用于控制天线与传输路径的匹配的方法及对应设备与流程

本发明的实施方式和实施例涉及专用于信息传输的电子设备，特别是用于射频(rf)应用的电子设备，并且更具体地涉及这些rf电子设备的“前端”电路，特别是专用于将天线与传输路径匹配的那些前端电路。

背景技术：

通常，这种rf电子设备的前端电路包括至少一个放大器，该至少一个放大器在输出处或在输入处耦合到天线，以分别发射或接收rf信号。

在发射中，在输出处耦合到天线的一个或多个放大器通常是功率放大器。

在接收中，在输入处耦合到天线的一个或多个放大器通常是低噪声放大器(lna)。

如果例如考虑发射侧，所述rf电子设备的每个功率放大器在其输入处接收具有低振幅的输入信号，然后在理想情况下在其输出处将输入信号递送到天线，输出信号是输入信号的放大像。

为了允许在传输路径和天线之间的最大功率传送，期望确保天线与放大器在它们相应的阻抗方面的匹配。换句话说，期望天线的阻抗等于要在放大器的输出处展现的最佳阻抗，以避免反射。

在这方面，通常使用驻波比(swr)或更具体地“vswr”(电压驻波比)，来评估天线与放大器的匹配质量。

当天线和放大器的阻抗匹配时，输出信号的所有功率都被递送到天线。因此没有波反射，并且电压驻波比vswr为1，即最小值。

当比vswr变为大于1时，这意味着天线和放大器的阻抗不再匹配。因此，存在从天线反射到放大器的波。

因此，该阻抗失配导致递送到天线的电功率的降低和功率放大器的性能水平的降级。另外，该反射波将能够对放大器的可靠性产生负面影响。

用于检测天线与功率放大器之间的波反射和电压驻波比vswr水平的常规电路，需要与校正电路一起，在天线与放大器之间直接实施，该校正电路用于修改天线阻抗，以便匹配天线的阻抗的任何改变。这种实施方式不可避免地在放大器的输出处呈现插入损耗，这降低了功率放大器的性能。

刚刚针对发射链的放大器描述的缺点可以转换为接收链的放大器。

技术实现要素：

因此，需要提出一种低复杂度的技术解决方案，该技术解决方案使得无论是在发射和/或接收中，都可以检测(特别是经由vswr比)放大器和天线之间的阻抗匹配水平，而不会在其中引入插入损耗，并且当天线上的阻抗发生变化时，可以使放大器的输出的阻抗与天线的阻抗重新匹配。

根据一个方面，提出了一种用于检查天线与传输路径的匹配的方法。传输路径包括放大器级，该放大器级在输入或输出处耦合到天线和电阻性负载。方法包括检查阶段，检查阶段包括：

测量在天线处或附近的第一当前温度和在电阻性负载处或附近的第二当前温度，

在存在至少涉及第一和第二温度的第一条件的情况下，触发在放大器级的输入或输出处看到的阻抗的匹配，以及

然后，在存在至少涉及第二温度的第二条件的情况下，停止阻抗的匹配。

应当注意，可以将这种完全对称的方法应用于将rf信号发射到天线的传输路径以及经由天线来接收rf信号的传输路径。在发射时放大器级的输出耦合到天线，而在接收时放大器级的输入耦合到天线。

当放大器级的输入或输出的阻抗与天线的阻抗匹配时，vswr比为1，因此没有波反射。

如果存在，电阻性负载被配置成接收所有的波反射。因此，在没有波反射的情况下，在天线处的第一当前温度高于在电阻性负载处的第二当前温度。

在满足第一条件的情况下，天线的阻抗发生变化，并且天线的阻抗的失配导致vswr比大于1。存在向电阻性负载的波反射，这导致第二温度升高。

换句话说，可以通过测量第一和第二温度的变化，来检测放大器级与天线之间的阻抗失配。

当满足第二条件时，第二温度恢复到其初始值。因此可以得出结论：放大器级与天线之间的阻抗匹配得以重新建立。

如将在下文中更详细地看到的，这种方法有利地不要求在放大器级和天线之间的任何直接(侵入式)的电路实施方式。

因为这点，引入在放大器级与天线之间以检测和检查天线与放大器级的匹配的插入损耗有利地最小，或者甚至为零。

例如，方法还可以包括在检查阶段之前的校准阶段，并且校准阶段包括：

在传输路径中用基准阻抗代替天线，以及将放大器级设置在操作状态中，

限定被包含在路径基准温度范围内的路径基准温度，以及

针对每个路径基准温度，在基准阻抗处测量第一基准温度，以及在电阻性负载处测量第二基准温度。

应当注意，基准阻抗有利地与放大器级的阻抗匹配，以便可以在没有波反射时，针对每个路径基准温度测量第一和第二基准温度。

根据一种实施方式，检查阶段包括：

测量传输路径的当前路径温度，

在第二当前温度和第二基准温度之间进行第一比较，第二基准温度与对应于所述当前路径温度的路径基准温度相关联，以及

在第一当前温度和第一基准温度之间进行第二比较，第一基准温度与对应于所述当前路径温度的路径基准温度相关联。

在以下情况下，满足第一条件：

第一当前温度低于或等于第一基准温度加上第一阈值，并且

第二当前温度高于第二基准温度加上第二阈值。

根据另一个实施方式，检查阶段包括：

对传输路径的第一当前路径温度进行第一测量，

在第二当前温度和第二基准温度之间进行第一比较，第二基准温度与对应于所述第一当前路径温度的路径基准温度相关联，

在第一当前温度和第一基准温度之间进行第二比较，第一基准温度与对应于所述第一当前路径温度的路径基准温度相关联，

在完成第二比较时，对传输路径的第二当前路径温度进行第二测量，以及

在第一和第二当前路径温度之间进行第三比较。

在以下情况下，满足第一条件：

第一当前温度高于第一基准温度加上第一阈值，并且

第二当前温度高于第二基准温度加上第二阈值，并且

第二当前路径温度低于或等于第一当前路径温度。

根据又一个实施方式，检查阶段包括：

对传输路径的第一当前路径温度进行第一测量，

在第二当前温度和第二基准温度之间进行第一比较，第二基准温度与对应于所述第一当前路径温度的路径基准温度相关联，

在第一当前温度和第一基准温度之间进行第二比较，第一基准温度与对应于所述第一当前路径温度的路径基准温度相关联，

在完成第二比较时，对传输路径的第二当前路径温度进行第二测量，

在第一和第二当前路径温度之间进行第三比较，以及

在完成第三比较时，在第一和第二当前温度之间的当前差与第一基准温度加上第一阈值和第二基准温度加上第二阈值之间的基准差之间进行第四比较。

在以下情况下，满足第一条件：

第一当前温度高于第一基准温度加上第一阈值，并且

第二当前温度高于第二基准温度加上第二阈值，并且

第二当前路径温度高于第一当前路径温度，并且

当前差低于或等于基准差。

作为一个非限制性示例，在以下情况下，可以满足第二条件：

第二当前温度高于第二基准温度加上第二阈值，并且

第一当前温度高于第一基准温度加上第一阈值，并且

第二当前路径温度高于第一当前路径温度，并且

当前差高于基准差。

在以下情况下，也可以满足第二条件：

第二当前温度低于或等于第二基准温度加上第二阈值。

作为一个非限制性指示，第一阈值和第二阈值相等。

根据另一方面，提出了一种电子设备。该设备包括天线和传输路径。

传输路径包括：

在输入或输出处耦合到天线和电阻性负载的放大器级，

第一温度传感器，被定位在天线附近并且被配置成测量第一当前温度，

第二温度传感器，被定位在电阻性负载附近，并且被配置成测量第二当前温度。

设备还包括处理装置，该处理装置被配置成：在存在至少涉及第一和第二当前温度的第一条件的情况下，触发在放大器级的输入或输出处看到的阻抗的匹配；然后，在存在至少涉及第二当前温度的第二条件的情况下，停止阻抗的匹配。

第一传感器和第二传感器被分别定位在天线和电阻性负载附近，而不是被直接定位在放大器级和天线之间的事实，有利地使得可以避免插入损耗，从而提高电子设备的性能。

例如，设备还可以包括存储器装置，存储器装置被配置成存储被包含在路径基准温度的范围内的路径基准温度，并且针对每个路径基准温度，存储在放大器级处于操作状态的情况下在代替天线的基准阻抗处测量的第一基准温度和在电阻性负载处测量的第二基准温度。

根据一个实施例，设备还包括第三温度传感器，该第三温度传感器被配置成对传输路径的第一当前路径温度执行第一测量。

处理装置包括比较装置，比较装置被配置成：在第二当前温度和第二基准温度之间执行第一比较，第二基准温度与对应于第一当前路径温度的路径基准温度相关联；以及在第一当前温度和第一基准温度之间执行第二比较，第一基准温度与所述路径基准温度相关联。

在以下情况下，满足第一条件：

第一当前温度低于或等于第一基准温度加上第一阈值，并且

第二当前温度高于第二基准温度加上第二阈值。

根据另一个实施例，设备还包括第三温度传感器，第三温度传感器能够测量传输路径的当前路径温度，并且被配置成对传输路径的第一当前路径温度执行第一测量。

处理装置包括比较装置，比较装置被配置成：在第二当前温度和第二基准温度之间执行第一比较，第二基准温度与对应于第一当前路径温度的路径基准温度相关联；以及在第一当前温度和第一基准温度之间执行第二比较，第一基准温度与所述路径基准温度相关联。

第三传感器还被配置成在完成第二比较时，对传输路径的第二当前路径温度执行第二测量。

处理装置还被配置成在第一和第二当前路径温度之间执行第三比较。

在以下情况下，满足第一条件：

第一当前温度高于第一基准温度加上第一阈值，并且

第二当前温度高于第二基准温度加上第二阈值，并且

第二当前路径温度低于或等于第一当前路径温度。

根据又一个实施例，设备还包括第三温度传感器，第三温度传感器能够测量传输路径的当前路径温度，并且被配置成对传输路径的第一当前路径温度执行第一测量。

处理装置包括比较装置，比较装置被配置成：在第二当前温度和第二基准温度之间执行第一比较，第二基准温度与对应于第一当前路径温度的路径基准温度相关联；以及在第一当前温度和第一基准温度之间执行第二比较，第一基准温度与所述路径基准温度相关联。

第三传感器还被配置成在完成第二比较时，对传输路径的第二当前路径温度执行第二测量。

比较装置还被配置成：在第一和第二当前路径温度之间执行第三比较；并且在完成第三比较时，在第一和第二当前温度之间的当前差与第一基准温度加上第一阈值和第二基准温度加上第二阈值之间的基准差之间进行第四比较。

在以下情况下，满足第一条件：

第一当前温度高于第一基准温度加上第一阈值，并且

第二当前温度高于第二基准温度加上第二阈值，并且

第二当前路径温度高于第一当前路径温度，并且

当前差低于或等于基准差。

作为指示，但以非限制性的方式，在以下情况下，可以满足第二条件：

第一当前温度高于第一基准温度加上第一阈值，并且

第二当前温度高于第二基准温度加上第二阈值，并且

第二当前路径温度高于第一当前路径温度，并且

当前差高于基准差。

在以下情况下，也可以满足第二条件：

第二当前温度低于或等于第二基准温度加上第二阈值。

例如，第一阈值和第二阈值可以相同。

作为一个非限制性示例，设备还包括：

包括90°功率分路器的第一耦合级，以及

包括90°功率组合器的第二耦合级，90°功率组合器的第一和第二输入或输出端子分别耦合到天线和电阻性负载。

放大器级包括在第一和第二耦合级之间并联耦合的两个平衡功率放大器。

这种90°功率组合器使得可以将所有的波反射引导到电阻性负载，从而有利地保护两个平衡功率放大器免受波反射的影响。

根据一个实施例，处理装置包括：

控制装置，耦合在比较装置的输出与放大器级的输入或输出和第二耦合级的输入和输出之间，并且被配置成：根据第一、第二、第三和第四比较的结果，检查在放大器级的输入或输出处看到的阻抗。

作为一个非限制性示例，第二耦合级的第一和第二输入或输出端子之间的距离大于100μm。

例如，设备可以以集成的方式生产。

根据又一方面，提出了一种无线通信单元，其包含至少一个如上面所限定的设备。

附图说明

在研究对实施方式和实施例(绝不是限制性的)的详细描述和附图时，本发明的其他优点和特征将变得显而易见，在附图中：

图1至图4示意性地图示了本发明的实施方式和实施例。

具体实施方式

图1中图示的附图标记ac表示无线通信单元，这里例如是包括至少一个电子设备1的便携式蜂窝电话，这里，电子设备1例如是以集成的方式生产的毫米射频设备1。

设备1可以包括各自耦合到天线3的一个或多个传输路径2。为了简化的目的，这里的图1图示了耦合到天线3的单个传输路径2的示例。该传输路径2可以被配置成经由天线3发射rf信号或接收rf信号。为了简化和清楚的目的，下面仅考虑用于rf信号发射的传输路径的情况。

传输路径2包括放大器级4，放大器级4包括在第一耦合级7和第二耦合级8之间并联耦合的相同的第一平衡放大器5和第二平衡放大器6。

第一耦合级7包括第一混合正交耦合器，这里，第一混合正交耦合器例如是附图标记为9的90°功率分路器，90°功率分路器的第一输入耦合到电阻器10，90°功率分路器的第二输入旨在接收pin的功率信号的输入，90°功率分路器的第一输出耦合到第一放大器5的输入11，并且90°功率分路器的第二输出耦合到第二放大器6的输入12。

在理想情况下，输入信号pin的功率经由功率分路器9，在功率分路器9的第一和第二输出之间均等分配，在该第一和第二输出之间有90°的相移。没有功率被传输到电阻器10。

第二耦合级8包括第二混合正交耦合器，这里，第二混合正交耦合器例如是附图标记为13的90°功率组合器，90°功率组合器的第一输入端子in1耦合到第一放大器5的输出14，90°功率组合器的第二输入端子in2耦合到第二放大器6的输出15，90°功率组合器的第一输出端子out1耦合到天线3，并且90°功率组合器的第二输出端子out2耦合到电阻性负载16。

由于第一放大器5和第二放大器6相同，因此在第一放大器5和第二放大器6的输出14和15处获得经放大的信号pin/2，在这些输出之间具有90°的相移。

在理想情况下，在天线3处的发射功率pout等于放大器5和6的输出信号的功率的组合，相对于输入信号pin没有相移。类似地，没有功率被传输到电阻性负载16。

传输路径2还包括：被定位在天线3中或附近的第一温度传感器17、被定位在电阻性负载16处或附近的第二温度传感器18、以及被定位在传输路径2中或附近的第三温度传感器19(这里，例如在放大器级4的旁边)。例如，通常并且如本身已知的，第一、第二和第三温度传感器17至19各自包括：被安装为二极管的晶体管、二极管、或允许温度检测和测量的任何其他器件。

为了避免第一温度传感器17和第二温度传感器18之间的相互影响，优选将第二耦合级8的第一输出和第二输出之间的距离保持为至少等于100μm，优选地为约200μm。

设备1还包括处理装置20，处理装置20耦合到第一、第二和第三温度传感器17至19，并且被配置成：在存在第一条件c1(至少涉及分别由第一传感器17和第二传感器18测量的第一温度和第二温度)的情况下，触发在放大器级4的输出处看到的阻抗的匹配，然后在存在至少涉及第二温度的第二条件c2的情况下，停止阻抗的匹配。

处理装置20包括比较装置21，比较装置21分别耦合到第一、第二和第三温度传感器17至19。装置20还包括控制装置22，控制装置22耦合到比较装置21、第一放大器5和第二放大器6的输出14和15，以及功率组合器13。

如上面所解释的，当天线3的阻抗和在放大器级4的输出处看到的阻抗匹配时，没有功率被传输到电阻性负载16。换句话说，在电阻性负载16处的温度通常不高于在天线3处的温度。

现在参考图2，以图示根据一个实施方式的用于检查天线3与传输路径2的匹配的方法的示例。

为了通过考虑传输路径2的温度来校准基准温度，应当在检查天线3与传输路径2的匹配的检查阶段pc之前，提供校准阶段pe。

在校准阶段pe中，传输路径2耦合到代替天线3的基准阻抗(未图示)，该基准阻抗与在放大器级4的输出处看到的阻抗匹配(stp1e)。

然后，在接下来的步骤(stp2e)中，设备1被设置在操作状态中。

限定被包含在路径基准温度范围内的一系列路径基准温度tlr，例如在-40°和80°之间的每两度。

对于如上限定的每个路径基准温度tlr，传感器17和18被配置成对在基准阻抗处或附近的第一基准温度tr1执行测量，并且对在电阻性负载16处或附近的第二基准温度tr2执行测量(stp3e)。

处理装置20还包括存储器23(图1)，存储器23被配置成存储每个路径基准温度tlr以及对应的第一基准温度tr1和第二基准温度tr2(stp4e)。

应当注意，在校准阶段pe中，第二基准温度tr2总是不高于第一基准温度tr1。

在检查阶段pc中，传输路径2耦合到天线3，并且处理装置20被配置成：如果满足第一条件，则检测天线3的阻抗的变化(nonadapt)；或者当满足第二条件时，简单地检测天线3与传输路径2的匹配(adapt)。

当满足第一条件时，控制装置22被配置成：在检查步骤ctrl中，修改在放大器级4的输出处看到的阻抗，以便重新匹配天线3的阻抗。

并且只要不满足第二条件，就将执行阻抗匹配。

当满足第二条件时，阻抗匹配停止。显然，如果在第一条件之前满足第二条件，只要不满足第一条件，就不会触发阻抗匹配。

为此，第三传感器19被配置成在第一步骤stp1c中测量第一当前路径温度tlc1，而第一传感器17和第二传感器18被配置成在第二步骤stp2c中分别测量第一当前温度tc1和第二当前温度tc2。

然后，确定等于或接近第一当前路径温度tlc1的所存储的路径基准温度tlr，并且可以从中推导出所存储的对应的第一基准温度tr1和第二基准温度tr2。

然后，比较装置21被配置成在第二当前温度tc2和第二基准温度tr2加上第二阈值s2之间执行第一比较(stp3c)。

这里，该第二阈值s2被配置成调整控制方法的灵敏度。第二阈值s2的值是相对值，并且例如可以是第二基准温度tr2的10％至30％。

当第二当前温度tc2低于或等于第二基准温度tr2加上第二阈值s2时，满足第二条件并且返回到第二步骤stp2c。

否则，比较装置21被配置成在第一当前温度tc1和第一基准温度tr1加上第一阈值s1之间执行第二比较(stp4c)。

第一阈值s1和第二阈值s2可以相同或不同。作为一个示例，可以使第一阈值s1等于第二阈值s2。

如果第一当前温度tc1低于或等于第一基准温度tr1加上第一阈值s1，则满足第一条件。

实际上，第一当前温度tc1和第二当前温度tc2之间的差dc小于第一基准温度tr1加上第一阈值s1和第二基准温度tr2加上第二阈值s2之间的差dr，这意味着功率被传输到了电阻性负载16，然后增加了第二当前温度tc2。总之，天线3的阻抗存在变化，并且天线3的阻抗与在放大器级4的输出处看到的阻抗不再匹配。

在第一当前温度tc1高于第一基准温度tr1的情况下，还有必要检查当前环境温度对控制方法的影响。

在这方面，第三温度传感器19被配置成测量第二当前路径温度tlc2(stp5c)，然后比较装置21还被配置成在第一当前路径温度tlc1和第二当前路径温度tlc2之间执行第三比较(stp6c)。

当第二当前路径温度tlc2低于或等于第一当前路径温度tlc1时，还满足第一条件，并且可以认为天线3与传输路径2的匹配是必要的。

否则，比较装置21还被配置成在第一当前温度tc1和第二当前温度tc2之间的差dc与第一基准温度tr1加上第一阈值和第二基准温度tr2加上第二阈值之间的差dr之间执行第四比较(stp7c)。

当差dc低于或等于差dr时，满足第一条件。

否则，在天线3的阻抗上没有检测到变化。因此，满足第二条件，并且返回到第二步骤stp2c。

现在参考图3和图4，以更详细地图示控制装置22的示例。

为了修改在放大器级4的输出处看到的阻抗，控制装置22可以耦合到第一放大器5和第二放大器6的输出14和15。

作为变型，控制装置22还可以耦合到功率组合器13的第一输入in1和第二输入in2，或者甚至耦合到功率组合器13的第一输出out1和第二输出out2。

图3图示了被包含在控制装置22中的控制电路cc1的一个示例。电容器24耦合在第一放大器5和第二放大器6的输出14和15中的任何一个与控制晶体管25的漏极之间。控制晶体管25的栅极由控制电压26控制，并且控制晶体管25的源极耦合到地gnd。

因此，电容器24的操作和控制晶体管25的操作由比较装置21递送的控制电压26来控制。当控制电压26处于高状态时(这对应于满足第一条件)，控制晶体管25导通，并且电容器24耦合到地gnd，以便对在放大器级4的输出处看到的阻抗做出改变。

当控制电压处于低状态时(这对应于满足第二条件)，晶体管被阻断，并且电容器不对在放大器级4的输出处看到的阻抗做出改变。

应该注意，优选向每个放大器提供相同的电容器，以便保持第一和第二平衡功率放大器的对称性。

图4图示了旨在被包含在控制装置22中的另一个控制电路cc2的示例。

电路cc2包括电容不可变的一系列电容器27，该一系列电容器27分别经由一对控制晶体管30被耦合在第一端子28和第二端子29之间。

例如，该控制电路cc2的端子28和29可以耦合到功率分路器13的第一输入端子in1和第二输入端子in2，或者耦合到功率分路器13的第一输入端子in1和第一输出端子out1。

第一控制信号sc1耦合到第一对p1的控制晶体管30的栅极，以便通过使对应的电容器活动或不操作，来修改第一端子28和第二端子29之间的阻抗。

第二控制信号sc2耦合到第二对p2和第三对p3的控制晶体管30的栅极，以便通过使对应的电容器活动或不操作，来修改第一端子28和第二端子29之间的阻抗。

同样，第三控制信号sc3耦合到第四对、第五对、第六对和第七对p4至p7的控制晶体管30的栅极，以便在满足第一条件时，通过控制对应电容器的导通或阻断状态，来修改第一端子28和第二端子29之间的阻抗。

以这种方式，可以通过选择性地控制三个控制信号sc1至sc3，来或多或少地精细地修改第一端子28和第二端子29之间的阻抗。