的可调谐多馈天线的操作的示例。
[0024]图3A图示了具有被配置成在包括多个不同频率的频率范围上操作的多馈天线308 (例如，窄带天线)的发射器系统300的框图。
[0025]在一个示例中，多馈天线308包括平面倒F天线(PIFA)。PIFA包括位于接地面312之上的可激发平面元件310。可激发平面元件310具有长度X1和宽度yi并且与接地面312分开高度h,接地面312具有长度X2和宽度y2。在一些示例中，X2和y2分别大于X1和Y1,导致接地面312大于可激发平面元件310。
[0026]可激发平面元件310通过第一天线馈源314a和第二天线馈源314b连接到信号发生器302,所述馈源在多个天线端口处连接到多馈天线308。例如,第一天线馈源314a在位于第一位置的第一天线端口 P1处连接到多馈天线308，并且第二天线馈源314b在位于第二位置的第二天线端口 P2处连接到多馈天线308。
[0027]在一些示例中，天线馈源314a和314b进一步通过分离元件304和包括一个或多个移相器306a和306b的调整模块306而连接到信号发生器302。分离元件304被配置成从信号发生器302接收待发射信号并且生成彼此相同的第一和第二输出信号S1(CD)和S2(φ) O第一和第二输出信号S1 (Φ)和S2(O)被提供给被配置成在第一和第二输出信号
和32(φ)之间引入相移的调整模块306，以便生成其间具有相移(Λ Φ = CD1- Φ2)的调整后的第一和第二输出信号S1 (fIi1)和S2(fIi2)。
[0028]在一些不例中，移相器306a和306b被配置成将模拟相移引入第一和/或第二输出S1(O)和S2(O)tj例如,移相器306a和306b可以包括被配置成将相移引入第一输出信号S1(fIi)和/或第二输出信号S2 (φ)的可变传输线。在一些不例中，由模拟移相器引入的相移可以被数字地控制(即，通过控制一个或多个相移值的数字控制字)。
[0029]控制元件316被配置成独立控制由移相器306a和306b所引入的相移和/或幅度差的值以便定义发射频率。在一些实施例中，控制元件316被配置成动态地调整一个或多个信号S1(CD)和/或&(0)的相位和/或幅度。通过动态地调整一个或多个信号的相位和/或幅度，控制元件316可以使得多馈天线308能够操作于在频率的宽频谱上发射信号的多个操作模式中或能够考虑由用户环境中的改变(例如，改变移动电话相对于用户的位置)所引起的对天线的改变。在一些示例中，控制元件316被配置成使移相器306a和306b提供与不同的无线通信标准对应的相移和/或幅度差的不同组合(例如，第一操作模式对应于第一无线通信标准，并且第二操作模式对应于第二无线通信标准等)。
[0030]在一个示例中，多馈天线308包括具有尺寸为X1 = 15 Iim^Py1= 40 mm的可激发平面元件310以及尺寸为X2 = 40 _和72 = 100 mm的接地面312并且厚度为I _的PIFA。接地面312与可激发平面元件310分开高度h = 4mm。通过改变调整元件306a和306b所引入的相位，控制元件316可以在自由空间和接近用户(例如，在正常耦合场景中在用户手的作用下)两种情况下提供与操作频率800MHz、1800MHz和2.45GHz相对应的不同的相移。
[0031]图3B图示了对于不同的相移组合示出天线反射系数rin (y轴)作为频率(X轴)的函数的示图318。不同的相移组合在自由空间(趋势线320)和接近用户(趋势线322)(例如，在正常耦合场景中在用户手的作用下)两种情况下对应于操作频率800MHz、1800MHz和
2.45GHz 。
[0032]例如，在第一操作模式324中，控制元件316被配置成调整被引入信号S1和S2的相移以使得多馈天线308在频率800MHz处发射信号。为了在频率800MHz处发射信号，控制元件将基于发射器系统300是操作于自由空间(趋势线320)还是接近用户(趋势线322)而引入不同的相移。当发射器系统300操作于自由空间时，控制元件316将相移％ = 187引入第一信号S1(CD)并将相移Φ2 = 222引入第二信号&(Φ)。可替代地，当发射器系统300操作于接近用户时(例如，对于用户手持蜂窝电话)，控制元件316将相移O1 = 153引入第一信号S1(fIi)并将相移φ2 = 250引入第二信号ε2(Φ)。
[0033]在第二操作模式326中，控制元件316被配置成调整被引入信号S1 (Φ)和$(Φ)的相移以使得多馈天线308在频率1800MHz处发射信号。当发射器系统300操作于自由空间时，控制元件316将相移O1 = 168弓丨入第一信号S1(O)并将相移Φ2 = 101引入第二信号S2(cD)。当发射器系统300操作于接近用户时，控制元件316将相移O1 = 159引入第一信号S1(CD)并将相移02 = 103引入第二信号S2(cD)。
[0034]在第三操作模式328中，控制元件316被配置成调整被引入信号S1 (Φ)和$(Φ)的相移以使得多馈天线308在频率2.45GHz处发射信号。当发射器系统300操作于自由空间时，控制元件316将相移O1 = 186弓丨入第一信号S1(O)并将相移Φ2 = 140引入第二信号S2(CD)。对于操作于接近用户(例如，对于用户手持蜂窝电话)的发射器系统300，控制元件316将相移O1 = O引入第一信号S1(CD)并将相移Φ2 = 324引入第二信号S2W。
[0035]图4图示了具有控制元件414的发射器系统400，控制元件414被配置成动态控制调整模块404内的一个或多个调整元件406a、406b以将可变相位和/或幅度引入从发射模块402提供给可调谐多馈天线408的多个信号。
[0036]发射器系统400包括从多馈天线408延伸到控制元件414的反馈回路410。在一些示例中，反馈回路410包括被配置成检测包括多馈天线408的一个或多个频率特性(例如，操作频率)的频率响应并且基于检测到的频率特性而生成测量信号Smeas的测量元件412。测量信号S_s被提供给控制元件，所述控制元件响应于接收到的测量信号Snreas而选择性地生成控制信号Sem，控制信号Sem被配置成调整由一个或多个调整兀件406a、406b所引入的相位和/或幅度以便改变多馈天线408的操作频率。在一些示例中，测量元件412可以被包括在发射器系统400内，以使得测量信号Snreas包括本地反馈信号。在其他示例中，测量元件412被包括在另外的收发器内，以使得从被配置成接收所发射信号的其他示例接收测量信号S_s。
[0037]在一些示例中，测量元件412被配置成当检测到由于用户交互和/或其他接近效应所引起的操作频率的改变时生成测量信号S_s。在这种情况下，控制元件414被配置成接收测量信号S_s并基于其来调整多个信号之间的相移和/或幅度差以考虑操作频率的改变。在其他情况下，测量元件被配置成周期地测量多馈天线308的操作频率。这种情况能够减小测量元件412的功率消耗。
[0038]在一些示例中，控制元件414被配置成使用改变相移和/或幅度差的迭代算法来迭代地调整多个信号S1 (A1, Φ^，...，Sn (Αη, Φη)之间的相移和/或幅度差直到在测量元件412检测到期望的发射频率。例如，控制元件414能够使用存储在存储元件416中的算法来通过改变施加于信号的相移和/或幅度差以及通过测量由此引起的发射频率(经由测量元件412)而盲收敛于发射频率，直到实现期望的发射频率。
[0039]在其他示例中，控制元件414被配置成基于存储在存储元件416 (例如，包括查找表)中的预定相位和/或幅度值组合来调整多个信号的相位和/或幅度。在这种情况下，存储元件416包括与多个发射频率关联的多个相移和/或幅度差组合。当多馈天线408将在给定的频率处发射时，控制元件414访问存储元件416以确定将被使用的相移和/或幅度差。在一些示例中，存储元件416可以被配置成提供被提供给多馈天线308的多个信号的初始相位和/或幅度值，而迭代算法用于对所述值进行调整以考虑多馈天线408的频率响应的改变(例如，由于外部用例所引起的)。
[0040]图5图示了示出具有由信号发生器所驱动的两个天线馈源的公开的多馈天线的级联网络表示的框图500。
[0041]标准散射矩阵Sa对应于当两个天线馈源末端是50 Ω时的发射和接收信道。将多馈天线与3dB功率分配器S3dB和移相器Stp进行级联导致天线输入反射系数 in。
[0042]特别地，三分贝功率分配器具有标量表示502:
【权利要求】
1.一种天线配置，包括: 可调谐多馈天线，被配置成在频带处无线发射电磁辐射； 发射模块，被配置成生成其间具有相移或幅度差的多个信号，其中所述多个信号共同对应于待发射信号；以及 多个天线馈源，耦合到可调谐多馈天线的不同空间位置并且被配置成将所述多个信号中的一个提供给可调谐多馈天线； 其中所述多个信号的相移或幅度差定义了所述频带的频率特性。
2.如权利要求1所述的天线配置，进一步包括: 调整模块，被配置成在所述多个信号被提供给可调谐多馈天线之前独立地调整其相位或幅度；以及 控制元件，被配置成生成控制信号，所述控制信号控制来自调整模块的相位或幅度的值以在多个信号之间提供相移或幅度差。
3.如权利要求2所述的天线配置，进一步包括: 测量元件，被配置成检测频率特性并且生成包括与检测到的频率特性有关的信息的测 量信号; 其中控制元件被配置成调整控制信号以基于测量信号来调整多个信号之间的相移或幅度差。
4.如权利要求2所述的天线配置，进一步包括: 测量元件，被配置成检测频率特性并且生成测量信号，以使控制元件迭代地调整多个信号之间的相移或幅度差直到达到发射频率。
5.如权利要求2所述的天线配置，其中所述调整模块包括: 一个或多个移相兀件，被配置成将相移引入由发射模块所生成的多个信号的一个或多个。
6.如权利要求2所述的天线配置，其中所述发射模块被配置成动态地调整多个信号之间的相移以动态地调整待发射信号的频率特性。
7.如权利要求1所述的天线配置，其中所述频率特性包括可调谐多馈天线发射电磁辐射的频率。
8.如权利要求1所述的天线配置，其中所述发射模块包括: 信号发生器，被配置成生成待发射的差分信号； 混合耦合器，被配置成接收待发射信号并生成单端信号； 分离元件，被配置成将单端信号分离成多个相同的信号；以及 一个或多个移相元件，被配置成将相移引入多个相同的信号中的一个或多个。
9.如权利要求8所述的天线配置，进一步包括: 功率放大器，被配置成放大单端信号并将所述单端信号输出到分离元件。
10.如权利要求8所述的天线配置，其中所述一个或多个移相元件包括在一个或多个移相元件和多个天线馈源之间延伸的可变长度传输线。
11.如权利要求1所述的天线配置，其中所述发射模块包括: 信号发生器，被配置成生成差分信号； 第一混合耦合器，被配置成接收差分信号并由此生成单端信号；第二混合耦合器，被配置成接收单端信号并由此沿多个信号通路而生成多个相同的信号；以及 一个或多个移相元件，被配置成将相移引入多个相同的信号中的一个或多个。
12.如权利要求1所述的天线配置，其中天线馈源之一包括在平面倒F天线的接地面和可激发平面元件之间延伸的接地引脚。
13.—种被配置成在多个输出频率上发射无线信号的天线配置，包括: 可调谐多馈天线，被配置成无线发射电磁辐射； 多个天线馈源，耦合到可调谐多馈天线的不同的空间位置； 发射模块，被配置成生成共同对应于待发射信号的多个信号并且将所述多个信号提供给可调谐多馈天线；以及 调整模块，被配置成独立地控制所述多个信号的相位和/或幅度以生成改变天线输入反射系数的多个信号之间的相移或幅度差。
14.如权利要求13所述的天线配置，其中所述天线输入反射系数定义了发射频率。
15.如权利要求13所述的天线配置，包括: 控制元件，与调整模块通信并被配置成生成控制信号，所述控制信号动态地改变相移或幅度差的值以在定义发射频率的多个信号之间提供相移。
16.如权利要求15所述的天线配置，进一步包括: 测量元件，被配置成检测发射频率`并生成包括与检测到的发射频率有关的信息的测量信号; 其中所述控制元件被配置成调整控制信号以基于测量信号来调整所述多个信号之间的相移或幅度差。
17.如权利要求15所述的天线配置，进一步包括: 测量元件，被配置成检测发射频率并生成测量信号，以使控制元件迭代地调整多个信号之间的相移或幅度差直到达到发射频率。
18.如权利要求13所述的天线配置，其中所述天线包括超宽带天线。
19.一种在多个发射频率上对天线进行调谐的方法，包括: 提供具有包括多个天线馈源的可调谐多馈天线的收发器系统； 生成其间具有相移的多个信号，其中所述多个信号共同对应于待发射信号； 将相移或幅度差引入所述多个信号中的一个或多个以生成其间具有相移或幅度差的调整后的多个信号；以及 将调整后的多个信号提供给多个天线馈源以共同激发可调谐多馈天线。
20.如权利要求19所述的方法，其中将相移或幅度差引入所述多个信号中的一个或多个改变定义发射频率的天线输入反射系数。
21.如权利要求19所述的方法，进一步包括: 确定可调谐多馈天线的频率响应； 基于所述频率响应来确定一个或多个已调整的相位或幅度以将可调谐多馈天线调谐到期望的操作频率；以及 将所述一个或多个已调整的相位或幅度引入多个信号。
22.如权利要求19所述的方法，进一步包括:迭代地调整所述一个或多个相位或幅度.直到达到发射频率。
【文档编号】H01Q5/00GK103684501SQ201310383235
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2012年8月29日
【发明者】O.N.阿尔拉巴迪, A.D.塔托米雷斯库, M.B.克努森, G.F.彼得森, M.佩罗西, S.C.德尔巴里奥, P.奥勒森, P.班加德 申请人:英特尔移动通信有限责任公司