图1解说了提供响应于天线与连接到天线的发射机之间的VSWR中的检测到的改变对所发射的载波的动态功率调节的示例电子设备。
图2解说了用于具有用于动态发射功率调节的机制的无线传输系统的示例电子组件和数据流。
图3解说了用于具有用于动态发射功率调节的机制的无线传输系统的另一示例电子组件和数据流。
图4解说了电子设备中的天线子系统的示例网络。
图5解说了示出满足预定义的可接受VSWR条件的区域的Smith图表的示例。
图6解说了用于带动态发射功率调节的无线传输系统的示例操作。
图7解说了用于带动态发射功率调节的无线传输系统的替换示例操作。
详细描述
消费者电子设备可装备有利用射频(RF)电磁场的无线通信电路。例如,无线通信电路系统可以在移动电话RF带、WiFi网络RF带、GPS RF带、近场通信(NFC)带、以及可以与电信规范相关联的其他RF带中传送和接收RF信号。为了保护人类在使用这样的设备时免受有害级别的RF辐射,政府机构已经强制实行了限制来自某些无线电子设备(诸如平板计算机和移动电话)的RF发射功率的规章。降低RF发射功率可以利用移动设备中的有价值的资源并且降低一些电子设备中的设备特征的性能。
在某些管辖区域中,对电子设备制造商施加最大能量吸收约束的专用吸收比率(SAR)规范准备就绪。这些规范基于发射射频(RF)天线的临近度对可以被发射的电磁辐射量施加限制。对在距设备几厘米内的距离(例如,0-3厘米,用户可能将人体部分置于靠近发射天线)处的辐射限制给予了特别关注。这样的限制可通过在电介质体(例如,人体部位)被检测到在发射机附近时降低所发射的载波信号强度来满足。
所公开的技术的各实现提供一种电子设备,该电子设备响应于在天线与连接到天线的发射机之间电压驻波比(VSWR)中检测到的的改变而动态地更改所发射的载波的功率。在该天线附近的用户以可检测的方式影响天线的调谐,从而允许实现符合SAR标准而不显著损害电子设备的性能的动态功率更改。
图1解说了提供响应于天线102与连接到天线的发射机104之间的VSWR中的检测到的改变对所发射的载波的动态功率调节的示例电子设备100。图1中示出了4个天线102、106、108和110以及它们的对应发射机104、112、114和116。在一个实现中,第一内部天线102和第二内部天线108基本等同并工作在第一频带中,而第一外部天线106和第二外部天线110基本等同并工作在第二频带中。例如,第一内部天线102和第二内部天线108可通过无线局域网接收并发送无线电信号。无线局域网可基于IEEE 802.11规范,或其它工业标准规范。IEEE 802.11(即“WiFi”)可在两个频带中工作,第一个为2400到2500MHz而第二个为5725到5875MHz。在相同或另一实现中,第一外部天线106和第二外部天线110在为蜂窝传输分配的频带(或即约0.7到2.7GHz)中接收和发送无线电信号。这些频带可对应于包括例如LTE、WiMax、4G、3G、2G、蓝牙、IEEE 802.11、近场通信(NFC)、RFID等等的通信规范个体天线的操作频带部分基于天线属性以及传递到该天线的对应发射机载波。
在图1的示例中,内部天线对102和108和外部天线对106和110用于监视导电体110(诸如人体部位)的靠近并且在导电体110靠近时动态调节从天线发出的发射功率。以此方式,电子设备100可以符合SAR约束并且保护人类用户免于过度的RF波吸收。
每一发射机-天线对之间是解调监视器(诸如解调监视器电路118、120、122和124),该解调监视器用于监视解调监视器的输入与输出之间的电压驻波比(VSWR)。一般来说,VSWR表示一个节点处的最大驻波幅度与另一节点处的最小驻波幅度之间的电压比。由此,解调监视器电路118检测输入节点(例如,来自耦合至发射机112的输入节点)与输出节点(例如,耦合至天线106的输出节点)之间的VSWR的改变。
当与基线输入-输出VSWR(例如,其中导电体不在发射天线的有效临近度之内的条件下测得的或某一其他恰适基线)比较时,基线VSWR以及连续或周期性地测得的VSWR值之间的差别可以被临近度检测器(诸如临近度检测器电路126、128、130或132)测试以确定该差异是否未能满足预定可接受的VSWR条件。使用包括解调监视器电路120、天线102、临近度检测器电路128和RF发射机104的示例天线子系统133,相对于基线VSWR未能满足预定可接受的VSWR条件指示导电体110到天线102的不可接受的临近度134。当临近度检测器电路128检测到这一状态时,临近度检测器电路128调节来自对应发射机104的发射功率以满足SAR约束(例如,在不满足预定可接受的VSWR条件的同时降低发射功率)。类似的操作和耦合结构可以被应用于图1中示出的其他天线子系统131、135和137。
以此方式,临近度检测器电路128使反馈环路封闭。临近度检测器电路128可以被控制单元控制,该控制单元诸如用固件或软件编程的处理器或控制器,或者用数字存储器和逻辑实现的状态机(未示出)。控制单元可以向临近度检测器电路128提供控制信号以传达临近度检测器电路128何时应当进行临近度测量以及响应于不符合SAR条件发射功率应当被降低多少。连续测量和功率降低之间的时间延迟可以被动态选择以计及快速改变的条件(例如快速逼近的手)或静态情景(例如其中设备被固定在桌面上而没有人在附近)。作为分开的控制单元的替换,控制功能可以被集成在临近度电路128中。
临近度检测器电路128可以从模拟或数字电路或者数字和模拟电路两者的组合来构造。临近度检测器电路128可包括一个或多个模数转换器以将驻波电压信号转换成数字数据,接着例如通过测量VSWR来比较该数字数据以确定临近度。查找表可以提供VSWR与物理临近度之间的关联性。替换地,将VSWR与临近度相关的公式可以被编程到控制单元或临近度检测器电路128中。对测得VSWR的附加处理可以被执行,例如,过滤测量或在时间上对测量积分。
天线子系统131和137被耦合(参见耦合140)以允许临近度检测器126和132传达临近度参数(例如,VSWR流、相对于预定可接受的VSWR条件的状态等)。由此,天线子系统131和137可以协同工作以满足SAR约束和/或在存在不可接受的临近度条件时改进天线性能。例如,如果天线子系统131检测到不可接受的临近度条件但天线子系统137检测到可接受的临近度条件(即,预定可接受的临近度条件被满足),则子系统131和137可以跨耦合140通信以协调发射机112处发射功率的降低以及发射机116处发射功率的增加。以此方式,发射机112处发射功率的降低(由于SAR约束)可以通过发射机116处发射功率的增加而在某种程度上被偏移,由此基于临近度检测来平衡多个发射机之间的发射功率。这样的天线子系统网络可以被扩展为超过两个子系统(例如,扩展为平板计算机系统的全部四个角处的天线子系统)。天线子系统133和135可以经由耦合142按照类似的方式来合作。在一实现中,不同频率范围的天线子系统也可被协调以获得更大范围和/或更精细分辨率的临近度检测(例如,如果全部四个天线子系统131、133、135和137被联网合作,可以跨电子设备100的整个顶部长度来检测临近度)。
经放大的天线子系统(例如,天线子系统137)的预定可接受的临近度条件可以根据发射功率被调节。由此,如果发射机116的发射功率被增加,则预定可接受的临近度条件可以被调节以在存在增大的发射功率时满足SAR约束。此类调节可以例如是预定的并且被存储在临近度检测器电路124能够访问的数据表中(例如,具有针对不同发射功率的不同预定可接受的临近度条件)。
此外,天线子系统协调可用于标识假肯定(例如,其中临近度条件不经受SAR约束的情况下,诸如当计算设备在金属桌面上被放平时)。例如,SAR测试条件可以一次一个地寻址单个天线子系统,其中协调天线子系统可确定四个经协调的天线子系统的失败(例如,跨电子设备100的顶部边缘或者在电子设备100的四个角处)暗示金属表面的临近度而非人类的手或头的临近度。在此类条件下,临近度检测器可以确定临近度检测相对于人类安全和SAR约束而言是假肯定,并且因此确定发射功率的降低不适恰当的。取决于被测试的SAR条件、天线子系统位置、以及电子设备100的配置和结构,可以应用其他类似的条件。
图2解说了用于具有用于动态发射功率调节的机制的无线传输系统200的示例电子组件和数据流。无线传输系统200包括射频(RF)发射机202、发射天线204、解调监视器206和临近度检测器208。RF发射机202可以是具有可变增益控制输入的功率放大器。RF发射机202的发射功率可以基于提供到增益控制输入的信号。解调监视器206包括耦合器210(例如,有向耦合器)。在一示例实现中,有向耦合器可以从在RF发射机接口212与RF天线接口214之间耦合的两个传输线来构造。耦合传输线被布线得足够近,以使得穿过一个传输线的传输特性(例如,功率、相位和其他RF参数)被耦合到该另一传输线,从而允许穿过RF发射机接口212的传输特性以及穿过RF天线接口214的传输特性被临近度检测器208测量。导电体201的临近度可以由经由与移动进入RF发射天线204附近的导电体201的耦合传送的信号的反射改变来指示。替换地,这些改变可以被称为指示RF发射天线204根据导电体201的临近度的解调。
临近度检测器208检测输入处(例如,RF发射机接口212)与输出处(例如,RF天线接口214)的测得传输特性以确定测得VSWR。如果测得VSWR满足相对于基线VSWR的预定可接受的VSWR条件,则临近度检测器208向RF发射机202发信号,以用其标准功率(或者在未检测到不可接受的临近度条件时以恰适的某一其他功率条件)来进行传送。如果测得VSWR不满足相对于基线VSWR的预定可接受的VSWR条件,则临近度检测器208向RF发射机202发信号,以将其发射功率调节为被设置为满足SAR约束的电平。
图3解说了用于具有用于动态发射功率调节的机制的无线传输系统300的另一示例电子组件和数据流。无线传输系统300包括射频(RF)发射机302、发射天线304、解调监视器306和临近度检测器308。解调监视器306包括耦合器310(例如,有向耦合器)和循环器315。在一示例实现中,有向耦合器可以从在RF发射机接口312与耦合器310的输出之间耦合的两个传输线来构造。耦合的传输线被布线得够近,使得穿过一个传输线的传输特性被耦合到该另一传输线,从而允许穿过RF发射机接口312的传输特性被临近度检测器308测量。
在一示例实现中,循环器可以从无源非导数多端口设备来构造,其中进入循环器的一个端口的射频信号被轮流传送到另一端口(例如,端口1到端口2、端口2到端口3、端口3到端口1)。如图3所示,接收自耦合器310的所发射的RF信号在端口1处被接收并且穿过端口2抵达RF天线304。来自RF天线304的反射信号在端口2处被接收并且穿过端口3抵达临近度检测器308,从而提供指示由临近度传感器308测量的VSWR的输出传输特性的信号。导电体301的临近度可以由经由与移动进入RF发射天线304附近的导电体301的耦合传送的信号的反射改变来指示。替换地,这些改变可以被称为指示RF发射天线304根据导电体301的临近度的解调。
临近度检测器308检测输入处(例如,RF发射机接口312)与输出处(例如,由循环器315的端口2和3表示的RF天线接口314)的测得传输特性以确定测得的输入-输出VSWR。如果测得VSWR满足相对于基线VSWR的预定可接受的VSWR条件,则临近度检测器308向RF发射机302发信号,以用其标准功率(或者在未检测到不可接受的临近度条件时以恰适的某一其他功率条件)来进行传送。如果测得VSWR不满足相对于基线VSWR的预定可接受的VSWR条件,则临近度检测器308向RF发射机302发信号,以将其发射功率调节为被设置为满足SAR约束的电平。
图4解说了电子设备400中的天线子系统402、404、406和408的示例网络,电子设备诸如平板计算设备、膝上型计算设备、机顶盒、可穿戴计算设备、智能电话、或具有RF子系统的任何设备。天线子系统402、404、406和408通过通信耦合410、412、414和416被联网。电子设备400还包括显示界面418(例如,显示屏),尽管其他实现可以不包括显示界面。电子设备400解说了具有分布在电子设备400中的不同位置的联网临近度检测天线子系统402、404、406和408的系统,其中天线子系统402、404、406和408利用在电子设备400内的位置差异来改进设备性能和/或符合SAR约束。例如,如果导电体的不可接受的临近度被天线子系统404检测到,则天线子系统404的发射功率可以被降低以符合SAR约束,同时天线子系统402、406和408中的一者或多者的发射功率可以被增大(假定它们符合预定义可接受的VSWR条件)以使天线子系统404的降低的发射功率被偏移。在可用本文所述的一个或多个实现补充的替换实现中,电子设备400可被配置成将全部四个天线子系统402、404、406和408的并发失败解读为不要求调节四个天线子系统402、404、406和408中的任一者的发射功率的条件(例如,解读为导电体是导电表面,例如桌面,而非人体部位)。超过四个天线子系统可以被如此联网以协调SAR顺应性和发射功率管理。
还可以采用其他条件。例如,发射功率调节可基于:检测到不可接受的临近度条件的临近度感测天线子系统的特定数目、检测到不可接受的临近度条件的临近度感测天线子系统的相对或绝对位置、个体临近度感测天线子系统的传输性能(例如,如果经由其他天线子系统获得可接受性能,则检测到不可接受的临近度条件的天线子系统的发射功率可以被降低为零)等。
图5解说了示出满足预定义的可接受VSWR条件的区域的Smith图表500的示例。区域502由给定发射功率的信号发射频率的实验平均来确定。可以在各个频率生成类似的图表以确定满足预定义的可接受VSWR条件的区域。有用频率的这些实验的结果可以被编程到设备中,以使得设备可以确定介电体是否太靠近天线并且违反了SAR要求。可以为不同发射功率确定类似的预定义的可接受VSWR条件。此类预定义的可接受VSWR条件可以被存储在寄存器、存储器、或其他电路系统中,临近度检测器能够访问这些设备,以确定在发射频率和发射功率的某种组合之下特定天线子系统是否在可接受的临近度条件中工作。
例如,如果天线系统被设计成基于IEEE 802.11规范来发射WiFi RF传输,则可接受的SAR区域可以针对2400到2500MHz范围中的频率来确定。实验可以示出,当手在离设备3cm之内并且天线以2400MHz发射时,高于-12dB的VSWR发生。这些实验结果可以被存储在设备中并且用于基于-12dB、-10dB或更高的测得VSWR来确定RF发射功率何时应当被降低。
图6解说了带动态发射功率调节的无线传输系统的示例操作600。输入操作602,诸如通过到RF天线的解调监视器,输入RF发射载波。发射操作604发射RF发射载波。检测操作606检测发射机与发射天线之间的解调监视器的输入与输出之间的所发射的RF载波的VSWR。
决策操作608确定检测到的VSWR相对于基线VSWR测量是否满足预定义的可接受VSWR条件。如果是,则处理继续到输入操作602以进行另一迭代。如果否,导电体被认为在离发射天线的可接受临近度之内,并且调节操作610调节发射RF载波的发射机的发射功率并且接着继续到输入操作602以进行另一迭代。在一种实现中,调节操作610调节发射功率以满足SAR约束,尽管这一调节可以在一次迭代或多次迭代上发生。
图7解说了带动态发射功率调节的无线传输系统的替换示例操作700。输入操作702输入RF发射载波,诸如通过到RF天线的解调监视器。发射操作704发射RF发射载波。检测操作706检测发射机与发射天线之间的解调监视器的输入与输出之间的所发射的RF载波的VSWR。
决策操作708确定检测到的VSWR相对于基线VSWR测量是否满足预定义的可接受VSWR条件。如果是,则处理继续到输入操作702以进行另一迭代。如果否,导电体被认为在离发射天线的不可接受的临近度之内,并且调节操作710降低发射RF载波的发射机的发射功率。信令操作712向另一天线的联网临近度检测器发信号,以增加其发射功率以使第一天线(例如,如果另一天线的临近度检测器未指示不可接受的临近度条件)的发射机的功率降低被偏移并且接着处理继续到输入操作702以进行另一迭代。
在一种实现中,调节操作710降低发射功率以满足SAR约束,尽管这一调节可以在一次迭代或多次迭代上发生。同样地,另一天线子系统的发射功率的增加可以在一次迭代或多次迭代上发生。
图6和7中解说的个体操作可以按顺序或并发地执行。例如,输入和发射操作602和604可以与检测、决策和调节操作606、608和610并发地发生,因为RF发射载波的各个部分可以在任何特定时间点受到这些操作的影响。相应地,图6和7中解说的操作解说了由电路系统或电路系统、软件和机械结构的组合执行的逻辑操作。
相应地,公开了电子设备的各种实现,其中该电子设备包括用于检测RF发射机与RF天线之间相对于预定电压驻波比(VSWR)基线的VSWR中的改变的装置,以及用于在该改变未能满足可接受的VSWR条件的情况下调节从RF发射机发射的载波的发射功率的装置。例如,在一种实现中,检测RF发射机与RF天线之间相对于预定电压驻波比(VSWR)基线的VSWR中的改变的解调监视器,以及在该改变未能满足可接受的VSWR条件的情况下调节从RF发射机发射的载波的发射功率的临近度监视器。在另一实现中,发射功率调节电路或RF发射机本身可以例如响应于来自一个或多个临近度检测器的信号来调节发射功率。
根据所述技术的其他实现,公开了一种方法,该方法包括检测射频(RF)发射机与RF天线之间相对于预定电压驻波比(VSWR)基线的VSWR中的改变,以及在该改变未能满足可接受的VSWR条件的情况下调节从RF发射机发射的载波的发射功率。该方法可包括检测操作,该检测操作包括测量耦合在RF发射机与RF天线之间的解调监视器的输入与输出之间的VSWR。该方法可包括检测操作,该检测操作包括测量连接在RF发射机与RF天线之间的有向耦合器的输入与输出之间的VSWR。
该方法可采用解调监视器,该解调监视器包括连接到RF发射机的耦合器以及连接在该耦合器与RF天线之间的循环器,其中检测操作包括测量耦合器的输入与循环器的输出之间的VSWR。循环器的第一端口连接到耦合器的输出,循环器的第二端口连接到RF天线,而循环器的第三端口连接到临近度检测器。该方法可包括调节操作,该调节操作使用临近度检测器来确定该改变是否未能满足可接受的VSWR条件。
该方法可包括基于未能满足可接受的VSWR条件的离VSWR基线的VSWR中的改变来检测RF天线的不可接受解调。该方法可包括将与RF发射机相关联的临近度检测器通信地连接到与另一RF发射机相关联的另一临近度检测器,并且向该另一RF发射机发信号,以增大到另一RF天线的发射功率。
该方法可包括将与RF发射机相关联的临近度检测器通信地连接到与另一发射机相关联的另一临近度检测器,并且向该另一RF发射机发信号,以增大到另一RF天线的发射功率,如果与该另一RF发射机和该另一RF相关联的VSWR中的检测到的改变满足可接受的VSWR条件。
根据所述技术的其他实现,公开了一种电子设备,该电子设备包括被配置成检测射频(RF)发射机与RF天线之间相对于预定电压驻波比(VSWR)基线的VSWR中的改变的解调监视器电路,以及被配置成在该改变未能满足可接受的VSWR条件的情况下调节从RF发射机发射的载波的发射功率的临近度检测器电路。解调监视器电路可包括连接在RF发射机与RF天线之间的有向耦合器,并且用于测量有向耦合器的输入与输出之间的VSWR。
解调监视器电路可包括被配置成用于连接到RF发射机的耦合器,并且用于测量耦合器的输入与循环器的输出之间的VSWR。循环器的第一端口可连接到耦合器的输出,循环器的第二端口可被配置成用于连接到RF天线,而循环器的第三端口可连接到临近度检测器电路。临近度检测器电路可以被进一步配置成确定该改变是否未能满足可接受的VSWR条件。
该电子设备的临近度检测器电路可被配置成基于未能满足可接受的VSWR条件的离VSWR基线的VSWR中的改变来检测RF天线的不可接受解调。该电子设备的临近度检测器电路可以连接在RF发射机与RF天线之间,并且该电子设备可包括通信地连接到该临近度检测器电路的另一临近度检测器电路。该另一临近度检测器电路连接到另一RF发射机,并且临近度检测器电路被配置成向该另一RF发射机发信号,以增大到另一RF天线的发射功率。
该电子设备的临近度检测器电路可以连接在RF发射机与RF天线之间,并且该电子设备可包括通信地连接到该临近度检测器电路的另一临近度检测器电路。该另一临近度检测器电路连接到另一RF发射机。临近度检测器电路被配置成向连接的该另一RF发射机发信号,以增大到另一RF天线的发射功率,如果与该另一RF发射机与该另一RF天线相关联的VSWR中的检测到的改变满足可接受的VSWR条件。
根据所述技术的其他实现,公开了一种传输系统,该传输系统包括天线以及耦合到该天线的解调监视器电路。解调监视器可包括与天线通信的第一耦合器端口和第二耦合器端口。解调监视器还可包括第一感测端口和第二感测端口。该传输系统还可包括功率放大器,该功率放大器包括增益控制输入以及与第一耦合器端口通信的信号输出。该传输系统还可包括临近度检测器电路,该临近度检测器电路包括与第一感测端口通信的第一输入、与第二感测端口通信的第二输入、以及与增益控制输入通信的输出。该传输系统的临近度检测器电路可以被配置成基于第一输入处检测到的第一信号以及第二输入处检测到的第二信号来确定VSWR值。该传输系统的临近度检测器电路还可以或者替换地被配置成将增益控制信号传达到增益控制输入,其中增益控制信号基于VSWR值。
根据所述技术的其他实现,公开了一种电子设备,该电子设备包括射频(RF)发射机、RF天线、被配置成检测RF发射机与RF天线之间相对于预定电压驻波比(VSWR)基线的VSWR中的改变的解调监视器电路、以及被配置成在该改变未能满足可接受的VSWR条件的情况下调节从RF发射机发射的载波的发射功率的临近度检测器电路。临近度检测器电路可以连接在RF发射机与RF天线之间,并且该电子设备可包括另一RF发射机、另一RF天线、以及通信地连接到该临近度检测器电路的另一临近度检测器电路。该另一临近度检测器电路可以连接在该另一RF发射机与该另一RF天线之间。临近度检测器电路可以被配置成经由该另一临近度检测器向该另一RF发射机发信号,以增大到另一RF天线的发射功率。
该电子设备的临近度检测器电路可以连接在RF发射机与RF天线之间。该电子设备可包括另一RF发射机、另一RF天线、以及通信地连接到临近度检测器电路的另一临近度检测器电路。该另一临近度检测器电路可以连接在该另一RF发射机与该另一RF天线之间。临近度检测器电路可被配置成经由该另一临近度检测器电路向该另一RF发射机发信号,以增大到另一RF天线的发射功率,如果与该另一RF发射机和该另一RF天线相关联的VSWR中的检测到的改变满足可接受的VSWR条件。
在此所述的本发明的各实现方式可以被实现为一个或多个计算机系统中的逻辑步骤。本文描述的技术的逻辑操作可被实现为:(1)在一个或多个计算机系统中执行的处理器实现的步骤的序列;以及(2)一个或多个计算机系统内的互连机器或电路模块。该实现是取决于实现本发明的计算机系统的性能要求的选择问题。因此,构成此处所描述的本发明的实施例的逻辑操作被不同地称为操作、步骤、对象或模块。此外,应该理解,逻辑操作可以以任何顺序执行、按需添加或忽略,除非明确地声明,或者按由权利要求语言固有地要求特定的顺序。
上面的说明、示例和数据提供了对本发明的示例性实施例的结构和使用的完整的描述。因为可以在不背离本发明的精神和范围的情况下做出本发明的许多实现方式,所以本发明落在所附权利要求的范围内。此外,不同实施例的结构特征可以与另一实现方式相组合而不偏离所记载的权利要求书。