專利名稱：使用可重配置寄生元件來控制波束成形天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及天線，并且具體地涉及使用可重配置寄生元件來控制波束成形天線。
背景技術：
廣泛布設無線通信系統(tǒng)以提供例如各種與語音和數(shù)據(jù)相關的服務。典型的無線通信系統(tǒng)包括允許無線設備的用戶共享公共網(wǎng)絡資源的多接入通信網(wǎng)絡。這些網(wǎng)絡典型地需要多波段天線，用于從無線設備向基礎設施(例如基站)發(fā)射和接收射頻(“RF”)信號。這些網(wǎng)絡的示例是在890MHz和960MHz之間操作的全球移動通信系統(tǒng)(“GSM”)；在1710MHz和1880MHz之間操作的數(shù)字通信系統(tǒng)(“DCS”)；在1850MHz和1990MHz之間操作的個人通信系統(tǒng)(“PCS”)；以及在1920MHz和2170MHz之間操作的通用移動電信系統(tǒng)(“UMTS”)。新興和未來的無線通信系統(tǒng)需要無線設備和基礎設施，以在不同頻帶上操作新的通信模式，用來支持例如更高數(shù)據(jù)速率、增加的功能和更多用戶。這些新興系統(tǒng)的示例是單載波頻分多址(“SC-FDMA”)系統(tǒng)、正交頻分多址(“0FDMA”)系統(tǒng)和其他類似系統(tǒng)。OFDMA系統(tǒng)由各種技術標準支持，例如演進通用地面無線電接入(“E-UTRA”)、W1-F1、全球微波互通接入(“WiMAX”)、無線寬帶(“WiBro”)、超移動寬帶(“UMB”)、長期演進(“LTE”)和其他類似標準。此外，無線設備和基礎設施可以提供額外的功能，這需要使用在不同頻帶上操作的其他無線通信系統(tǒng)。這些其他系統(tǒng)的示例是在2400MHz和2484MHz之間操作的無線局域網(wǎng)(“WLAN”)系統(tǒng)、IEEE802.1lb系統(tǒng)和藍牙系統(tǒng)；在5150MHz和5350MHz之間操作的WLAN系統(tǒng)、IEEE802.1la系統(tǒng)和HiperLAN系統(tǒng)；在1575MHz操作的全球定位系統(tǒng)(“GPS”)；以及其他類似系統(tǒng)。在政府和工業(yè)界的很多無線通信系統(tǒng)需要寬帶、低剖面天線。這種系統(tǒng)需要同時支持多頻帶的天線。此外，這種系統(tǒng)需要雙極化以支持極化分集、極化頻率重用或其他類似極化操作。此外，智能天線(例如波束成形天線)可以用于在無線通信系統(tǒng)中增加容量、減少同信道和相鄰信道干擾、提高范圍、降低發(fā)射功率和減輕多徑傳播效應。智能天線可以將電磁RF能量導向到優(yōu)選方向上，例如朝向基站的天線。智能天線典型地由多個輻射元件組成，輻射元件可以切換到特定配置以對天線方向圖波束進行成形和導向。然而，智能天線可能遭受多個限制，包括與環(huán)境相關的情況所導致的性能降低。這種情況可以包括在智能天線附近出現(xiàn)用戶或事物；多徑傳播效應；無線設備經(jīng)過網(wǎng)絡的速率；以及其他類似效應。這些環(huán)境情況的影響可能導致例如掉話、發(fā)射功率電平升高、數(shù)據(jù)速率降低、功耗升高以及其他類似效應。因此，期望具有能夠適配這種環(huán)境情況的智能天線。


為了讓本領域普通技術人員理解并實施本公開，現(xiàn)參考通過參考附圖示出的示例性實施例。在所有附圖中，類似的附圖標記表示相同或功能上類似的元件。根據(jù)本公開，附圖與詳細描述結合，形成了說明書的一部分，并用于進一步示出示例性實施例并解釋各種原理和優(yōu)點，其中圖1是無線通/[目系統(tǒng)的不例。圖2是示出了根據(jù)這里闡述的各方案的無線設備的一個實施例的方框圖。圖3示出了根據(jù)這里闡述的各方案的無線設備的波束成形天線系統(tǒng)的一個實施例的方框圖。圖4示出了根據(jù)這里闡述的各方案的無線設備的波束成形天線系統(tǒng)的另一實施例的方框圖。圖5示出了根據(jù)這里闡述的各方案的無線設備的波束成形天線系統(tǒng)的另一實施例的方框圖。圖6是根據(jù)這里闡述的各方案，使用可重配置寄生元件來適配波束成形天線的方法的一個實施例的流程圖。圖7是根據(jù)這里闡述的各方案，使用可重配置寄生元件來適配波束成形天線的方法的另一實施例的流程圖。 圖8是根據(jù)這里闡述的各方案，使用可重配置寄生元件來適配波束成形天線的方法的另一實施例的流程圖。圖9是根據(jù)這里闡述的各方案，使用可重配置寄生元件來適配波束成形天線的方法的另一實施例的流程圖。圖10示出了根據(jù)這里闡述的各方案的無線設備的波束成形天線系統(tǒng)的另一實施例的方框圖。圖11示出了根據(jù)這里闡述的各方案的波束成形天線系統(tǒng)的一個實施例的性能的
仿真結果。本領域技術人員將了解，附圖中的元件被示出以闡述、簡化并進一步用于幫助提高對示例性實施例的理解，并且不一定按比例繪制。
具體實施例方式雖然下文公開了用于無線通信系統(tǒng)中的示例性方法、設備和系統(tǒng)，本領域普通技術人員應當理解，本公開的教導絕不限于示出的示例性實施例。相反，可以考慮在備選的配置和環(huán)境中實施本公開的教導。例如，雖然這里描述的示例性方法、設備和系統(tǒng)是與針對上述無線通信系統(tǒng)的配置結合進行描述的，本領域普通技術人員將容易地認識到示例性方法、設備和系統(tǒng)可以用于其他無線通信系統(tǒng)，并可以按照需要被配置為與這些其他系統(tǒng)相對應。因此，雖然下文描述示例性方法、使用示例性方法的設備和系統(tǒng)，本領域普通技術人員將了解，所公開的示例性實施例不是實現(xiàn)這種方法、設備和系統(tǒng)的唯一途徑，并且附圖和說明書應當看作實際上是示意性的，而不是限制性的。
這里描述的各種技術可以用于各種無線通信系統(tǒng)。這里描述的各種方案被呈現(xiàn)作為可以包括多個組件、元件、部件、模塊、外圍設備等的方法、設備和系統(tǒng)。此外，這些方法、設備和系統(tǒng)可以包括或不包括額外的組件、元件、部件、模塊、外部設備等。重要的是注意，可以互換地使用術語“網(wǎng)絡”和“系統(tǒng)”。這里描述的相關術語，例如“上”和“下”、“左”和“右”、“第一”和“第二”等可以僅用于區(qū)別一個實體或動作和另一實體或動作，而不一定要求或暗示這種實體或動作之間的任意實際的這種關系或順序。術語“或”意在表示包含性“或”而不是排斥性“或”的意思。此外，除非另外規(guī)定或從上下文中可清楚其指示單數(shù)形式，否則術語“一”意在表示一個或更多個的意思。這里描述的術語“電耦合”(也稱為“電容性耦合”、“電感性耦合”或兩者)至少包括經(jīng)由電場和磁場(包括通過電絕緣區(qū)域)的耦合。這里描述的術語“電連接”至少包括通過導電路徑或通過電容器，區(qū)別于僅通過電磁感應的連接。 無線通信系統(tǒng)典型地由多個無線設備和多個基站組成?；疽部梢苑Q為node-B( “NodeB”)、基站收發(fā)站(“BTS”)、接入點(“AP”)、衛(wèi)星、路由器或一些其他等同術語?；镜湫偷匕c一個或更多個天線電連接以用來與無線設備通信的一個或更多個RF發(fā)射機、RF接收機或兩者。無線通信系統(tǒng)中使用的無線設備也可以稱為移動站(“MS”)、終端、蜂窩電話、蜂窩手機、個人數(shù)字助理(“PDA”)、智能手機、手持電腦、臺式計算機、膝上計算機、平板計算機、打印機、機頂盒、電視機、無線裝置或一些其他等同術語。無線設備可以包含與一個或更多個天線電連接的一個或更多個RF發(fā)射機、RF接收機或兩者，用來與基站通信。此外，移動設備可以是固定的或移動的，并具有移動通過無線通信網(wǎng)絡的能力。圖1是根據(jù)這里描述的各種方案的無線通信系統(tǒng)100的方框圖。在一個實施例中，系統(tǒng)100可以包括無線設備101、基站102、衛(wèi)星125、接入點126、另一無線設備127或其任意組合。無線設備101可以包括與存儲器104電連接的處理器103 (也稱為協(xié)同處理器、控制器或其他類似術語)、輸入/輸出設備105、收發(fā)機106、短距離RF通信子系統(tǒng)109、另一RF通信子系統(tǒng)110或其任意組合，無線設備101可以使用這些組件來實現(xiàn)這里描述的各種方案。處理器103可以管理和控制無線設備101的整體操作。無線設備101的收發(fā)機106可以包括發(fā)射機107、接收機108或兩者。此外，與無線設備101相關聯(lián)的發(fā)射機107、接收機108、短距離RF通信子系統(tǒng)109、其他RF通信子系統(tǒng)110或其組合可以與天線141電連接。在當前實施例中，無線設備101能夠包括與基站102、衛(wèi)星125、接入點126、其他無線設備127或其任意組合進行雙向語音通信、雙向數(shù)據(jù)通信或兩者。語音和數(shù)據(jù)通信可以與使用例如相同或不同基站102的相同或不同網(wǎng)絡相關聯(lián)。無線設備101的收發(fā)機106的詳細設計是取決于所使用的無線通信系統(tǒng)。當無線設備101與基站102正在進行雙向數(shù)據(jù)通信時，例如文本消息可以由天線141接收到，由收發(fā)機106的接收機108處理，并提供給處理器103。在圖1中，短距離RF通信子系統(tǒng)109也可以集成在無線設備101中。例如，短距離RF通信子系統(tǒng)109可以包括藍牙模塊、WLAN模塊或兩者。短距離RF通信子系統(tǒng)109可以使用用于發(fā)射RF信號、接收RF信號或兩者的天線141。藍牙模塊可以使用天線141以例如與其他無線設備127 (例如具有藍牙功能的打印機)通信。此外，WLAN模塊可以使用天線141以與接入點126 (例如路由器或其他類似設備)通信。此外，其他RF通信子系統(tǒng)110也可以集成在無線設備101中。例如，其他RF通信子系統(tǒng)110可以包括使用無線設備101的天線141的GPS接收機，以從一個或多個GPS衛(wèi)星125接收信息。此外，其他RF通信子系統(tǒng)110可以使用無線設備101的天線141，用于發(fā)射RF信號、接收RF信號或兩者。類似地，基站102可以包括與存儲器114和收發(fā)機116電連接的處理器113，基站102可以使用處理器113以實現(xiàn)這里描述的各種方案?；?02的收發(fā)機116可以包括發(fā)射機117、接收機118或兩者。此外，與基站102相關聯(lián)的發(fā)射機117、接收機118或兩者可以與天線121電連接。在圖1中，基站102可以使用天線141和121在上行鏈路中，并且使用天線141和121在下行鏈路中與無線設備101通信，其中天線141和121分別與無線設備101和基站102相關聯(lián)。上行鏈路表示從無線設備到基站的通信，而下行鏈路表示從基站到無線設備的通信。在一個實施例中，基站102可以使用發(fā)射機117和天線121發(fā)起下行鏈路信息，其中可以使用天線141通過接收機108在無線設備101處接收該信息。這種信息可以與基站102和無線設備101之間的通信鏈路相關。一旦無線設備101在下行鏈路上接收到這種信息，無線設備101可以處理所接收的信息以產(chǎn)生與所接收信息相關的響應?？梢允褂冒l(fā)射機107和天線141在上行鏈路上從無線設備101發(fā)回這種響應，并使用天線121和接收機118在基站102接收這種響應。
圖2是示出了根據(jù)這里闡述的各方案的無線設備200的一個實施例的方框圖。在圖2中，無線設備200可以包括與以下各項電連接的處理器203 :例如，收發(fā)機205、解碼器206、編碼器207、存儲器204、導航機制211、顯示器212、發(fā)射機213、顯示器覆蓋物214、顯示控制器216、觸摸感應顯示器218、致動器220、傳感器223、輔助輸入/輸出子系統(tǒng)224、數(shù)據(jù)端口 226、揚聲器228、麥克風230、短距離RF通信子系統(tǒng)209、另一 RF通信子系統(tǒng)210、訂戶標識模塊或可移除用戶標識模塊(“SM/RUM”)接口 240、電池接口 242、其他組件或其任意組合。導航機制211可以是例如軌跡球、方向板、跟蹤板、觸摸感應顯示器、滾輪或其他類似導航機制。在圖2中，處理器203可以控制和執(zhí)行與無線設備200的控制、操作或兩者相關聯(lián)的各種功能。無線設備200可以由例如電池244、交流電(“AC”)源、另一電源或其任意組合供電。在圖2中，無線設備200可以使用例如電池接口 242，來接受來自電池244的電能。電池244可以是例如可充電池、可替換電池或兩者。處理器203可以經(jīng)由電池接口 242控制電池244。在此實施例中，無線設備200可以使用例如與輔助輸入/輸出子系統(tǒng)224、數(shù)據(jù)端口 226、收發(fā)機205、短距離RF通信子系統(tǒng)209、另一 RF通信子系統(tǒng)210或其任意組合電連接的處理器203，執(zhí)行通信功能，包括數(shù)據(jù)通信、語音通信、視頻通信、其他通信或其任意組合。無線設備200可以在例如網(wǎng)絡250之間通信。網(wǎng)絡250可以由例如多個無線設備和多個基礎設施組成。在圖2中，顯示控制器216可以與顯示器覆蓋物214、顯示器212或兩者電連接。例如，顯示器覆蓋物214和顯示器212可以與顯示控制器216電連接，以形成例如觸摸感應顯示器218。觸摸感應顯示器218也可以稱為觸摸屏顯示器、觸摸屏監(jiān)視器、觸摸屏終端或其他類似術語。處理器203可以直接控制顯示器覆蓋物214、使用顯示控制器216間接控制顯示器覆蓋物214或兩者。處理器203可以在無線設備200的顯示器212、觸摸感應顯示器218或兩者上顯示例如存儲器210中存儲的電子文件。在當前實施例中，無線設備200可以包括與處理器203電連接的傳感器223。傳感器223可以是例如加速計傳感器、傾斜傳感器、力傳感器、光傳感器或其任意組合。此外，傳感器223可以包括相同或不同的多個傳感器。例如，傳感器223可以包括加速計傳感器和光傳感器。加速計傳感器可以用于例如檢測重力的方向、重力感應反作用力或兩者。此夕卜，加速計傳感器可以用于在各種方向?qū)?alignment)(例如水平方向?qū)?上檢測無線設備200的放置。加速計傳感器可以包括例如具有檢驗質(zhì)量的懸臂梁和合適的偏轉(zhuǎn)感應電路。光傳感器可以與例如桌面鼠標中使用的傳感器相同或類似。備選地，光傳感器可以是例如攝像機鏡頭。處理器203可以被配置為處理由攝相機鏡頭捕捉的連續(xù)圖像，并使用這些圖像以檢測無線設備100相對于物體、表面或用戶的方向、距離或兩者。例如，處理器203可以被配置為處理由攝相機鏡頭捕捉的連續(xù)圖像，并使用這些圖像以檢測無線設備200的用戶將該設備放置在例如靠近用戶耳朵的位置。在圖2中，無線設備200可以包括訂戶標識模塊或可移除用戶標識模塊(“SIM/RUM”)卡238。SM/RUM卡238可以包含例如用戶標識信息，其可以用于允許無線設備200的用戶接入網(wǎng)絡250。SM/RU頂卡238可以與SM/RU頂接口 240電連接，其中處理器203可以經(jīng)由SM/RU頂接口 240控制SM/RU頂卡238。用戶標識信息可以存儲在存儲器204中，并可以通過處理器203訪問。

在此實施例中，無線設備200可以包括操作系統(tǒng)246和軟件模塊248，其可以存儲在計算機可讀介質(zhì)(例如存儲器204)中。存儲器204可以是例如RAM、靜態(tài)RAM (“SRAM”)、動態(tài)RAM( “DRAM”)、只讀存儲器(“ROM”)、易失性存儲器、非易失性存儲器、寄存器存儲器、硬盤存儲器、虛擬存儲器、其他存儲器或其任意組合。處理器203可以執(zhí)行存儲器204中存儲的程序指令，該程序指令與操作系統(tǒng)246、軟件模塊248、其他程序指令或程序指令的組合相關聯(lián)。處理器203可以經(jīng)由收發(fā)機205、輔助輸入/輸出子系統(tǒng)224、數(shù)據(jù)端口 226、短距離RF通信子系統(tǒng)209、另一 RF通信子系統(tǒng)210或其任意組合，將操作系統(tǒng)246、軟件模塊248、數(shù)據(jù)、電子文檔或其任意組合加載到存儲器204中。圖3示出了根據(jù)這里闡述的各方案的無線設備的波束成形天線系統(tǒng)300的一個實施例的方框圖。在圖3中，系統(tǒng)300可以包括波束成形天線341、自適應匹配網(wǎng)絡342、收發(fā)機305、使用檢測器344、傳感器323、控制器303、切換電路347、其他元件或其任意組合。波束成形天線341可以包括具有一個或更多個可重配置寄生元件的主輻射元件。波束成形天線341可以對從波束成形天線341輻射的電磁天線方向圖波束進行成形和導向，以例如提高發(fā)射信號、接收信號或兩者的質(zhì)量。例如，當經(jīng)過基站的覆蓋區(qū)域時，波束成形天線341可以自適應地偏轉(zhuǎn)天線方向圖波束使其朝向該基站。此外，波束成形天線341可以對天線方向圖波束進行導向以使其遠離相關聯(lián)的無線設備的用戶，以減少這種用戶吸收的電磁能量的量。同樣，通過對波束成形天線341的天線方向圖波束進行導向以使其朝向例如基站處的接收天線，可以減少其他無線設備接收的同信道或相鄰信道干擾的量。通過更有效且高效地接收RF信號、輻射RF信號或兩者，使用波束成形天線341的無線設備可以實現(xiàn)具有更低平均功耗的更好性能。
在圖3中，可以使用例如與切換電路347相關聯(lián)的切換元件以選擇波束成形天線341的可重配置寄生元件，執(zhí)行天線方向圖波束的偏轉(zhuǎn)。所選寄生元件和主輻射元件可以協(xié)同地接收和輻射RF信號。波束成形天線341可以與自適應匹配網(wǎng)絡342電連接，可以例如實時地、接近實時地、非實時地、周期性地、非周期性地或其任意組合地使用自適應匹配網(wǎng)絡342以匹配波束成形天線341的輸入阻抗，來提高功率傳遞和減少來自波束成形天線341的反射。此外，可以例如實時地、接近實時地、非實時地、周期性地、非周期性地或其任意組合地使用自適應匹配網(wǎng)絡342，以估計波束成形天線341的輸入阻抗。收發(fā)機305可以包括發(fā)射機、接收機或兩者。收發(fā)機305的輸入可以是RF信號，該RF信號已經(jīng)經(jīng)由波束成形天線341從電磁信號轉(zhuǎn)換為電信號。收發(fā)機305的輸出可以是基帶信號或中頻(“IF”)信號。在下行鏈路上，收發(fā)機305的輸入可以是RF信號，該RF信號可以經(jīng)由波束成形天線341從電磁信號轉(zhuǎn)換為電信號。收發(fā)機305的輸出可以是基帶信號或中頻(“IF”)信號。類似地，在上行鏈路上，收發(fā)機305的輸入可以是基帶信號或IF信號。收發(fā)機305的輸出可以是RF信號，該RF信號可以通過波束成形天線341從電信號轉(zhuǎn)換為電磁信號。收發(fā)機305的詳細設計取決于例如所使用的無線通信系統(tǒng)。在當前實施例中，使用檢測器344可以用于確定例如無線設備的朝向、操作模式、操作環(huán)境或其任意組合，這可用于確定更新波束成形天線341、適配波束成形天線341的天線方向圖波束或兩者。使用檢測器344可以接收例如來自自適應匹配網(wǎng)絡342的信號、來自收發(fā)機305的信號、來自傳感器323的信號、其他信號或其任意組合。使用檢測器344可以通過識別以下各項的改變，確定無線設備的操作環(huán)境例如，波束成形天線341的接收信號強度、使用例如加速計確定無線設備的方向?qū)?、接收信號的傳播特性、波束成形天線341的輸入阻抗、其他信息或其任意組合。例如，使用檢測器344可以使用無線設備的呼叫處理狀態(tài)、無線設備的方向?qū)?、波束成形天線341輸入阻抗的改變、其他因素或其任意組合，在語音通話期間確定無線設備靠近用戶耳朵。例如，使用檢 測器344可以從傳感器323接收信號，該信號指示無線設備是大致水平方向?qū)剩@與語音通話期間用戶對無線設備的放置一致。此外，控制器303可以向使用檢測器344提供例如無線設備的呼叫處理狀態(tài)，例如語音呼叫狀態(tài)。此外，使用檢測器344可以使用自適應匹配網(wǎng)絡342來監(jiān)控波束成形天線341的輸入阻抗的改變，其可以用于確定例如無線設備靠近用戶的身體。在確定例如在語音呼叫期間無線設備靠近用戶的耳朵之后，控制器303可以切換波束成形天線341的一個或更多個可重配置寄生元件，以偏轉(zhuǎn)天線方向圖波束以使其遠離用戶的身體。在圖3中，控制器303可以通過使用以下各項的改變，確定更新波束成形天線341的天線方向圖波束例如，波束成形天線341的接收信號強度、無線設備的方向?qū)省⒔?jīng)由波束成形天線341的接收信號的傳播特性、使用自適應匹配網(wǎng)絡342的波束成形天線341的輸入阻抗或其任意組合。在另一實施例中，控制器303可以測量波束成形天線341的多個接收信號強度，其中每個測量值對應于具有一個或更多個不同可重配置寄生元件的主輻射元件。此外，控制器303可以通過例如比較一個或更多個這種接收信號強度和當前配置的波束成形天線的接收信號強度，確定偏轉(zhuǎn)波束成形天線341。圖4示出了根據(jù)這里闡述的各方案的無線設備的波束成形天線系統(tǒng)400的另一實施例的方框圖。在圖4中，系統(tǒng)400可以包括波束成形天線441、自適應匹配網(wǎng)絡442、收發(fā)機405、使用檢測器444、傳感器423、控制器403、切換電路447、其他元件或其任意組合。波束成形天線441可以包括具有一個或更多個次寄生元件451a至451e的主福射元件450。在此實施例中，主輻射元件450是偶極子。此外，存在五個可重配置寄生元件，其中每個可重配置寄生元件451a至451e是偶極子。在另一實施例中，主輻射元件和可重配置寄生元件是單極子。重要的是認識到，主輻射元件和可重配置寄生元件的任意組合形成波束成形天線，其可以以特定特性進行輻射。此外，主輻射元件和可重配置寄生元件的任意組合可以電連接、電耦合或兩者。因此，主輻射元件和可重配置寄生元件的任意組合可以物理上連接或物理上不連接。在一個定義中，偶極天線是具有中心饋電驅(qū)動元件的全向無線電天線，其可以用例如簡單的銅線制成。此外，在一個定義中，單極天線是將偶極天線的一半以與該單極天線大致垂直的角度替換為接地面所形成的全向無線電天線，其中如果接地面足夠大，該單極子可以起到偶極子的作用。輻射元件(例如單極子)的長度可以典型地如期望諧振頻率的四分之一波長一樣短。本領域技術人員應當了解，本公開的輻射元件的長度不限于期望諧振頻率的四分之一波長，而可以選擇其他長度，例如期望諧振頻率的半波長。類似地，輻射元件(例如偶極子)的長度可以典型地如期望諧振頻率的半波長一樣短。波束成形天線441可以對從波束成形天線441輻射的電磁天線方向圖波束461a至461e進行導向，以提高發(fā)射信號、接收信號或兩者的質(zhì)量。例如，當經(jīng)過基站的覆蓋區(qū)域時，波束成形天線441可以自適應地偏轉(zhuǎn)電磁天線方向圖波束461a至461e使其朝向該基站。例如，控制器403選擇寄生元件451a。在這種配置中，主輻射元件450和寄生元件451a在與天線方向圖波束461a —致的方向上協(xié) 同地發(fā)射天線方向圖波束。在另一示例中，控制器403不選擇任何可重配置寄生元件451a至451e。在這種配置中，主輻射元件450提供全向波束。在另一示例中，控制器403選擇可重配置寄生元件451a至451b。在這種配置中，主輻射元件450和可重配置寄生元件451a至451b在天線方向圖波束461a和461b之間的方向上提供天線方向圖波束。此外，波束成形天線441可以對天線方向圖波束451a至451e進行導向以使其遠離相關聯(lián)的無線設備的用戶，以減少該用戶吸收電磁能量的量。同樣，通過對波束成形天線441的天線方向圖波束451a至45Ie進行導向以使其朝向例如基站處的接收天線，可以減少其他無線設備接收的干擾的量。通過更有效且高效地接收RF信號、輻射RF信號或兩者，使用波束成形天線441的無線設備可以實現(xiàn)更好的性能和更低的功耗。重要的是認識到，可重配置寄生元件的任意組合可以連同主輻射元件使用。此外，可以使用任意個數(shù)的主元件和可重配置寄生元件。例如，兩個主輻射元件可以用于提供例如極化分集。此外，六個可重配置寄生元件可以連同兩個主輻射元件使用，以協(xié)同地在預定方向上提供天線方向圖波束。在圖4中，可以使用例如與切換電路447相關聯(lián)的切換元件以選擇波束成形天線441的寄生元件451a和451b，執(zhí)行天線方向圖波束的自適應偏轉(zhuǎn)。所選寄生元件451a和451b和主輻射元件450可以協(xié)同地接收和輻射RF信號。例如，多個可重配置寄生元件451a和451b (例如單極子、偶極子或兩者)可以連續(xù)地并均勻地分布在主輻射元件450的周圍。可以自適應地切換這種寄生元件451a和451b以與主輻射元件450協(xié)同工作，來自適應地偏轉(zhuǎn)天線方向圖波束。重要的是認識到，本公開描述的波束成形天線配置也可以提供極化分集、頻率分集、多波段操作、寬帶操作或其任意組合。此外，本領域普通技術人員將認識至IJ，存在很多不同的天線系統(tǒng)、結構和配置，其可以支持如本公開所描述的波束成形功能。在當前實施例中，波束成形天線441可以與自適應匹配網(wǎng)絡442電連接，自適應匹配網(wǎng)絡442可以用于例如在切換到期望的一個寄生元件或多個寄生元件之后，匹配波束成形天線441的輸入阻抗，以提高功率傳遞和減少來自波束成形天線441的反射。此外，自適應匹配網(wǎng)絡442可以用于估計波束成形天線441的輸入阻抗。收發(fā)機405可以包括發(fā)射機、接收機或兩者。在下行鏈路上，收發(fā)機405的輸入可以是RF信號，該RF信號可以經(jīng)由波束成形天線441從電磁信號轉(zhuǎn)換為電信號。收發(fā)機405的輸出可以是基帶信號或中頻(“IF”)信號。類似地，在上行鏈路上，收發(fā)機405的輸入可以是基帶信號或IF信號。收發(fā)機405的輸出可以是RF信號，該RF信號可以通過波束成形天線441從電信號轉(zhuǎn)換為電磁信號。收發(fā)機405的詳細設計取決于所使用的無線通信系統(tǒng)。在圖4中，使用檢測器444可以用于確定無線設備的操作環(huán)境，其可用于進一步適配或控制波束成形天線441的天線方向圖波束。使用檢測器444可以接收例如來自自適應匹配網(wǎng)絡442的信號、來自收發(fā)機405的信號、來自傳感器423的信號、其他信號或其任意組合。使用檢測器444可以通過識別以下各項的改變，確定無線設備的操作環(huán)境例如，波束成形天線441的接收信號強度、無線設備的方向?qū)?、接收信號的傳播特性、波束成形天線441的輸入阻抗、其他信息或其任意組合。例如，使用檢測器444可以使用無線設備的呼叫處理狀態(tài)、無線設備的方向?qū)?、波束成形天線441輸入阻抗的改變、其他因素或其任意組合，在語音通話期間確定無線設備靠近用戶耳朵。例如，使用檢測器444可以從傳感器423接收信號，該信號指示無線設備是大致水平方向?qū)?，這與語音通話期間用戶對無線設備的放置一致。此外，控制器403可以向使用檢測器444提供例如無線設備的呼叫處理狀態(tài)，例如語音呼叫狀態(tài)。此外，使用檢測器444可以使用自適應匹配網(wǎng)絡442來監(jiān)控波束成形天線441的輸入阻抗的改變，這可以用于確定例如無線設備靠近用戶的身體。在確定在語音呼叫期間無線設備靠近用戶的耳朵之后，控制器403可以切換波束成形天線441的一個或更多個可重配置寄生元件451a和451b，以偏轉(zhuǎn)天線方向圖波束使其遠離用戶的身體。在圖4中，控制器403可以通過使用以下各項的改變，確定更新波束成形天線441的天線方向圖波束例如，波束成形天線441的接收信號強度、無線設備的方向?qū)?、?jīng)由波束成形天線441的接收信號的傳播特性、使用自適應匹配網(wǎng)絡442的波束成形天線441的輸入阻抗或其任意組合。在另一實施例中，控制器403可以測量針對波束成形天線441的多個接收信號強度，其中每個測量值可以對應于具有一個或更多個不同可重配置寄生元件451a和451b的主輻射元件450。此外，控制器403可以通過例如比較一個或更多個這種接收信號強度和當前配置的波束成形天線的接收信號強度，確定自適應地偏轉(zhuǎn)波束成形天線441。如果一個或更多個這種接收信號強度遠大于當前配置波束成形天線的接收信號強度，則控制器403可以通過使用切換電路447切換到與更大接收信號強度相對應的一個或更多個可重配置寄生元件451a和451b。圖5示出了根據(jù)這里闡述的各方案的無線設備的波束成形天線系統(tǒng)500的另一實施例的方框圖。在圖5中，系統(tǒng)500可以包括波束成形天線541、自適應匹配網(wǎng)絡542、收發(fā)機505、使用檢測器544、傳感器523、控制器503、切換電路547、其他元件或其任意組合。波束成形天線541可以包括具有一個或更多個可重配置寄生元件553a至451e的主輻射元件552。在此實施例中，主輻射元件552是貼片天線。此外，可重配置寄生元件553a至451e中的每個是輻射條帶或貼片元件。貼片天線典型地是微型化天線輻射結構，例如平面倒F天線(“PIFA”)。由于其低剖面(low profile)、能夠符合表面輪廓(surface profile)并且形狀和大小不受限制，貼片天線廣泛用于無線設備。貼片天線極化可以是線性的或橢圓形的，具有與極化天線的表面平行的主極化分量。貼片天線的操作特性主要由其形狀和尺寸確立。貼片天線典型地使用印刷電路技術制造，并與印刷電路板(“PCB”)集成在一起。貼片天線典型地與接地區(qū)域電連接，其中接地區(qū)域典型地形成在PCB上或形成在PCB中。貼片天線典型地與接地區(qū)域隔開并平行于接地區(qū)域，并典型地位于靠近其他電子組件、接地面和信號跡線，這可能影響天線的設計和性能。此外，典型地認為貼片天線重量輕、小型并相對易于制造和集成到無線設備中。貼片天線設計可以將一個或更多個溝槽包括在天線的輻射部件中。溝槽的位置、形狀、輪廓和長度的選擇取決于特定的貼片天線的設計需要。貼片天線設計中溝槽的功能包括將單頻帶貼片天線的輻射部件物理地分割為用于多頻段操作的輻射部件的子集；提供電抗負載以修改輻射部件的諧振頻率；以及控制多頻段貼片天線的極化特性。除了溝槽之外，貼片天線的輻射部件可以具有短截線(stub)部件，其通常由在輻射部件末端的短截線構成。短截線部件的功能包括提供電抗負載以修改輻射部件的諧振頻率。波束成形天線541可以對從波束成形天線541輻射的電磁波束進行導向，以提高發(fā)射信號、接收信號或兩者的質(zhì)量。例如，當經(jīng)過基站的覆蓋區(qū)域時，波束成形天線541可以自適應地偏轉(zhuǎn)天線方向圖波束以使其朝向該基站。此外，波束成形天線541可以對天線方向圖波束進行導向以使其 遠離相關聯(lián)的無線設備的用戶，以減少該用戶吸收的電磁能量的量。同樣，通過對波束成形天線541的天線方向圖波束進行導向以使其朝向例如基站處的接收天線，可以減少其他無線設備接收的干擾的量。通過更有效且高效地接收RF信號、輻射RF信號或兩者，使用波束成形天線541的無線設備可以實現(xiàn)更低的功耗。在圖5中，可以使用例如與切換電路547相關聯(lián)的切換元件以選擇波束成形天線541的可重配置寄生元件，執(zhí)行天線方向圖波束的偏轉(zhuǎn)。所選寄生元件和主輻射元件可以協(xié)同地接收和輻射RF信號。例如，可以自適應地切換多個輻射條帶元件553a至553e以與貼片天線552協(xié)同工作，來偏轉(zhuǎn)天線方向圖波束。重要的是認識到，上述波束成形天線配置也可以提供極化分集、頻率分集、多波段操作、寬帶操作或其任意組合。在當前實施例中，波束成形天線541可以與自適應匹配網(wǎng)絡542電連接，自適應匹配網(wǎng)絡542可以用于匹配波束成形天線541的輸入阻抗，以提高功率傳遞和減少來自波束成形天線541的反射。此外，自適應匹配網(wǎng)絡542可以用于估計波束成形天線541的輸入阻抗。收發(fā)機505可以包括發(fā)射機、接收機或兩者。在下行鏈路上，收發(fā)機505的輸入可以是RF信號，該RF信號可以經(jīng)由波束成形天線541從電磁信號轉(zhuǎn)換為電信號。收發(fā)機505的輸出可以是基帶信號或中頻(“IF”)信號。類似地，在上行鏈路上，收發(fā)機505的輸入可以是基帶信號或IF信號。收發(fā)機505的輸出可以是RF信號，該RF信號可以通過波束成形天線541從電信號轉(zhuǎn)換為電磁信號。收發(fā)機505的詳細設計取決于所使用的無線通信系統(tǒng)。在圖5中，使用檢測器544可以用于確定無線設備的操作環(huán)境，其可用于進一步適配波束成形天線541的天線方向圖波束。使用檢測器544可以接收來自自適應匹配網(wǎng)絡542的信號、來自收發(fā)機505的信號、來自傳感器523的信號、其他信號或其任意組合。使用檢測器544可以通過識別以下各項的改變，確定無線設備的操作環(huán)境例如，波束成形天線541的接收信號強度、無線設備的方向?qū)?、接收信號的傳播特性、波束成形天線541的輸入阻抗、其他信息或其任意組合。例如，使用檢測器544可以使用無線設備的呼叫處理狀態(tài)、無線設備的方向?qū)?、波束成形天線541輸入阻抗的改變、其他因素或其任意組合，在語音通話期間確定無線設備靠近用戶耳朵。例如，使用檢測器544可以從傳感器523接收信號，該信號指示無線設備是大致水平方向?qū)剩@與語音通話期間用戶對無線設備的放置一致。此外，控制器503可以向使用檢測器544提供例如無線設備的呼叫處理狀態(tài)，例如語音呼叫狀態(tài)。此外，使用檢測器544可以使用自適應匹配網(wǎng)絡542來監(jiān)控波束成形天線541的輸入阻抗的改變，這可以用于在確定無線設備靠近用戶的身體之后，發(fā)起自適應波束偏轉(zhuǎn)操作。在確定在語音呼叫期間無線設備靠近用戶的耳朵之后，控制器503可以切換波束成形天線541的一個或更多個輻射條帶元件553a至553e，以偏轉(zhuǎn)天線方向圖波束使其遠離用戶的身體。在圖5中，控制器503可以通過使用以下各項的改變，確定更新波束成形天線541的天線方向圖波束例如，波束成形天線541的接收信號強度、無線設備的方向?qū)?、?jīng)由波束成形天線541的接收信號的傳播特性、使用自適應匹配網(wǎng)絡542的波束成形天線541的輸入阻抗或其任意組合。在另一實施例中，控制器503可以測量波束成形天線541的多個接收信號強度，其中每個測量值對應于具有一個或更多個不同可重配置寄生元件的主輻
射元件。此外，控制器503可以通過例如比較一個或更多個這種接收信號強度和當前配置的波束成形天線的接收信號強度，確定偏轉(zhuǎn)波束成形天線541。圖6是根據(jù)這里闡述的各方案，使用可重配置寄生元件來適配波束成形天線的方法600的一個實施例的流程圖。在圖6中，方法600可以開始于方框681，其中方法600可以使用自適應匹配網(wǎng)絡來計算波束成形天線的輸入阻抗，其中自適應匹配網(wǎng)絡與波束成形天線電連接。在方框682中，方法600可以確定波束成形天線的輸入阻抗是否在容限之外。容限可以反映在靜態(tài)環(huán)境中波束成形天線的輸入阻抗的可變性。例如，容限可以與在特定環(huán)境中波束成形天線的輸入阻抗的變化相關聯(lián)。波束成形天線的設計的質(zhì)量、用于波束成形天線的組件的質(zhì)量、環(huán)境情況、其他因素或其任意組合可以影響波束成形天線的容限。如果輸入阻抗在波束成形天線的容限之外，在方框683中，方法600可以使用如下各項確定無線設備的操作環(huán)境例如，波束成形天線的接收信號強度、經(jīng)由波束成形天線的接收信號的傳播特性、波束成形天線的輸入阻抗、無線設備的速率、波束成形天線所接收信號的延遲擴展、無線設備的方向?qū)?、其他因素或其任意組合。方法600可以使用傳感器(例如加速計)來確定例如無線設備的方向?qū)?、無線設備的速率、無線設備的加速度、其他因素或其任意組合。在另一實施例中，方法600可以使用傳感器(例如攝像機)來監(jiān)控連續(xù)圖像，以確定無線設備是否靠近或接近用戶的耳朵。在圖6中，在方框684中，方法600可以使用例如輸入阻抗、預定輸入阻抗觀測表、辨別的操作環(huán)境、其他因素或其任意組合，選擇一個或更多個可重配置寄生元件的集合。例如，方法600可以將波束成形天線的測量輸入阻抗與預定輸入阻抗觀測表中的條目進行比較，以選擇一個或更多個可重配置寄生元件?？梢酝ㄟ^在各種環(huán)境和情況下捕捉波束成形天線的輸入阻抗的測量值，得到預定輸入阻抗觀測表。各種環(huán)境和情況可以是例如，用戶或物體出現(xiàn)在無線設備的波束成形天線附近；RF信號從特定方向朝向無線設備的波束成形天線發(fā)射；傳播環(huán)境；其他環(huán)境或情況；其任意組合。在方框689中，方法600可以通過將一個或更多個可重配置寄生元件的集合與主輻射元件電連接、電耦合或兩者，更新波束成形天線?？梢允褂盟嬎愕淖杩怪?，針對最大功率傳遞而自適應地優(yōu)化波束成形天線的輸入阻抗匹配，其中該波束成形天線是通過主輻射元件與一個或更多個所選寄生元件電連接、電耦合或兩者而形成的。
圖7是根據(jù)這里闡述的各方案，使用可重配置寄生元件來適配波束成形天線的方法700的一個實施例的流程圖。在圖7中，方法700可以開始于方框781，其中方法700可以使用自適應匹配網(wǎng)絡來計算波束成形天線的輸入阻抗，其中自適應匹配網(wǎng)絡與波束成形天線電連接。在方框782中，方法700可以確定波束成形天線的輸入阻抗是否在容限之外。容限可以反映在例如靜態(tài)環(huán)境中波束成形天線的輸入阻抗的可變性。例如，容限可以與在特定環(huán)境中波束成形天線的輸入阻抗的變化相關聯(lián)。波束成形天線的設計的質(zhì)量、用于波束成形天線的組件的質(zhì)量、環(huán)境情況、其他因素或其任意組合可以影響波束成形天線的容限。如果輸入阻抗在波束成形天線的容限之外，在方框783中，方法700可以使用如下各項確定無線設備的操作環(huán)境例如，波束成形天線的接收信號強度、經(jīng)由波束成形天線的接收信號的傳播特性、波束成形天線的輸入阻抗、無線設備的速率、波束成形天線所接收信號的延遲擴展、無線設備的方向?qū)?、其他因素或其任意組合。方法700可以使用傳感器(例如加速計)來確定例如無線設備的方向?qū)?、無線設備的速率、無線設備的加速度、其他因素或其任意組合。在另一實施例中，方法700可以使用傳感器(例如攝像機)來監(jiān)控連續(xù)圖像，以確定無線設備是否靠近或接近用戶的耳朵。在圖7中，在方框784中，方法700可以使用例如輸入阻抗、預定輸入阻抗觀測表、辨別的操作環(huán)境、其他因素或其任意組合，選擇一個或更多個可重配置寄生元件的一部分。例如，方法700可以將波束成形天線的測量輸入阻抗與預定輸入阻抗觀測表中的條目進行比較，以選擇一個或更多個可重配置寄生元件?？梢酝ㄟ^在各種環(huán)境和情況下捕捉波束成形天線的輸入阻抗的測量值，得到預定輸入阻抗觀測表。各種環(huán)境和情況可以是例如，出現(xiàn)用戶或物體；RF信號從特定方向朝向波束成形天線發(fā)射；傳播環(huán)境；其他情況；或其任意組合。在方框785中，方法700可以使用自適應匹配網(wǎng)絡，針對可重配置寄生元件的每個部分，計算波束成形天線的輸入阻抗。在方框786中，方法700可以使用在方框785中計算的輸入阻抗，確定是否考慮多于一個寄生元件配置。如果考慮多于一個寄生元件配置，則在方框787，方法700可以針對具有寄生元件配置的任意組合的主輻射元件，計算波束成形天線的接收信號強度。在方框788中，方法700可以選擇具有最大接收信號強度的一個或更多個寄生元件配置。在方框789中，方法700可以通過使用例如切換電路，將一個或多個所選寄生元件配置與主輻射元件電連接、電耦合或兩者，來更新波束成形天線?？梢酝ㄟ^使用自適應匹配網(wǎng)絡來計算輸入阻抗值，自適應地更新天線的輸入阻抗匹配，來提高波束成形天線的功率傳遞，其中該天線是通過主輻射元件與一個或更多個所選寄生元件電連接、電耦合或兩者而形成的。
圖8是根據(jù)這里闡述的各方案，使用可重配置寄生元件來適配波束成形天線的方法800的另一實施例的流程圖。在圖8中，方法800可以開始于方框881，其中方法800可以使用自適應匹配網(wǎng)絡來計算波束成形天線的輸入阻抗，其中自適應匹配網(wǎng)絡與波束成形天線電連接。在方框882中，方法800可以確定波束成形天線的輸入阻抗是否在容限之外。容限可以反映在靜態(tài)環(huán)境中波束成形天線的輸入阻抗的可變性。例如，容限可以與在特定環(huán)境中波束成形天線的輸入阻抗的變化相關聯(lián)。波束成形天線的設計的質(zhì)量、用于波束成形天線的組件的質(zhì)量、環(huán)境情況、其他因素或其任意組合可以影響波束成形天線的容限。如果輸入阻抗在波束成形天線的容限之外，在方框883中，方法800可以使用如下各項確定無線設備的操作環(huán)境例如，波束成形天線的接收信號強度、經(jīng)由波束成形天線的接收信號的傳播特性、波束成形天線的輸入阻抗、無線設備的速率、波束成形天線所接收信號的延遲擴展、無線設備的方向?qū)省⑵渌蛩鼗蚱淙我饨M合。方法800可以使用傳感器(例如加速計)來確定例如無線設備的方向?qū)?、無線設備的速率、無線設備的加速度、其他因素或其任意組合。在另一實施例中，方法800可以使用傳感器(例如攝像機)來監(jiān)控連續(xù)圖像，以確定無線設備是否靠近或接近用戶的耳朵。在圖8中，在方框884中，方法800可以使用例如輸入阻抗、預定輸入阻抗觀測表、辨別的操作環(huán)境、其他因素或其任意組合，選擇一個或更多個可重配置寄生元件的集合。例如，方法800可以將波束成形天線的測量輸入阻抗與預定輸入阻抗觀測表中的條目進行比較，以選擇一個或更多個可重配置寄生元件?？梢酝ㄟ^在各種環(huán)境和情況下捕捉波束成形天線的輸入阻抗的測量值，得到預定輸入阻抗觀測表。各種環(huán)境和情況可以是例如，出現(xiàn)用戶或物體；RF信號從特定方向向波束成形天線發(fā)射；無線設備的傳播環(huán)境；其他情況；或其任意組合。在方框889中，方法800可以通過將一個或多個可重配置寄生元件的集合與主輻射元件電連接、電耦合或兩者，更新波束成形天線。在更新波束成形天線之后，在方框890，方法800可以使用例如自適應匹配網(wǎng)絡，來重新計算已更新波束成形天線的輸入阻抗。然后在方框891，方法900可以將自適應匹配網(wǎng)絡和已更新波束成形天線的同樣計算的輸入阻抗相匹配。
圖9是根據(jù)這里闡述的各方案，使用可重配置寄生元件來適配波束成形天線的方法900的另一實施例的流程圖。在圖9中，方法900可以開始于方框980，其中方法900可以通過例如確定以下各項的改變，確定是否更新波束成形天線波束成形天線的接收信號強度、無線設備的方向?qū)?、?jīng)由波束成形天線的接收信號的傳播特性、波束成形天線的輸入阻抗或其任意組合。在另一實施例中，方法900可以測量波束成形天線的多個接收信號強度，其中每個測量值對應于具有一個或更多個不同可重配置寄生元件的波束成形天線的主輻射元件。此外，方法900可以通過確定與具有主輻射元件的一個或更多個可重配置寄生元件的特定配置相對應的多個接收信號強度中的一個是否大于當前配置的波束成形天線的接收信號強度，來確定更新波束成形天線。如果多個接收信號強度中的一個大于當前配置的波束成形天線的接收信號強度，則方法900可以更新波束成形天線。在方框981中，方法900可以使用自適應匹配網(wǎng)絡來計算波束成形天線的輸入阻抗，其中自適應匹配網(wǎng)絡與波束成形天線電連接。在方框982中，方法900可以確定波束成形天線的輸入阻抗是否在容限之外。容限可以反映在特定環(huán)境(例如靜態(tài)環(huán)境)中波束成形天線的輸入阻抗的可變性。例如，容限可以與在特定環(huán)境中波束成形天線的輸入阻抗的變化相關聯(lián)。波束成形天線的設計的質(zhì)量、用于波束成形天線的組件的質(zhì)量、環(huán)境情況、其他因素或其任意組合可以影響波束成形天線的容限。如果輸入阻抗在波束成形天線的容限之外，在方框983中，方法900可以使用如下各項確定無線設備的操作環(huán)境例如，接收信號強度、接收信號的傳播特性、波束成形天線的輸入阻抗、無線設備的速率、波束成形天線所接收信號的延遲擴展、無線設備的方向?qū)?、其他因素或其任意組合。方法900可以使用傳感器(例如加速計)來確定例如無線設備的方向?qū)省o線設備的速率、無線設備的加速度、其他因素或其任意組合。在另一實施例中，方法900可以使用傳感器(例如攝像機)來監(jiān)控連續(xù)圖像，以確定無線設備是否靠近或接近用戶的耳朵。在圖9中，在方框984中，方法900可以使用例如波束成形天線的測量輸入阻抗、預定輸入阻抗觀測表、辨別的操作環(huán)境、其他因素或其任意組合，選擇一個或更多個可重配置寄生元件的一部分。例如，方法900可以將波束成形天線的測量輸入阻抗與預定輸入阻抗觀測表中的條目進行比較，以選擇一個或更多個可重配置寄生元件的集合。可以通過在各種環(huán)境和情況下捕捉波束成形天線的輸入阻抗的測量值，得到預定輸入阻抗觀測表。各種環(huán)境和情況可以是例如，出現(xiàn)用戶或物體；RF信號從特定方向向波束成形天線發(fā)射；無線設備的傳播環(huán)境；其他情況；或其任意組合。在方框988中，方法900可以通過將一個或多個可重配置寄生元件的集合與主輻射元件電連接、電耦合或兩者，更新波束成形天線。圖10示出了根據(jù)這里闡述的各方案的無線設備的波束成形天線系統(tǒng)1000的另一實施例的方框圖。在圖10中，系統(tǒng)1000可以包括波束成形天線1041、自適應匹配網(wǎng)絡1042、收發(fā)機1005、使用檢測器1044、傳感器1023、控制器1003、切換電路1047、其他元件或其任意組合。波束成形天線1041可以包括具有可重配置寄生元件1051的主輻射元件1050。在此實施例中，主輻射元件1050是單極子或偶極子，并且可重配置寄生元件1051是單極子或偶極子。

在無線設備的正常操作下，波束成形天線可以使用主輻射元件1050以產(chǎn)生全向天線方向圖波束1060。當例如將無線設備放置在用戶的耳邊時，波束成形天線1041可以對天線方向圖波束1061進行導向以使其遠離用戶，以減少由該用戶吸收的電磁能量的量?？梢允褂美缗c切換電路1047相關聯(lián)的切換元件以選擇波束成形天線1041的寄生元件1051，執(zhí)行使天線方向圖波束遠離用戶的導向。寄生元件1051和主輻射元件1050可以協(xié)同地接收和輻射RF信號。在當前實施例中，波束成形天線1041可以與自適應匹配網(wǎng)絡1042電連接，自適應匹配網(wǎng)絡1042可以用于匹配波束成形天線1041的輸入阻抗，以提高功率傳遞和減少來自波束成形天線1041的反射。此外，自適應匹配網(wǎng)絡1042可以用于估計波束成形天線1041的輸入阻抗。收發(fā)機1005可以包括發(fā)射機、接收機或兩者。在下行鏈路上，收發(fā)機1005的輸入可以是RF信號，該RF信號可以經(jīng)由波束成形天線1041從電磁信號轉(zhuǎn)換為電信號。收發(fā)機1005的輸出可以是基帶信號或中頻(“IF”)信號。類似地，在上行鏈路上，收發(fā)機1005的輸入可以是基帶信號或IF信號。收發(fā)機1005的輸出可以是RF信號,該RF信號可以通過波束成形天線1041從電信號轉(zhuǎn)換為電磁信號。收發(fā)機1005的詳細設計取決于所使用的無線通信系統(tǒng)。在圖10中，使用檢測器1044可以用于確定無線設備的操作環(huán)境，這可用于確定何時切換波束成形天線1041的寄生元件1051。使用檢測器1044可以接收來自自適應匹配網(wǎng)絡1042的信號、來自收發(fā)機1005的信號、來自傳感器1023的信號、其他信號或其任意組合。使用檢測器1044可以通過識別以下各項的改變，確定無線設備的操作環(huán)境例如，波束成形天線1041的接收信號強度、無線設備的方向?qū)?、接收信號的傳播特性、波束成形天線1041的輸入阻抗、其他信息或其任意組合。例如，使用檢測器1044可以使用無線設備的呼叫處理狀態(tài)、無線設備的方向?qū)省⒉ㄊ尚翁炀€1041輸入阻抗的改變、其他因素或其任意組合，在語音通話期間確定無線設備靠近用戶耳朵。例如，使用檢測器1044可以從傳感器1023接收信號，該信號指示無線設備是大致水平方向?qū)?，這與語音通話期間用戶對無線設備的放置一致。此外，控制器1003可以向使用檢測器1044提供例如無線設備的呼叫處理狀態(tài)，例如語音呼叫狀態(tài)。此夕卜，使用檢測器1044可以使用自適應匹配網(wǎng)絡1042來監(jiān)控波束成形天線1041的輸入阻抗的改變，其可以用于確定例如無線設備靠近用戶的身體。在確定在語音呼叫期間無線設備靠近用戶的耳朵之后，控制器1003可以切換波束成形天線1041的寄生元件1051，以偏轉(zhuǎn)天線方向圖波束使其遠離用戶的身體。圖11示出了根據(jù)這里闡述的各種方案的波束成形天線系統(tǒng)400的一個實施例的性能的仿真結果，其中結果示出了在用戶在語音呼叫中操作無線設備的時間上波束成形天線441的測量輸入阻抗。圖示說明整個由1100指示。波束成形天線441的測量輸入阻抗的離散時間采樣的個數(shù)在橫坐標1101上示出。波束成形天線441的測量輸入阻抗在橫坐標1102上示出。圖1103示出了波束成形天線441的測量輸入阻抗的實部值。圖1104示出了波束成形天線441的測量輸入阻抗的虛部值。在仿真中，波束成形天線441針對主輻射元件450使用半波長偶極子 ，并針對可重配置寄生元件451a至451e使用5個半波長偶極子。5個可重配置寄生元件451a至451e中的每個是主輻射元件450的波長的十分之一。此外，主輻射元件450的天線增益是1. 65dB,并且與可重配置寄生元件451a至451e中一個耦合的主輻射元件的天線增益是4. 99dB。仿真在900MHz頻率下執(zhí)行。已經(jīng)示出了和描述了示例性實施例，一個本領域普通技術人員可以在不背離本公開的范圍的前提下通過合適的修改實現(xiàn)這里描述的方法、設備和系統(tǒng)的進一步適配。已經(jīng)提及了若干這種可能的修改，其他修改對本領域技術人員是顯而易見的。例如，上述示例、實施例等是示意性的，而不是必不可少的。因此，本公開的范圍應當根據(jù)所附權利要求書來考慮，并被理解為不限于在說明書和附圖中示出和描述的結構、操作和功能的細節(jié)。如上所述，所描述的公開包括以下闡述的方面。
權利要求
1.一種無線設備中控制波束成形天線的方法，包括使用自適應匹配網(wǎng)絡來計算所述波束成形天線的輸入阻抗，其中所述波束成形天線包括主輻射元件和一個或更多個可重配置寄生元件，并且所述主輻射元件和所述可重配置寄生元件協(xié)同地接收、發(fā)射或接收和發(fā)射射頻信號；確定所述波束成形天線的輸入阻抗在容限之外；辨別所述無線設備的環(huán)境；使用所述波束成形天線的輸入阻抗、預定輸入阻抗觀測表、所辨別環(huán)境或其任意組合，選擇所述可重配置寄生元件的一部分；以及通過將所述可重配置寄生元件的所選部分與所述主輻射元件電連接、電耦合、或電連接且電耦合，更新所述波束成形天線。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括使用所述自適應匹配網(wǎng)絡，針對具有所述部分的每個可重配置寄生元件的所述主輻射元件，計算所述波束成形天線的輸入阻抗；確定具有大約相同輸入阻抗的可重配置寄生元件的所述部分的子集；針對具有所述子集中每個可重配置寄生元件的所述主輻射元件，計算所述波束成形天線的接收信號強度；以及選擇所述子集中的具有最大接收信號強度的一個或多個可重配置寄生元件。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括使用所述自適應匹配電路，重新計算所更新波束成形天線的輸入阻抗；以及調(diào)整所述自適應匹配電路，以大致匹配所更新波束成形天線的所述輸入阻抗。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述主輻射元件和所述可重配置寄生元件是單極子或偶極子。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述主輻射元件是貼片天線并且所述可重配置寄生元件是一個或多個輻射條帶元件，其中所述貼片天線與所述輻射條帶元件電連接、電耦合、或電連接且電耦合。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述辨別所述無線設備的環(huán)境還包括識別以下各項的改變所述波束成形天線的接收信號強度、所述無線設備的方向?qū)省⒔?jīng)由所述波束成形天線的接收信號的傳播特性、所述波束成形天線的輸入阻抗或其任意組口 ο
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括確定更新所述波束成形天線。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述確定更新所述波束成形天線還包括確定以下各項的改變所述波束成形天線的接收信號強度、所述無線設備的方向?qū)?、?jīng)由所述波束成形天線的接收信號的傳播特性、所述波束成形天線的輸入阻抗或其任意組口 ο
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述確定更新所述波束成形天線還包括測量針對所述波束成形天線的多個接收信號強度，其中每個測量值對應于具有一個或更多個不同可重配置寄生元件的所述主輻射元件；確定所述多個接收信號強度之一大于針對所述波束成形天線的所述接收信號強度。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述主輻射元件用于提供全向天線方向圖波束。
11.一種用于無線設備的天線系統(tǒng)，包括用于產(chǎn)生天線方向圖波束的波束成形天線，所述波束成形天線包括主輻射元件，與自適應匹配網(wǎng)絡電連接，其中所述自適應匹配網(wǎng)絡用于匹配所述波束成形天線的輸入阻抗；一個或更多個可重配置寄生元件，與所述主輻射元件電連接、電耦合、或電連接且電耦合，并與切換電路電連接，其中所述切換電路用于選擇所述可重配置寄生元件中的一個或更多個，并且所述主輻射元件和所選寄生元件協(xié)同地接收、發(fā)射或接收和發(fā)射射頻信號；收發(fā)機，與所述波束成形天線電連接，用于發(fā)射信號、接收信號、或發(fā)射且接收信號；使用檢測器，與所述波束成形天線和所述收發(fā)機電連接，用于辨別所述無線設備的環(huán)境；以及控制器，與所述波束成形天線、所述使用檢測器、所述收發(fā)機、所述切換電路和所述自適應匹配網(wǎng)絡電連接，以適配所述波束成形天線的天線方向圖波束，其中所述控制器被配置用于使用所述自適應匹配網(wǎng)絡，確定所述波束成形天線的輸入阻抗在容限之外；使用所述使用檢測器，辨別所述無線設備的環(huán)境；使用所述波束成形天線的輸入阻抗、預定觀測表、所辨別環(huán)境或其任意組合，選擇所述可重配置寄生元件的一部分；以及通過使用所述切換電路將所述可重配置寄生元件的所選部分與所述主輻射元件電連接、電稱合、或電連接且電稱合，更新所述波束成形天線。
12.根據(jù)權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中，所述使用檢測器還包括傳感器，用于確定所述無線設備的方向?qū)?、所述無線設備的速率、所述無線設備的加速度或其任意組合。
13.根據(jù)權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中，所述控制器還被配置用于使用所述自適應匹配網(wǎng)絡，針對具有所述部分的每個可重配置寄生元件的所述主輻射元件，計算所述波束成形天線的輸入阻抗；確定具有大約相同輸入阻抗的可重配置寄生元件的所述部分的子集；針對具有所述子集中可重配置寄生元件的任意組合的所述主輻射元件，計算所述波束成形天線的接收信號強度；以及選擇所述子集中具有最大接收信號強度的一個或多個可重配置寄生元件。
14.根據(jù)權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中，所述控制器還被配置用于使用所述自適應匹配網(wǎng)絡，重新計算所更新波束成形天線的輸入阻抗；以及將所述自適應匹配網(wǎng)絡更新為大致所更新波束成形天線的所述輸入阻抗。
15.根據(jù)權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中，所述主輻射元件和所述可重配置寄生元件是單極子或偶極子。
16.根據(jù)權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中，所述主輻射元件是貼片天線，并且所述可重配置寄生元件是輻射條帶元件。
17.根據(jù)權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中所述使用檢測器還被配置用于識別以下各項的改變所述波束成形天線的接收信號強度、所述無線設備的方向?qū)?、?jīng)由所述波束成形天線的接收信號的傳播特性、所述波束成形天線的輸入阻抗或其任意組合。
18.根據(jù)權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中，所述控制器還被配置用于 通過使用以下各項的改變，確定更新所述波束成形天線所述波束成形天線的接收信號強度、所述無線設備的方向?qū)?、?jīng)由所述波束成形天線的接收信號的傳播特性、所述波束成形天線的輸入阻抗或其任意組合。
19.根據(jù)權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中，所述控制器還被配置用于 通過以下操作確定更新所述波束成形天線測量針對所述波束成形天線的多個接收信號強度，其中每個測量值對應于具有一個或更多個不同可重配置寄生元件的所述主輻射元件；并且確定所述多個接收信號強度之一大于針對所述波束成形天線的所述接收信號強度。
20.根據(jù)權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中，所述主輻射元件用于提供全向天線方向圖波束。
21.根據(jù)權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中所述控制器實時操作。
22.一種用于無線設備的天線系統(tǒng)，包括 用于產(chǎn)生天線方向圖波束的波束成形天線，所述波束成形天線包括 主輻射元件，與自適應匹配網(wǎng)絡電連接，其中所述自適應匹配網(wǎng)絡用于匹配所述波束成形天線的所述輸入阻抗； 一個或更多個可重配置寄生元件，與所述主輻射元件電連接、電耦合、或電連接且電耦合，并與切換電路電連接，其中所述切換電路用于選擇所述可重配置寄生元件中的一個或更多個，并且所述主輻射元件和所述所選寄生元件協(xié)同地接收、發(fā)射或接收和發(fā)射射頻信號; 收發(fā)機，與所述波束成形天線電連接，用于發(fā)射信號、接收信號、或發(fā)射且接收信號；傳感器，用于檢測所述無線設備的方向?qū)省⑺鰺o線設備的速率、所述無線設備的加速度或其任意組合；以及 控制器，與所述波束成形天線、所述收發(fā)機、所述切換電路、所述自適應匹配網(wǎng)絡和所述傳感器電連接，以適配所述波束成形天線的所述天線方向圖波束，其中所述控制器被配置用于 使用所述自適應匹配網(wǎng)絡，確定所述波束成形天線的輸入阻抗在容限之外； 使用所述波束成形天線、所述收發(fā)機、所述切換電路、所述自適應匹配網(wǎng)絡、所述傳感器或其任意組合，辨別所述無線設備的環(huán)境； 使用所述波束成形天線的輸入阻抗、預定觀測表、所辨別環(huán)境或其任意組合，選擇所述可重配置寄生元件的一部分；以及 通過使用切換電路將所述可重配置寄生元件的所選部分與所述主輻射元件電連接、電率禹合、或電連接且電稱合，更新所述波束成形天線。
23.根據(jù)權利要求22所述的天線系統(tǒng)，其中所述傳感器是加速計。
24.根據(jù)權利要求22所述的天線系統(tǒng)，其中所述傳感器是攝相機鏡頭。
全文摘要
本發(fā)明提供了利用可重配置寄生元件來控制波束成形天線的方法、設備和系統(tǒng)。一種控制無線設備中的波束成形天線的方法包括使用自適應匹配網(wǎng)絡來計算所述波束成形天線的輸入阻抗，其中所述波束成形天線包括主輻射元件和一個或更多個可重配置寄生元件，并且所述主輻射元件和所述可重配置寄生元件協(xié)同地接收、發(fā)射或接收且發(fā)射射頻信號；確定所述波束成形天線的輸入阻抗在容限之外；辨別所述無線設備的環(huán)境；使用所述波束成形天線的所述輸入阻抗、預定輸入阻抗觀測表、所辨別環(huán)境或其任意組合，選擇所述可重配置寄生元件的一部分；以及通過將所述可重配置寄生元件的所選部分與所述主輻射元件電連接、電耦合、或電連接且電耦合，更新所述波束成形天線。
文檔編號H01Q3/44GK103038940SQ201180038001
公開日2013年4月10日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權日2010年6月22日
發(fā)明者史若克·M·阿里, 詹姆士·E·華登 申請人:捷訊研究有限公司