专利名称：使用后挡板和无源天线要素聚束的制作方法
技术领域：
本发明的现有技术为了提高便携性，移动电话在尺寸方面被不断地减小。例如，今天最小的可得的移动电话装置能方便地放进衣服口袋或容易夹在皮带上。尺寸方面的限制似乎是移动电话具有类似于或甚至小于信用卡的尺寸，以致它装在皮夹中。
如此强调减少移动电话尺寸，以致相应的移动电话天线的天线增益令人惊讶地低劣。通常，较小的移动电话的天线增益是-3dBi或甚至更低。所以，这些电话中使用的天线通常没有减少干扰影响或减少衰落的能力。因此，通信质量可能由于减小移动电话尺寸而遭受损失。
美国专利第5,905,473号揭示一种具有有源天线要素和多个反射RF能量的无源天线要素的可调天线。无源要素的控制是使用开关和各种不同的可选择的阻抗要素实现的。一部分来自无源要素的二次辐射能量被有源天线拾起，而且被有源天线接收的二次辐射能量的相位是可控制的。
本发明的概述本发明的一个方面指向提高无线电子装置的发射和接收特性。依照本发明的某些原则，无线收发信机组件可以包括相对非必选的后挡板定位的用来增强RF(射频)信号的定向发射和接收的无源的和有源的要素。
更明确地说，用来发射和/或接收无线电信号的收发信机组件能支持提高便携式移动装置的可靠性的聚束技术。在说明性的实施方案中，组件包括相对于后挡板定位的有源天线要素。有源天线发射和/或接收RF(射频)信号。至少一个无源天线要素可以相对于后挡板和发射和/或接收无线信号的有源天线要素配置。至少一个无源天线的特性能为了反射RF信号而进行调节。因此，收发信机组件的输入/输出波束方向图可以用电子线路控制。
在特定的实施方案中，有源天线要素实质上是相对于反射RF信号的后挡板平行地或形成高达60度的角度定位的。
至少一个无源天线要素的设置能为了改变后挡板、有源天线要素和至少一个无源天线要素的组合所产生的输入/输出波束方向图进行调节。更明确地说，至少一个无源天线要素能为了改变诸如收发信机组件的输入/输出波束方向图的方向性和波束张角宽度之类的特性被设置到反射模式或透射模式。因此，移动装置的输入/输出波束方向图可以更容易指向特定的目标接收器(例如基站)，从而降低信号水平与噪声干扰水平之比和提高对应天线装置的增益。
在特定的应用中，后挡板被安排在翻盖型便携式移动电话装置的听筒中。在另一种应用中，移动电话上的后挡板的使用是非必选的。例如，天线组件可以包括有源天线要素和无源要素但没有反射后挡板。
当无源天线装置被设置到反射模式的时候，入射的RF信号通常被反射。反之，当处于透射模式的时候，无源天线要素允许RF信号相对无衰减地通过。在后一种模式中，RF信号被无源天线要素最小限度地改变方向或反射。
基于后挡板的定位，从基站收到的RF信号能从后挡板反射到接收信号的有源天线。如同前面简要地提到的那样，无源天线要素当它们被设置到反射模式的时候也能把收到的信号反射给有源天线以便更好地接收。因为实际收到的RF信号是直接接收的RF能量和从后挡板和无源天线要素反射的RF能量的总和，所以在有源天线要素处收到的信号强度被提高。
因此，至少一个无源天线要素的设置和输入/输出波束方向图可以为了解释使用相应的移动或移动电话装置的个人的方位变化而被调节。
一个或多个无源天线的特性能使用加权的控制信号进行调节。换言之，那至少一个无源天线要素能为了依据驱动相应的无源天线要素的加权的控制信号或多或少地变成反射的或透射的而受控制。因此，收发信机组件的输入/输出波束能被有选择地多路复用或控制，以便支持几乎任何方向的聚束。输入/输出波束方向图也能被扫描，以便寻找用来发射给或从相对于使用者在特定方向上的收发信机装置接收的最佳设置。
在一种应用中，那至少一个无源天线要素包括两个无源天线要素，每个都可以被有选择地设置为透射模式或反射模式。无源天线要素的数目可以改变，取决于应用。有源天线要素可以相对于两个或多个无源天线要素呈直列或凸起放置。此外，无源天线要素的纵向部分可以实质上彼此平行地放置，以致天线诸要素的组合相对于后挡板被平行地或以可接受的小角度(例如，小于60度)安排。在一个应用中，后挡板相对于有源天线要素被放置在10和60度之间。
通常，那至少一个无源天线要素和有源天线要素被平放在本身相对于后挡板是平行的或角度小于45或60度的公共平面中。然而，无源和有源要素平放在公共平面中的程度能改变，取决于应用。
有源天线要素和至少一个无源天线彼此之间的间隔也能改变，取决于应用。例如，那至少一个无源天线要素可以被放在距有源天线要素的大约四分之一波长的地方，以便提高聚束能力。在有源的和那至少一个无源的天线要素之间的间隔就某些便携式移动装置中的使用而言可以是大约0.5和1.5英寸，即使这样的间隔大于或小于被发射和接收的RF信号对应的载波频率的四分之一波长。
在一个应用中，无源天线要素和有源天线要素之间的间隔是两英寸以下。通常，较小的间隔连同较高的工作频率一起使用。
本发明的技术提供超越现有技术的优势。例如，有源天线要素和至少一个无源天线要素的组合能被用来调节输入/输出波束方向图的定向性、增益和波束张角宽度。这几个元器件很容易装配到诸如便携式电话之类紧凑的移动装置之中。因此，包括这样的收发信机组件的紧凑的移动装置能够花费比替代天线装置低的成本制造，而且提供仅仅使用用来发射和接收RF信号的标准的有源要素而不用其它方式实现减少干扰和衰落的利益。与有源天线要素有关的后挡板的使用也能提高定向性。
依照本发明的原则支持聚束的另一个利益是更加优化地与诸如基站之类目标通信的能力。由于便携式装置的输入/输出方向图的定向性和增益控制支持减少的功率输出，所以位于后挡板后面的使用者与使用较高的功率输出水平把同样的信息发送到目标基站相比可以暴露在较少的辐射中。总功耗也得以降低，因为发射到目标接收器所必需的波束功率比较低。
相对于有源和无源天线要素活动的后挡板的使用使制造商能够减少用来发射和接收RF信号的天线装置的尺寸。例如，与移动电话装置或手持式无线装置的天线组件相关联的波形因数能被减少，即使收发信机组件提供增强的发射和接收能力也如此。
附图简要说明本发明的上述的和其它的目标、特征和利益从下面在相同的参考符号在不同的视图处处表示相同的零部件的附图中举例说明的本发明的优选实施方案的更具体的描述将变得显而易见。这些附图不必按比例绘制，而是把重点放在举例说明本发明的原则之上。
图1是天线装置的方框图和局部透视图。
图2A是被并入手持式装置中的天线装置的透视图。
图2B是被并入手持式装置中的天线装置的侧视图。
图3是当天线装置中两个无源天线要素被设置到反射模式的时候所形成的输入/输出波束方向图的俯视图。
图4是当天线装置中两个无源天线要素被设置到透射模式的时候所形成的输入/输出波束方向图的俯视图。
图5是当天线装置中一个无源天线要素被设置到反射模式而另一个无源天线要素被设置到透射模式的时候所形成的输入/输出波束方向图的俯视图。
图6是更详细的天线装置的方框图和局部透视图。
图7A是有选择地受控的阻抗元件的方框图。
图8A是有选择地受控的阻抗元件的方框图。
图9A是有选择地受控的阻抗元件的方框图。
优选实施方案的详细描述本发明的优选实施方案描述如下。
图1是依照优选实施方案的某些原则天线装置100的方框图和局部透视图。如图所示，有源天线要素120配置在无源天线要素110和无源天线要素112之间。有源天线要素120和无源天线要素110、112两者都在后挡板130的相似的一侧。在这个实施方案中，有源天线要素120和无源天线要素110、112两者都被固定到基础平面140上。
然而，天线装置100可以是这样制造的，以致一些或全部天线要素为了容易收藏是可伸缩的或可折叠的。例如，一些或全部天线要素能够被自动地、手动地、电子地或机械地调节，以致当不在使用状态的时候，包括天线装置100的对应的装置是紧凑的，而当打开并处于使用状态的时候仍然在起作用。因此，天线要素能避免在非使用期间损坏。此外，天线要素非必选地是可彼此相对移动的，以致它们能为了支持更有效的通信进行调节。
虽然所有的天线要素(即，有源天线要素120和无源天线要素110和112)都被展示为实质上安排在与后挡板130平行的公共平面中，但是这些要素的实际定位能依据应用变化。例如，有源要素120和无源要素110和112不需要位于公共平面中。
人们还应该注意多个有源天线能被用来代替单一的有源天线。
天线要素优选彼此被隔开四分之一波长。更明确地说，无源天线要素110可以与有源天线要素120隔开一个四分之一波长。同样，无源天线要素112可以与有源天线要素120隔开一个四分之一波长。这个间隔能增强在有源天线要素120接收和发射RF信号。将有源天线要素120定位在无源天线要素110、112之间是有益的，因为它能够获得在控制对应的输入/输出波束方向图的更宽的纬度。
后挡板130可以有不同于平面的轮廓或形状，以致它不必是平坦的表面。因此，有源天线要素120和无源天线要素110、112未必不得不平躺在公共平面中，它们也不必垂直于后挡板130。
无源天线要素110和112非必选地与有源天线要素120隔开多于或少于四分之一波长。例如，无源天线要素110在以2.4MHz(兆赫)或大约2.4MHz工作的移动电话应用中可以与有源天线要素120隔开0.5到1.5英寸。同样，无源天线要素112可以与有源天线要素120隔开0.5到1.5英寸。虽然天线要素的间隔可以是小于天线装置100发射和接收RF信号的载波频率的四分之一波长，但是天线装置100仍然能与诸如基站之类的目标收发信机有效地通信，从而支持无线的数字通信。例如，这个间隔在支持较高的工作频率的时候可能小于2英寸。
有源天线要素120可以与后挡板130隔开四分之一波长。同样，无源天线要素130可以与后挡板130隔开四分之一波长。然而，无源天线要素110和112的间隔也能依据应用变化。
有源天线要素120非必选地是在所有的方向产生都轴向向外的RF(射频)信号的半偶极天线或其它的全向天线装置。然而，在操作期间，有源天线要素120产生的RF信号的一部分从后挡板130反射出去，以致大部分入射信号通常按相反的方向被重新定向或反射远离后挡板130。所以，从天线装置100发射的全部RF信号在特定的方向得到增强，因为从后挡板130反射出来的RF能量与原本从有源天线要素120向外发射远离后挡板130的RF能量叠加。所以，天线装置100即使在没有无源天线要素110和112的情况下也至少是有些定向的。增加无源天线要素110和112将增强对输入/输出波束方向图的控制。
反之，天线装置100收到的RF信号强度能被放大。例如，一部分指向天线装置100的RF入射波会将直接被有源天线要素120接收。入射RF信号的附加部分能从后挡板130和无源天线要素110和112反射到有源天线要素120，从而导致较强的接收信号。结果是数据信息的更好的接收和更可靠的通信。后挡板130非必选地被一个或多个无源天线要素代替，从而导致RF信号的同样得到强化的接收或发射。
人们应该注意到有源天线要素120也可以是定向天线装置，取决于应用。例如，天线要素120可以有在与后挡板120的相反方向上发射RF能量的原始波瓣图。无源天线要素110和120也能被用来反射RF能量，以调节输入/输出波束方向图。
通常，无源天线要素110和112的特性是由控制单元150调节的，以便进一步控制所产生的RF信号的方向性。例如，控制单元150能够有选择地把加权因子应用于每个无源天线要素110和112，以便调节它们反射或透射的程度。基于选定的加权，无源天线要素110和112相应的特性可以被个别调节，所以它们或多或少是反射的。
无源天线的反射率的分辨取决于用来调谐无源天线要素110和112的电路。这将在这份说明书中稍后予以更详细的讨论。
处理装置170与依次在有源天线要素120上发射和接收RF信号的RF升/降转换器160耦合。天线装置100非必选地是单向的而不是双向的。
一些技术能被用来确定用来在天线装置100上发射和接收信号(例如，编码的数字包)的最佳方向和波束张角宽度。在特定的应用中，天线装置100相对于目标装置(例如，基站)的相对定位可以被确定。基于将产生的输入/输出波束方向图的预期的设定和方向，与控制单元150接口的处理装置170有选择地调节无源天线要素110和112的特性，以便按特定的方向完成对目标装置发射或接收。天线装置100的取向和它的位置能在发射或接收RF信号的时候被考虑。
除了提到的它相对于后挡板130的相对定位之外，可以为了调节天线装置100的输入/输出波束方向图设置无源天线要素110和112。例如，当任一个无源天线要素被设置到反射模式的时候，入射到相应的无源天线要素上的RF信号按相反的方向散射或反射。反之，当对应的无源天线要素被设置到透射模式的时候，RF信号通过无源要素110或112传播。因此，在输入/输出波束方向图中的特性能为了更优化地接收或发射RF信号被动态地调节。
图2A是依照本发明的某些原则包括可调节的天线装置的移动电话装置的透视图。如图所示，有源天线要素120定位在移动电话装置220的末端。无源天线要素110和112可以这样安排，以致有源天线要素120两边各放置一个无源天线要素。
安排在铰链230上的翻盖式耳机扬声器210使使用者能够打开移动电话220和进行电话呼叫。因此，翻盖式扬声器可以包括系到机壳上的活动的后挡板130，以致它反射RF信号。
当电话220不是在使用中的时候，翻盖式耳机扬声器210能被这样关闭，以致翻盖式扬声器210与电话220的本体接触，因此它变得更紧凑便于携带。即使处在关闭位置的时候，无源天线要素110和112的设置也能被调节到接收RF信号，例如未接的电话呼叫的指示。
在使用期间，移动电话220，更明确地说，安排在翻盖式耳机扬声器210中的后挡板130反射RF辐射使之远离使用者头部。在耳机扬声器210中后挡板130的角度位置通常能在0和60度之间变化。换言之，有源天线要素120和无源天线要素110和112能这样定位，即相对于后挡板130是平行的或呈高达60度的角度。在某些应用中，有源天线要素120和无源天线要素110和112能被这样安排，以致它们相对于后挡板130呈60度以上的角度。天线要素和后挡板130之间的角度α在举例说明移动电话220的侧视图的图2B中被更具体地展示。
在提到的一个实施方案中，移动电话220不包括后挡板。无源天线要素110和112是为了改变输入/输出波束方向图进行调节的。附加的无源天线要素可以安排在电话220上，以便支持附加的定向性。明确地说，可以安排一个或多个无源天线要素代替先前讨论过的后挡板130。然而，在这个例证中，离开附加的无源天线的反射可用电子线路控制。类似于后挡板130的使用，一个或多个的无源天线要素可以用来操纵或反射RF波束使之远离使用者的头部。
图3是依照本发明某些原则举例说明用来接收或发射RF信号的输入/输出波束方向图330的在天线要素之上沿轴向向下看的俯视图。如图所示，无源天线要素110和112都设置在反射模式。因此，天线装置100产生集中在轴线400附近用来发射或接收RF信号的狭窄的波瓣图。
图4是依照本发明某些原则举例说明用来接收或发射RF信号的输入/输出波束方向图330的在天线要素之上沿轴向向下看的俯视图。如图所示，无源天线要素110和112都设置在透射模式。因此，天线装置100产生集中在轴线400附近用来发射或接收RF信号的比无源要素110和112设置在反射模式之时宽的波瓣图。
图5是依照本发明的某些原则举例说明用来接收或发射RF信号的输入/输出波束方向图330的在天线要素之上沿轴向向下看的俯视图。如图所示，无源天线要素110设置在透射模式而无源天线要素112设置在反射模式。因此，天线装置100产生相对于用来发射或接收RF信号的轴线400呈大约45度的角度的输入/输出波束330或波瓣图。一系列图(图3、图4、图5)举例说明来自天线装置100的输入/输出波束怎样才能指向诸如基站之类的目标收发信机。此外，这些图举例说明输入/输出波束330怎样才能变窄或变宽。
图6是依照一个实施方案更详细的天线装置的方框图和局部透视图。
如同提到的那样，无源天线要素110和112可选择地按两种模式之一操作反射模式和透射模式。处理器170和控制单元150提供设置无源天线要素110和112的控制信号。无源天线要素110和112呈现的反射或透射的程度也能改变，以致输入/输出波束能在许多不同的方向受到精确地控制。
在反射模式中，无源天线要素110和112通过与机壳的电感耦合被有效地延长。在透射模式中，无源天线要素110和112通过与机壳电容耦合被有效地缩短。所以，受天线装置100操纵的波束方向能通过了解哪个无源天线要素处在反射模式而哪个处在透射模式被确定下来。通常，输入/输出波束方向图的方向朝/从有源天线要素120延伸，从而在透射模式中越过无源天线要素，而在反射模式中远离无源天线要素。
天线装置100可以包括安装两个无源天线要素110、112和有源天线要素120的基础平面140。基础平面140还可以包括可调节的阻抗元件601和602。
在天线装置100的操作期间，与对应的无源天线要素相关联的可选择的阻抗元件601和602是为了影响发射到和/或从收发信机装置650接收的信号的方向性而独立地进行调节的。通过在来自有源天线要素120的信号传输期间适当地调节每个无源天线要素的相位，可以按位置指向目标的复合波束形成。换言之，用来从天线装置100发射诸如CDMA(码分多址)信号之类的无线信号的最佳相位设定是使用适合再次辐射RF能量产生反向链路信号的每个无源天线要素110和112的适当的相位设定建立起来的。结果是天线装置100把较强的反向链路信号图集中在预期目标(例如，基站接收器)的方向。
用于再次辐射传输信号的RF能量的相位设定还使无源天线要素110、112和有源天线要素120最佳地接收从基站发射的正向链路信号。由于每个无源天线要素的可编程特性和独立的相位设定，只有从大致在基站位置的方向到达的正向链路信号被最佳地接收。无源天线要素自然地拒绝不是从相似的位置作为正向链路信号发射的其它信号。换句话说，定向天线波束是通过独立地调节每个无源天线要素的相位形成的。这种隔绝形式能减少分享有限的无线带宽的多个使用者之间的干扰。多路径衰落也能通过最终实施这种技术被减少。
可选择的阻抗元件借助分别与可选择的阻抗元件相关联的用阻抗控制输入630设置的阻抗设定以与再次辐射RF能量一致的方式改变反向链路信号的相位。在一个实施方案中，阻抗控制输入730是在用于每个可选择的阻抗元件601和602的数目等于无源天线要素的数目(五)乘以阻抗状态的数目减一的线路上提供的。例如，如果可选择的阻抗元件601和602有两种状态，那么存在两条线路。作为替代，状态的连续编码方法可以被用来减少控制线的数目。安排在基础平面140上的解码电路可以被用来解码控制指令。
通过改变从每个无源要素110、112发射的信号的再次辐射的RF能量的相位，发射信号的某些部分将比较多地与发射信号的其它部分同相。以这种方式，比较多的彼此同相的信号部分将合并成较强的复合波束。通过分别使用可选择的阻抗元件601和602提供给每个无源天线要素110和112的相位偏移量决定较强的复合波束的发射方向，如同前面按照反射系数和透射系数描述的那样。
前面注意到的供来自每个无源天线要素110和112的再次辐射的RF信号使用的由可选择的阻抗元件601和602提供的相位设定提供相似的对从基站或其它发射装置收到的正向链路频率信号的物理影响。换言之，每个无源天线要素110和112把从基站收到的信号的RF能量再次辐射到有源天线要素120。分别收到的信号由于每个无源天线要素110和112在基础平面140中的位置最初将是彼此异相的。然而，每个收到的信号可以借助可选择的阻抗元件601和602进行相位调整。这种调整导致每个信号与其它再次辐射的信号同相。因此，当每个信号被有源天线要素120接收的时候，在有源天线要素120收到的复合信号在基站方向将是更精确的和强的。
可选择的阻抗元件601和602的控制值是由控制器150(图1)提供的，以便最佳地设置用于天线装置100中的每个可选择的阻抗元件601和602的阻抗。通常，在优选实施方案中，控制单元150在收发信机装置650即不经由天线装置100发射数据也不经由天线装置100接收数据的闲置周期期间确定这些最佳的阻抗设定。在这个时候，收到的信号(例如，正向链路导频信号)从基站不间断地发出并且在每个无源天线要素110、112和有源天线要素120上被接收。在闲置周期期间，可选择的阻抗元件能被调节，以便优化来自基站的导频信号的接收，例如，通过使收到的信号能量或其它的链路质量度量标准达到最大值。
处理器170基于当前导频信号的接收情况确定用于每个无源天线要素110和112的最佳的相位设定。然后，处理器170提供和设置用于每个可选择的阻抗元件601和602的最佳的阻抗。当天线装置100进入用于基站和收发信机装置650之间的信号发射或接收的激活模式的时候，在早先的闲置时间周期期间设置的可调节的阻抗元件601和602的阻抗设定值保持不变。
在给出由处理器170完成的相位(即，阻抗)设定值计算的详细描述之前，人们应该再一次理解本发明的原则部份地以基站相对任一移动用户单元(即，收发信机装置650)的位置实际上近似呈环形的观察结果为基础。换言之，如果围绕着移动用户单元画圆而且假定不同的位置具有最小值为一度的任何两个位置之间的间隔尺寸，那么基站能位于许多不同的可能的角度位置。例如，假定精确到一度，则有360种为天线装置100存在的不同的可能的相位设定值的组合。每种相位设定组合都能被看作是两个一组的阻抗值，它们分别用于与各自的无源天线要素110和112电连接的每个可选择的阻抗元件601和602。
大体上有至少两种不同的途径寻找优化的阻抗值。在第一种途径中，控制单元150完成一种类型的优化搜寻，其中所有可能的阻抗设定组合都被测试。对于每个阻抗设定值(在这种情况下，对于多种角度设定中的每一个)，两个预先计算的阻抗数值被读出，例如从控制单元150中的存储器储存位置，然后被分别应用于可选择的阻抗元件601和602。然后，用控制单元150检测在接收器的响应。在测试所有可能的角度之后，接收器响应最好的一个，例如用最大的信噪比(例如，每位的能量Eb或每个碎码的能量Ec与总干扰I0之比)测量的，可以被用来发射或接收RF信号。
在第二种途径中，每个阻抗数值是通过在其它的阻抗数值保持恒定不变的时候允许它改变个别确定的。这种微扰途径通过迭代推演用于两个阻抗设定值之中每一个的最佳值。
图7是与它对应的无源天线要素110耦合的可选择的阻抗元件601的实施方案。可选择的阻抗元件601包括开关801a、电容性负载805a和电感性负载810a。电容性负载805a和电感性负载810a两者都如图所示与机壳平面连接。
开关801a是受控制线630上的信号控制的单刀双掷开关。当控制线上的信号处于第一状态(例如，数字“1”)的时候，开关801a使无源天线要素110与电容性负载805a电耦合。电容性负载使无源天线要素110有效地变得更短。当控制线630上的信号处于第二状态(例如，数字“0”)的时候，开关801a使无源天线要素110与电感性负载810a电耦合，从而使无源天线要素110有效地变得更高并因此变成反射的。
图8是与其相应的无源天线要素110耦合的可选择的阻抗元件601的替代实施方案。在这个实施方案中，可选择的阻抗元件601包括与一些不同数值的分立的阻抗元件连接的SPMT(单刀多掷)开关801b。
开关801b是受四条控制线630上的二进制编码的十进制(BCD)信号控制的单刀多掷开关。四条控制线630上的信号命令开关801b的刀杆803将无源天线要素110电连结到多达16个不同的阻抗元件之一上。如图所示，提供了九个阻抗元件用来与无源天线要素110耦合，但是这能被扩展。
可选择的阻抗元件可以包括电容性要素805b、电感性要素810b和延迟线要素815。每个阻抗元件在电方面被安排在开关801b和机壳平面之间。
在这个实施方案中，电容性要素805b包括三个电容器C1，C2和C3。，每个电容器有不同的电容，从而在与无源天线要素110连接的时候使无源天线要素110具有不同的传输率。例如，电容性要素805b可以在电容值方面具有彼此分开的数量级。
同样，电感性要素810b可以包括三个电感L1、L2和L3。电感性要素810b可以有数量级彼此分开的电感值，以便在与无源要素110连接的时候为提供无源天线要素110不同的反射率。
延迟线要素815能包括三个不同的数值D1、D2和D3。延迟线要素815可以为了使无源天线要素110再次辐射的信号产生相移(例如，按30度增量)而确定数值。
在替代实施方案中，开关801b是双刀双掷开关，以便与提供各种不同的阻抗组合的无源天线要素110耦合提供阻抗的不同组合。以这种方式，无源天线要素110可以被用来把RF能量再次辐射到有源天线要素120，各种不同的相位角允许天线装置100以各种不同的角度提供定向波束。在一种情况下，控制单元150(i)选择第一阻抗组合以便提供用天线装置100以一个角度接收的波束，和(ii)提供第二阻抗元件组合以便用天线装置100以第二个角度产生发射波束。人们应该理解选择可选择的阻抗元件805b、810b和815的组合以分别与无源天线要素112耦合的其它可选择的阻抗元件602相似的方式进行。
开关801b的替代技术实施方案是可能的。例如，开关801b中可以由多个单刀单掷开关按各种不同的组合组成。开关801b也可以由诸如以典型的方式控制的GaAs开关或针形二极管之类的固态开关组成。这样的开关可以令人信服地包括可选择的阻抗元件特性，以便取消分立的阻抗或延迟线元件。另一个实施方案包括起机械开关的作用但是有非常快速的响应时间的微型电加工的开关(MEMS)。这样的装置也可以有极小的外形。
图9是与无源天线要素110相连接的可选择的阻抗元件601的另一个替代实施方案。在这个实施方案中，可选择的阻抗元件601由变容二极管801c组成。变容二极管801c受控制线630上的模拟信号控制。在替代实施方案中，变容二极管801c受数字控制线上的BCD信号控制。变容二极管801c如图所示与机壳平面连接。变容二极管801c允许把模拟型相移选择能力应用于无源天线要素601。人们应该理解在这个实施方案中，每个无源天线要素110和112与各自的变容二极管相连接，以便借助变容二极管实质上无穷的可选择的阻抗数值提供实质上无穷的相移。以这种方式，天线装置100实际上能在任何方向提供定向波束；例如，沿着180度圆弧按一度的增量。
尽管这项发明已参照其优选实施方案被具体地展示和描述，但是本领域普通技术人员将理解在形式和细节方面各种不同的改变可以在不脱离权利要求书囊括的本发明的范围的情况下完成。
权利要求
1.一种装置，其中包括接收或发射射频(RF)信号的有源天线要素，有源天线要素相对于反射被发射的或被接收的RF信号的后挡板定位；至少一个无源天线要素如同有源天线要素那样被配置在后挡板的相似的一侧，那至少一个无源天线要素的特性是为了产生适合接收/发射RF信号的输入/输出波束方向图进行调节的，输入/输出波束方向图取决于所述的至少一个无源天线要素究竟处在反射状态还是透射状态。
2.根据权利要求1的装置，其中后挡板被配置在翻盖式听筒中。
3.根据权利要求1的装置，其中有源天线要素的纵向部分是相对于后挡板以小于60度的角度配置的。
4.根据权利要求1的装置，其中那至少一个无源天线的特性为了支持RF聚束被有选择地调节成反射的或透射的。
5.根据权利要求1的装置，其中那至少一个无源天线要素包括两个无源天线要素，每个都可选择地是透射的或反射的。
6.根据权利要求5的装置，其中有源天线要素被放在两个无源天线要素之间。
7.根据权利要求6的装置，其中有源天线要素和两个无源天线要素实质上是彼此平行地放置的。
8.根据权利要求1的装置，其中有源天线要素和至少一个无源天线要素实质上是与后挡板平行地放置的。
9.根据权利要求1的装置，其中有源天线要素和至少一个无源天线要素实质上平放在相对于后挡板呈介于10和60度之间的角度的公共平面之中。
10.根据权利要求1的装置，其中后挡板限制对使用者的RF照射量。
11.根据权利要求5的装置，其中两个无源天线要素的特性能受控制，以便产生比在没有任何无源天线要素的情况下可能出现的波束狭窄的RF波束。
12.根据权利要求1的装置，其中那至少一个无源天线要素被放置在距有源天线要素达到2英寸的地方。
13.根据权利要求1的装置，其中那至少一个无源天线要素被放置在距有源天线要素大约为被发射或被接收的RF信号的四分之一波长的地方。
14.根据权利要求5的装置，其中第一无源天线要素是反射的，而且第二无源天线要素也是反射的，以便产生的比较狭窄的RF波束方向图。
15.根据权利要求1的装置，其中那至少一个无源天线要素是有选择地受控的，为的是调节输入/输出波束方向图的狭窄程度。
16.根据权利要求1的装置，其中那至少一个无源天线要素是有选择地受控的，为的是定向控制输入/输出波束方向图。
17.一种使无线通信装置的RF(射频)信号聚束的方法，该方法包括将有源天线要素相对于后挡板定位，后挡板反射被发射和被接收的RF(射频)信号；如同有源天线要素那样在后挡板的相似的一侧提供至少一个无源天线要素；以及把那至少一个无源天线要素之中的每个天线要素有选择地设置为反射的或透射的，以便调节用于RF信号的接收和发射的输入/输出波束方向图。
18.根据权利要求17的方法，其中后挡板是在移动电话装置的翻盖式听筒之中形成的。
19.根据权利要求17的方法，进一步包括与用来发射和接收RF信号的有源天线要素实质上平行地放置后挡板。
20.根据权利要求17的方法，进一步包括提供相对有源的和至少一个无源的天线要素活动的后挡板。
21.根据权利要求18的方法，其中移动电话装置的翻盖式听筒包括扬声器。
22.根据权利要求17的方法，其中那至少一个无源天线要素包括两个无源天线要素，每个都有选择地是透射的或反射的。
23.根据权利要求22方法，进一步包括把有源天线要素放置在两个无源天线要素之间。
24.根据权利要求17的方法，进一步包括把有源天线要素和至少一个无源天线要素实质上彼此平行地放置。
25.根据权利要求17的方法，进一步包括把后挡板相对于有源天线要素的纵轴以介于10和60度之间的角度放置。
26.根据权利要求17的方法，进一步包括把那至少一个无源天线要素和有源天线要素平放在实质上与后挡板平行的公共平面之中。
27.根据权利要求17的方法，其中后挡板限制对使用者的RF照射量。
28.根据权利要求22的方法，进一步包括有选择地控制两个无源天线要素，以便调节输入/输出波束方向图。
29.根据权利要求17的方法，进一步包括把那至少一个无源天线要素放置在距有源天线要素为介于0.5和1.5英寸之间的地方。
30.根据权利要求17的方法，进一步包括把那至少一个无源天线要素放置在距有源天线要素大约为四分之一波长的地方。
31.根据权利要求22的方法，进一步包括为了产生狭窄的RF输入/输出波束方向图，把第一和第二无源天线要素都设置为反射模式。
32.一种装置，其中包括发射或接收射频(RF)信号的有源要素；一个或多个相对于有源要素定位的无源要素，这一个或多个无源要素每个都被设置到透射状态或反射状态；活动的后挡板，它在相对于有源要素和一个或多个无源要素定位的时候，支持被发射或接收的RF信号的整形方向图。
33.根据权利要求32的装置，其中有源要素和一个或多个无源要素被安排在活动后挡板的同一侧。
34.根据权利要求32的装置，其中有源要素和一个或多个无源要素被安排在移动电话装置上。
35.根据权利要求32的装置，其中后挡板是在翻盖式便携电话的听筒之中整体成形的。
36.根据权利要求32的装置，其中有源要素和一个或多个无源要素在为发射或接收RF信号被定位的时候被安排在活动后挡板的相似的一侧。
37.根据权利要求32的装置，其中那至少一个无源天线要素为了调节天线波束的特性或者是无源的或者是透射的。
全文摘要
发射和/或接收RF(射频)信号的有源天线要素(120)相对于反射RF信号的后挡板(130)定位。一个或多个无源天线要素(110、112)可以如同有源天线要素那样配置在后挡板的相似的一侧。一个或多个无源天线要素的设置是为了产生依据至少一个无源天线要素究竟是反射的还是透射的变化的输入/输出波束方向图进行调节的。基于这项技术，为了更好地接收和发射RF信号，包括后挡板、有源天线要素和无源天线要素的天线组件的RF输入输出波束方向图可以是受控的。
文档编号H01Q19/32GK1643728SQ03806782
公开日2005年7月20日 申请日期2003年1月22日 优先权日2002年1月23日
发明者格里芬·K·葛萨尔德, 肯尼思·M·盖尼, 常兵 申请人:Ipr特许公司