專利名稱：用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置。
背景技術：
移動終端中的天線電路用于通過天線傳輸預定的無線電信號或接收信號。為了使天線具有最佳的傳輸/接收輻射性能，要正確地匹配阻抗。因此，天線電路包括電容器和電感器，其中將所述電容器和電感器控制為在最佳狀態下與所述天線的阻抗匹配。通常，阻抗匹配是在移動終端位于自由空間時匹配天線的阻抗。同時，以這樣的方式特征性地使用移動終端，其中手持移動終端的主體且揚聲器接觸耳朵，或者使用耳機，將移動終端的主體放在口袋或包中。根據用戶通過手持移動終端主體、將主體接觸耳朵或者將主體放在口袋或包中來使用移動終端，天線的阻抗匹配條件變為可變的，由此，其阻抗已經在自由空間中匹配的天線的傳輸/接收輻射性能不可避免地下降。結果，移動終端采用具有天線的自適應調諧天線電路，在天線的阻抗匹配條件改變的情況下，通過自動控制天線的阻抗，天線具有最佳的傳輸/接收輻射性能。為了使自適應調諧天線電路保持最佳狀態，檢測天線的改變的阻抗狀態是必要的。為此，將自適應調諧天線電路與耦合器耦合，并檢測通過耦合器輸出的反射功率和前向功率。調節調諧器，以基于檢測的反射功率和前向功率來控制天線的阻抗。但是，為了通過檢測反射功率和前向功率來控制天線的阻抗，實質上，兩個功率檢測器用于檢測反射功率和前向功率。阻抗控制實際上是測量由天線的阻抗不匹配所導致的、從天線反射的反射功率。因此出現了一個問題，其中從天線發射的信號的輸出實際上在最佳地匹配天線的阻抗的過程中改變。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置，其被配置為通過利用一個功率檢測器來控制天線的阻抗。本發明的另一目的是提供一種用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置，其被配置為使實際上在尋找最佳天線匹配值的過程中發射的信號沒有變化。本發明要解決的技術問題不限于上述目的，并且本領域技術人員通過以下描述可清楚地理解迄今未提及的任何其他技術問題。技術方案本發明的目的是整體或部分地解決至少一個或多個上述問題和/或缺點，至少提供這里所述的優點。為了整體或部分地至少實現上述目的，并根據本發明的目標，如同具體實施并寬泛描述的，提供一種用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置，其特征在于 耦合器，其被配置用于將輸入的傳輸信號輸出到傳輸信號輸出端子，以及將反射功率和傳輸信號的耦合功率輸出；調諧器，其被配置用于控制天線的阻抗，以及將通過所述耦合器輸出的傳輸信號提供給所述天線；匹配單元，其被配置用于與所述耦合器輸出的所述耦合功率匹配；功率檢測器，其被配置用于檢測通過所述耦合器輸出的反射功率的電平；以及控制器，其被配置用于通過跟蹤能夠將所述功率檢測器檢測的反射功率的電平最小化的阻抗的位置，控制所述匹配單元的阻抗，并基于所述匹配單元的阻抗來控制所述天線的阻抗。在本發明的一些示例性實施例中，可以控制所述調諧器的阻抗，使得所述調諧器與所述天線的合成阻抗與所述匹配單元的阻抗相同，但是相位相反。在本發明的一些示例性實施例中，所述匹配單元可以包括pin 二極管(pin diode)，所述pin 二極管連接到其中所述耦合器輸出耦合功率的輸出端子，以及通過所述控制器的控制來改變RF (射頻)；變容二極管，所述變容二極管連接到其中所述耦合器輸出耦合功率的輸出端子，以及通過所述控制器的控制來改變電容；以及電感器，所述電感器串聯連接到所述變容二極管。在本發明的一些示例性實施例中，用于中斷DC(直流電流)信號的電容器可以插入在其中所述耦合器輸出所述耦合功率的所述輸出端子、串聯連接的所述變容二極管和所述電感器之間。在本發明的一些示例性實施例中，所述匹配單元可以包括偏置電阻器，所述偏置電阻器將所述控制器輸出的控制電流提供給所述Pin 二極管的控制端子。在本發明的一些示例性實施例中，用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置可以包括存儲器，其中將用于基于所述匹配單元的阻抗變化來改變調諧器阻抗的控制信號預存儲在查找表中。在本發明的另一方面，提供一種用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置， 其特征在于耦合器，其被配置用于將輸入的傳輸信號輸出到傳輸信號輸出端子，以及將反射功率和傳輸信號的耦合功率輸出；匹配單元，其被配置用于與所述耦合器輸出的所述耦合功率匹配；功率檢測器，其被配置用于檢測通過所述耦合器輸出的反射功率的電平；以及控制器，其被配置用于通過跟蹤能夠將所述功率檢測器檢測的反射功率的電平最小化的阻抗的位置，來控制所述匹配單元的阻抗。在本發明的一些示例性實施例中，所述匹配單元可以包括pin 二極管，其連接到其中所述耦合器輸出耦合功率的輸出端子，并且通過所述控制器的控制來改變RF (射頻)； 變容二極管，其連接到其中所述耦合器輸出耦合功率的輸出端子，并且通過所述控制器的控制來改變電容；以及電感器，其串聯連接到所述變容二極管。在本發明的一些示例性實施例中，用于中斷DC(直流電流)信號的電容器可以插入在其中所述耦合器輸出所述耦合功率的所述輸出端子、串聯連接的所述變容二極管和所述電感器之間。在本發明的一些示例性實施例中，所述匹配單元可以包括偏置電阻器，其將所述控制器輸出的控制電流提供給所述Pin 二極管的控制端子。有益效果根據本發明用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置具有的有益效果在于， 其中耦合器輸出耦合功率的輸出端子形成有匹配單元，匹配單元的阻抗被改變，并通過一個功率檢測器來檢測由耦合器輸出的反射功率的電平，以使得反射功率的電平最小化。此夕卜，控制調諧器單元以調節成使得調諧器單元與天線的合成阻抗等于匹配單元的阻抗，同時使得相位相反，由此天線的阻抗被匹配。因此，只使用一個功率檢測器就能正確地匹配天線的阻抗。此外，本發明的特征在于，改變匹配單元的阻抗以調節調諧器單元和匹配天線的阻抗，并且在匹配天線的阻抗的過程中，在從天線輻射的信號的輸出中實際上沒有變化。
圖1是示出根據本發明的、用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置的操作原理的示意圖。圖2是示出根據本發明的、用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置的結構的示意圖。圖3是示出在根據本發明的、用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置中使用的Pin 二極管的電流-RF阻抗特性的曲線圖。圖4是示出在根據本發明的、用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置中使用的變容二極管的電壓-電容特性的曲線圖。圖5是在根據本發明的、用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置中使用的匹配單元的等效電路圖。圖6和圖7是根據本發明的、用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置中，在設置在匹配單元中的變容二極管的電容值增加的情況下以及在設置在匹配單元中的變容二極管的電容值減小的情況下各自的導納圖。圖8和圖9是根據本發明的、用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置中，在將設置在匹配單元中的Pin 二極管的RF阻抗設定為高值的情況下以及在將設置在匹配單元中的Pin 二極管的RF阻抗設定為低值的情況下各自的導納圖。
具體實施例方式在描述本發明時，可以省略本領域中已知結構和處理的詳細描述，以避免被有關這些已知結構和功能的不必要細節模糊本領域技術人員對本發明的理解。這里所示的細節是通過示例的方式，并且目的只是說明性地討論本發明的實施例，并且是為了提供被認為是本發明的原理和構思性方面的最有用和最容易理解的描述而提出的。在這點上，不企圖示出比本發明的基本理解所必須的更詳細的本發明的結構細節，結合附圖的描述使得本發明的若干形式怎樣在實踐中具體實施對本領域技術人員而言顯而易見。圖1是示出根據本發明的、用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置的操作原理的示意圖，其中附圖標記100是耦合器。耦合器(100)將傳輸信號輸出到輸入端子(IN)，將輸入的傳輸信號輸出到輸出端子(OUT)，并將該信號提供給天線(110)。耦合器(100)也將傳輸信號的耦合功率輸出到耦合功率輸出端子(FP)，傳輸信號的耦合功率的電平弱于輸出到傳輸信號輸出端子(OUT)的傳輸信號的功率的電平。耦合器(100)進一步將耦合功率輸出到傳輸信號輸出端子(OUT)， 并將從天線(Iio)反射的反射波的耦合功率以及從耦合功率輸出端子(FP)反射的反射功率輸出到反射功率輸出端子(RP)。耦合功率輸出端子(FP)設置有匹配單元(120)，并且反射波的耦合功率輸出端子(RP)設置有功率檢測器(130)。此時，如果將天線(110)的反射系數定義為，將匹配單元 (120)的反射系數定義為，將從天線(110)反射并輸出到反射功率輸出端子(RP)的信號定義為Sout_A，以及將從匹配單元(120)反射并輸出到反射功率輸出端子(RP)的信號定義為Sout_M，通過以下方程式1和方程式2可以獲得Sout_A和Sout_M。<方程式1>
Sout — A = SiaXCPCIX S42<方程式2>
Sout —M = S31 χφδχ S43其中，Sxy(x和y為1、2、3、4)是輸入到y端子并輸出到χ端子的信號的強度。當 S31 = S42且^ = S21時，可以利用以下方程式3代替方程式2的Sout_M。<方程式3>
Sout —M = S42 χφδχ S21 = S21 χφδχ S42在方程式1與方程式3之間的比較中，能夠注意到，從天線(110)反射并輸出到反射功率的信號值Sout_A和從匹配單元(120)反射并輸出到反射功率輸出端子(RP)的信號值Sout_M具有與天線(110)的反射系數和匹配單元(120)的反射系數差不多的差異。 從天線(110)和匹配單元(110)反射并輸出到反射功率輸出端子(RP)的信號Sout可以通過以下方程式4獲得。<方程式4>
Sout = Sout _A + Sout —Μ = S21 χ S42 χ {φα + <pb)基于方程式4，可以注意到，天線(110)的反射系數和匹配單元(120)的反射系數相等，并且如果兩者之間的相位相反，則反射系數與反射系數相互抵消，且Sout 的大小為零(0)。因此，在適當調節匹配單元(120)的阻抗的情況下，并通過功率檢測器(130)檢測輸出到耦合器(100)的反射功率輸出端子(RP)的Sout的大小，可以獲得從耦合器(100) 的傳輸信號輸出端子(OUT)到天線(110)的阻抗信息。因為，在通過功率檢測器(130)檢測的反射功率的強度小的情況下，從耦合器(100)的傳輸信號輸出端子(OUT)到天線(110) 的阻抗等于匹配單元(120)的阻抗，但是相位相反。圖2是示出根據本發明的、用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置的結構的示意圖，其中附圖標記200是耦合器。耦合器(200)將輸入到輸入端子(IN)的傳輸信號輸出到傳輸信號輸出端子(OUT)。耦合器O00)也將傳輸信號的耦合功率輸出到耦合功率輸出端子(FP)，傳輸信號的耦合功率的電平弱于輸出到傳輸信號輸出端子(OUT)的傳輸信號的功率的電平。耦合器 (200)進一步將從傳輸信號輸出端子(OUT)以及耦合功率輸出端子(FP)反射的反射功率輸出到反射功率輸出端子(RP)。耦合器O00)的傳輸信號輸出端子(OUT)通過調諧器O10) 連接到天線020)，調諧器O10)的阻抗響應于控制信號而變化。耦合器O00)的耦合功率輸出端子(FP)連接到匹配單元030)，并且耦合器(200)處反射波的耦合功率輸出端子 (RP)連接到功率檢測器(MO)。匹配單元(230)被配置成使得耦合功率輸出端子(FP)由pin 二極管(231)連接， 且Pin二極管(231)的控制端子由偏置電阻器(23 連接。此外，耦合功率輸出端子(FP)由 DC中斷電容器035)、變容二極管(237)和電感器039)串聯連接，并且變容二極管037) 的控制端子被施加有控制電壓。附圖標記250是控制器。控制器(250)通過偏置電阻器(233)向pin 二極管031) 提供控制電流，并向變容二極管(237)提供控制電壓，由此改變匹配單元O30)的阻抗，以允許將由功率檢測器(MO)檢測的反射功率的電平最小化。控制器Q50)控制調諧器010)，以允許調諧器OlO)與天線Q20)的合成阻抗等于匹配單元的阻抗，并允許相位彼此相反。附圖標記260是存儲器。根據控制器050)， 存儲器(260)預存儲有調諧器OlO)的控制信號，所述控制信號允許調諧器(210)與天線 (220)的合成阻抗等于匹配單元O30)的阻抗。在這樣配置的用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置中，要被無線傳輸的傳輸信號被輸入到耦合器O00)的輸入端子(IN)，并輸出到傳輸信號輸出端子(OUT)。輸出到耦合器O00)的傳輸信號輸出端子(OUT)的傳輸信號通過調諧器(210)施加到天線 020)，并且被無線傳輸。此外，耦合器(200)還將傳輸信號的耦合功率輸出到耦合功率輸出端子(FP)，傳輸信號的耦合功率的電平弱于輸出到傳輸信號輸出端子(OUT)的傳輸信號的功率的電平。 此外，耦合器(100)將耦合功率輸出到傳輸信號輸出端子(OUT)，并將通過反射而輸出到傳輸信號輸出端子(OUT)的反射功率輸出到反射功率輸出端子(RP)，將通過反射而輸出到耦合功率輸出端子(FP)的反射功率輸出到反射功率輸出端子(RP)。輸出到耦合器O00)的反射功率輸出端子(RP)的反射功率被輸出到功率檢測器 040)，以檢測反射功率的電平，并且反射功率的檢測的電平被輸入到控制器050)。在這種情況下，控制器(250)將控制信號輸出到匹配單元(230)，以改變pin 二極管031)的RF阻抗和變容二極管037)的電容，由此改變匹配單元O30)的阻抗。也就是說，pin 二極管031)使得RF阻抗值響應于施加給控制端子的控制電流而改變，例如如圖3所示。變容二極管(237)使得電容響應于施加給控制端子的電壓而改變， 如圖4所示。如果在等效電路中示出匹配單元030)，則作為可調諧的電介質電容器的變容二極管(237)與電感器039)串聯連接，如圖5所示。通過其中將pin 二極管031)與作為可調諧的電介質電容器的變容二極管(237)和電感器(239)并聯連接的結構，來形成RF阻抗。控制器(250)產生控制電流，且產生的控制電流通過偏置電阻器(23 被供應給 Pin 二極管031)，以改變pin 二極管Q33)的RF阻抗。控制器(250)還產生控制電壓，且產生的控制電壓被施加給變容二極管037)的控制端子，以允許變容二極管(237)具有響應于控制電壓的預定電容。如上所述，控制器(250)改變pin 二極管Q33)的RF阻抗和變容二極管Q37)的電容，以使匹配單元O30)的阻抗變化。圖6、圖7、圖8和圖9示出各個導納圖上匹配單元(230)的可變RF阻抗，僅旋轉通過180度，就可以將導納圖用作史密斯圖。本發明的方式圖6和圖7是根據本發明的、用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置中，在設置在匹配單元(230)中的變容二極管(237)的電容值增加的情況下以及在設置在匹配單元中的變容二極管的電容值減小的情況下各自的導納圖。參照圖6和圖7，可以注意到，變容二極管037)的電容值的變化可以改變相應區域內匹配單元O30)的RF阻抗。圖8和圖9是根據本發明的、用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置中，在將設置在匹配單元O30)中的pin 二極管031)的RF阻抗設定為高值的情況下以及在將設置在匹配單元O30)中的pin 二極管031)的RF阻抗設定為低值的情況下各自的導納圖。參照圖8和圖9，可以注意到，pin 二極管Q31)的RF阻抗值的變化可以改變相應區域內匹配單元O30)的RF阻抗。如圖所示，pin 二極管031)的RF阻抗可以在圖6和圖7所示的區域內改變，并且變容二極管037)的電容可以在圖8和圖9所示的區域內改變。因此，可以注意到，在區域中通過功率檢測器(MO)檢測的功率被最小化的點正好是靠近其中調諧器(210)與天線(220)的合成阻抗大小等于匹配單元(230)的阻抗并且相位相反的點的點，并且利用這個事實，可以調節調諧器OlO)的阻抗，以獲得最佳的天線阻抗匹配。根據本發明，控制器(250)改變匹配單元(230)的阻抗，并在存儲器(沈0)中的查找表上尋找與匹配單元O30)的改變的阻抗相對應的控制信號，并將控制信號輸出到調諧器010)。然后，調諧器OlO)響應于由控制器Q50)輸出的控制信號而改變阻抗，其中調諧器(210)與天線Q20)的合成阻抗變為等于匹配單元O30)的阻抗，但是相位變為彼此相反。也就是說，存儲器(沈0)在其查找表上預存儲有用于輸出到調諧器OlO)的控制信號，該控制信號與輸出到匹配單元O30)的控制信號相對應。通過查找表被預存儲在存儲器O60)中的控制信號使得調諧器OlO)與天線02)的合成阻抗等于匹配單元O30) 的RF阻抗，并且相位相反，其中控制器Q50)改變匹配單元Q30)的RF阻抗，并且同時改變調諧器OlO)的阻抗。在這種情況下，控制器(250)輸入通過功率檢測器(MO)檢測的反射功率的電平， 并跟蹤使反射功率的輸入電平最小化的阻抗的位置以改變匹配單元(230)的RF阻抗，并且基于匹配單元O30)的RF阻抗的變化而同時改變調諧器OlO)的阻抗。此外，在通過功率檢測器Q40)檢測的反射功率的電平最小化的情況下，在最佳狀態下匹配天線O20)的阻抗，其中天線O20)以最佳的傳輸/接收發射性能操作。雖然已經參照其示例性實施例具體地示出和描述本發明，但是一般的發明性構思不限于上述實施例。本領域技術人員應當理解，在不脫離所附權利要求書限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以做出形式和細節上的各種改變和變化。工業應用性根據本發明用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置具有的工業實用性在
8于，天線的阻抗可以被調節，并且在最佳狀態下被匹配，同時不改變來自天線的信號輸出。
權利要求
1.一種用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置，其特征在于耦合器，所述耦合器被配置用于將輸入的傳輸信號輸出到傳輸信號輸出端子，并且將反射功率和傳輸信號的耦合功率輸出；調諧器，所述調諧器被配置用于控制天線的阻抗，并且將由所述耦合器輸出的傳輸信號供應給所述天線；匹配單元，所述匹配單元被配置用于與由所述耦合器輸出的耦合功率匹配；功率檢測器，所述功率檢測器被配置用于檢測由所述耦合器輸出的反射功率的電平；以及控制器，所述控制器被配置用于通過跟蹤能夠將由所述功率檢測器檢測的反射功率的電平最小化的阻抗的位置來控制所述匹配單元的阻抗，并基于所述匹配單元的阻抗來控制所述天線的阻抗。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于控制所述調諧器的阻抗，使得所述調諧器與所述天線的合成阻抗與所述匹配單元的阻抗相同，而相位相反。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述匹配單元包括pin二極管，所述Pin 二極管連接到其中所述耦合器輸出耦合功率的輸出端子，并且通過所述控制器的控制來改變RF (射頻)；變容二極管，所述變容二極管連接到其中所述耦合器輸出耦合功率的輸出端子，并且通過所述控制器的控制來改變電容；以及電感器，所述電感器串聯連接到所述變容二極管。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于用于中斷DC(直流電流)信號的電容器插入在其中所述耦合器輸出耦合功率的輸出端子、串聯連接的所述變容二極管和所述電感器之間。
5.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于所述匹配單元包括偏置電阻器，所述偏置電阻器將由所述控制器輸出的控制電流供應給所述Pin 二極管的控制端子。
6.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于存儲器，其中將用于基于所述匹配單元的阻抗變化而改變調諧器阻抗的控制信號預存儲在查找表中。
7.一種用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置，其特征在于耦合器，所述耦合器被配置用于將輸入的傳輸信號輸出到傳輸信號輸出端子，并且將反射功率和傳輸信號的耦合功率輸出；匹配單元，所述匹配單元被配置用于與由所述耦合器輸出的耦合功率匹配；功率檢測器，所述功率檢測器被配置用于檢測由所述耦合器輸出的反射功率的電平； 以及控制器，所述控制器被配置用于通過跟蹤能夠將由所述功率檢測器檢測的反射功率的電平最小化的阻抗的位置，來控制所述匹配單元的阻抗。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于所述匹配單元包括pin二極管，所述pin 二極管連接到其中所述耦合器輸出耦合功率的輸出端子，并且通過所述控制器的控制來改變RF (射頻)；變容二極管，所述變容二極管連接到其中所述耦合器輸出耦合功率的輸出端子，并且通過所述控制器的控制來改變電容；以及電感器，所述電感器串聯連接到所述變容二極管。
9.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于用于中斷DC(直流電流)信號的電容器插入在其中所述耦合器輸出耦合功率的輸出端子、串聯連接的所述變容二極管和所述電感器之間。
10.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于所述匹配單元包括偏置電阻器，所述偏置電阻器將由所述控制器輸出的控制電流供應給所述Pin 二極管的控制端子。
全文摘要
本發明公開一種用于控制自適應調諧天線電路中的阻抗的裝置，其中匹配單元連接到其中耦合器輸出傳輸信號的耦合功率的輸出端子，控制器調節匹配單元的阻抗，以使得通過耦合器輸出的反射功率最小化，且控制器調節調諧器的阻抗，以允許調諧器與天線的合成阻抗等于匹配單元的阻抗，但是相位相反，從而在最佳狀態下調節天線的阻抗。
文檔編號H04B1/40GK102474294SQ201080035854
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月13日 優先權日2009年8月13日
發明者裵守鎬 申請人:Lg伊諾特有限公司