自适性可自调天线系统及方法
【专利摘要】本发明提供自适性可自调天线系统及方法，其包含：闭合回路系统，其用于感测经发射RF信号的近场RF信号及调谐天线或在多个天线之间切换，使得所述经发射RF信号的强度最大化。感测天线检测所述近场RF信号，所述近场RF信号经滤波且转换成RF强度控制信号，所述RF强度控制信号可用于产生天线调谐控制信号。天线调谐器使用所述天线调谐控制信号以通过动态地改变所述天线的电长度或在多个天线之间切换而使所述天线保持谐振以最大化所述辐射RF信号的所述强度。此类天线可较不易于归因于与人体或其它物体的交互而失谐。使所述天线动态地匹配RF功率放大器及低噪声放大器可改进稳定性、功率效率、增益、噪声指数、及接收器灵敏度。
【专利说明】
自适性可自调天线系统及方法
技术领域
[0001]本申请案大体上涉及自适性可自调天线系统及方法。特定来说，本申请案涉及用于运用包含感测天线、RF检测器、处理器、及天线调谐器的闭合回路系统自适性地调谐天线的系统及方法;及用于可调谐天线的系统及方法。
【背景技术】
[0002]音频制作可涉及许多组件(包含用于捕获及记录制作(例如电视节目、新闻、电影、实况赛事及其它类型的制作)的声音的麦克风、无线音频发射器、无线音频接收器、记录器及/或混频器)的使用。麦克风通常捕获制作的声音，所述声音从麦克风及/或无线音频发射器无线地发射到无线音频接收器。无线音频接收器可被连接到用于由工作人员记录及/或混合声音的记录器及/或混频器，例如制作混音器。电子装置(例如计算机及智能电话)可被连接到记录器及/或混频器以允许工作人员监测音频电平及时间码。
[0003]无线音频发射器、无线音频接收器及其它便携式无线通信装置包含用于发射含有数字或模拟信号(例如经调制音频信号)、数据信号、及/或控制信号的射频(RF)信号的天线。便携式无线通信装置的用户包含舞台表演者、歌手、演员、新闻记者等。一种常见类型的便携式无线通信装置是无线腰挂式发射器，其通常使用皮带夹、束带、胶带等等紧固在用户的身体上。
[0004]包含在便携式无线通信装置上的电小天线通常是低轮廓且小的，使得装置的大小减小，与天线的物理交互最小化，且帮助隐藏装置不被观众看见。取决于所利用的天线类型，天线可从装置延伸或包含于装置内。然而，归因于基本物理限制，天线的可用带宽及效率随天线的大小减小而减小。此外，电小天线更可能经受靠近人体的失谐效应。举例来说，RF信号发射在一些情况下可因为人体邻近天线而降级达20dB。
[0005]用于便携式无线通信装置中的典型天线类型包含四分之一波长鞭形天线、部分或完全螺旋天线、陶瓷芯片天线、及其它类型的天线。这些天线类型中的每一者都具有缺点。四分之一波长鞭形天线可从装置延伸，且因此过长，难以隐藏，且易于损坏。部分或完全螺旋天线也可从装置延伸且具有有限的操作带宽、降级的辐射效率，且在靠近人体时易于失谐。陶瓷芯片天线虽然能够包含在装置内且在物理上小于其它天线类型，但陶瓷芯片天线可具有非常低的辐射效率、极有限的操作带宽，且在靠近人体时也易于失谐。
[0006]因此，存在对于解决这些问题的系统及方法的机会。更特定来说，存在对于自适性可自调天线系统及方法的机会，所述自适性可自调天线系统及方法用于运用闭合回路系统调谐天线以使天线能够具有增大的辐射电阻、改进的辐射效率、针对改进的可自动调谐操作频率的最大化远场强度、对失谐的较小灵敏度、及集成在装置内的能力。
【发明内容】
[0007]本发明希望通过提供自适性可自调天线系统及方法来解决上文提及的问题，所述自适性可自调天线系统及方法经设计以(除其它方面外):(I)利用感测天线从自天线发射的RF信号检测近场射频(RF)信号；(2)基于近场RF信号的强度，将近场RF信号转换成RF强度控制信号；(3)基于RF强度控制信号产生天线调谐控制信号；(4)基于天线调谐控制信号，运用天线调谐器控制天线的电长度，使得从天线发射的RF信号的强度最大化;及(5)提供与调谐网络通信的电小天线以改进辐射电阻及辐射效率。天线可为电子可调天线，且可具有任何类型的物理配置。
[0008]在实施例中，一种自适性可自调天线系统可包含:感测天线，其用于检测从发射天线发射的RF信号的近场RF信号。所述系统还可包含:带通滤波器，其用于从近场RF信号产生经滤波近场RF信号；及RF检测器，其用于将经滤波近场RF信号转换成表示经滤波近场RF信号的强度的RF强度控制信号。处理器可接收RF强度控制信号且基于RF强度控制信号产生天线调谐控制信号。天线调谐器可经配置以基于天线调谐控制信号控制发射天线的电长度，使得由发射天线发射的RF信号的强度最大化。
[0009]在另一实施例中，一种用于自适性地自调发射天线的方法包含检测从发射天线发射的RF信号的近场RF信号。可将近场RF信号带通滤波以产生经滤波近场RF信号。可将经滤波近场RF信号转换成表示经滤波近场RF信号的强度的RF强度控制信号，且可基于RF强度控制信号产生天线调谐控制信号。可基于天线调谐控制信号控制发射天线的电长度，使得由发射天线发射的RF信号的强度最大化。
[0010]在又一实施例中，一种自适性可自调天线系统可包含:感测天线，其用于检测以第一频率的第一 RF信号的第一近场RF信号，且用于检测以不同于第一频率的第二频率的第二RF信号的第二近场RF信号。第一 RF信号可能已从第一发射天线发射，且第二 RF信号可能已从第二发射天线发射。基于是第一还是第二 RF信号正被发射，第一 RF开关可从第一或第二近场RF信号传送所选择的近场RF信号。第一及第二带通滤波器可分别从第一及第二近场RF信号产生第一及第二经滤波近场RF信号。基于是第一还是第二 RF信号正被发射，第二 RF开关可从第一或第二经滤波近场RF信号传送所选择的经滤波近场RF信号。RF检测器可将所选择的经滤波近场RF信号转换成表示所选择的经滤波近场RF信号的强度的RF强度控制信号。处理器可接收RF强度控制信号且基于RF强度控制信号产生天线调谐控制信号。第一天线调谐器可经配置以基于天线调谐控制信号控制第一发射天线的电长度，使得由第一发射天线发射的第一 RF信号的强度最大化。第二天线调谐器可经配置以基于调谐控制信号控制第二发射天线的电长度，使得由第二发射天线发射的第二 RF信号的强度最大化。在一些实施例中，第二发射天线可包含多个发射天线，举例来说，例如在分集配置中。在这些实施例中，第二天线调谐器可经配置以在给定时间实例选择最有效的发射天线用于RF信号的发射。
[0011]在另一实施例中，一种用于发射RF信号的天线结构包含安置在衬底上的第一螺旋分支及第二螺旋分支。第一螺旋分支及第二螺旋分支彼此平行安置，且彼此未电连接。所述天线还可包含:调谐网络，其与第一及第二螺旋分支通信，且经配置以控制第一螺旋分支的第一电长度及第二螺旋分支的第二电长度，使得天线的辐射电阻最大化。天线的第一及第二螺旋分支中的每一者发射RF信号。
[0012]将从下文详细描述及附图明白且更完全理解这些实施例及其它实施例及各种排列及方面，所述详细描述及所述附图陈述指示可利用本发明的原理的各种方式的说明性实施例。
【附图说明】
[0013]图1A到IB是根据一些实施例的单频带自适性可自调天线系统的框图。
[0014]图2A到2B是根据一些实施例的双频带自适性可自调天线系统的框图。
[0015]图3是说明根据一些实施例的用于使用图1A到IB的系统，基于RF强度控制信号及天线调谐控制信号控制发射天线的电长度的操作的流程图。
[0016]图4A到4B分别是说明根据一些实施例的用于使用图2A到2B的系统，基于RF强度控制信号及天线调谐控制信号控制发射天线的电长度的操作的流程图。
[0017]图5是说明根据一些实施例的用于结合图3及图4A到4B的操作产生天线调谐控制信号的操作的流程图。
[0018]图6是根据一些实施例的天线调谐器的示范性示意图。
[0019]图7是根据一些实施例的天线调谐器的示范性替代示意图。
[0020]图8展示天线的示范性代表。
【具体实施方式】
[0021]接下来的描述描述、说明及示范根据本发明的原理的本发明的一或多个特定实施例。并非提供此描述来将本发明限制于本文中描述的实施例，而是解释及教示本发明的原理，从而使得所属领域的一般技术人员能够理解这些原理且在理解的情况下，能够不仅将所述原理应用于实践本文中描述的实施例，而且实践根据这些原理想到的其它实施例。本发明的范围希望涵盖可照字面地或在等效物的教义下落在所附权利要求书的范围内的所有此类实施例。
[0022]应注意在描述及图式中，可运用相同参考数字标示相同或基本上类似元件。然而，有时可运用不同数字标示这些元件，例如(举例来说)在其中此类标示促进更清楚描述的情况下。此外，本文中陈述的图式不一定按比例绘制，且在一些情况下，比例可经夸大以更清楚描绘某些特征。此类标示及绘图方法不一定暗指隐含的实质目的。如上文陈述，本说明书希望被视为整体且根据如本文中教示且被所属领域的一般技术人员所理解的本发明的原理解释。
[0023]下文描述的自适性可自调天线系统及方法可使天线能够具有优于其它类型的天线且特定来说优于电小共形天线的改进性能。系统及方法的闭合回路调谐允许有限带宽的电小天线有效地使操作带宽接近四分之一波长天线的带宽，但归因于天线的共形方面而在物理上较小且围封在装置内。此外，天线具有增大的辐射电阻及改进的辐射效率，且自适性闭合回路天线调谐系统可动态地补偿及最小化归因于与人体或其它干扰物体的交互的天线失谐。特定来说，归因于人体(例如，握持装置的人)的天线失谐效应可包含更改天线的导体电流，且可运用自适性可自调天线系统及方法补偿。
[0024]图1A说明用于最优地发射射频(RF)信号的单频带自适性可自调天线系统100的一个实施例的框图。系统100可为闭合回路系统，其使天线102能够通过使用近场感测天线104、带通滤波器106、RF检测器108、处理器110、及天线调谐器112而以最大化强度及较高辐射效率发射RF信号。通过使用系统100，有限带宽可调天线102可在最大辐射功率下以(例如)UHF/VHF频带或其它频带中的特定频率发射RF信号。天线102可(例如)如下文所描述包含双平行螺旋分支或可为另一配置。由天线102发射的RF信号可含有(例如)由模拟及/或数字调制方案调制的音频信号或数据信号。信号可能已由模拟或数字RF收发器/发射器116调制且由适当匹配的功率放大器114放大(在RF收发器/发射器116在发射器配置中时)或由功率放大器/低噪声放大器114放大(在RF收发器/发射器116在收发器配置中时KRF收发器/发射器116可使用数字数据信号、控制信号等等与其它组件(未展示)(例如麦克风或播放装置)通信。系统100可包含在(例如)无线音频发射器内，且RF信号可从天线102发射以由无线音频接收器、记录器、及/或其它组件接收以用于进一步处理。
[0025]系统100也可动态地改进天线102与功率放大器114的输出的匹配。此匹配通常在便携式无线系统背景下归因于由与人体或其它物体的交互引起的天线阻抗的变化而劣化。因而，由系统100实现的自调及匹配可减小功率放大器114的设计约束，提高稳定性及功率效率，且减小功率消耗。系统100的组件(例如功率放大器114及/或RF收发器/发射器116)的总体复杂度及成本也可相较于当前系统减小。
[0026]感测天线104可检测从天线102发射的RF信号的近场RF信号。辐射近场RF信号是在物理上最靠近天线102且与天线相距的距离大体上在RF信号的波长的分数内的RF信号。使用感测天线104检测近场RF信号使系统100能够确定天线102的调谐，这是因为近场RF信号的强度与其相关联远场RF信号的强度之间存在强相关。远场RF信号是作为由更远离天线定位的接收器接收的“真实辐射功率”信号的RF信号。因此，在感测近场RF信号之后，系统100可控制天线调谐器112以最大化由天线102发射的RF信号的强度。感测天线104可为(例如)印刷电路板上的迹线、导线，或宽带天线，且可将高输入阻抗提供到RF检测器108，使得近场负载效应最小化。
[0027]可将近场RF信号从感测天线104提供到带通滤波器106。带通滤波器106抑制由感测天线104检测的在由天线102发射的频带之外的RF信号以便避免天线调谐失真。举例来说，如果感测天线104从在物理上靠近系统100的装置检测以邻近频率的RF信号，那么带通滤波器106可滤除其它RF信号，使得由天线102发射的RF信号被进一步处理。带通滤波器106可为离散带通滤波器、微波带通滤波器、SAW带通滤波器、螺旋带通滤波器、电介质带通滤波器或其它类型的滤波器。特定类型的带通滤波器106可取决于带外抑制要求。RF检测器108可将来自带通滤波器106的经滤波近场RF信号转换成表示经滤波近场RF信号的强度的RF强度控制信号。RF强度控制信号可为(例如)DC电压或数字信号(例如，SP1、I2C等等)AF检测器108可经校准，使得其仅对天线102的最小所要动态调谐范围(例如，仅限于5dB到15dB)灵敏。以此方式，可最小化由频带内的高功率信号引起的干扰。举例来说，RF检测器108可为来自模拟装置公司(Analog Devices ,Inc.)的AD8361集成电路。
[0028]处理器110可从RF检测器108接收RF强度控制信号且基于RF强度控制信号产生天线调谐控制信号。处理器110可被包围在系统100中且执行其它功能性，或可为分离组件。处理器110上执行的例程可通过产生天线调谐控制信号到天线调谐器112而导致天线102的调谐。特定来说，天线调谐器102可基于天线调谐控制信号控制天线102的电长度，使得经发射RF信号的强度最大化。处理器110可周期性地对以当前频率、以比当前频率高一个调谐状态的频率及以比当前频率低一个调谐状态的频率的近场RF信号的强度进行取样。接着，可产生调谐控制信号，使得天线102被调谐到具有近场RF信号的最高测量强度的调谐状态。下文参考图5描述用于产生调谐控制信号的方法的实施例。
[0029]天线调谐器112可为平衡移相器，其可基于天线调谐控制信号控制天线102的电长度，使得经发射RF信号的强度最大化。特定来说，可使用天线调谐控制信号控制天线调谐器112的净电抗以将天线102调谐为具有以经发射的特定频率的天线谐振。在图6中所展示的一个实施例中，天线601的两个分支分别被连接到包含串联连接的电感器602及电容器604的调谐网络600。调谐网络600中的电感器602可具有高质量因数Q(及包含电容器604的对应低串联电阻值)，使得调谐网络600中的信号丢失最小化。对于以低频带边缘频率的天线谐振，取决于特定频带(例如，VHF、UHF、L频带、S频带、C频带等等)中的操作频率，可结合电感器602的适当选择的电感将电容器604调整到高的值，例如，1pF到1000pF。可减小电容器604的值以便将天线谐振移动到所要操作频率。电容器604的最小值以天线谐振的高频带边缘频率发生。图6还包含具有串联连接的单个导体螺旋天线603、电感器602、及电容器604的实施例。使用自适性自调系统100可持续补偿天线上归因于用户处置及接近人体及其它物体的动态变化的负载效应。电容器604可为(例如)可数字调谐电容器(DTC)、微机电(MEMS)电容器或变容二极管。特定来说，调谐控制信号可控制电容器或变容二极管的电容值，使得适当控制天线601的电长度。
[0030]在图7中所展示的另一实施例中，天线102的两个分支被连接到由PIN二极管构成的平衡调谐网络700。基于在输入端口 702上提供到网络700的调谐控制信号，可使用PIN 二极管使调谐网络700中的特定段短路或断路。特定来说，适当PIN 二极管可经偏置，使得基于天线调谐控制信号控制天线102的电长度以致使天线102以所要频率谐振。平衡的调谐网络700的操作与图6中所展示的调谐网络600具有一些类似之处。在一些实施例中，输入端口702上针对PIN 二极管的调谐控制信号可被连接到微控制器或处理器的通用输入/输出端口。在此配置中，基于用于产生天线调谐控制信号的算法，微控制器或处理器可接通及关断适当PIN 二极管。包含双螺旋分支的天线配置可从平衡调谐网络700获得最优益处，而包含单个导体的天线配置可从调谐网络600获得最优益处。
[0031]图1B说明用于最优发射射频(RF)信号的单频带自适性可自调天线系统150的另一实施例的框图。系统150可为闭合回路系统，其使天线151、152能够通过使用近场感测天线104、带通滤波器106、RF检测器108、处理器110、及RF开关162而以最大化强度及较高辐射效率发射RF信号。天线151、152可为固定分集天线，且RF开关162可选择天线151、152中的最佳天线来发射RF信号。由天线151、152发射的RF信号可含有(例如)由模拟及/或数字调制方案调制的音频信号或数据信号。系统150中的近场感测天线104、带通滤波器106、RF检测器108、及处理器110可各自具有与如上文关于图1A的系统100所描述相同的功能性。处理器110还可基于天线调谐控制信号控制RF开关162，因此，考虑到人体的天线失谐效应，选择辐射最高功率的特定天线151、152用于发射。
[0032]图2A说明用于最优发射RF信号的双频带自适性可自调天线系统200的框图。系统200可为闭合回路系统，其使天线202及252能够通过使用感测天线204、RF开关205及207、带通滤波器206及256、RF检测器208、处理器210、及天线调谐器212及262而以最大强度及较高辐射效率发射RF信号。通过使用系统200，天线202可以(例如)高频带(例如，2.4GHz或5.7GHz)中的特定频率发射RF信号，且天线252可以最大辐射功率，以(例如)低频带(例如，UHF/VHF)中的另一频率发射RF信号。在一些实施例中，天线202可经调谐以在数字发射包的前文周期(preamble per1d)期间发射其RF信号，且天线252可经持续调谐以在除在被发射的数字发射包的前文周期期间之外的其它时间发射其RF信号(例如，模拟调制RF信号)。
[0033]天线202可发射高频带中含有(例如)监测及控制信号的RF信号，所述监测及控制信号可实现较大系统内的组件的管理。监测及控制信号可包含无线音频发射器的增益的调整、音频电平的监测，及/或较大系统的无线方面的监测及控制，例如RF性能、统计量等等。可将无线链路(例如，通过基于IEEE 802.15.4/Zi gBee的协议，例如可从美国舒尔公司(Shure Inc.)购得的ShowLink远程控制(ShowLink Remote Control))用于监测及控制信号。监测及控制信号可能已由RF收发器/发射器216产生且由适当匹配的功率放大器214放大(在RF收发器/发射器216在发射器配置中时)或由功率放大器/低噪声放大器214放大(在RF收发器/发射器216在收发器配置中时)AF收发器/发射器216可与其它组件(未展示)通信。在一些实施例中，天线202在以2.4GHz发射时包含空间分集配置中的两个芯片天线。当在以2.4GHz发射时，感测天线204可在数字发射包的前文周期期间监测来自两个芯片天线的近场RF信号的强度，且接着切换到芯片天线，所述芯片天线在数字发射包的剩余持续时间(例如，有效负载周期)期间辐射更大RF功率。
[0034]天线252可(例如)如下文描述包含双平行螺旋分支或可为另一配置。举例来说，由天线252发射的RF信号可含有通过模拟及/或数字调制方案调制的音频信号或数据信号。信号可能已由模拟或数字RF收发器/发射器266调制且由适当匹配的功率放大器264放大(在RF收发器/发射器266在发射器配置中时)或由功率放大器/低噪声放大器264放大(在RF收发器/发射器266在收发器配置中时)AF收发器/发射器266可使用数字数据信号、控制信号等等与其它组件(未展示)(例如麦克风或播放装置)通信。系统200可包含在(例如)无线音频发射器内，且RF信号可由天线202及252发射以由无线音频接收器、记录器、及/或其它组件接收以用于进一步处理。
[0035]感测天线204可检测从天线202及252发射的RF信号的近场RF信号。使用感测天线204检测近场RF信号使系统200能够确定天线202及252的调谐，这是因为近场RF信号的强度与其相关联远场RF信号的强度之间存在强相关。在感测近场RF信号之后，系统200可控制天线调谐器212及262以最大化由天线202及252发射的RF信号的强度。感测天线204可为(例如)印刷电路板上的迹线、导线或宽带天线，且可将高输入阻抗提供到RF检测器208，使得近场负载效应最小化。
[0036]可将检测到的近场RF信号从感测天线204提供到RF开关205。取决于表示所发射的是高频带RF信号还是低频带RF信号的选择信号，RF开关205可将检测到的近场RF信号路由到带通滤波器206及256中的一者。举例来说，如果高频带RF信号中的发射包的前文部分被发射，那么RF开关205可将近场RF信号路由到高频带带通滤波器206。如果高频带RF信号中的发射包的前文部分未被发射，那么RF开关205可将近场RF信号路由到低频带带通滤波器256。举例来说，可在发射包的前文部分开始时触发选择信号。
[0037]带通滤波器206及256可各自抑制由感测天线204检测到的在由天线202及252发射的频带外的RF信号以便避免天线调谐失真。举例来说，如果感测天线204从在物理上靠近系统200的装置检测以邻近频率的RF信号，那么带通滤波器206及256可滤除其它RF信号，使得由天线202或252发射的RF信号被进一步处理。特定来说，由于天线202及252两者可同时发射相应RF信号，所以带通滤波器206及256将分别抑制在其它频带上发射的RF信号，或可能存在的其它干扰信号。带通滤波器206及256可为离散带通滤波器、微波带通滤波器、SAW带通滤波器、螺旋带通滤波器、电介质带通滤波器或其它类型的滤波器。特定类型的带通滤波器106可取决于带外抑制要求。
[0038]取决于选择信号，RF开关205及207可将经滤波近场RF信号从带通滤波器206及256路由到RF检测器208。如果高频带RF信号中的发射包的前文部分被发射，那么RF开关207可将经滤波近场RF信号从高频带带通滤波器206路由到RF检测器208。如果高频带RF信号中的发射包的前文部分未被发射，那么RF开关207可将经滤波近场RF信号从低频带带通滤波器256路由到RF检测器208。
[0039]RF检测器208可将来自带通滤波器206或256的所选择的经滤波近场RF信号转换成表示所选择的经滤波近场RF信号的强度的RF强度控制信号。举例来说，RF强度控制信号可为DC电压或数字信号(例如，SP1、I2C等等)AF检测器208可经校准，使得其对天线202及252所要的最小动态调谐范围(例如，15dB到25dB)灵敏。以此方式，可最小化由频带内的高功率信号引起的干扰。举例来说，RF检测器208可为来自模拟装置公司的AD8361集成电路。
[0040]处理器210可从RF检测器208接收RF强度控制信号且基于RF强度控制信号产生天线调谐控制信号。处理器210可被包围在系统200中且执行其它功能性，或可为分离组件。取决于是天线202还是天线252被调谐，处理器210上执行的例程可通过产生天线调谐控制信号到天线调谐器212或262而导致天线202及252的调谐。特定来说，天线调谐器212及262可基于天线调谐控制信号分别控制天线202及252的电长度，使得经发射RF信号的强度最大化。处理器210可周期性地对以当前频率、以比当前频率高一个调谐状态的频率及以比当前频率低一个调谐状态的频率的近场RF信号的强度进行取样。接着，可产生天线调谐控制信号，使得将所调谐的天线202或252调谐到具有近场RF信号的最高测量强度的调谐状态。下文参考图5描述用于产生调谐控制信号的方法的实施例。
[0041]天线调谐器262可为平衡移相器，其可基于天线调谐控制信号控制天线252的电长度，使得经发射RF信号的强度最大化。特定来说，可使用天线调谐控制信号控制天线调谐器262的净电抗以将天线252调谐为具有以所发射的特定频率的天线谐振。如上文参考图1A所描述，可能存在天线调谐器262的各种实施例，如图6及7中所描述及展示。
[0042]图2B说明用于最优发射RF信号的双频带自适性可自调天线系统270的框图。系统270可为闭合回路系统，其使天线252及271、272能够通过使用感测天线204、RF开关205及207、带通滤波器206及256、RF检测器208、处理器210、天线调谐器262、及RF开关282而在最大化强度及较高辐射效率下发射RF信号。天线271、272可以(例如)高频带(例如，2.4GHz或5.7GHz)中的特定频率发射RF信号。天线271、272可为固定分集天线，且RF开关282可选择天线271、272两者中的最佳天线以发射高频RF信号。由天线271、272发射的RF信号可(例如)含有监测及控制信号，所述监测及控制信号可实现较大系统内的组件的管理。感测天线204、RF开关205及207、带通滤波器206及256、RF检测器208、处理器210、及天线调谐器262可各自具有与上文关于图2A的系统200所描述相同的功能性。处理器210还可基于天线调谐控制信号控制RF开关282，使得选择天线271、272两者中辐射最高功率的特定天线用于发射高频RF信号。
[0043]图3中展示用于基于天线调谐控制信号控制天线的电长度的过程300的实施例。过程300可导致天线调谐控制信号的产生，所述天线调谐控制信号控制天线的电长度，使得RF信号以最大化强度及较高辐射效率发射。在步骤302处，可(例如)由RF收发器或发射器产生初始RF信号。举例来说，初始RF信号可含有由模拟及/或数字调制方案调制的音频或数据信号。在步骤304处，可(例如)使用功率放大器将初始RF信号放大成RF信号。在步骤306处，可从天线发射RF信号，使得RF信号可由接收器组件接收。
[0044]在步骤308处，可(例如)由感测天线检测经发射RF信号的近场RF信号。近场RF信号是在物理上最靠近天线且与天线相距的距离大体上在RF信号的波长的分数内的RF信号。检测近场RF信号帮助确定天线的调谐，这是因为近场RF信号的强度与其相关联远场RF信号的强度之间存在强相关。远场RF信号是作为由更远离天线定位的接收器接收的“真实辐射功率”信号的RF信号。
[0045]在步骤310处，可从在步骤308处检测到的近场RF信号产生经滤波近场RF信号。举例来说，可由带通滤波器产生经滤波近场RF信号，使得可抑制经发射的频带外的RF信号。在步骤312处，可(例如)由RF检测器将经滤波近场RF信号转换成RF强度控制信号。RF强度控制信号可表示经滤波近场RF信号的强度且可为(例如)DC电压或数字信号(例如，SP1、I2C等等)。在步骤314处，可基于RF强度控制信号产生天线调谐控制信号。举例来说，可由在处理器上执行的例程产生天线调谐控制信号。在步骤316处，天线调谐控制信号可控制天线调谐器以控制发射天线的电长度以最大化经发射RF信号的强度。在一些实施例中，在步骤316处，(例如)在经调谐的天线具有多芯片配置时，天线调谐控制信号可控制天线调谐器以针对最大辐射功率选择最佳天线。下文关于图5论述产生天线调谐控制信号的进一步描述。
[0046]图4A到4B中分别展示用于基于天线调谐控制信号控制天线的电长度的过程400及450的实施例。过程400及450可导致天线调谐控制信号的产生，所述天线调谐控制信号控制以不同频率发射的天线的电长度，使得RF信号以最大化强度及较高辐射效率发射。举例来说，可结合图2A的系统200利用过程400，且可结合图2B的系统270利用过程450。通过使用过程400及450，一个天线可以(例如)高频带(例如，2.4GHz)中的特定频率发射RF信号，且另一天线可以最大辐射功率以例如低频带(例如，UHF/VHF)中的另一频率发射RF信号。在一些实施例中，发射高频带RF信号的天线可经调谐以在数字发射包的前文周期期间发射其RF信号，且发射低频带RF信号的天线可经调谐以在除在数字发射包的前文周期期间之外的其它时间发射其RF信号(例如，模拟调制RF信号)。在其它实施例中，低频带天线可发射作为数字调制RF信号的RF信号，且高频带天线也可发射作为数字调制RF信号的RF信号。在此情况下，低频带RF信号可在其数字调制RF信号的前文周期期间调谐，所述前文周期与高频带RF信号的数字调制RF信号的前文周期同步。
[0047]在步骤402处，可(例如)由RF收发器或发射器产生初始高频带RF信号。举例来说，初始高频带RF信号可含有监测及控制信号。在步骤404处，可(例如)使用功率放大器将初始高频带RF信号放大成高频带RF信号。在步骤406处，可从天线发射高频带RF信号，使得高频带RF信号可由接收器组件接收。在与步骤402到406相同的时间或不同的时间，在步骤408处，可(例如)由RF收发器或发射器产生初始低频带RF信号。举例来说，初始低频带RF信号可含有由模拟及/或数字调制方案调制的音频或数据信号。在步骤410处，可(例如)使用功率放大器将初始低频带RF信号放大成低频带RF信号。在步骤412处，可从天线发射低频带RF信号，使得低频带RF信号可由接收器组件接收。
[0048]在步骤414处，举例来说，可由感测天线检测经发射高频带RF信号及/或低频带RF信号的近场RF信号。检测近场RF信号帮助确定天线的调谐，这是因为近场RF信号的强度与其相关联远场RF信号的强度之间存在强相关。在步骤416处，可确定数字发射包的前文部分是否在高频带RF信号上发射。如果在步骤416处前文部分被发射，那么过程400及450继续到步骤418。在步骤418处，可从在步骤414处检测到的高频带近场RF信号产生经滤波高频带近场RF信号。举例来说，可由高频带带通滤波器产生经滤波高频带近场RF信号，使得可抑制经发射的此频带外的RF信号。
[0049]在步骤420处，可(例如)由RF检测器将经滤波高频带近场RF信号转换成RF强度控制信号。RF强度控制信号可表示经滤波高频带近场RF信号的强度且可为(例如)DC电压或数字信号(例如，SP1、I2C等等)。在步骤422处，可基于RF强度控制信号产生天线调谐控制信号。举例来说，可由在处理器上执行的例程产生天线调谐控制信号。在图4A中所展示的过程400中，在步骤424处，天线调谐控制信号可控制天线调谐器以控制发射天线的电长度以最大化经发射高频带RF信号的强度。这可通过天线调谐或在高频带天线具有多天线配置的情况下由天线选择完成。下文关于图5论述产生调谐控制信号的进一步描述。在图4B中所展示的过程450中，在步骤422之后，在步骤454处，可由天线调谐控制信号控制RF开关，使得选择在前文部分期间辐射最高功率的最佳固定天线用于发射。
[0050]如果在步骤416处，数字发射包的前文部分未在高频带RF信号上发射，那么过程400及450继续到步骤426。在步骤426处，可从在步骤414处检测到的低频带近场RF信号产生经滤波低频带近场RF信号。举例来说，可由低频带带通滤波器产生经滤波低频带近场RF信号，使得可抑制经发射的此频带外的RF信号。在步骤428处，可(例如)由RF检测器将经滤波低频带近场RF信号转换成RF强度控制信号。RF强度控制信号可表示经滤波低频带近场RF信号的强度且可为(例如)DC电压或数字信号(例如，SP1、I2C等等)。在步骤430处，可基于RF强度控制信号产生天线调谐控制信号。举例来说，可由在处理器上执行的例程产生天线调谐控制信号。在步骤432处，天线调谐控制信号可控制天线调谐器以控制发射天线的电长度以最大化经发射低频带RF信号的强度。下文关于图5论述产生调谐控制信号的进一步描述。
[0051]图5中展示用于产生天线调谐控制信号的过程500的实施例。举例来说，如上文所描述，过程500可为步骤314、422、及/或430的实施例。可基于检测到的近场RF信号的测量强度产生天线调谐控制信号，使得特定天线经调谐以最大化由天线发射的RF信号的强度。举例来说，过程500可由处理器执行。在步骤502处，可将当前发射频率的近场RF信号的强度存储在(例如)存储器中。举例来说，如上文所描述，近场RF信号的强度可基于由RF检测器产生的RF强度控制信号。在步骤504处，可产生第一校准天线调谐控制信号，使得将天线调谐到比当前频率低一个调谐状态的频率。在步骤506处，可接收传达处于此状态的近场RF信号的强度的RF强度控制信号。在步骤508处，可将第一校准强度存储在存储器中。第一校准强度可基于在步骤506处接收到的RF强度控制信号。
[0052]在步骤510处，可产生第二校准天线调谐控制信号，使得将天线调谐到比当前频率高一个调谐状态的频率。在步骤512处，可接收传达处于此状态的近场RF信号的强度的RF强度控制信号。在步骤514处，可将第二校准强度存储在存储器中。第二校准强度可基于在步骤512处接收到的RF强度控制信号。在步骤516处，可产生天线调谐控制信号，使得将天线调谐到具有近场RF信号的最高测量强度的调谐状态。可将在步骤502处存储的强度、在步骤508处存储的第一校准强度、及在步骤514处存储的第二校准强度彼此比较以确定最高测量强度。接着，在步骤516处，可调谐到对应于最高测量近场强度的天线校准调谐状态(三个调谐状态之一)。以此方式，天线可经持续调适及自调，使得其以最大功率发射。可取决于无线系统的特定协议及传播简档配置及优化校准状态重复周期及步长。
[0053]图8说明包含具有双螺旋分支的天线的天线的示范性表示。图8中所展示的天线可发射RF信号，所述RF信号含有(例如)由模拟及/或数字调制方案调制的音频或数据信号。在一些实施例中，信号可能已由RF收发器/发射器调制且由功率放大器放大。RF收发器/发射器可使用数字数据信号、控制信号等等与其它组件(未展示)(例如麦克风或播放装置)通信。图8中所展示的天线是可用于上文描述的系统100及200中的天线的示范性实施例。天线的接地平面可包含(例如)装置的电子及机械组件(例如，印刷电路板铜接地、RF屏蔽、电池等等)、及/或握持装置的人。
[0054]图8中所展示的天线802、804、806、808、810、及812可包含双螺旋分支。可将螺旋分支共形地构造在衬底上，例如在装置(例如，无线音频发射器或其它便携式无线通信装置)的塑料外壳上。举例来说，可利用注射成型塑料部件上的激光直接结构化以将螺旋分支印刷在塑料外壳上。以此方式，可将天线802、804、806、808、810、及812集成在装置内且保护其免于归因于与用户或其它物体的物理交互的潜在损坏。
[0055]螺旋分支可由导体构成，例如导线或镀敷导体。在图8中，在三维视图中展示天线802、804、806、808、810、及812中的每一者的一部分，且还在每一天线的左侧展示天线中的每一者的横截面以展示导体的空间定位。特定来说，天线802及804展示螺旋分支包含导体带及导线。天线802及804中的导线分别在底部定向及中间定向中。天线806及808展示螺旋分支包含宽导体带及较狭窄导体带。天线806及808中的较狭窄导体带分别在底部定向及中间定向中。天线810展示螺旋分支包含两个导体带。天线812展示螺旋分支包含两个导线。螺旋分支彼此未电连接且可具有不同几何形状及/或物理长度。
[0056]天线814及816包含可为导体带或导线的三维单个螺旋。在天线814中，单端口馈送可经包含以用于接收或发射馈送到端口 I的RF信号。双端口馈送可经包含以用于接收或发射使用接地的端口 I馈送到端口2的RF信号，如天线816中所展示。可将天线814及816共形地构造在衬底上(例如在装置的塑料外壳上)且具有不同形状及形状因数。可将天线814及816集成在装置内且保护其免受于归因于与用户或其它物体的物理交互的潜在损坏。
[0057]天线或天线的分支中的每一者可被连接到调谐网络，所述调谐网络调谐天线以谐振且改进天线的辐射效率。调谐网络可如上文所描述包含电感器、可数字调谐电容器、微机电(MEMS)电容器、及/或PIN 二极管以允许调谐天线以控制其电长度且最大化RF信号的发射强度。
[0058]本发明希望解释如何根据本技术设计及使用各种实施例，而非限制本技术的真实、期望、且合理的范围及精神。前述描述不希望在为详尽的或限于所揭示的精确形式。鉴于上述教示，修改或变化是可能的。选择及描述实施例以最好说明所描述技术的原理及其实际应用，且使所属领域的一般技术人员能在各种实施例中且结合如适于所预期的特定用途的各种修改利用本发明。所有此类修改及变化在如由所附权利要求书(如可能在本专利申请案待审期间修正)及在根据其合理、合法且公正地拥有的范围解释时的其所有等效物确定的实施例的范围内。
【主权项】
1.一种自适性可自调天线系统，其包括: 感测天线，其用于检测从发射天线发射的RF信号的近场射频RF信号，所述RF信号包括模拟经调制信号或数字经调制信号中的一或多者； 带通滤波器，其与所述感测天线通信，所述带通滤波器用于从所述近场RF信号产生经滤波近场RF信号； RF检测器，其与所述带通滤波器通信，所述RF检测器用于将所述经滤波近场RF信号转换成表示所述经滤波近场RF信号的强度的RF强度控制信号;及 处理器，其与所述RF检测器通信，所述处理器经配置以接收所述RF强度控制信号且基于所述RF强度控制信号产生天线调谐控制信号，其中所述天线调谐控制信号用于控制所述发射天线的电长度，使得由所述发射天线发射的所述RF信号的强度最大化。2.根据权利要求1所述的自适性可自调天线系统，其进一步包括: 所述发射天线，其用于发射所述RF信号； 天线调谐器，其与所述处理器及所述发射天线通信，所述天线调谐器经配置以基于所述天线调谐控制信号控制所述发射天线的所述电长度； RF发射器，其用于产生包括所述模拟经调制信号或所述数字经调制信号中的所述一或多者的初始RF信号;及 RF功率放大器，其与所述RF发射器及所述天线调谐器通信，所述RF功率放大器用于将所述初始RF信号放大成所述RF信号且将所述RF信号发射到所述天线调谐器。3.根据权利要求2所述的自适性可自调天线系统，其中所述天线调谐器包括移相器。4.根据权利要求3所述的自适性可自调天线系统，其中: 所述移相器包括与至少一个电容器及所述发射天线串联的至少一个电感器;且所述至少一个电容器的电容值基于所述天线调谐控制信号而选择，其中所述所选择的电容值控制所述发射天线的所述电长度。5.根据权利要求4所述的自适性可自调天线系统，其中所述至少一个电容器包括至少一个可数字调谐电容器或至少一个微机电电容器中的一或多者。6.根据权利要求3所述的自适性可自调天线系统，其中: 所述移相器包括与至少一个变容二极管及所述发射天线串联的至少一个电感器;且所述至少一个变容二极管的电容值基于所述天线调谐控制信号而确定，其中所述所选择的电容值控制所述发射天线的所述电长度。7.根据权利要求3所述的自适性可自调天线系统，其中: 所述移相器包括与所述发射天线通信的至少一个PIN 二极管;且 所述至少一个PIN 二极管基于所述天线调谐控制信号而偏置，其中所述至少一个PIN 二极管的所述偏置控制所述发射天线的所述电长度。8.根据权利要求3所述的自适性可自调天线系统，其中所述移相器包括平衡移相器或单端移相器中的一或多者。9.根据权利要求2所述的自适性可自调天线系统，其中所述发射天线包括第一螺旋分支及第二螺旋分支，所述第一螺旋分支及所述第二螺旋分支彼此平行安置且彼此未电连接。10.根据权利要求9所述的自适性可自调天线系统，其中: 所述第一螺旋分支具有第一长度;且 所述第二螺旋分支具有不同于所述第一长度的第二长度。11.根据权利要求9所述的自适性可自调天线系统，其中: 所述第一螺旋分支具有第一几何形状;且 所述第二螺旋分支具有不同于所述第一几何形状的第二几何形状。12.根据权利要求2所述的自适性可自调天线系统，其中所述发射天线包括单个螺旋分支。13.根据权利要求1所述的自适性可自调天线系统，其中所述感测天线包括印刷电路板上的迹线或宽带天线中的一或多者。14.根据权利要求1所述的自适性可自调天线系统，其中所述RF信号含有音频信号或数据信号中的一或多者。15.根据权利要求1所述的自适性可自调天线系统，其中所述处理器经配置以通过以下操作产生所述天线调谐控制信号: 基于所述RF强度控制信号，存储以当前频率的所述RF信号的所述强度； 产生第一校准天线调谐控制信号，使得将所述发射天线调谐到比所述RF信号的所述当前频率低一个调谐状态的第一频率； 接收所述RF强度控制信号； 基于所述RF强度控制信号存储所述RF信号的第一校准强度； 产生第二校准调谐控制信号，使得将所述发射天线调谐到比所述RF信号的所述当前频率高一个调谐状态的第二频率； 接收所述RF强度控制信号； 基于所述RF强度控制信号存储所述RF信号的第二校准强度;及产生所述天线调谐控制信号，使得将所述发射天线调谐到以所述第一频率、所述第二频率或基于所述第一校准强度、所述第二校准强度、及所述RF信号的所述强度中的较大者的所述当前频率中的一者的谐振。16.一种用于自适性地自调发射天线的方法，其包括: 检测从所述发射天线发射的RF信号的近场射频RF信号，所述RF信号包括模拟经调制信号或数字经调制信号中的一或多者； 将所述近场RF信号带通滤波以从所述近场RF信号产生经滤波近场RF信号； 将所述经滤波近场RF信号转换成表示所述经滤波近场RF信号的强度的RF强度控制信号;及 基于所述RF强度控制信号产生天线调谐控制信号，其中所述天线调谐控制信号用于控制所述发射天线的电长度，使得由所述发射天线发射的所述RF信号的强度最大化。17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括: 产生包括所述模拟经调制信号或所述数字经调制信号中的所述一或多者的初始RF信号； 将所述初始RF信号放大成所述RF信号； 从所述发射天线发射所述RF信号;及 基于所述天线调谐控制信号控制所述发射天线的所述电长度。18.根据权利要求17所述的方法，其中控制所述发射天线的所述电长度包括基于所述天线调谐控制信号选择至少一个电容器的电容值，其中所述所选择的电容值控制所述发射天线的所述电长度且所述至少一个电容器与至少一个电感器及所述发射天线串联。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述至少一个电容器包括至少一个可数字调谐电容器或至少一个微机电电容器中的一或多者。20.根据权利要求17所述的方法，其中控制所述发射天线的所述电长度包括基于所述天线调谐控制信号确定至少一个变容二极管的电容值，其中所述所选择的电容值控制所述发射天线的所述电长度且所述至少一个变容二极管与至少一个电感器及所述发射天线串联。21.根据权利要求17所述的方法，其中控制所述发射天线的所述电长度包括基于所述天线调谐控制信号使至少一个PIN 二极管偏置，其中所述至少一个PIN 二极管的所述偏置控制所述发射天线的所述电长度且所述至少一个PIN 二极管与所述发射天线通信。22.根据权利要求16所述的方法，其中所述发射天线包括第一螺旋分支及第二螺旋分支，所述第一螺旋分支及所述第二螺旋分支彼此平行安置且彼此未电连接。23.根据权利要求22所述的方法，其中: 所述第一螺旋分支具有第一长度;且 所述第二螺旋分支具有不同于所述第一长度的第二长度。24.根据权利要求22所述的方法，其中: 所述第一螺旋分支具有第一几何形状;且 所述第二螺旋分支具有不同于所述第一几何形状的第二几何形状。25.根据权利要求16所述的方法，其中所述发射天线包括单个螺旋分支。26.根据权利要求16所述的方法，其中产生所述天线调谐控制信号包括: 基于所述RF强度控制信号，存储以当前频率的所述RF信号的所述强度； 产生第一校准调谐控制信号，使得将所述发射天线调谐到比所述RF信号的所述当前频率低一个调谐步阶的第一频率； 接收所述RF强度控制信号； 基于所述RF强度控制信号存储所述RF信号的第一校准强度； 产生第二校准调谐控制信号，使得将所述发射天线调谐到比所述RF信号的所述当前频率高一个调谐步阶的第二频率； 接收所述RF强度控制信号； 基于所述RF强度控制信号存储所述RF信号的第二校准强度;及产生所述天线调谐控制信号，使得将所述发射天线调谐到以所述第一频率、所述第二频率或基于所述第一校准强度、所述第二校准强度及所述RF信号的所述强度中的较大者的所述当前频率中的一者的谐振。27.一种自适性可自调天线系统，其包括: 感测天线，其用于检测从第一发射天线发射的第一 RF信号的第一近场射频RF信号、及从第二发射天线发射的第二 RF信号的第二近场RF信号，其中所述第一 RF信号是以第一频率且所述第二 RF信号是以不同于所述第一频率的第二频率； 第一 RF开关，其与所述感测天线通信，所述第一 RF开关用于基于是所述第一 RF信号还是所述第二 RF信号将被发射而从所述第一近场RF信号或所述第二近场RF信号传送所选择的近场信号； 第一带通滤波器，其与所述第一 RF开关通信，所述第一带通滤波器用于从所述第一近场RF信号产生第一经滤波近场RF信号； 第二带通滤波器，其与所述第一 RF开关通信，所述第二带通滤波器用于从所述第二近场RF信号产生第二经滤波近场RF信号； 第二 RF开关，其与所述第一及第二带通滤波器通信，所述第二 RF开关用于基于是所述第一 RF信号还是所述第二 RF信号将被发射而从所述第一经滤波近场RF信号或所述第二经滤波近场RF信号传送所选择的经滤波近场RF信号； RF检测器，其与所述第二 RF开关通信，所述RF检测器用于将所述所选择的经滤波近场RF信号转换成表示所述所选择的经滤波近场RF信号的强度的RF强度控制信号;及 处理器，其与所述RF检测器通信，所述处理器经配置以接收所述RF强度控制信号且基于所述RF强度控制信号产生天线调谐控制信号，其中所述天线调谐控制信号用于控制所述第一或第二发射天线的相应电长度，使得由所述第一或二发射天线发射的所述第一或第二RF信号的强度最大化。28.根据权利要求27所述的自适性可自调天线系统，其进一步包括: 第一天线调谐器，其与所述处理器及所述第一发射天线通信，所述第一天线调谐器经配置以基于所述天线调谐控制信号控制所述第一发射天线的所述第一电长度;及 第二天线调谐器，其与所述处理器及所述第二发射天线通信，所述第二天线调谐器经配置以基于所述天线调谐控制信号控制所述第二发射天线的所述第二电长度。29.根据权利要求27所述的自适性可自调天线系统，其中: 所述第一频率在高频带中； 所述第一 RF信号是第一数字经调制信号； 所述第二频率在低频带中;且 所述第二 RF信号是模拟经调制信号或第二数字经调制信号中的一或多者。30.根据权利要求29所述的自适性可自调天线系统，其中: 如果所述第一数字经调制信号的前文被发射，那么: 由所述第一 RF开关传送的所述所选择的近场信号为所述第一近场RF信号;且由所述第二 RF开关传送的所述所选择的经滤波近场信号为所述第一经滤波近场RF信号;且 如果所述第一数字经调制信号的所述前文未被发射，那么: 由所述第一 RF开关传送的所述所选择的近场信号为所述第二近场RF信号;且 由所述第二 RF开关传送的所述所选择的经滤波近场信号为所述第二经滤波近场RF信号。
【文档编号】H01Q9/14GK105917522SQ201480073160
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年12月9日
【发明人】克里斯托弗·扎哈拉
【申请人】舒尔获得控股公司