CN103988441A - 使用时变天线模块的无线通信装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例描述与使用时变天线的无线通信装置有关的方法、设备和***。还可描述和/或要求保护其它实施例。

Description

使用时变天线模块的无线通信装置
 
技术领域
一般来说，本公开的实施例涉及无线通信装置领域，更具体来说，涉及使用时变天线模块的无线通信装置。
背景技术
减小与无线协议的激增耦合的无线通信装置中的形状因子是具有挑战性的装置设计，装置通过所述无线协议与各种网络耦合。一些设计采用大型无源天线，它能够覆盖全射频（RF）频带，即使装置最终主要或者甚至排他地只以RF频带的相对小的子集操作。
附图说明
通过结合附图阅读以下详细描述，将能容易地理解实施例。为了便于该描述，类似参考符号表示类似结构元件。附图的各图中通过示例而非限制性地示出实施例。
图1示出根据一些实施例的收发器。
图2示出根据一些实施例的收发器。
图3示出根据一些实施例的收发器。
图4是描绘根据一些实施例的调谐操作的流程图。
图5示出可用于实践本文所描述的各种实施例的***。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，其中贯穿附图类似数字指示类似部分，并且其中举例示出可在其中实践本公开的主题的实施例。将了解，在不偏离本公开的范围的情况下，可以使用其它实施例，并且可以进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述将不视为是限制意义，并且实施例的范围由随附权利要求及其等同物限定。
以最有助于理解要求保护的主题的方式将各种操作依次描述为多个离散操作。但是，描述的顺序不应解释为是暗示这些操作必定是顺序相关的。具体来说，可以不按照呈现的顺序执行这些操作。可以按照与所描述的实施例不同的顺序执行所描述的操作。可以执行各种额外的操作，和/或可以在另外的实施例中省略所描述的操作。
为了本公开的目的，短语“A和/或B”意味着(A)、(B)或(A和B)。为了本公开的目的，短语“A、B和/或C”意味着(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。
本描述可以使用短语“在一个实施例中”或“在实施例中”，它们均可指相同或不同实施例中的一个或多个实施例。此外，如关于本公开的实施例所使用，“包括”、“包含”、“具有”等术语是同义的。
如本文所使用，术语“模块”可以指或者包括执行一个或多个软件或固件程序、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能性的其它合适组件的专用集成电路（ASIC）、电子电路、处理器（共享型、专用型或群组）和/或存储器（共享型、专用型或群组），或者可以是上述的一部分。
根据各种实施例，本公开描述一种包括天线模块的***，该天线模块具有天线、与天线耦合的阻抗变化组件以及与天线和阻抗变化组件耦合的波形发生器。该***还可以包括：通过信令接口与天线模块耦合的无线电模块，无线电模块配置成与天线模块通信射频（RF）信号；以及与波形发生器和无线电模块耦合的控制模块，控制模块配置成接收状态信息并基于状态信息控制波形发生器以改变天线的响应。
在一些实施例中，无线电模块包括传感器，传感器配置成感测与无线电模块和/或天线模块相关联的电特性，并基于感测的电特性生成状态信息。感测的电特性可以对应于***操作期间的天线模块的输入阻抗和/或无线电模块的输出阻抗。
在一些实施例中，阻抗变化组件是变容二极管，和/或信令接口是同轴电缆。
在一些实施例中，该***还包括与波形发生器和阻抗变化组件耦合的滤波器，滤波器配置成将控制波形传递给阻抗变化组件并阻塞来自波形发生器的射频信号。
在一些实施例中，信令接口是第一信令接口，并且天线模块包括用于将滤波器耦合到阻抗变化组件的第二信令接口。在一些实施例中，第一信令接口是第一同轴电缆，而第二信令接口是第二同轴电缆。
在一些实施例中，该***还可以包括其上布置无线电模块和控制模块的电路板，其中天线模块与该电路板分开布置。
在一些实施例中，该电路板是第一电路板，并且***还包括与第一电路板耦合并且其上布置无线电模块的第二电路板。
本公开还可以描述一种***，它包括：电路板；布置在电路板上的无线电模块；与电路板分开布置的天线模块，天线模块包括天线和阻抗变化组件，天线模块配置成经由信令接口与无线电模块通信射频（RF）信号；布置在电路板上并与信令接口耦合的波形发生器；以及与无线电模块和波形发生器耦合的控制模块，它配置成控制波形发生器以在信令接口上提供控制波形来改变天线的响应。
在一些实施例中，无线电模块和波形发生器单片集成在共同管芯中。
在一些实施例中，该***还可以包括与波形发生器耦合并配置成向信令接口提供控制波形的滤波器，其中传感器与无线电模块和波形发生器单片集成在共同管芯中。
在一些实施例中，滤波器通过无线电模块的RF传输线与信令接口耦合。
在一些实施例中，该***还可以包括与波形发生器和阻抗变化组件耦合的滤波器，该滤波器配置成将控制波形传递给阻抗变化组件并阻塞来自波形发生器的RF信号。
在一些实施例中，该电路板是第一电路板，并且该***还包括布置在第一电路板上并且其上布置无线电模块、波形发生器和滤波器的第二电路板。
在一些实施例中，滤波器与信令接口直接耦合。在一些实施例中，无线电模块还包括与无线电模块和/或天线模块的一个或多个组件耦合的传感器，该传感器配置成基于感测的电特性向控制模块提供状态信息。
在一些实施例中，传感器配置成感测无线电模块内的一个或多个位置处的电特性，并基于感测的电特性提供无线电状态信息。在一些实施例中，控制模块配置成基于预先编程的调谐参数控制波形发生器。在一些实施例中，控制模块配置成基于操作参数控制波形发生器。
本公开还可以描述一种或多种具有指令的计算机可读介质，这些指令在执行时导致收发器：感测与无线电模块和/或时变天线模块相关联的电特性；将感测的电特性与预定的期望电特性进行比较；以及基于所述比较来调整控制波形以便改变时变天线模块的天线的特征谐振频率。
在一些实施例中，这些指令在执行时还导致收发器：确定感测的电特性与期望的电特性之间的差的绝对值大于预定值；以及基于所述确定来调整控制波形。在一些实施例中，电特性是无线电模块的输出阻抗和/或天线模块的输入阻抗。
图1示出根据一些实施例的收发器100。如图所示，收发器100可以包括至少彼此耦合的天线模块102、无线电模块104和控制模块106。天线模块102可以包括波形发生器108、滤波器110、天线112和阻抗变化组件（IVC）114。天线模块102可以是能够动态地改变天线112的谐振响应（下文称为“天线响应”）的时变天线模块。
波形发生器108可以生成提供给滤波器110的多个控制波形之一。滤波器110可以将控制波形传递给IVC 114并阻塞来自波形发生器108的射频（RF）信号。控制波形可以在低兆赫范围内，而RF信号可以在千兆赫范围内，从而便于滤波器110的滤波操作。
滤波器110可以通过信令接口118与IVC 114耦合来便于控制波形的传输。信令接口118可以是同轴电缆。通过IVC 114将控制波形激励到天线112，IVC 114可以是例如变容二极管。控制波形中的电压可以改变IVC 114的阻抗，并导致天线112的特征谐振频率的受控变化。控制波形的调制频率可大于两倍的无线电信号带宽，以便满足Nyquist采样定理用于传送/接收数据而无数据污染。
通过改变IVC 114的阻抗，天线响应可以再配置成将谐振频率从第一频带变为第二频带、从一个频带变为多个频带、和/或从相对窄带变为相对宽带。在各种实施例中，作为方形波形的控制波形可以导致双频带天线响应，作为三阶波形的控制波形可以导致三频带天线响应，而作为锯齿波形的控制波形可以导致宽带天线响应。在不改变天线结构的情况下，控制波形的变化的幅度、频率和/或形状可以导致其它天线响应。
除了如上所述的天线响应的频带再配置以外或者作为其备选，IVC 114的阻抗的变化可以通过操作频率处的阻抗匹配来改进天线效率。
无线电模块104可以通过信令接口120与天线112耦合以便传送诸如RF信号的数据携带信号。信令接口120可以是同轴电缆。无线电模块104可以通过信令接口120与天线模块102通信（例如，传送/接收）RF信号。无线电模块104可以包括用于与信令接口120通信RF信号的传输线132。
控制模块106可以通过控制接口122与天线模块102耦合并向波形发生器108提供例如数字控制信号。控制模块106可以基于操作参数124和/或调谐参数126来控制波形发生器108。
在一些实施例中，操作参数124可以是与收发器100的操作模式有关的参数。例如，在一些实施例中，收发器100可以在根据使用第一天线响应的第一协议（例如，数字电视（DTV）、长期演进（LTE）、WiFi、WiMAX、蓝牙、全球定位卫星（GPS）、近场通信（NFC）等）在第一操作模式中操作和根据使用第二天线响应的第二协议在第二操作模式中操作之间切换。也可以在一种协议内使用不同的操作模式。例如，收发器100可以使用第一天线响应用于上行链路通信，并使用第二天线响应用于下行链路通信。在其它实施例中，可以另外/备选地使用其它操作参数。
动态地再配置天线响应的能力可以允许天线112小于常规天线，和/或可以允许总共使用更少的天线。在一些实施例中，天线112可以比常规天线小30%或更多。
在一些实施例中，调谐参数126可以是与收发器100或其组件的操作环境有关的参数。例如，在一些实施例中，用户的手拿着寄宿收发器100的移动装置的位置可以失调天线响应。在另一个实例中，天线响应可以在移动装置中天线112的安装和放置期间从预期天线响应改变。在任一实例中，控制模块106可以采取应用具有合适的幅度、形状和/或频率的控制波形的方式来控制波形发生器108以便调谐天线响应，从而补偿不希望有的改变。以此方式，可以使天线响应适应天线112操作时所处的特定环境。
在各种实施例中，控制模块106可以例如在移动装置的装配时用调谐参数预先编程，和/或可以通过操作动态地接收调谐参数。例如，在一个实施例中，无线电模块104可以包括用于感测与无线电模块104和/或天线模块102的组件相关联的电特性的变化的传感器134。在各种实施例中，传感器134可以包括放置在收发器100的额外/备选位置中（例如，放置在天线模块102中）的一个或多个传感器。在各种实施例中，传感器134可以感测无线电模块104的输出阻抗、天线模块102的输入阻抗、传输线132上的信号功率等的变化。这些感测的变化可以指示天线响应已经变成失调的。传感器134可以基于这些感测的电特性生成诸如无线电状态信息（RSI）的状态信息并将RSI反馈回给控制模块106。然后，控制模块106可以相应地调整天线响应。
在一些实施例中，无线电模块104和控制模块106可以布置在共同电路板（例如，印刷电路板（PCB）128）上。无线电模块104可以与PCB 128直接耦合，或者通过诸如无线卡130的另一电路板与PCB 128耦合。天线模块102可以与PCB 128分开布置。波形发生器108可以通过功率接口116从PCB 128接收功率。
在一些实施例中，可以在无线卡130上或者在无线电模块104中实现控制模块106。
图2示出根据一些实施例的收发器200。除非另外注明，否则收发器200及其组件可以类似于收发器100及其组件进行操作。
如图所示，收发器200可以包括至少彼此耦合的天线模块202、无线电模块204和控制模块206。
天线模块202可以包括天线212和IVC 214。但是，在该实施例中，波形发生器208和滤波器210可以直接布置在PCB 228上，或者通过与无线卡230耦合（无线卡230与PCB 228耦合）而布置在PCB 228上，而不是位于天线模块202上。
无线电模块204可以通过信令接口220与天线模块202耦合。滤波器210可以在节点216处与信令接口220直接耦合以便提供控制波形。节点216可以位于无线卡230或PCB 228上。与图1中示出的实施例相比，在节点216处将滤波器210耦合到信令接口220可以减少信令和功率接口的数量。
图3示出根据一些实施例的收发器300。除非另外注明，否则收发器300及其组件可以类似于收发器200及其组件进行操作。
如图所示，收发器300可以包括至少彼此耦合的天线模块302、无线电模块304和控制模块306。
天线模块302可以包括天线312和IVC 314。但是，在该实施例中，波形发生器308和滤波器310可以布置在无线电模块304中。因此，波形发生器308和滤波器310可以与无线电模块组件（例如，功率放大器、低噪声放大器、匹配网络等）单片集成。
滤波器310可以在节点316处与传输线332耦合。而传输线332又可以与信令接口320耦合。与收发器200类似，与图1中示出的实施例相比，收发器300可以减少信令接口的数量。
图4是描绘根据一些实施例的调谐操作400的流程图。在方框402，调谐操作400可以包括使用例如传感器134、234或334感测无线电模块内的一个或多个位置处的电特性（EC）。例如，可以在与信令接口耦合的无线电模块的传输线、在低噪声放大器、在功率放大器等处感测EC。在各种实施例中，可以感测各种电特性，包括但不限于在操作期间无线电模块的信号功率和输出阻抗。在其它实施例中，可以在其它位置感测EC，并且EC可以是例如天线模块的输入阻抗。
在方框404，调谐操作400可以包括将感测的电特性（SEC）与预定的期望电特性（DEC）进行比较。DEC可以是特定电特性的容许值或预期值的范围。方框404的比较可以包括确定SEC与DEC之间的差的绝对值是否大于预定阈值。预定阈值可以与容许值或预期值的范围对应。
如果在方框404确定SEC与DEC之间的差大于预定阈值，那么调谐操作400可以前进到方框406。
在方框406，调谐操作400可以包括调整控制波形。控制波形的调整可以通过控制模块（例如，控制模块106、206或306）向波形发生器（例如，波形发生器108、208或308）提供合适的数字控制信号而发生。然后，调谐操作可以循环回到方框402处的感测EC。
如果在方框404确定SEC与DEC之间的差小于或等于预定阈值，那么调谐操作400可以循环回到方框402处的感测EC。
可以将本文所描述的收发器实现到根据需要使用任何合适的硬件和/或软件来配置的***中。对于一个实施例，图5示出实例***500，它包括一个或多个处理器504、与处理器504中的至少一个处理器耦合的***控制逻辑508、与***控制逻辑508耦合的***存储器512、与***控制逻辑508耦合的非易失性存储器（NVM）/存储设备516、以及与***控制逻辑508耦合的网络接口520。
处理器504可以包括一个或多个单核或多核处理器。处理器504可以包括通用处理器和专用处理器（例如，图形处理器、应用处理器等）的任何组合。
对于一个实施例，***控制逻辑508可以包括用于向处理器504中的至少一个处理器和/或与***控制逻辑508通信的任何合适的装置或组件提供任何合适接口的任何合适的接口控制器。
对于一个实施例，***控制逻辑508可以包括用于向***存储器512提供接口的一个或多个存储器控制器。***存储器512可用于为例如***500加载和存储数据和/或指令。对于一个实施例，***存储器512可以包括任何合适的易失性存储器，例如合适的动态随机存取存储器（DRAM）。
NVM/存储设备516可以包括例如用于存储数据和/或指令的一个或多个有形、非暂时性计算机可读介质。NVM/存储设备516可以包括任何合适的非易失性存储器，例如闪速存储器，和/或可以包括任何合适的非易失性存储装置，例如一个或多个硬盘驱动器（HDD）、一个或多个压缩盘（CD）驱动器、和/或一个或多个数字通用盘（DVD）驱动器。
NVM/存储设备516可以包括其上安装***500的装置的存储资源物理部分，或者它可以通过该装置可存取，但不一定是该装置的部分。例如，NVM/存储设备516可以通过网络经由网络接口520存取。
具体来说，***存储器512和NVM/存储设备516可以分别包括调谐逻辑524和参数526（例如，操作和调谐参数）的临时和持久副本。调谐逻辑524可以包括指令，所述指令在通过处理器504中的至少一个处理器执行时导致***500执行本文所描述的调谐操作。在一些实施例中，调谐逻辑524或其硬件、固件和/或软件组件可以另外/备选地位于***控制逻辑508、网络接口520和/或处理器504中。
网络接口520可以具有收发器522，收发器522用于提供无线电接口给***500以通过一个或多个网络和/或与任何其它合适的装置进行通信。收发器522可以与收发器100、200和/或300类似并且基本上可互换。在各种实施例中，收发器522可以与***500的其它组件集成在一起。例如，收发器522可以包括处理器504的处理器、***存储器512的存储器和NVM/存储设备516的NVM/存储设备。网络接口520可以包括任何合适的硬件和/或固件。网络接口520可以包括用于提供MIMO无线电接口的多个天线。例如，对于一个实施例，网络接口520可以包括网络适配器、无线网络适配器、电话调制解调器和/或无线调制解调器。
对于一个实施例，处理器504中的至少一个处理器504可以与***控制逻辑508的一个或多个控制器的逻辑封装在一起。对于一个实施例，处理器504中的至少一个处理器可以与***控制逻辑508的一个或多个控制器的逻辑封装在一起以便形成封装中***（SiP）。对于一个实施例，处理器504中的至少一个处理器可以与***控制逻辑508的一个或多个控制器的逻辑集成在相同管芯上。对于一个实施例，处理器504中的至少一个处理器可以与***控制逻辑508的一个或多个控制器的逻辑集成在相同管芯上以便形成芯片上***（SoC）。
***500还可以包括输入/输出（I/O）装置532。I/O装置532可以包括设计成使能与***500的用户交互的用户接口、设计成使能与***500的***组件交互的***组件接口、和/或设计成确定与***500有关的环境状况和/或位置信息的传感器。
在各种实施例中，用户接口可以包括但不限于显示器（例如，液晶显示器、触摸屏显示器等）、扬声器、麦克风、一个或多个照相机（例如，静止照相机和/或视频照相机）、闪光灯（例如，发光二极管闪光）和键盘。
在各种实施例中，***组件接口可以包括但不限于非易失性存储器端口、音频插孔和电源接口。
在各种实施例中，传感器可以包括但不限于陀螺仪传感器、加速度计、接近度传感器、环境光传感器和定位单元。定位单元也可以是网络接口520的一部分或者与网络接口520交互以便与诸如全球定位***（GPS）卫星的定位网络的组件通信。
在各种实施例中，***500可以是移动计算装置，例如但不限于膝上型计算装置、平板计算装置、上网本、智能电话等。在各种实施例中，***500可以具有更多或更少的组件，和/或不同的体系结构。
尽管本文出于描述目的示出和描述了某些实施例，但是在不偏离本公开的范围的情况下，可以用计划用来实现相同目的的各种各样的备选和/或等效实施例或实现来替代所示和所描述的实施例。本申请意图涵盖本文所论述的实施例的任何改变或变化。因此，显然预期本文所描述的实施例仅由权利要求及其等同物限制。

Claims (24)

1. 一种***，包括：
天线模块，所述天线模块具有：
    天线；
    与所述天线耦合的阻抗变化组件；以及
    与所述天线和所述阻抗变化组件耦合的波形发生器；
通过信令接口与所述天线模块耦合的无线电模块，所述无线电模块配置成与所述天线模块通信射频（RF）信号；以及
与所述波形发生器和所述无线电模块耦合的控制模块，所述控制模块配置成接收状态信息并基于所述状态信息来控制所述波形发生器以改变所述天线的响应。
2. 如权利要求1所述的***，其中所述无线电模块包括：
传感器，配置成感测与所述无线电模块和/或所述天线模块相关联的电特性并基于感测的电特性生成所述状态信息。
3. 如权利要求2所述的***，其中所述感测的电特性对应于在所述***的操作期间所述天线模块的输入阻抗和/或所述无线电模块的输出阻抗。
4. 如权利要求1所述的***，其中所述阻抗变化组件是变容二极管。
5. 如权利要求1所述的***，其中所述信令接口是同轴电缆。
6. 如权利要求1所述的***，还包括：
与所述波形发生器和所述阻抗变化组件耦合的滤波器，所述滤波器配置成将控制波形传递给所述阻抗变化组件并阻塞来自所述波形发生器的射频信号。
7. 如权利要求6所述的***，其中所述信令接口是第一信令接口，并且所述天线模块包括用于将所述滤波器耦合到所述阻抗变化组件的第二信令接口。
8. 如权利要求7所述的***，其中所述第一信令接口是第一同轴电缆，并且所述第二信令接口是第二同轴电缆。
9. 如权利要求1所述的***，还包括：
其上布置所述无线电模块和所述控制模块的电路板，
其中所述天线模块与所述电路板分开布置。
10. 如权利要求9所述的***，其中所述电路板是第一电路板，并且所述***还包括：
与所述第一电路板耦合并且其上布置所述无线电模块的第二电路板。
11. 一种***，包括：
电路板；
布置在所述电路板上的无线电模块；
与所述电路板分开布置的天线模块，所述天线模块包括天线和阻抗变化组件，所述天线模块配置成经由信令接口与所述无线电模块通信射频（RF）信号；
布置在所述电路板上并与所述信令接口耦合的波形发生器；以及
与所述无线电模块和所述波形发生器耦合的控制模块，所述控制模块配置成控制所述波形发生器以便在所述信令接口上提供控制波形来改变所述天线的响应。
12. 如权利要求11所述的***，其中所述无线电模块和所述波形发生器单片集成在共同管芯中。
13. 如权利要求12所述的***，还包括：
与所述波形发生器耦合的滤波器，所述滤波器配置成向所述信令接口提供所述控制波形，其中所述传感器与所述无线电模块和所述波形发生器单片集成在所述共同管芯中。
14. 如权利要求13所述的***，其中所述滤波器通过所述无线电模块的RF传输线与所述信令接口耦合。
15. 如权利要求11所述的***，还包括：
与所述波形发生器和所述阻抗变化组件耦合的滤波器，所述滤波器配置成将所述控制波形传递给所述阻抗变化组件并阻塞来自所述波形发生器的RF信号。
16. 如权利要求15所述的***，其中所述电路板是第一电路板，并且所述***还包括：
布置在所述第一电路板上并且其上布置所述无线电模块、所述波形发生器和所述滤波器的第二电路板。
17. 如权利要求16所述的***，其中所述滤波器与所述信令接口直接耦合。
18. 如权利要求11所述的***，其中所述无线电模块还包括：
与所述无线电模块和/或所述天线模块的一个或多个组件耦合的传感器，所述传感器配置成基于感测的电特性向所述控制模块提供状态信息。
19. 如权利要求18所述的***，其中所述传感器配置成感测所述无线电模块内的一个或多个位置处的电特性，并基于所述感测的电特性提供无线电状态信息。
20. 如权利要求11所述的***，其中所述控制模块配置成基于预先编程的调谐参数控制所述波形发生器。
21. 如权利要求11所述的***，其中所述控制模块配置成基于操作参数来控制所述波形发生器。
22. 一种或多种具有指令的计算机可读介质，所述指令在执行时导致收发器：
感测与无线电模块和/或时变天线模块相关联的电特性；
将感测的电特性与预定的期望电特性进行比较；以及
基于所述比较来调整控制波形以改变所述时变天线模块的天线的特征谐振频率。
23. 如权利要求22所述的一种或多种计算机可读介质，其中所述指令在执行时还导致所述收发器：
确定所述感测的电特性与所述期望电特性之间的差的绝对值大于预定值；以及
基于所述确定来调整所述控制波形。
24. 如权利要求21所述的一种或多种计算机可读介质，其中所述电特性是所述无线电模块的输出阻抗和/或所述天线模块的输入阻抗。
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