无线通信单元、射频集成电路及天线调谐方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线通信单元、射频集成电路和天线调谐方法。
【背景技术】
[0002]由于新一代的手机、网关和其它无线通信设备嵌入更多的应用，以及对增加带宽的需要变得更显著，因此需要新的天线系统来优化链路质量。特别地，需要对辐射场的更好控制，从而提供同预期的的收发机之间的更好的通信链路质量，同时抑制来自非希望的收发机的信号。一般地，在无线通信设备的正常操作期间，在天线处的阻抗和/或频率改变会产生不匹配。已知的是:如此的阻抗不匹配和/或频率共振不匹配对通过天线系统的能量转移具有显著的影响。例如，如果移动天线并且重置在反射材料或(射频)吸收材料的附近，或者如果天线置于接近用户头部或者进一步远离用户头部，那么会发生如此的不匹配。通过天线系统的最大能量转移是关键的值得拥有的性能指标，因此需要智能的自适应天线系统来管理如此的不匹配。
[0003]天线是导波和自由空间波之间的功能转换设备(如换能器的形式)。天线中有两种主要的调谐形式:天线孔径调谐(antenna aperture tuning)和天线阻抗调谐，其中天线孔径调谐在天线孔径或地面点增加元件来调整天线的共振频率，其中天线阻抗调谐通过调整天线馈点处的阻抗匹配而被执行。
[0004]请参考图1(a)和图1(b)，分别实现天线孔径调谐的电路和实现天线阻抗调谐的电路的结构示意图。如图1(a)所示，实现天线孔径调谐的电路100包括:具有孔径调谐器109的可调谐天线110。孔径调谐器109用于优化天线系统的福射效率。RF(Rad1 Frequencyj^频)收发与调制解调电路116包括:发射输入路径102和接收输出路径104，其中发射输入路径102用于产生由天线110辐射的信号，其中接收输出路径104用于携带已由天线接收的并且接下来被处理的信号。
[0005]因为频率共振不匹配不利地影响天线的辐射效率和带宽，因此频率共振不匹配是特殊的问题。因此，孔径调谐器109在这个文件中用于使用在孔径调谐连接点120处制造的测量值，执行有限形式的闭环108孔径调谐。特别地，如图2中所示，使用最公知的孔径调谐布置进行开环测量。
[0006]如图1(b)所示，实现天线阻抗调谐的电路150包括:天线160，该天线160通过天线馈线156可操作地耦接至阻抗调谐器158。该阻抗调谐器158可操作地耦接至耦合器162，耦合器162提取通过其中的信号的部分，以促进阻抗测量。在这个布置中，控制器174可操作地耦接至耦合器162，并且用来接收前向功率和反向功率的表现形式，以使得控制器174能够确定阻抗测量信息。该控制器174通过控制线178可操作地耦接至阻抗调谐器158，并且用于响应该阻抗测量信息而调整该阻抗调谐器158，以提供天线阻抗的优化匹配。这种方式中，实现天线阻抗调谐的电路150是用于执行天线阻抗匹配的闭环控制。天线阻抗调谐企图优化传输线和天线元件之间的能量转移。
[0007]耦合器162通过RF路径170可操作地耦接至RF收发与调制解调电路166。该RF收发与调制解调电路166包括:发射输入路径102和接收输出路径104。天线160和RF收发与调制解调电路166之间的阻抗不匹配(也就是接近天线160的物体引起的辐射场)可能引起进一步的非希望的损失。如此，为了减少这些损失的一部分，已知的方式是:在闭环阻抗匹配网络中使用耦合器162、控制器174和阻抗调谐器158，以便于对任何阻抗不匹配进行补偿。
[0008]参考图2，是已知的天线装置(antenna arrangement)200的不意图，该天线装置200用于无线通信单元中。该天线装置200可以是PIFA(Planar Inverted-F Antenna，平面倒F型天线)202，该PIFA202是用于智能手机的常见天线装置。PIFA202包括:短路针204，该短路针204耦接PIFA202至地平面206。该PIFA202包括:用于辐射/接收自由空间波210的辐射元件208。
[0009]在这个PIFA202中，耦接PIFA202(如其辐射元件208)至地平面206的孔径调谐器203用于执行孔径调谐。通过调谐天线共振频率来优化从天线端进入自由空间的辐射效率，从而执行孔径调谐操作。在远离天线馈点214的点处执行孔径调谐，并且一般使用具有孔径调谐状态的查找表(Look-Up，LUT)来执行开环孔径调谐(S卩:在实时方式中，没有反馈信息来影响调谐操作)。
[0010]由阻抗匹配电路201执行用于PIFA202的阻抗匹配，该阻抗匹配电路201在天线馈点214处呈现合适的调整后的阻抗。天线阻抗调谐通过调谐阻抗匹配电路201，以优化从传输线216至天线元件或者从天线元件至传输线216的能量转移，例如以导波的形式进行的能量转移。主要的信号连接和由定向耦合器222提取的少部分信号通过阻抗匹配电路201耦接至天线馈点214，并且使用测量单元224测量由定向耦合器222产生的前向和反向(反射)信号。测量单元224然后通过应用控制信号至路径226，从而能够调整阻抗匹配电路201中的一个或多个可变元件，以调整传输线216和天线馈点214之间的阻抗匹配。
[0011]参考图3，当天线输入阻抗的虚部为0(虚部{Ζιη}? O)时出现天线共振。为了获得好的天线效率，仅是天线处于共振中(由虚部{Ζιη}?O指示)是不足够的，同时需要天线输入阻抗的实部应该接近连接至天线馈点的传输线的特性阻抗，该特性阻抗一般为5 O Ω (实部{Zin} ? SOQhPIFA天线在图3中显示了多个天线共振(在这个例子中是12个)，如由顶部绘图中的虚部(Zin)曲线的过零点所指示。对于这些共振中的许多，天线输入阻抗的实部{Ζιη}远离50 Ω ;例如:对于306处的共振，其中的实部{Ζιη}接近于O。然而如图所示，两个共振(一个低频带302和一个高频带304)显示了接近于50 Ω的实部输入阻抗;注意:这两个最优的共振对应的状态在天线馈点处的反射或大小(S(l，I))是低的，如图3中的底部绘图所示。因此，在实现孔径调谐中，诸如通过图2的孔径调谐器203来为特定阻抗选择优化的共振是有问题的。
[0012]因此，用于对天线共振频率的失谐和天线阻抗不匹配进行补偿的已知技术，一般不足以在需要的带宽上导致适当的天线效率。因此，需要提供不同的天线调谐技术。
【发明内容】
[0013]有鉴于此，本发明实施例提供了一种无线通信单元、射频集成电路和天线调谐方法。
[0014]根据本发明实施例的第一方面，一种无线通信单元，包括:天线装置;孔径调谐器，所述孔径调谐器耦接至所述天线装置的孔径调谐端口；测量电路，所述测量电路耦接至所述天线装置的天线输入馈点，所述天线输入馈点远离所述孔径调谐端口；所述测量电路，用于测量参数；以及控制器，所述控制器耦接至所述孔径调谐器，用于使用所述测量的参数执行闭环孔径调谐。
[0015]如此，提供一种机制，在明显远离孔径调谐器的天线输入馈点处，对与孔径调谐器性能相关的参数进行测量。此后，与已知的开环孔径调谐技术相反，基于测量的参数执行用于调谐孔径的闭环孔径调谐方案。
[0016]另外，在将闭环方案应用至孔径调谐中，本发明实施例提出了新方案:对于天线输入阻抗的实部可能远离50 Ω的情况，通过避免共振来确定优化的天线共振。因此，由于最小化测量的反射值搜索将导致最佳的天线效率，所以本发明实施例通过执行最小化测量的反射值搜索，提供更加优化的天线频率调谐操作。就这点而言，孔径调谐器可能承受一系列的调谐操作。
[0017]在一些可选实施例中，所述测量的参数表示天线输入复阻抗值或者与所述天线装置有关的反射系数值。如此，测量的参数可以表示孔径调谐器的性能。
[0018]在一些可选实施例中，所述测量电路，还用于确定所述天线输入复阻抗值或者所述反射系数值中的变化是否超过阈值;所述控制器，用于确定所述天线输入复阻抗值或者所述反射系数值中的变化超过阈值时，触发孔径调谐操作。在一些可选实施例中，所述控制器，用于基于所述通信单元的使用变化和/或频带改变，而触发孔径调谐操作。如此，响应刺激(诸如:使用变化或者操作频带的变化)，执行孔径调谐操作。
[0019]在一些可选实施例中，连续执行所述闭环孔径调谐，以优化天线调谐输入阻抗。如此，孔径调谐操作具有连续性和迭代性，从而改善性能。
[0020]在一些可选实施例中，进一步包括:阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路耦接至所述测量电路和所述天线输入馈点，用于执行应用至所述天线装置或源自所述天线装置的信号的阻抗匹配。在一些可选实施例中，所述控制器，还用于基于测量的参数，以闭环的方式调谐所述阻抗匹配电路应用的阻抗匹配值。在一些可选实施例中，对于路由至所述天线装置或者从所述天线装置路由的信号，所述控制器首先控制通过所述闭环孔径调谐执行粗调谐操作，然后控制通过阻抗调谐执行微调谐操作。如此，在一些实施例中，对确定为非共振的天线首先通过孔径调谐解谐回共振，因此在应用阻抗调谐(如微调谐)来修正任何不匹配损失之前，提供“粗调谐操作”。
[0021]在一些可选实施例中，进一步包括:至少一个親接至所述控制器的传感器；
[0022]所述控制器，用于响应所述至少一个传感器的传感信号，初始化所述测量电路执行的天线输入阻抗测量或者反射系数测量。如此，由外部刺激，一个或多个传感器的触发激发闭环孔径调谐和/或不匹配调谐。
[0023]在一些可选实施例中，所述测量电路包括:定向耦合器，用于提取通过所述天线装置的或者所述天线装置反射的信号中的部分；以及
[0024]信号侦测器，用于基于所述提取的信号，提供所述参数的测量值。
[0025]根据本发明实施例