交叉引用
本發(fā)明要求如下優(yōu)先權(quán):編號(hào)為62/311,951,申請(qǐng)日為2016年3月23日的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng);以及編號(hào)為15/394,713,申請(qǐng)日為2016年12月29日的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)。上述美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)诖艘徊⒆鳛閰⒖肌?/p>
本發(fā)明涉及一種天線(xiàn)裝置。特別地,本發(fā)明涉及一種可切換輻射方向的天線(xiàn)及其具有上述天線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)通信裝置。
背景技術(shù):
無(wú)線(xiàn)通信裝置(例如,移動(dòng)電話(huà)、平板電腦、手提電腦等)通過(guò)天線(xiàn)交換射頻(radio-frequency,rf)信號(hào),以在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中存取信息。rf信號(hào)是具有高振蕩頻率的正弦波?,F(xiàn)今,對(duì)于暴露在從無(wú)線(xiàn)通信裝置中發(fā)出的rf能量情況下,世界組織已經(jīng)定義了安全限值(例如,通過(guò)電磁標(biāo)準(zhǔn)),其中,rf能量主要施加于人類(lèi)頭部或手臂部位。
關(guān)于rf能量暴露的電磁標(biāo)準(zhǔn)是以特定吸收比率(specificabsorptionrate,sar)為基礎(chǔ)的。sar是當(dāng)人體暴露在rf電磁場(chǎng)中,人體吸收哪種能量的比例測(cè)量值。
由于無(wú)線(xiàn)通信裝置變得越來(lái)越輕薄緊湊,并且無(wú)線(xiàn)通信需求持續(xù)增長(zhǎng),所以希望無(wú)線(xiàn)通信裝置中的理想天線(xiàn)變小,天線(xiàn)增益變高,并且輻射帶寬盡可能寬。然而,較大天線(xiàn)增益會(huì)導(dǎo)致較差的sar值。另外,在近場(chǎng)(nearfield)中,高頻的rf能量容易被吸收,這會(huì)導(dǎo)致更差的sar值。
另一方面,由于人體以及用戶(hù)場(chǎng)景的影響(例如,手持移動(dòng)電話(huà)的方法/位置或者天線(xiàn)太靠近人體),移動(dòng)電話(huà)的天線(xiàn)性能會(huì)下降,并且通信質(zhì)量也會(huì)下降,從而引起較低數(shù)據(jù)吞吐量或較高掉話(huà)率(call-droprate)。
因此,如何解決sar與天線(xiàn)性能之間的平衡問(wèn)題成為無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的共同目標(biāo)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
有鑒于此,本發(fā)明提供一種可切換輻射方向的天線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)通信裝置,以解決sar與天線(xiàn)性能之間的平衡問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例,提供一種可切換輻射方向的天線(xiàn),位于通信裝置中,該天線(xiàn)包含:饋入端,用于饋入發(fā)射信號(hào)以及接收接收信號(hào);第一天線(xiàn)臂,電連接該饋入端;第二天線(xiàn)臂,電連接該第一天線(xiàn)臂;第三天線(xiàn)臂,電連接該第一天線(xiàn)臂,其中,該饋入端分別與該第二天線(xiàn)臂、該第三天線(xiàn)臂形成環(huán)路;第一阻抗調(diào)諧電路,耦接該第二天線(xiàn)臂,用于根據(jù)控制信號(hào)將該第二天線(xiàn)臂連接至第一匹配元件或第三匹配元件;以及第二阻抗調(diào)諧電路,耦接該第三天線(xiàn)臂,用于根據(jù)該控制信號(hào)將該第三天線(xiàn)臂連接至第二匹配元件或第四匹配元件;其中,當(dāng)該天線(xiàn)工作在第一模式時(shí),該第一阻抗調(diào)諧電路將該第二天線(xiàn)臂連接至該第一匹配元件,并且該第二阻抗調(diào)諧電路將該第三天線(xiàn)臂連接至該第二匹配元件;當(dāng)該天線(xiàn)工作在第二模式時(shí),該第一阻抗調(diào)諧電路將該第二天線(xiàn)臂連接至該第三匹配元件,并且該第二阻抗調(diào)諧電路將該第三天線(xiàn)臂連接至該第四匹配元件。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例,提供一種無(wú)線(xiàn)通信裝置,包含:第一天線(xiàn),用于接收第一接收信號(hào);第二天線(xiàn),用于接收第二接收信號(hào);第一開(kāi)關(guān)電路,耦接該第一天線(xiàn)與該第二天線(xiàn),用于根據(jù)第一控制信號(hào)將發(fā)射信號(hào)饋入該第一天線(xiàn)或該第二天線(xiàn);以及控制模塊,耦接該第一天線(xiàn)、該第二天線(xiàn)以及該第一開(kāi)關(guān)電路,用于根據(jù)該第一接收信號(hào)與該第二接收信號(hào),生成發(fā)送至該第一開(kāi)關(guān)電路的該發(fā)射信號(hào)與該第一控制信號(hào);其中,該控制模塊根據(jù)該第一接收信號(hào)與該第二接收信號(hào),生成發(fā)送至該第一天線(xiàn)的第二控制信號(hào),以通過(guò)該第一天線(xiàn)的阻抗調(diào)諧選擇該第一天線(xiàn)的輻射方向。
本發(fā)明提供的可切換輻射方向的天線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)通信裝置可平衡特定吸收比率與天線(xiàn)性能。
附圖說(shuō)明
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的無(wú)線(xiàn)通信裝置的示意圖;
圖2與圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的分別工作在第一與第二模式的天線(xiàn)ant_m的示意圖;
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的自由空間中分別工作在第一模式與第二模式中的天線(xiàn)ant_m的散射參數(shù)s11示意圖;
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的分別工作在第一模式與第二模式中的天線(xiàn)ant_m的自由空間天線(xiàn)效率示意圖;
圖6描述了當(dāng)用戶(hù)僅使用左手、僅使用右手、使用左手與頭部以及使用右手與頭部持有通信裝置時(shí)的各種用戶(hù)場(chǎng)景示意圖;
圖7描述了在僅使用左手用戶(hù)場(chǎng)景中分別工作在第一模式與第二模式中的天線(xiàn)ant_m的天線(xiàn)效率示意圖;
圖8描述了在僅使用右手用戶(hù)場(chǎng)景中分別工作在第一模式與第二模式中的天線(xiàn)ant_m的天線(xiàn)效率示意圖;
圖9描述了在使用左手與頭部場(chǎng)景與使用右手與頭部場(chǎng)景中天線(xiàn)ant_m的最優(yōu)天線(xiàn)效率示意圖。
具體實(shí)施方式
在說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱(chēng)特定的元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解,硬件制造商可能會(huì)用不同的名詞來(lái)稱(chēng)呼同一個(gè)元件。本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)并不以名稱(chēng)的差異作為區(qū)分元件的方式,而是以元件在功能上的差異作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求項(xiàng)中所提及的“包含”為一開(kāi)放式的用語(yǔ),故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。此外,“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此,若文中描述第一裝置耦接于第二裝置,則代表第一裝置可直接電氣連接于第二裝置,或通過(guò)其它裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。
接下來(lái)的描述是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施例,其是為了描述本發(fā)明原理的目的,并非對(duì)本發(fā)明的限制??梢岳斫獾厥?,本發(fā)明實(shí)施例可由軟件、硬件、固件或其任意組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的無(wú)線(xiàn)通信裝置10的示意圖。無(wú)線(xiàn)通信裝置10包含天線(xiàn)ant_m與ant_d、控制模塊12、開(kāi)關(guān)電路14以及底蓋16。
控制模塊12耦接天線(xiàn)ant_m與ant_d。根據(jù)從天線(xiàn)ant_m與ant_d分別接收的接收信號(hào)rx_m以及rx_d,控制模塊12生成發(fā)送給開(kāi)關(guān)電路14的發(fā)射信號(hào)tx以及控制信號(hào)ctrl1。根據(jù)接收信號(hào)rx_m以及rx_d,控制模塊12進(jìn)一步生成發(fā)給天線(xiàn)ant_m的控制信號(hào)ctrl2,用于根據(jù)阻抗調(diào)諧(impedancetuning)選擇天線(xiàn)ant_m的輻射方向。開(kāi)關(guān)電路14耦接天線(xiàn)ant_m、天線(xiàn)ant_d以及控制模塊12。根據(jù)控制信號(hào)ctrl1,開(kāi)關(guān)電路14切換饋入發(fā)射信號(hào)tx的天線(xiàn)ant_m、天線(xiàn)ant_d。天線(xiàn)ant_m耦接控制模塊12與開(kāi)關(guān)電路14。如果將發(fā)射信號(hào)tx饋入天線(xiàn)ant_m,則天線(xiàn)ant_m從空中接收接收信號(hào)rx_m,并且發(fā)送發(fā)射信號(hào)tx。天線(xiàn)ant_d耦接控制模塊12與開(kāi)關(guān)電路14。如果將發(fā)射信號(hào)tx饋入天線(xiàn)ant_d,則天線(xiàn)ant_d從空中接收接收信號(hào)rx_d,并且發(fā)送發(fā)射信號(hào)tx。底蓋16包含天線(xiàn)ant_m與ant_d、控制模塊12、開(kāi)關(guān)電路14以及通信裝置10中的任意可能電路板以及機(jī)械部件。底蓋16可為金屬或塑料。
在實(shí)施例中,控制模塊12根據(jù)檢測(cè)信號(hào)det生成控制信號(hào)ctrl1與ctrl2,其中,用戶(hù)場(chǎng)景檢測(cè)電路18可生成檢測(cè)信號(hào)det。用戶(hù)場(chǎng)景檢測(cè)電路18可為檢測(cè)目標(biāo)臨近的近距感測(cè)電路,或檢測(cè)相對(duì)通信裝置10的重力方向的加速度傳感器。用戶(hù)場(chǎng)景可為用戶(hù)僅用左手、僅用右手、使用雙手、使用左手與頭部、使用右手與頭部等持有通信裝置10。例如,使用左手與頭部場(chǎng)景涉及用戶(hù)使用左手接電話(huà)情況;使用雙手場(chǎng)景涉及用戶(hù)使用雙手玩游戲情況。
以用戶(hù)場(chǎng)景檢測(cè)電路為近距感測(cè)電路作為示例,如果檢測(cè)到目標(biāo)臨近天線(xiàn)ant_m或ant_d,則用戶(hù)場(chǎng)景檢測(cè)電路18生成檢測(cè)信號(hào)det并將其發(fā)送至控制模塊12。接著,控制模塊12根據(jù)檢測(cè)信號(hào)det,決定使用哪個(gè)天線(xiàn)以及所使用天線(xiàn)的輻射方向。
在實(shí)施例中,發(fā)射天線(xiàn)選擇技術(shù)(transmitantennaselection,tas)能夠基于接收信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量選擇其中一個(gè)天線(xiàn)作為發(fā)送天線(xiàn)。例如,控制模塊12根據(jù)檢測(cè)信號(hào)det或接收信號(hào)rx_m與rx_d,決定將發(fā)射信號(hào)tx饋入天線(xiàn)ant_m還是天線(xiàn)ant_d,以選擇具有更好信號(hào)質(zhì)量的一個(gè)天線(xiàn)輻射發(fā)射信號(hào)tx。這樣可確保通信裝置10的通信質(zhì)量。
從另一方面看,天線(xiàn)ant_d具有朝向右上方向的輻射方向,天線(xiàn)ant_m具有朝向左下與右下兩個(gè)方向的輻射方向。換句話(huà)說(shuō),用于通信裝置10的上行鏈路通信的發(fā)送天線(xiàn)具有三個(gè)可選輻射方向。通過(guò)天線(xiàn)ant_m的阻抗調(diào)諧以及發(fā)射信號(hào)tx的饋入信道,選擇天線(xiàn)的輻射方向,通信裝置10可適用于各種用戶(hù)場(chǎng)景,以確保較高的通信質(zhì)量與用戶(hù)體驗(yàn)(例如,數(shù)據(jù)吞吐量與掉話(huà)率)。
圖2與圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的分別工作在第一與第二模式的天線(xiàn)ant_m的示意圖。天線(xiàn)nat_m包含饋入端fd、天線(xiàn)臂20、21、22以及阻抗調(diào)諧電路sw_l與sw_r。其中,阻抗調(diào)諧電路sw_l與sw_r可為開(kāi)關(guān)、二極管、調(diào)諧電容器中的至少一個(gè)??蓪伻攵薴d用于饋入控制模塊12生成的發(fā)射信號(hào)tx,并且用于向控制模塊12發(fā)送接收信號(hào)rx_m。天線(xiàn)臂20電連接饋入端fd,用于諧振發(fā)射信號(hào)tx與接收信號(hào)rx_m,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信。在實(shí)施例中,天線(xiàn)臂20是t型天線(xiàn)臂。天線(xiàn)臂21電連接天線(xiàn)臂20以及阻抗調(diào)諧電路sw_l,其中阻抗調(diào)諧電路sw_l接地或接匹配元件mth_l。天線(xiàn)臂22電連接天線(xiàn)臂20以及阻抗調(diào)諧電路sw_r,其中阻抗調(diào)諧電路sw_r接地或接匹配元件mth_r。饋入端fd與天線(xiàn)臂21、22分別形成環(huán)路。在實(shí)施例中,饋入端fd位于天線(xiàn)臂21與22之間。
在圖2中,天線(xiàn)ant_m工作于第一模式,其中,阻抗調(diào)諧電路sw_l連接天線(xiàn)臂21與匹配元件mth_l,并且阻抗調(diào)諧電路sw_r連接天線(xiàn)臂22與接地端。在這種結(jié)構(gòu)中,既然通過(guò)阻抗調(diào)諧電路sw_r將天線(xiàn)臂20右側(cè)的天線(xiàn)臂22接地,所以發(fā)射信號(hào)tx的rf電流從饋入端fd流向天線(xiàn)20的左側(cè),這樣使得天線(xiàn)ant_m的輻射方向從饋入端指向天線(xiàn)臂21(即,左方向)。因此,在人體靠近天線(xiàn)臂20的右側(cè)時(shí),可將天線(xiàn)ant_m的天線(xiàn)性能保持在滿(mǎn)意水平。例如,對(duì)于用戶(hù)使用右手手持通信裝置10的用戶(hù)場(chǎng)景,右手掌會(huì)蓋住天線(xiàn)臂20的右側(cè)。在本發(fā)明中,選擇天線(xiàn)ant_m的輻射方向指向左方,從而確保較佳的天線(xiàn)性能與用戶(hù)體驗(yàn),例如,掉話(huà)率與數(shù)據(jù)吞吐量。
在圖3中,天線(xiàn)ant_m工作于第二模式,其中,阻抗調(diào)諧電路sw_r連接天線(xiàn)臂22與匹配元件mth_r,并且阻抗調(diào)諧電路sw_l連接天線(xiàn)臂21與接地端。在這種結(jié)構(gòu)中,既然通過(guò)阻抗調(diào)諧電路sw_l將天線(xiàn)臂20左側(cè)的天線(xiàn)臂21接地,所以發(fā)射信號(hào)tx的rf電流從饋入端fd流向天線(xiàn)20的右側(cè),這樣使得天線(xiàn)ant_m的輻射方向從饋入端指向天線(xiàn)臂22(即,右方向)。因此,在人體靠近天線(xiàn)臂20的左側(cè)時(shí),可將天線(xiàn)ant_m的天線(xiàn)性能保持在滿(mǎn)意水平。例如,對(duì)于用戶(hù)使用左手手持通信裝置10的用戶(hù)場(chǎng)景,左手掌會(huì)蓋住天線(xiàn)臂20的左側(cè)。在本發(fā)明中,選擇天線(xiàn)ant_m的輻射方向指向右方,從而確保較佳的天線(xiàn)性能與用戶(hù)體驗(yàn)。
在實(shí)施例中,可將匹配元件mth_l與mth_r用于頻帶調(diào)諧,其可為電容器、電感器、電阻器、磁珠(bead)、變抗器、調(diào)諧電容器以及上述至少兩個(gè)元件的任意組合。通過(guò)適當(dāng)選擇電容器、電感器、電阻器、磁珠的電特性與數(shù)值,可取得天線(xiàn)ant_m的合適的工作頻率與頻帶。值得注意的是,既然阻抗調(diào)諧電路sw_l與sw_r將天線(xiàn)臂21與22的其中一個(gè)接地,另一個(gè)接匹配元件,則當(dāng)選擇輻射方向時(shí),可同時(shí)執(zhí)行天線(xiàn)ant_m的頻帶調(diào)諧操作。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的自由空間中分別工作在第一模式與第二模式中的天線(xiàn)ant_m的散射參數(shù)s11示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例描述的分別工作在第一模式與第二模式中的天線(xiàn)ant_m的自由空間天線(xiàn)效率示意圖。在圖4中,分別用實(shí)線(xiàn)與虛線(xiàn)標(biāo)注工作在第一模式與第二模式中的天線(xiàn)ant_m的散射參數(shù)s11。在圖5中,分別用實(shí)線(xiàn)與虛線(xiàn)標(biāo)注工作在第一模式與第二模式中的天線(xiàn)ant_m的天線(xiàn)效率。對(duì)于長(zhǎng)期演進(jìn)(lte)通信標(biāo)準(zhǔn),低頻帶工作范圍是從824mhz到960mhz,中頻帶工作范圍是從1710mhz到2170mhz,高頻帶工作范圍是從2300mhz到2690mhz。
圖6描述了當(dāng)用戶(hù)僅使用左手、僅使用右手、使用左手與頭部以及使用右手與頭部持有通信裝置10時(shí)的各種用戶(hù)場(chǎng)景示意圖。圖7描述了在僅使用左手用戶(hù)場(chǎng)景中分別工作在第一模式與第二模式中的天線(xiàn)ant_m的天線(xiàn)效率示意圖。圖8描述了在僅使用右手用戶(hù)場(chǎng)景中分別工作在第一模式與第二模式中的天線(xiàn)ant_m的天線(xiàn)效率示意圖。
在圖7與圖8中,可分別使用實(shí)線(xiàn)與虛線(xiàn)標(biāo)注工作在第一模式與第二模式中的天線(xiàn)ant_m的天線(xiàn)效率。在圖7中,工作在第一模式的天線(xiàn)ant_m在中頻帶具有更好的天線(xiàn)效率,工作在第二模式的天線(xiàn)ant_m在低頻帶與高頻帶具有更好的天線(xiàn)效率。因此,對(duì)于僅使用左手的場(chǎng)景,如果需要高頻帶與低頻帶的通信,則可將天線(xiàn)ant_m的輻射方向切換至右方向(第二模式);如果需要中頻帶的通信,則可將天線(xiàn)ant_m的輻射方向切換至左方向(第一模式)。
在圖8中,工作在第一模式中的天線(xiàn)ant_m在低頻帶與高頻帶具有更好的天線(xiàn)效率,工作在第二模式的天線(xiàn)ant_m在中頻帶具有更好的天線(xiàn)效率。因此,對(duì)于僅使用右手的場(chǎng)景,如果需要高頻帶與低頻帶的通信,則可將天線(xiàn)ant_m的輻射方向切換至左方向(第一模式);如果需要中頻帶的通信,則可將天線(xiàn)ant_m的輻射方向切換至右方向(第二模式)。
圖9描述了在使用左手與頭部場(chǎng)景與使用右手與頭部場(chǎng)景中天線(xiàn)ant_m的最優(yōu)天線(xiàn)效率示意圖,其中上述兩種場(chǎng)景可分別用實(shí)線(xiàn)與虛線(xiàn)標(biāo)注。對(duì)于不同工作頻帶,通信裝置10選擇具有最高天線(xiàn)效率的輻射方向以執(zhí)行通信,從而確保通信裝置10的較佳通信質(zhì)量。
綜上,本發(fā)明通過(guò)工作于兩個(gè)工作模式的第一天線(xiàn)的阻抗調(diào)諧選擇第一天線(xiàn)的輻射方向,并且同時(shí)執(zhí)行第一天線(xiàn)的頻帶調(diào)諧。在不具有其他天線(xiàn)情況下,第一天線(xiàn)具有兩個(gè)工作模式,這樣有效節(jié)省通信裝置的天線(xiàn)空間。此外,通過(guò)發(fā)射信號(hào)的阻抗調(diào)諧與饋入信道,選擇天線(xiàn)以及輻射方向,通信裝置可適用于各種用戶(hù)場(chǎng)景,以確保較佳的通信質(zhì)量與用戶(hù)體驗(yàn)(例如,數(shù)據(jù)吞吐量與掉話(huà)率)。
呈現(xiàn)上述描述以允許本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)特定應(yīng)用以及其需要的內(nèi)容實(shí)施本發(fā)明。所述實(shí)施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的,并且可將上述定義的基本原則應(yīng)用于其他實(shí)施例。因此,本發(fā)明不局限于所述的特定實(shí)施例,而是符合與揭露的原則及新穎特征相一致的最寬范圍。在上述細(xì)節(jié)描述中,為了提供對(duì)本發(fā)明的徹底理解,描述了各種特定細(xì)節(jié)。然而,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解本發(fā)明是可實(shí)施的。
在不脫離本發(fā)明精神或本質(zhì)特征的情況下,可以其他特定形式實(shí)施本發(fā)明。描述示例被認(rèn)為說(shuō)明的所有方面并且無(wú)限制。因此,本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書(shū)指示,而非前面描述。所有在權(quán)利要求等同的方法與范圍中的變化皆屬于本發(fā)明的涵蓋范圍。