可調(diào)天線模塊和移動(dòng)裝置的制作方法

本發(fā)明有關(guān)于無(wú)線通信，且尤其有關(guān)于可調(diào)天線模塊和移動(dòng)裝置。

背景技術(shù)：

針對(duì)先進(jìn)高速無(wú)線通信系統(tǒng)(如以更高峰值數(shù)據(jù)率發(fā)送數(shù)據(jù))，先進(jìn)長(zhǎng)期演進(jìn)(Long-Term Evolution Advanced,LTE-A)系統(tǒng)作為長(zhǎng)期演進(jìn)(Long-Term Evolution,LTE)系統(tǒng)的增強(qiáng)，由第三代合作伙伴計(jì)劃(3rd Generation Partnership Project,3GPP)標(biāo)準(zhǔn)化。LTE-A系統(tǒng)的目標(biāo)在于功率狀態(tài)(power state)的更快切換、小區(qū)邊緣性能的改進(jìn)，包括帶寬擴(kuò)展、協(xié)作多點(diǎn)傳送/接收(Coordinated Multipoint Transmission/Reception,COMP)、上行鏈路多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)等主題。

對(duì)于帶寬擴(kuò)展來(lái)說(shuō)，載波聚合(Carrier Aggregation,CA)被引入LTE-A系統(tǒng)，其中兩個(gè)或更多分量載波(component carrier)聚合在一起，以支持更寬的傳輸帶寬和頻譜整合(spectrum aggregation)。通過(guò)采用CA，多個(gè)分量載波聚合為整體更寬的帶寬，其中用戶設(shè)備(User Equipment,UE)或移動(dòng)裝置可建立對(duì)應(yīng)于多個(gè)分量載波的多個(gè)鏈路(link)，以同時(shí)接收和傳送無(wú)線電信號(hào)。在實(shí)踐中，移動(dòng)裝置可同時(shí)操作在兩個(gè)或更多頻帶，以達(dá)到載波聚合。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，其中圖1是根據(jù)先前技術(shù)的LTE-A系統(tǒng)中采用的操作頻帶的頻譜示意圖。如圖1所示，低頻帶LB1-LB3的范圍為700MHz到900MHz，中頻帶MB的范圍為1800MHz到2200MHz，高頻帶HB的范圍為2300MHz到2600MHz。若移動(dòng)裝置操作在非CA(non-CA)模式，則其需要單頻帶；若操作在CA模式，如用于不同地區(qū)和國(guó)家的CA1、CA2和CA3，則其需要兩個(gè)或更多頻帶。舉例來(lái)說(shuō)，操作在模式CA1需要頻帶LB1和MB，操作在模式CA2需要頻帶LB2和MB，操作在模式CA2需要頻帶LB3和MB。

此外，有為了工業(yè)設(shè)計(jì)和魯棒性(robustness)將移動(dòng)裝置配備金屬外殼或金屬框架的趨勢(shì)，而當(dāng)天線集成到移動(dòng)裝置中時(shí)，金屬外殼或框架會(huì)造成降低的天線增益，變窄的帶寬或不穩(wěn)定的天線性能。如此一來(lái)，設(shè)計(jì)者不但面臨天線性 能的挑戰(zhàn)，還面臨天線和金屬外殼之間集成的困難。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，一種傳統(tǒng)的方案是獨(dú)立設(shè)計(jì)具有各自庫(kù)存單元(Stock Keeping Unit,SKU)的天線，以支持模式CA1、CA2和CA3，而這會(huì)增加生產(chǎn)成本和庫(kù)存管理工作。另一種傳統(tǒng)的方案是在移動(dòng)裝置中采用包括天線和切換電路的可調(diào)(tunable)天線模塊，其中切換電路用于切換天線的操作頻率，以操作在模式CA1-CA3和非CA模式。然而，切換電路可造成第二以及/或者第三諧波突波(harmonic spur)，干擾天線的接收信號(hào)，其中發(fā)送信號(hào)的第二以及/或者第三諧波突波由切換電路反射(reflect)，使得反射信號(hào)被天線接收。

舉例來(lái)說(shuō)，若模式CA1建立具有一載波頻率(如704MHz-716MHz)的一上行鏈路和中頻帶MB(如1800MHz到2200MHz)中的兩個(gè)下行鏈路，發(fā)送信號(hào)(如1408MHz-2112MHz)的第二以及/或者第三諧波突波可干擾中頻帶MB中的接收信號(hào)，從而降低接收信號(hào)的信噪比(signal-to-noise ratio)。

因此，如何改進(jìn)帶寬和減小諧波干擾，以支持與金屬外殼集成的天線的載波聚合，成為了業(yè)內(nèi)的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種可調(diào)天線模塊，用于移動(dòng)裝置，包括：天線，包括饋入點(diǎn)以饋入射頻信號(hào)，以及輻射器，耦接至該饋入點(diǎn)以諧振該射頻信號(hào)；分頻電路，耦接至該輻射器，以形成該射頻信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)分量頻率的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)路徑；以及一個(gè)或多個(gè)第一阻抗調(diào)節(jié)電路，耦接至該分頻電路，以調(diào)節(jié)該天線在該射頻信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)分量頻率的阻抗；其中，該輻射器、開(kāi)口槽和地端在該移動(dòng)裝置的金屬外殼中形成。

本發(fā)明另提供一種一種移動(dòng)裝置，包括：信號(hào)處理模塊，以產(chǎn)生射頻信號(hào)；以及可調(diào)天線模塊，耦接至該信號(hào)處理模塊，包括：天線，其中該天線包括饋入點(diǎn)以饋入射頻信號(hào)，以及輻射器，耦接至該饋入點(diǎn)以諧振該射頻信號(hào)；分頻電路，耦接至該輻射器，以形成該射頻信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)分量頻率的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)路徑；以及一個(gè)或多個(gè)第一阻抗調(diào)節(jié)電路，耦接至該分頻電路，以調(diào)節(jié)該天線在該射頻信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)分量頻率的阻抗；其中，該輻射器、開(kāi)口槽和地端在該移動(dòng)裝置的金屬外殼中形成。

通過(guò)利用本發(fā)明，可節(jié)省生產(chǎn)成本和庫(kù)存管理工作。

如下詳述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。閱讀完以下描述和附圖后，本領(lǐng)域技術(shù)人員 可輕易理解本發(fā)明的精神。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)先前技術(shù)的LTE-A系統(tǒng)中采用的操作頻帶的頻譜示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的移動(dòng)裝置的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可調(diào)天線模塊的示意圖。

圖4A到4E和圖5A到5D是基于圖3中阻抗調(diào)節(jié)電路的不同切換狀態(tài)的可調(diào)天線模塊的效率的曲線圖。

圖6A到圖6E是根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的分頻電路和阻抗調(diào)節(jié)電路中的一個(gè)或多個(gè)的電路架構(gòu)示意圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的移動(dòng)裝置的示意圖。

具體實(shí)施方式

在本專利說(shuō)明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定的組件。所屬領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者應(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)組件。本專利說(shuō)明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異來(lái)作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說(shuō)明書及請(qǐng)求項(xiàng)當(dāng)中所提及的“包含”或“包括”為開(kāi)放式的用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”；“組件”、“系統(tǒng)”和“設(shè)備”意指與計(jì)算機(jī)有關(guān)的實(shí)體，可為硬件、軟件或硬件以及軟件的組合。另外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或透過(guò)其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，其中圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的移動(dòng)裝置2的示意圖。移動(dòng)裝置2包括可調(diào)天線模塊20和信號(hào)處理模塊22。信號(hào)處理模塊22可用于產(chǎn)生送到可調(diào)天線模塊20并被可調(diào)天線模塊20輻射的射頻信號(hào)RF_sig，處理可調(diào)天線模塊20接收的無(wú)線信號(hào)，以進(jìn)行無(wú)線通信?？烧{(diào)天線模塊20包括天線200、分頻電路(frequency-division circuit)201以及阻抗調(diào)節(jié)電路(impedance-tuning circuit)MTH1-MTHN(如可稱為第一阻抗調(diào)節(jié)電路)。

天線200可通過(guò)對(duì)射頻信號(hào)RF_sig諧振(resonating)進(jìn)行信號(hào)傳送，并用于引入空中無(wú)線信號(hào)的信號(hào)接收。天線200包括饋入點(diǎn)(feed point)202和輻射器 (radiator)203。在一實(shí)施例中，天線200可包括多個(gè)饋入點(diǎn)。饋入點(diǎn)202可用來(lái)將射頻信號(hào)RF_sig饋入到輻射器203。輻射器203可耦接至饋入點(diǎn)202和地端(ground)，以對(duì)射頻信號(hào)RF_sig諧振，并引入接收信號(hào)以回饋到信號(hào)處理模塊22。分頻電路201可耦接至輻射器203和阻抗調(diào)節(jié)電路MTH1-MTHN，以在輻射器203和阻抗調(diào)節(jié)電路MTH1-MTHN之間，分別形成射頻信號(hào)RF_sig的分量頻率F1-FN的信號(hào)路徑。阻抗調(diào)節(jié)電路MTH1-MTHN可耦接在分頻電路201和信號(hào)處理模塊22之間，以根據(jù)信號(hào)處理模塊22產(chǎn)生的控制信號(hào)CTR1-CTRN，分別調(diào)整天線200在分量頻率F1-FN中的一個(gè)或多個(gè)分量頻率的阻抗。

分量頻率F1-FN中的一個(gè)或多個(gè)分量頻率可通過(guò)分頻電路201，而噪聲信號(hào)(如發(fā)送信號(hào)的第二以及/或者第三諧波突波)可被分頻電路201衰減(attenuated)或阻止(blocked)，使得天線200在分量頻率F1-FN中的一個(gè)或多個(gè)分量頻率的阻抗可由阻抗調(diào)節(jié)電路MTH1-MTHN中的一個(gè)或多個(gè)選擇性調(diào)整。通過(guò)調(diào)整天線200在分量頻率F1-FN中的一個(gè)或多個(gè)分量頻率的阻抗，天線200的帶寬可有效提高，以支持載波聚合。

移動(dòng)裝置2可操作在模式CA1、CA2或CA3，或非CA模式。以模式CA1為例，天線200的阻抗可通過(guò)阻抗調(diào)節(jié)電路MTH1-MTHN中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行調(diào)整，以匹配頻帶LB1和MB，并與不需要頻帶(如頻帶LB2和LB3)失配(mismatch)。

此外，頻帶LB1中的發(fā)送信號(hào)的第二以及/或者第三諧波突波和其他干擾信號(hào)，如控制信號(hào)CTR1-CTRN、信號(hào)處理模塊22產(chǎn)生的基帶信號(hào)或來(lái)自移動(dòng)裝置2的噪聲信號(hào)，可被分頻電路201衰減或阻止。如此一來(lái)，天線200的接收信號(hào)可不被諧波突波和噪聲信號(hào)干擾，從而達(dá)到更好的信噪比。

簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的可調(diào)天線模塊采用分頻電路，以在輻射器和阻抗調(diào)節(jié)電路之間形成射頻信號(hào)的分量頻率F1-FN中的一個(gè)或多個(gè)分量頻率的信號(hào)路徑，使得與一個(gè)或多個(gè)分量頻率有關(guān)的阻抗可被阻抗調(diào)節(jié)電路選擇性調(diào)整。因此，移動(dòng)裝置的操作頻帶可被切換為支持模式CA1-CA3和非CA模式，以節(jié)省生產(chǎn)成本和庫(kù)存管理工作，且天線的接收信號(hào)可不被諧波突波和噪聲信號(hào)干擾，從而達(dá)到更高的信噪比。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可調(diào)天線模塊20的示意圖。在圖3中，與圖2中相同的元件均采用相同的編號(hào)，分量頻率F1-FN中的一個(gè)被標(biāo)示為FX，阻抗調(diào)節(jié)電路MTH1-MTHN中的一個(gè)被標(biāo)示為MTHX，且控制信號(hào)CTR1-CTRN 中的一個(gè)被標(biāo)示為CTRX。

可調(diào)天線模塊20進(jìn)一步包括阻抗調(diào)節(jié)電路MTHZ(如可稱為第二阻抗調(diào)節(jié)電路)，耦接在輻射器203和饋入點(diǎn)202之間，以調(diào)節(jié)(tune)與分量頻率FX有關(guān)的天線200的阻抗，以匹配信號(hào)處理模塊22的輸出阻抗。阻抗調(diào)節(jié)電路MTHX包括切換電路SW和包括電容器C1-C4的可調(diào)電路。切換電路SW可耦接在分頻電路201和可調(diào)電路之間，以將電容器C1-C4中的一個(gè)連接至分頻電路201，或者根據(jù)控制信號(hào)CTRX，從分頻電路201分離至電容器C1-C4，使得與分量頻率FX有關(guān)的天線200的阻抗可被調(diào)整，以匹配需要頻帶，失配不需要頻帶。在一實(shí)施例中，阻抗調(diào)節(jié)電路MTHZ可為被動(dòng)可調(diào)集成電路(Passive Tunable Integrated Circuit,PTIC)或調(diào)節(jié)器。

在這種架構(gòu)中，射頻信號(hào)RF_sig的信號(hào)路徑從信號(hào)處理模塊22開(kāi)始，經(jīng)過(guò)饋入點(diǎn)202到達(dá)輻射器203，可很好地匹配(well-matched)，以在分量頻率FX達(dá)到更好的天線性能。

此外，可調(diào)天線模塊20可與移動(dòng)裝置2的金屬外殼MCV集成，以迎合配備金屬外殼或金屬框架用于裝飾和魯棒性的趨勢(shì)。輻射器203和開(kāi)口槽(open slot)SLT可在金屬外殼MCV中形成。金屬外殼MCV的一部分可用作輻射器203，且另一部分可用作地端，且輻射器203和地端可由開(kāi)口槽SLT分隔。

輻射器203可沿著方向X擴(kuò)展，且輻射器203包括接地點(diǎn)(ground point)，以將輻射器203連接至金屬外殼上形成的地端。在一實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際需求，輻射器203可包括多個(gè)接地點(diǎn)。開(kāi)口槽SLT沿著方向X具有長(zhǎng)度L1，沿著方向Y具有寬度W，其中方向X與方向Y垂直。從接地點(diǎn)沿著方向X到開(kāi)口槽SLT的閉口端的長(zhǎng)度L2可對(duì)應(yīng)于低頻帶LB1-LB3中的操作頻率。從饋入點(diǎn)202沿著方向X的反方向到開(kāi)口槽SLT的開(kāi)口端的長(zhǎng)度L3可對(duì)應(yīng)于中頻帶MB中的操作頻率。從饋入點(diǎn)202沿著方向X到分頻電路201連接輻射器203的地方的長(zhǎng)度為L(zhǎng)4。在一實(shí)施例中，長(zhǎng)度L1可為57毫米(millimeter)，寬度W可為1.5毫米，長(zhǎng)度L3可為25毫米，長(zhǎng)度L4可為2毫米到5毫米。

圖4A到4E和圖5A到5D是基于圖3中阻抗調(diào)節(jié)電路MTHZ和MTHX的不同切換狀態(tài)的可調(diào)天線模塊20的效率(efficiency)的曲線圖。

在圖4A到圖4E中，阻抗調(diào)節(jié)電路MTHZ的PTIC分別固定為不同值V1、V2、V3、V4或V5，而阻抗調(diào)節(jié)電路MTHX被切換為不同的狀態(tài)。若阻抗調(diào)節(jié)電路MTHX的電容器C1、C2、C3或C4通過(guò)切換電路SW連接，可調(diào)天線模 塊20的效率曲線分別用細(xì)實(shí)線、粗實(shí)線、虛線(dashed line)和點(diǎn)劃線(dotted line)表示。如圖4A到圖4E所示，改變阻抗調(diào)節(jié)電路MTHX的狀態(tài)可調(diào)整低頻帶LB1-LB3中的天線200的阻抗，因?yàn)榭烧{(diào)天線模塊20在低頻帶LB1-LB3中的最大效率對(duì)應(yīng)于不同的狀態(tài)而變化。

在圖5A到5D中，阻抗調(diào)節(jié)電路MTHX被固定為連接電容器C1、C2、C3或C4中的一個(gè)，而阻抗調(diào)節(jié)電路MTHZ的PTIC被切換為不同的狀態(tài)。若阻抗調(diào)節(jié)電路MTHZ的PTIC被調(diào)節(jié)為不同的固定值V1、V2、V3、V4或V5，可調(diào)天線模塊20的效率曲線分別用點(diǎn)劃線、粗實(shí)線、虛線、密虛線和細(xì)實(shí)線表示。如圖5A到5D所示，改變阻抗調(diào)節(jié)電路MTHZ的PTIC的狀態(tài)可調(diào)整低頻帶LB1-LB3、中頻帶MB和高頻帶HB中的天線200的阻抗，因?yàn)榭烧{(diào)天線模塊20在低頻帶LB1-LB3、中頻帶MB和高頻帶HB中的最大效率對(duì)應(yīng)于不同的狀態(tài)而變化。

因此，通過(guò)改變阻抗調(diào)節(jié)電路MTHZ的PTIC的狀態(tài)和阻抗調(diào)節(jié)電路MTHX的電容器C1、C2、C3和C4的狀態(tài)，可有效調(diào)整可調(diào)天線模塊20的操作頻帶，以支持載波聚合。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例進(jìn)行更動(dòng)與潤(rùn)飾，本發(fā)明并不限于此。舉例來(lái)說(shuō)，有關(guān)開(kāi)口槽SLT和天線200(即長(zhǎng)度L1-L4和寬度W)的尺寸可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。阻抗調(diào)節(jié)電路MTHX的可調(diào)電路可為變?nèi)荻?jí)管(varactor)、PTIC、電容器陣列、可調(diào)電感器、調(diào)節(jié)器(tuner)的至少一個(gè)。阻抗調(diào)節(jié)電路MTHX的切換電路SW可為二極管、晶體管、單刀單擲開(kāi)關(guān)、單刀多擲開(kāi)關(guān)或多刀多擲開(kāi)關(guān)。分頻電路201可為同向雙工器(diplexer)、雙工器、三工器(triplexer)、四工器(quadplexer)、低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、可調(diào)同向雙工器、可調(diào)雙工器、可調(diào)三工器、可調(diào)四工器、可調(diào)低通濾波器、可調(diào)高通濾波器或可調(diào)帶通濾波器。

請(qǐng)參照?qǐng)D6A到圖6E，其中圖6A到圖6E是根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的分頻電路201和阻抗調(diào)節(jié)電路MTH1-MTHN中的一個(gè)或多個(gè)的電路架構(gòu)示意圖。在圖6A到圖6E中，分頻電路201可為同向雙工器，具有兩個(gè)端口LB_PT和HB_PT，分別連接至兩個(gè)阻抗調(diào)節(jié)電路。其中端口LB_PT可形成低頻帶LB1-LB3中的分量頻率的信號(hào)路徑，端口HB_PT可形成中頻帶MB或高頻帶HB中的分量頻率的另一信號(hào)路徑。

在圖6A中，端口LB_PT可為浮置(floating)，而端口HB_PT可連接至包括 開(kāi)關(guān)、變?nèi)荻O管和電感器陣列的阻抗調(diào)節(jié)電路。在一實(shí)施例中，端口LB_PT可連接至阻抗調(diào)節(jié)電路，而端口HB_PT可為浮置。在圖6B中，端口LB_PT可連接至包括開(kāi)關(guān)、變?nèi)荻O管/PTIC和電感器陣列的阻抗調(diào)節(jié)電路，而端口HB_PT可連接至變?nèi)荻O管/PTIC。在圖6C中，端口LB_PT可連接至包括開(kāi)關(guān)和電感器陣列的阻抗調(diào)節(jié)電路，而端口HB_PT可連接至調(diào)節(jié)器。在圖6D中，端口LB_PT可連接至變?nèi)荻O管/PTIC，而端口HB_PT可連接至包括開(kāi)關(guān)和電感器陣列的阻抗調(diào)節(jié)電路。在圖6E中，端口LB_PT可連接至調(diào)節(jié)器，而端口HB_PT可連接至變?nèi)荻O管/PTIC。因此，本發(fā)明提供多種實(shí)施例，來(lái)擴(kuò)大調(diào)整天線200的阻抗的靈活性。

請(qǐng)參照?qǐng)D7，其中圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的移動(dòng)裝置7的示意圖。移動(dòng)裝置7包括可調(diào)天線模塊20、信號(hào)處理模塊72和耦合裝置(coupling device)74。耦合裝置74可耦接至射頻信號(hào)RF_sig的信號(hào)路徑(如信號(hào)處理模塊72和饋入點(diǎn)202之間的信號(hào)路徑)，以耦合射頻信號(hào)RF_sig，從而產(chǎn)生送到信號(hào)處理模塊72的反向信號(hào)(reverse signal)RV_sig。

在實(shí)際中，信號(hào)處理模塊72可根據(jù)反向信號(hào)RV_sig和前向射頻信號(hào)RF_sig執(zhí)行軟件算法，以產(chǎn)生控制信號(hào)CTR1-CTRN給阻抗調(diào)節(jié)電路MTH1-MTHN。因此，信號(hào)處理模塊可實(shí)時(shí)調(diào)整阻抗調(diào)節(jié)電路MTH1-MTHN中的一個(gè)或多個(gè)的狀態(tài)，從而保證更好的實(shí)時(shí)天線性能。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的可調(diào)天線模塊采用分頻電路，在輻射器和阻抗調(diào)節(jié)電路之間形成射頻信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)分量頻率的信號(hào)路徑，使得與一個(gè)或多個(gè)分量頻率有關(guān)的阻抗可被阻抗調(diào)節(jié)電路選擇性調(diào)整。因此，移動(dòng)裝置的操作頻帶可切換為支持模式CA1-CA3和非CA模式，以節(jié)省生產(chǎn)成本和庫(kù)存管理工作，且天線的接收信號(hào)可不被諧波突波和噪聲信號(hào)干擾，從而達(dá)到更高的信噪比。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。