專利名稱：雙天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括至少兩個天線的移動通信裝置。
正在產(chǎn)生數(shù)目越來越多的用于無線通信的便攜式電氣裝置。不僅有本發(fā)明優(yōu)選實施例中所述的移動電話，而且還有帶有發(fā)射和接收EM信號的無繩電話及膝上型計算機。
每年，新一代便攜式電氣裝置被投放到市場上。
通常，新一代便攜式電氣裝置變得比前一代電氣裝置更小。隨著裝置變得越來越小，裝置的手柄和裝置中的發(fā)射/接收天線之間的距離減小。于是，雖然用戶干擾的問題始終存在，但是現(xiàn)在該問題越來越突出。
在本發(fā)明之前，通常許可便攜式通信裝置在某些環(huán)境下連接質(zhì)量較差。例如，如果常規(guī)的移動電話位于金屬表面上，或者如果手握住天線，已知這對無線電連接具有損壞效果。本發(fā)明的目的是防止或補償這種損壞。
當(dāng)無線通信裝置具有外殼，所述裝置包括天線裝置和與所述天線裝置耦合的信號處理裝置，所述天線裝置包括具有不同輻射模式的至少兩個天線時，可獲得有利的裝置。
從而，即使在對發(fā)射和接收的要求都較高的環(huán)境中使用通信裝置，選擇性輻射模式的使用也能夠提高通信裝置的信號質(zhì)量。
這樣，本發(fā)明提供了多天線系統(tǒng)的有效利用，因為不僅對于通信裝置外殼內(nèi)的不同位置來說，而且對于天線的方向性來說，通信裝置的天線都是互補的。一種天線輻射模式可能適用于某些傳輸條件，而另一種天線輻射模式則可能適用于其它傳輸條件。
如果用戶的手遮蔽一個天線，則另一天線可位于手持機的另一端，從而不會被遮蔽。如果采用的天線是定向天線，則該優(yōu)點將具有特別的意義。
本發(fā)明的一個重要方面在于信號質(zhì)量及借助至少兩個天線實現(xiàn)的信號質(zhì)量調(diào)整以對于必須評估并調(diào)整發(fā)射和接收條件的事實的認識為基礎(chǔ)。
本發(fā)明的另一重要優(yōu)點在于至少兩個天線均可用于發(fā)射和接收信號。雙功能天線的結(jié)果是可評估移動裝置的整體性能，并使移動裝置的整體性能適宜于某些接收和發(fā)射條件。
應(yīng)注意的是，根據(jù)本發(fā)明的移動裝置不僅檢測用戶實際使用例如手持機時即，在某些類型的主動使用中的不希望狀況，而且還檢測并調(diào)整有些靜態(tài)的不希望的被動狀況，例如，如果手持機位于具有金屬表面的桌子上，或者被周圍環(huán)境部分遮蔽，從而阻礙通過主動天線進行高質(zhì)量的發(fā)射或接收。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，天線是均在一個以上的頻帶下工作的雙波段內(nèi)部插接(patch)天線。在本發(fā)明的另一實施例中，一個天線或兩個天線均被實現(xiàn)為外部天線，這里單波段或雙波段天線也是可能的。
在本發(fā)明的一個最佳實施例中，所述至少兩個天線的方向性彼此相反。在這些情況下，可獲得近乎最佳的，并且節(jié)能的發(fā)射和接收，因為實際上可在通信裝置周圍的所有方向上形成信號發(fā)射和接收。
從而，和全方向天線相反，這種互補的輻射方式可以最少的能耗提供最佳的傳輸質(zhì)量，全方向天線必須覆蓋移動裝置周圍的所有空間，從而在不使用的輻射方向上浪費了能量。
應(yīng)注意的是從在發(fā)射或接收脈沖串之后，可動態(tài)地確定接收和發(fā)射質(zhì)量的意義上來說，可以連續(xù)的方式實現(xiàn)本發(fā)明。
此外，還應(yīng)注意的是和致力于快速改變接收方的接收信號狀態(tài)的各種技術(shù)相反，測量并控制轉(zhuǎn)換的算法相當(dāng)緩慢，因為要解決的信號質(zhì)量是多少有些靜態(tài)的特征。
術(shù)語“不同的輻射模式”暗示天線的輻射場可不同。從而通過全方向天線與定向插接天線的組合，或者通過具有不同方向的兩個定向插接天線的組合，可獲得不同的輻射模式。
如果兩個單獨的天線在手持機中彼此分隔，則可獲得另一種不同的輻射模式。從而，在天線根據(jù)外部本地狀況動態(tài)輻射的意義上，可獲得輻射方面的差別。提供不同輻射模式的條件可以是，例如天線之一被完全或部分遮蔽。從而，如果天線彼此分隔開和/或沿不同方向取向，則在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可獲得兩個天線間輻射的動態(tài)互變。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的移動通信裝置的優(yōu)選實施例。
圖2表示了一個定向天線的輻射特性曲線。
圖3表示了兩個定向天線的輻射特性曲線。
圖4表示了根據(jù)本發(fā)明的移動通信裝置的優(yōu)選實施例的電路圖。
圖5表示了根據(jù)天線的傳輸質(zhì)量，選擇發(fā)射天線的算法的流程圖。
圖6表示了根據(jù)天線的接收質(zhì)量，選擇接收天線的算法的流程圖。
圖1表示了一種便攜式無線電通信裝置，它包括具有外殼14，小鍵盤12和顯示器16的手持機15。
在手持機內(nèi)，設(shè)置有帶有必需的電子電路16的印刷電路板(PCB)3。屏蔽箱7-9保護電子電路。
另外，麥克風(fēng)(圖1中未表示出)由屏蔽箱10保護。
通過屏蔽墻5和6與PCB3電連接的是具有相同工作頻率的第一天線1和第二天線2。同樣在手持機內(nèi)，與PCB電連接的是電池13和揚聲器4。
天線1、2被布置在外殼14內(nèi)的不同位置，并具有不同的方向性。以這樣的方式彼此分離地布置這兩個天線，以致如果一個天線被遮蔽，則另一個天線基本上不會被遮蔽。例如，如果一個天線被面朝下放置在金屬板上，則另一個天線將指向上方。同樣如果一個天線被用戶的手遮蔽，則另一天線將被置于手持機15的另一端，于是很可能不被遮蔽。
后面將描述用于檢測由于接近用戶頭部或其它障礙物，由用戶的手引起的天線1、2的失調(diào)效應(yīng)的裝置。
這樣，本發(fā)明還包括檢測每個天線的連接質(zhì)量的裝置，以及連續(xù)選擇提供最佳連接的天線的選擇算法。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，天線是均在一個以上的頻帶下工作的雙波段天線。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，一個或兩個天線被實現(xiàn)為外部天線。單波段或雙波段天線也是可能的。
圖1表示了雙定向天線系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例?？稍O(shè)計帶有PIN二極管的其它更復(fù)雜的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的優(yōu)點之一是有可能把一個天線/共振器用于兩個方向，從而節(jié)省空間。
在一個優(yōu)選實施例中，在大多數(shù)方向上，每個天線的天線增益小于0dB。但是，當(dāng)把天線系統(tǒng)和為每個定向角選擇具有最大增益的天線的選擇算法結(jié)合起來時，在大多數(shù)方向上，雙天線系統(tǒng)將具有大于0dB的增益。
天線的體積越小，則天線的效率越低，這是手持機的天線設(shè)計的一般規(guī)則。于是，如果利用和單一的常規(guī)插接天線相同的體積實現(xiàn)兩個天線，則這兩個天線的效率都將低于一個常規(guī)天線的效率。在雙天線系統(tǒng)中，手持機將連接選擇受到的干擾較少的天線，因為能夠在天線之間進行選擇，優(yōu)于只具有一個可能受到干擾的天線的情況。于是，為了獲得更好的性能，在外殼內(nèi)，雙定向天線不需要比單個內(nèi)部天線更多的空間。
圖2表示了一個定向天線的輻射特性曲線。
圖3表示了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的輻射特性曲線，在該實施例中，布置了指向方向相反的兩個定向天線。圖中在水平面中表示了在一個工作頻帶下，這兩個天線中的每個天線的方向性。
如果天線結(jié)構(gòu)具有一個以上的工作頻帶，每個頻帶將具有類似的雙重方向性。
應(yīng)注意天線彼此互補，因為例如通過切換到另一天線，可消除沿φ＝0°方向的低劣或危險的發(fā)射或接收。
圖4表示了雙天線前端的電路圖。
電路的輸出級包括可通過天線轉(zhuǎn)接開關(guān)58與兩個天線59a和59b耦接的放大器50，電磁耦合器51的選擇開關(guān)54。電磁耦合器提供兩個獨立的輸出。一個輸出被提供給功率檢測器52，TPD，另一輸出被提供給反射功率檢測器57，RPD。
此外，電路還包括也可通過天線轉(zhuǎn)接開關(guān)58與天線59a和59b耦接的低噪聲放大器56，帶通濾波器55和選擇開關(guān)54。
當(dāng)選擇開關(guān)54位于位置54a時，電路處于發(fā)射狀態(tài)，當(dāng)選擇開關(guān)54位于位置54b時，電路處于接收狀態(tài)。
功率檢測器52，TPD連續(xù)測量來自于輸出級的功率放大器的發(fā)射功率，而功率檢測器57連續(xù)測量發(fā)射給天線59a或59b，并被反射給耦合器51的信號的功率。
功率檢測器可包括二極管檢測器。但是，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，功率檢測裝置包括一個對數(shù)放大器。由于對數(shù)放大器可容易地集成到收發(fā)器芯片中，因此優(yōu)選對數(shù)放大器。二極管檢測器通常必須具有外部分立組件。
下面將說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的測量發(fā)射質(zhì)量的方法。
在正常的發(fā)射條件下，輸出級的阻抗將以這樣的方式與連接的天線59a或59b的阻抗匹配，使得在57中測得的反射信號為零，或者接近于零。
當(dāng)連接的天線59a或59b被完全或部分遮蔽時，最后所得到的天線的輸入阻抗將改變，將暫時失去天線相對于輸出放大器阻抗的阻抗匹配。不對其進行調(diào)整將導(dǎo)致連接的天線59a或59b把部分輸入信號反射回放大器50。
該反射信號將由功率檢測器57檢測，從而檢測出低劣的發(fā)射信號質(zhì)量。應(yīng)注意測量發(fā)射質(zhì)量的可能性是非常有益的，因為由于沒有各種現(xiàn)象會干擾測量，發(fā)射評估代表實際情況的極佳評估。
盡管如此，應(yīng)指出的是還可以其它或多或少的便利方式確定發(fā)射信號質(zhì)量。
可通過動態(tài)讀取Rxqual值，例如誤碼率(BER)或幀錯誤率(FER)，測量接收質(zhì)量。Rxqual，F(xiàn)ER和BER是按照GSM標準確定的數(shù)值。
圖5表示了選擇哪個天線用作下一發(fā)射脈沖串的發(fā)射天線的算法的流程圖。在多波段實現(xiàn)中，由該算法獨立選擇每個波段的發(fā)射天線。
可采用兩種方法檢測天線的輻射特性發(fā)射過程中的一種方法和接收過程中的一種方法。為了獲得最佳性能，兩種方法都應(yīng)被使用。相應(yīng)地，可獨立地選擇接收和發(fā)射天線。
在發(fā)射過程中，來自于圖4的PA模塊50的一部分發(fā)射功率將從天線被反射。反射功率的數(shù)量取決于天線受到用戶干擾的程度。
因此，發(fā)射機天線的選擇是根據(jù)哪個天線正反射較小的功率進行的。
在常規(guī)的前端中，還檢測發(fā)射能量和反射能量。于是，雙天線系統(tǒng)只會由于天線選擇轉(zhuǎn)接開關(guān)58的費用而增大生產(chǎn)造價。
天線的選擇算法必須被分成兩部分，即，選擇TX天線的一部分，選擇RX天線的另一部分。在脈沖串對脈沖串(burst to burst)的基礎(chǔ)上進行天線的選擇。由于每個天線的帶寬很窄，以致只能或者與TX波段匹配，或者與RX波段匹配，因此算法的這兩個部分獨立工作。
圖5中表示了發(fā)射天線的選擇算法的流程圖。
該算法包括四個反饋回路，其中將根據(jù)連接測量的反射功率，修改確定發(fā)射質(zhì)量的數(shù)值CTX。
在發(fā)射第一個脈沖串之前，把計數(shù)器CTX置零。隨后，在發(fā)射每個脈沖串之后，按照反射功率，使該計數(shù)器增加某一數(shù)值。如果天線的輸入端幾乎不反射功率，則CTX只增加較小的數(shù)值。如果反射功率小于1dB，則CTX保持不變。如果較多的功率被反射，則計數(shù)器CTX增加較大的數(shù)值。當(dāng)計數(shù)器超過一定限度CTXmax時，選擇另一天線，并把該計數(shù)器置零。
該算法確保如果一個天線的輻射性能很好，則將繼續(xù)使用該天線。如果一個天線的輻射性能中等，但是另一天線的輻射性能更差，則將使用兩個天線，但是將更多地使用輻射性能較好的那個天線。
該算法確保兩個天線都被測試，但是同時還確保手持機不會不必要地在天線之間來回切換。
圖6表示了選擇哪個天線用作下一脈沖串的接收天線的算法的流程圖。
該算法以和上面說明的發(fā)射天線選擇算法相同的原理為基礎(chǔ)，但是在這種情況下，信號質(zhì)量的評估是以得自于GSM協(xié)議的現(xiàn)有參數(shù)為基礎(chǔ)。
在接收過程中，每個脈沖串的Rxqual是接收質(zhì)量的明確標志。于是，在接收過程中，Rxqual被用作選擇提供較佳連接的天線的基礎(chǔ)。Rxqual已在常規(guī)的手持機中被用作信道選擇的基礎(chǔ)。
在上面說明的本發(fā)明的實施例中，低質(zhì)量的接收或發(fā)射將導(dǎo)致耦接天線之間的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，應(yīng)注意出于接收或發(fā)射目的，可分別選擇不同的天線。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，天線1，2之一是定向天線，所述定向天線是優(yōu)選天線。這意味著該天線是主天線，而另一天線主要被用作只有當(dāng)絕對需要時才選擇的低效(fall-back)天線。從而，不必獲得具有相同高質(zhì)量要求的兩個天線，因為主要的，也是最佳的天線用作最頻繁使用的天線。
此外還應(yīng)注意，由于質(zhì)量改進的目的涉及長期使用的質(zhì)量改進，因此本發(fā)明聚焦于有點靜態(tài)的傳輸條件，沒有考慮短期發(fā)射/接收干擾信號的問題。
權(quán)利要求
1.一種具有外殼(15)的移動通信裝置，所述裝置包含天線裝置和與所述天線裝置耦接的信號處理裝置，所述天線裝置包含至少兩個具有不同輻射模式的天線(1，2)，所述至少兩個天線的至少兩個天線和相應(yīng)的所述信號處理裝置適于發(fā)射和接收電磁信號。
2.按照權(quán)利要求1所述的移動通信裝置，其特征在于至少兩個天線在相同的頻帶下工作。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的移動通信裝置，其特征在于至少兩個天線中的每個天線都具有定向輻射模式。
4.按照權(quán)利要求1-3所述的移動通信裝置，其特征在于天線中的至少一個天線是具有定向輻射模式的天線。
5.按照權(quán)利要求1-3所述的移動通信裝置，其特征在于所述至少兩個天線(1，2)的定向方向彼此相反。
6.按照權(quán)利要求1-3所述的移動通信裝置，其特征在于所述至少兩個天線(1，2)是全方向天線。
7.按照權(quán)利要求1-5所述的移動通信裝置，其特征在于天線是布置在外殼內(nèi)的插接(patch)天線(1，2)。
8.按照權(quán)利要求1-7所述的移動通信裝置，其特征在于所述裝置包含功率檢測裝置(52，53)，所述功率檢測裝置適于檢測從所述至少兩個天線(1，2)中的至少一個天線反射的功率。
9.按照權(quán)利要求8所述的移動通信裝置，其特征在于功率檢測裝置與電磁耦合器(51)連接，電磁耦合器(51)與所述裝置的輸出級(50)耦接，所述電磁耦合器(51)與功率檢測器(52)連接，功率檢測器(52)適于測量從輸出級(50)傳輸給和所述輸出級(50)相連的天線(1，2)的信號的功率，所述電磁耦合器(51)還與功率檢測器(53)相連，功率檢測器(53)適于測量來自于與所述輸出級(50)相連的天線(1，2)的反射信號的功率。
10.按照權(quán)利要求1-9所述的移動通信裝置，其特征在于所述裝置包括耦接在所述天線裝置和所述信號處理裝置之間的轉(zhuǎn)接裝置(58)，所述轉(zhuǎn)接裝置適于根據(jù)所述功率檢測裝置檢測到的功率，在所述天線裝置的天線(1，2)之間自動轉(zhuǎn)換。
11.按照權(quán)利要求1-10所述的移動通信裝置，其特征在于功率檢測裝置包括二極管檢測器。
12.按照權(quán)利要求1-10所述的移動通信裝置，其特征在于功率檢測裝置包括對數(shù)放大器。
13.按照權(quán)利要求1-12所述的移動通信裝置，其特征在于在發(fā)射脈沖串過程中，測量二極管檢測器的電壓(對數(shù)放大器的輸出)。
14.按照權(quán)利要求1-13所述的移動通信裝置，其特征在于Rxqual被用作天線(1，2)的失調(diào)程度的標志。
15.按照權(quán)利要求1-14所述的移動通信裝置，其特征在于在脈沖串對脈沖串(burst to burst)基礎(chǔ)上，選擇用于發(fā)射和/或接收的天線(1，2)。
16.按照權(quán)利要求1-15所述的移動通信裝置，其特征在于當(dāng)接通所述裝置的手持機時，以及每次在天線之間轉(zhuǎn)換時，用于每個C-tx的計數(shù)器被置零。
17.按照權(quán)利要求1-16所述的移動通信裝置，其特征在于當(dāng)接通手持機時，用于每個TX波段的計數(shù)器和用于每個RX波段的計數(shù)器被置零。
18.按照權(quán)利要求1-17所述的移動通信裝置，其特征在于在發(fā)射每個脈沖串之后，根據(jù)反射功率的數(shù)量，使計數(shù)器C-tx增加一個數(shù)值。
19.按照權(quán)利要求1-18所述的移動通信裝置，其特征在于當(dāng)計數(shù)器C-tx的數(shù)值大于預(yù)定的限度C-tx-max時，把計數(shù)器C-tx重置為零，并為下一脈沖串選擇相對的天線(1，2)。
20.按照權(quán)利要求1-19所述的移動通信裝置，其特征在于所述裝置包含用于評估接收質(zhì)量的裝置。
21.按照權(quán)利要求1-20所述的移動通信裝置，其特征在于評估接收質(zhì)量的裝置包含用于確定接收信號的Rxqual值的裝置。
22.按照權(quán)利要求1-21所述的移動通信裝置，其特征在于接收信號的Rxqual值是BER或FER值。
23.一種控制移動通信裝置中的轉(zhuǎn)接裝置的方法，所述移動通信裝置包含天線裝置和與所述天線裝置耦接的信號處理裝置，所述天線裝置至少包含兩個具有不同定向模式的天線，以這樣的方式把所述轉(zhuǎn)接裝置布置在所述天線裝置和所述信號處理裝置之間，以致位于每個可能位置(58a，58b)的轉(zhuǎn)接裝置與所述至少兩個天線(1，2)中的一個天線連接，并與所述信號處理裝置連接，所述方法包括下述步驟測量由從所述至少兩個天線(1，2)中選擇的一個天線發(fā)射或接收的信號的質(zhì)量，和根據(jù)測得的信號質(zhì)量，把轉(zhuǎn)接裝置轉(zhuǎn)換到另一可能的位置(58a，58b)。
24.一種控制移動通信裝置中的轉(zhuǎn)接裝置的方法，所述移動通信裝置包含天線裝置和與所述天線裝置耦接的信號處理裝置，所述天線裝置至少包含兩個天線，以這樣的方式把所述轉(zhuǎn)接裝置布置在所述天線裝置和所述信號處理裝置之間，以致位于每個可能位置(58a，58b)的轉(zhuǎn)接裝置連接所述至少兩個天線(1，2)中的一個天線和所述信號處理裝置，所述方法包括下述步驟測量由所述至少兩個天線(1，2)中的連接天線發(fā)射或接收的信號的發(fā)射質(zhì)量和接收質(zhì)量，和根據(jù)測得的發(fā)射和/或接收質(zhì)量，把轉(zhuǎn)接裝置轉(zhuǎn)換到另一可能的位置(58a，58b)。
25.按照權(quán)利要求24所述的控制移動通信中的轉(zhuǎn)接裝置的方法，其特征在于所述至少兩個天線具有不同的輻射模式。
26.按照權(quán)利要求24或25所述的控制移動通信中的轉(zhuǎn)接裝置的方法，其特征在于所述至少兩個天線中，至少一個天線是具有定向輻射模式的天線。
27.按照權(quán)利要求24-26所述的控制移動通信中的轉(zhuǎn)接裝置的方法，其特征在于所述至少兩個天線中的每個天線都具有定向輻射模式。
28.按照權(quán)利要求24、25、26或27所述的控制移動通信中的轉(zhuǎn)接裝置的方法，其特征在于所述至少兩個天線(1，2)中，至少一個天線是定向天線，所述定向天線是優(yōu)選天線。
29.一種具有外殼(15)的移動通信裝置，所述裝置包含天線裝置和與所述天線裝置耦接的信號處理裝置，所述天線裝置至少包含兩個具有不同輻射模式的天線(1，2)，所述裝置包含用于評估從所述至少兩個天線中的至少一個天線發(fā)射的信號的質(zhì)量的裝置。
30.按照權(quán)利要求26所述的移動通信裝置，其特征在于所述裝置包含指示裝置，所述指示裝置適于在某些預(yù)定條件下，提供表示不希望的傳輸狀態(tài)的報警信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有外殼(15)的移動通信裝置,所述裝置包含天線裝置和與所述天線裝置耦接的信號處理裝置,所述天線裝置包含至少兩個具有不同輻射模式的天線(1,2)。本發(fā)明的一個重要優(yōu)點在于所述裝置可為特定的環(huán)境,自動選擇具有適當(dāng)輻射模式的一個天線(1,2)。
文檔編號H01Q1/24GK1329781SQ99814263
公開日2002年1月2日 申請日期1999年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月8日
發(fā)明者托爾本·阿姆托夫特, 伊昂·馬格瓦德森 申請人:特利泰爾R&D丹麥有限公司