用于移动电话的天线分集系统

摘要

提供了一种用于在无线电话装置内对辐射电磁通信进行分集的系统和方法。该方法包括：将天线安装到无线电话装置机架的内部；检测传导的通过天线发送的电磁传输线信号；以及响应检测传输线信号，在天线之间做出选择。在某些方面，对传输线信号的检测包括检测传输线信号功率电平。例如，检测各天线反射的发射信号的传输线信号功率电平。在另一些方面，对传输线信号的检测包括检测在天线接收并通过传输线传导的辐射信号。例如，可以检测通过传输线传导的辐射信号的功率电平。作为可选的方式，可接收并解码该辐射信号。然后，选择以最低解码错误率提供传输线信号的天线。

说明书

相关专利申请

本专利申请与2003年4月3日提交的题为“System and Method forRegulating Antenna Electrical Length(用于调节天线电长度的系统和方法)”的第10/407,966号美国专利申请、2003年2月21日提交的题为“Microelectromechanical Switch(MEMS)Antenna(微机电开关(MEMS)天线)”的第10/371,792号美国专利申请、2003年2月21日提交的题为“Microelectromechanical Switch(MEMS)Antenna Array(微机电开关(MEMS)天线阵列)”的第10/371,564号美国专利申请、2002年4月4日提交的题为“Ferroelectric Antenna and Method for Tuning Same(铁电天线和用于对其进行调谐的方法)”的第10/117,628号美国专利申请、以及2002年4月9日提交的题为“Inverted-F Ferroelectric Antenna(倒F铁电天线)”的第10/120,603号美国专利申请相关。

技术领域

本发明一般地涉及无线通信装置的天线，本发明更特别地涉及一种利用机架嵌入式天线对分集无线通信装置电话传送的辐射电磁信号进行分集的系统和方法。

背景技术

尽管附加了更多的功能，但是诸如电话之类的便携式无线通信装置的尺寸在不断缩小。因此，设计者必须在提高各部件或者设备子系统的性能的同时，还要降低其尺寸、或者将这些部件设置在不太引人注意的位置。这种关键部件之一是无线通信天线。该天线可以连接到例如电话收发信机，或者全球定位系统(GPS)接收机。

无线电话可以以不同的频带工作。在美国，采用约850兆赫兹(MHz)的蜂窝频带(cellular band)(AMPS)以及约1900MHz的PCS(个人通信系统)频带。其他频带包括接近1800MHz的PCN(个人通信网)、接近900MHz的GSM系统(全球移动通信系统：Groupe Speciale Mobile)以及接近800MHz和1500MHz的JDC(日本数字蜂窝系统)。相关的其他频带是在1575MHz附近的GPS信号和在2400MHz附近的蓝牙。

在常规的技术中，利用拉杆天线(whip antenna)已经实现了良好的通信效果。以无线电话为例，通常采用螺旋型天线和拉杆天线的组合。在拉杆天线被拉出并且待机的模式下，为了使控制信道保持通信，天线设备采用短截线、低增益螺旋线圈。在启动话务信道时(电话振铃)，用户可以选择伸长更高增益的拉杆天线。某些设备组合了螺旋型天线和拉杆天线。另一些设备在使拉杆天线伸长时断开螺旋型天线。然而，拉杆天线增加了无线电话的总体形状因数(form factor)。

已知将电路板的一部分(例如直流电源总线)用作电磁辐射体。这种方案解决了从机架主体伸出天线的问题。可以形成仅用于电磁通信的印刷电路板，或者微带天线。这些天线可以以小形状因数提供较高的性能。

由于不是所有的用户都理解，要获得最佳性能，必须使天线拉杆伸长，而且因为拉杆产生了不希望的形状因数，同时其凸出部分被口袋或者钱包钩住，所以正在研究机架嵌入式的天线。即，无论是拉杆式、插塞式的天线，还是与其有关改进，均形成在电话的机架上，或者由该机架所包围。尽管这种方法产生了理想的电话形状因数，但是天线变得更易受用户操作以及其他用户导致的放置(loading)效果的影响。例如，放在桌子上被调谐到在824兆赫与894兆赫(MHz)之间工作的天线在被用户手持时，可能被最佳调谐到在790MHz与830MHz之间工作。此外，调谐可能取决于用户的身体特性和用户选择如何手持和操作其电话。因此，实际上，为了克服用户操作的影响而在工厂调谐传统的机架嵌入式天线是不切实际的。

如果在调谐机架嵌入式天线的过程中，无线通信装置可以检测到因为例如用户操作的影响导致的降质，则是有利的。

如果无线通信装置使用机架嵌入式天线系统使天线分集最大化，则是有利的。

如果可以改进无线通信装置的机架嵌入式天线系统以克服用户操作的影响或者其他天线解调机构的影响，则是有利的。

发明内容

本发明描述了一种无线通信装置机架嵌入式天线系统和方法，用于改善辐射电磁通信的分集。因为机架嵌入式天线或者内部天线更容易因为用户的操作而降质，所以该系统采用了多个天线，并且可以响应于对通过每个天线的通信质量的监测来对所述多个天线进行选择。

因此，提供了一种用于在无线通信装置内对辐射电磁通信进行分集的方法。该方法包括：将第一天线和第二天线安装到无线通信装置机架的内部；检测传导的通过所述第一天线和第二天线传送的电磁传输线信号；以及响应对传输线信号的检测，在所述第一天线与第二天线之间进行选择。根据该方法的某些方面，不选择单个天线，而将无线通信设备第一天线和第二天线组合在一起。

根据该方法的某些方面，对传输线信号的检测包括检测传输线信号功率电平。例如，检测各天线反射的发射信号的传输线信号功率电平。根据其他方面，对传输线信号的检测包括检测在所述第一天线和第二天线接收并通过传输线传导的辐射信号。例如，可以检测通过传输线传导的辐射信号的功率电平。然后，响应于辐射信号传输线信号功率电平进行天线选择。另一方面，接收并解码该辐射信号。然后，选择以最少量的解码错误提供传输线信号的天线。

该方法的其他方面包括：以第一工作频率，通过第一天线发送辐射电磁信号；以及以该第一工作频率，通过第二天线发送辐射电磁信号。根据一个方面，所述第一天线与第二天线分隔开约为第一工作频率的四分之一波长的有效距离，以产生空间分集。根据其他方面，所述第一天线以第一极化辐射图形进行辐射，而所述第二天线以与第一极化辐射图形正交的第二极化辐射图形辐射。

下面将更详细说明上述方法和无线电话天线分集系统的其他细节。

附图说明

图1是本发明的无线电话天线分集系统的原理方框图。

图2是示出图1所示本发明的变型的原理方框图。

图3是示例性的天线安装布置的示意图，其特点是天线空间分集。

图4是示例性的天线安装布置的示意图，其特点是天线极性分集。

图5是示出图1至4的机架的物理尺寸的示意图。

图6是示出本发明系统的移相变型方案的原理方框图。

图7是示出本发明系统的天线电长度变型方案的原理方框图。

图8是示出用于分集无线电话装置内的辐射电磁通信的本发明方法的流程图。

具体实施方式

图1是本发明的无线电话天线分集系统的原理方框图。系统100包括：机架102(利用虚线示出)；第一传输线104、第二传输线106以及第一天线108，第一天线108安装在机架102的内部，其传输线端口与第一传输线104相连。第二天线110安装在机架102的内部，其传输线端口与第二传输线106相连。

调节器电路112具有：通过线路113可操作地连接到第一传输线104的输入端；以及通过线路114可操作地连接到第二传输线106的输入端。在此使用的术语“可操作地连接”意味着间接连接，或者通过中间元件连接。调节器电路112还具有输出端，以响应于通过第一传输线104和第二传输线106传导的电磁传输线信号，通过线路115提供控制信号。切换装置116包括线路118上的收发信机连接端口、连接到第一传输线104的端口、连接到第二传输线106的端口，以及用于通过线路115从调节器电路接收控制信号的输入端。切换装置116响应于线路115上的控制信号，选择性地将线路118上的收发信机端口连接到第一传输线104和第二传输线106。

根据系统100的一个方面，切换装置116只是一个使收发信机连接到多个天线之一的切换装置。根据系统100的其他方面，该切换装置还用作组合器。即，切换装置116可以将第一传输端口和第二传输端口(的来往信号)组合在一起，并响应于线路115上的控制信号，将该组合端口连接到收发信机端口。例如，切换装置116中可以加入传统的3dB分离器(splitter)。

通常，调节器电路112响应于第一传输线104和第二传输线106上传导的传输线信号功率电平，通过线路115提供控制信号。根据系统100的一个方面，响应第一天线端口和第二天线端口反射的传输线信号功率电平，调节器电路112通过线路115提供控制信号。即，调节器电路112响应于对天线不匹配的测量来选择天线。天线不匹配可能是由用户手的影响和/或者天线的传输频率与最佳调谐范围之间的关系引起的。

另一方面，还可以根据通过天线108/110接收的信号的强度进行天线选择判定。即，第一天线108接收辐射信号，并通过第一传输线104提供传导的传输线信号。第二天线110接收辐射信号，并通过第二传输线106提供传导的传输线信号。另外，系统100进一步包括第一功率检测器120，它具有：通过线路113a可操作地连接到第一传输线104的输入端；以及通过线路113b连接到调节器电路112以提供传输线信号功率电平的输出端。同样，第二功率检测器122具有：通过线路114a可操作地连接到第二传输线106的输入端；以及通过114b连接到调节器电路112以提供传输线信号功率电平的输出端。另一方面，可以对设置在该切换装置与收发信机之间的单个的功率检测器(但是未示出)进行多路复用(multiplexed)，以采样所述两条传输线上的信号。调节器电路112利用这两种方式之一，响应于第一和第二传输线检测信号功率电平，通过线路115提供控制信号。

图2是示出图1所示本发明系统100的变型的原理方框图。如上所述，第一天线108接收辐射信号，并通过第一传输线104提供传导的传输线信号。第二天线110接收辐射信号，并通过第二传输线106提供传导的传输线信号。接收机200具有通过线路118连接到切换装置收发信机端口以接收并解码传输线信号的输入端。接收机200具有通过线路202连接到调节器电路112的输出端，以提供对应于每个天线的解码信号误差信号。然后，调节器电路112通过线路115提供响应于每个天线的解码误差信号的控制信号。

请注意，图2所示的系统不排除任何特定的调制方法或者编码格式。此外，系统100可以与采用前向纠错(FEC)方法的调制方法一起使用。根据系统100的另一个方面，由通信的协作方，例如，无线电话基站进行天线选择。此外，调节器电路可响应于接收机200收到的命令，进行天线选择判定。

参考图1或者图2，第一天线108包括具有第一电长度的有源元件，而第二天线110包括具有第二电长度的有源元件。请注意，第一电长度与第二电长度可以相同，从而以同样的频率通信。在其他方面，为了以不同的频率通信，电长度可以不同，或者有稍许偏差，从而以不同的频带端频(end of a frequency bandwidth)通信。天线的样式限定了有源元件。例如，偶极天线具有辐射体和平衡器(counterpoise)，其有效电长度通常分别是工作频率的四分之一有效波长倍。该电长度取决于附近的介电材料，因为传导信号的波长根据传导介质发生变化。单极天线具有地面平衡器和辐射体，其有效电长度是工作频率的四分之一有效波长倍。可以使本发明的系统100具有满足机架102的形状因数的任意常规天线，而且本发明并不局限于任何特定的天线类型。

图3是示例性的天线安装布置的示意图，其特点是天线空间分集。在某些方面，第一天线108具有与第一电长度300相应的第一工作频率，而第二天线110具有相应于与第一电长度300相同的第二电长度302的第一工作频率。机架102具有用于安装第一天线108的第一位置304和用于安装第二天线110的第二位置306。第一位置304与第二位置306分隔开约为第一工作频率的四分之一波长的有效距离308。

图4是示例性的天线安装布置的示意图，其特点是天线极性分集。第一天线108具有根据第一电长度300的第一工作频率和参考标识符400表示的第一极化辐射图形。第二天线110具有相应于与第一电长度300相同的第二电长度302的第二工作频率以及用参考标识符402表示的第二极化辐射图形。机架102具有用于安装第一天线108的第一位置404和用于安装第二天线110的第二位置406。第一极化辐射图形400与第二极化辐射图形402正交。请注意，各极化图形不需要正交，但是正交性通常产生更好的分集。还应该注意，极化图形取决于天线的类型以及天线在机架中的布置。

图5是示出图1至4的机架102的物理尺寸的示意图。该机架具有4英寸(长度)×2英寸(宽度)×1英寸(厚度)的尺寸，或者更小(上述各维之任一维的尺寸)。换句话说，机架102具有8立方英寸，或者更小的体积。尽管示出其形状为砖块状，但是应该注意，本发明并不局限于任何特定形状。还应该注意，即使是砖块状的机架，也具有各种变型，以适应诸如内部部件、手握、显示、小键盘以及外部附件的特征。本发明的系统也可以在这些修改的砖块状封装中实现。

图6是示出本发明系统的移相变型的原理方框图。所示的第一移相器600具有：通过线路104a连接到切换装置116的第一传输线端口的输入端；以及用于通过线路115a从调节器电路112接收控制信号的输入端。第一移相器600具有多个直通信号相位差分输出端，以响应所述控制信号，选择性地连接到第一天线传输线端口。如图所示，第一移相器包括3个位于线路104b、104c和104d上、被分隔开接近90度的相位差分输出。因为存在随不同的制造商而不同的制造公差，而且相关的频率通常是频带，而不是单个频率，所以使用单词“接近”。本发明并不局限于任何特定数量的移相器输出或者相位的任何特定差分。

同样，第二移相器602具有：连接到切换装置的第二传输线端口的输入端；以及用于通过线路115b从调节器电路112接收控制信号的输入端。第一移相器602还具有多个直通信号相位差分输出端，以响应所述控制信号，选择性地连接到第二天线110的传输线端口。此外，作为例子示出3个被分隔开接近90度的相位差分输出端106b、106c和106d。

本发明的系统100可以利用移相器600和602改善通过单天线、被切换的天线接收的通信，或者通过组合天线接收的通信。例如，根据将解码误差降低到最小(图2)或者根据将收到的信号功率提高到最高(图1)来选择相位。尽管未具体示出，但是还可以使系统100仅具有一个介于切换装置与收发信机之间的移相器。与组合时不同，在切换多个天线时，这种变型更有效。

图7是示出本发明系统的天线电长度变型的原理方框图。系统100包括第一天线108，第一天线108具有通过线路115c接收控制信号的输入端，以及与控制信号相应的有源元件电长度。同样，第二天线110具有通过线路115d接收控制信号的输入端，以及与该控制信号相应的有源元件电长度。调节器电路112具有多个输出端，通过线路115c和115d分别连接到第一天线和第二天线，以响应第一传输线和第二传输线上的传输线信号来提供控制信号。如上所述，调节器电路可以对多种解码错误率下的天线反射功率、收到的信号强度做出响应。另外如上所述，这种变型的系统中还可以加入移相元件。

利用微型机电式切换装置(MEMS)，可以调整许多不同天线式样的电长度，以改变诸如辐射体之类的有源元件的物理长度，或者利用铁电材料改变有源元件附近的介电常数。然而，本发明并不局限于任何特定有源元件电长度的修改方法。关于上述MEMS和铁电天线的其他详情，请参考Allen Tran发明的2003年4月3日提交的题为“System and Methodfor Regulating Antenna Electrical Length(用于调节天线电长度的系统和方法)”的第10/407,966号美国专利申请，在此引用该专利申请作为本说明书的一部分。

尽管未具体示出，但是根据附图和上面的描述可以推断，本发明可以包括多个传输线和安装在机架内部的多个天线，其中传输线端口分别连接到多个传输线中相应之一。此外，调节器电路具有分别可操作地连接到多个传输线的输入端。同样，切换装置具有连接到多个天线的各天线的多个端口，以便响应调节器电路输出的控制信号，选择性地将多个天线连接到收发信机端口。如上所述，调节器电路可以对各种解码错误率下的天线反射功率、收到的信号强度做出响应。如上所述，这种变型的系统还可以包含移相元件和/或者可以调整其电长度的天线。

图8是示出用于分集无线电话装置内的辐射电磁通信的本发明方法的流程图。尽管为了清楚起见利用一系列编号步骤示出了该方法，但是除非明确说明，否则不应该根据编号推断顺序。应该明白，可以跳过、并行执行或者不严格按照序列顺序执行这些步骤中的某些步骤。该方法开始于步骤800。

在步骤802将第一天线和第二天线安装到无线电话装置机架的内部。在步骤804检测通过第一天线和第二天线传送的传导电磁传输线信号。响应检测到的传输线信号，在步骤806在第一天线与第二天线之间进行选择。根据某些方面，在步骤806，在第一天线与第二天线之间进行的选择包括将第一天线与第二天线组合在一起。

根据该方法的某些方面，在步骤804对传输线信号的检测包括检测传输线信号功率电平。根据某些方面，在步骤804检测天线反射的发射信号的传输线信号功率电平。

该方法的某些方面包括其他步骤。在步骤801接收通过第一天线和第二天线传送的辐射信号。然后，在步骤804对传输线信号的检测包括检测在第一天线和第二天线接收并通过传输线传导的辐射信号。

在一种变型中，在步骤804检测通过传输线传导的辐射信号的功率电平。另外，在步骤806响应传输线信号的检测在第一天线与第二天线之间进行选择包括：响应于辐射信号传输线功率电平来选择天线。

在另一种变型中，在步骤804检测传输线上传导的辐射信号包括接收和解码该辐射信号。然后，在步骤806响应于对传输线信号的检测在第一天线与第二天线之间进行选择包括：选择以最少量的解码错误提供传输线信号的天线。

根据某些方面，在步骤801a以第一工作频率通过第一天线发送辐射电磁信号。在步骤801b以第一工作频率通过第二天线发送辐射电磁信号。此外，在步骤802将第一天线和第二天线安装到无线电话机架的内部包括使第一天线与第二天线分隔开约为第一工作频率的四分之一波长的有效距离。由于在制造电子设备时存在固有制造公差、由于介质附近的形状产生的电通路的变化、以及由于通常通过频带进行通信而只有部分频带可处于良好的四分之一波长关系的事实，所以使用单词“约”。应该明白，短语“有效距离”意味着考虑到中间材料的介电常数后，各天线之间的距离。根据另一个方面，在步骤801b以不同于第一工作频率的第二工作频率，通过第二天线传送辐射电磁信号。

根据其他方面，在步骤801a以第一工作频率通过第一天线传送辐射电磁信号的过程包括以第一极化辐射图形辐射。在步骤801b以第一工作频率通过第二天线传送辐射电磁信号的过程包括以与第一极化辐射图形正交的第二极化辐射图形辐射。

根据该方法的某些方面，在步骤802将第一天线和第二天线安装到无线电话装置机架的内部包括在其尺寸为4英寸×2英寸×1英寸或者更小的机架上安装第一天线和第二天线。

该方法的其他方面包括其他步骤。在步骤808响应对传输线信号的检测使第一天线传送的传输线信号移相。在步骤810响应对传输线信号的检测使第二天线传送的传输线信号移相。本发明的另一个方面还包括可以与步骤808和810组合在一起，也可以不与步骤808和810组合在一起的其他步骤。响应对传输线信号的检测，在步骤812改变第一天线和第二天线的电长度。

根据某些方面，在步骤802将第一天线和第二天线安装到无线电话装置机架的内部包括将多个天线安装到该机架的内部。在步骤804对传导的通过第一天线和第二天线传送的电磁传输线信号的检测包括检测多个天线发送的传输线信号。然后，在步骤806在第一天线与第二天线之间进行选择包括：响应在多个传输线信号之间进行的检测在多个天线之间进行选择。

已经提供了一种利用选择性连接的机架嵌入式天线对辐射电磁通信进行分集的系统和方法。尽管结合无线电话描述了本发明，但是应该明白，本发明具有更广泛的应用。此外，尽管已经示出了天线、切换装置、相移以及调整电路系统的特定布置，但是应该明白电路系统的替代的布置和组合也可以用于实现本发明。本领域的技术人员还可以设想出本发明的其他变型和实施例。