具有集成冷却风扇的信息处理系统的天线隔离的制作方法

本发明总体上涉及信息处理系统的无线通信领域，更具体而言，本发明涉及具有集成冷却风扇的信息处理系统的天线隔离。

背景技术：

随着信息的价值和使用持续增加，个人和企业寻求处理和存储信息的其他方式。用户可以使用的一个选项是信息处理系统。信息处理系统通常为商业、个人或其他目的处理、编译、存储和/或传输信息或数据，从而允许用户利用信息的价值。由于不同用户或应用程序之间的技术和信息处理需求和要求各不相同，因此信息处理系统也可能因处理信息的种类，信息处理的方式，处理、存储或传送信息量、以及可以处理、存储或传输信息的处理速度和效率而异。信息处理系统的变化允许信息处理系统是通用的，或为特定用户或特定用途配置的，特定用途例如金融事务处理、航空公司预订、企业数据存储或全球通信。另外，信息处理系统可以包含可以被配置为处理、存储和传输信息的各种硬件和软件组件，并且可以包含一个或多个计算机系统、数据存储系统和网络系统。

便携式信息处理系统通常通过集成在便携式外壳中的处理组件、输入/输出(i/o)设备和电源来支持移动操作，以便终端用户无需外部电缆接口即可与系统进行互动。例如，平板计算机信息处理系统在由触控屏显示器覆盖的平面外壳中集成了处理组件和电池，该触控屏显示器将信息呈现为可视图像并接受触控作为输入。可转换的信息处理系统通常将处理组件、电池和显示器分配在两个分离的旋转连接的外壳部分之间，其中一个外壳部分集成了显示器，另一个外壳部分则被键盘覆盖。典型的可转换的信息处理系统将外壳部分从闭合位置旋转到翻盖位置，在闭合位置，通过将显示器旋转到靠近键盘来保护显示器，在翻盖位置，将显示器竖直保持在键盘上方，因此终端用户可以在查看显示器时在键盘上键入输入。一些可转换的信息处理系统使外壳部分从闭合位置旋转360度，以露出显示器以用作平板计算机。

通常，便携式信息处理系统的长度和宽度尺寸由集成在外壳中的显示器的尺寸决定。通常，终端用户会选择用于显示查看区域的信息处理系统，然后，将所需的处理能力与系统的高度和重量进行权衡。通常，功能更强大的处理组件往往具有更高的高度和更大的重量，从而处理组件具有足够的功率和热操作约束。随着系统高度的减小，特别是，由于内部外壳腔室趋向于具有较低效率的冷却气流，故特别难以管理热约束。一些非常薄的系统通过依靠被动热传递(而非包含冷却风扇)来维持热约束，但是，使用冷却风扇的主动热管理通常会使功能更强大的处理组件的热管理大幅增加。通常，信息处理系统制造商试图将处理组件和主动冷却资源以有效方式放置在便携式外壳中，以允许低z高度。

一种减小便携式外壳的长度和宽度尺寸的方法是，将显示器集成在外壳中，并沿着显示器的周边具有窄边框。通常，为了减小显示器边框，通常包含在显示器外壳部分中的各种组件替代地移动到主外壳部分。例如，显示器外壳部分通常包含相机、麦克风和无线天线，它们被替代地移动到主外壳部分。将该组件移动到主外壳部分趋于使得主外壳部分的、组件在此处最方便的区域最拥挤，例如沿着显示器的底部。无线天线的放置呈现出特别困难，因为天线辐射方向图会面向增加干并降低主外壳部分的高度，这会阻碍无线信号的传输。此外，为了确保在面向绕铰链旋转而产生的扭转力下具有足够的外壳强度，通常使用金属外壳材料，这会进一步影响无线信号传输。尽管外壳中可以包含非金属窗，但是这些区域会产生弱点，例如在非金属窗受到物理撞击的情况下会产生弱点。在许多情况下，会包含多个天线，多个天线在共享的频率范围内进行通信，这会造成隔离问题，尤其是在全金属包壳中。

技术实现要素：

因此，需要一种隔离位于信息处理系统便携式外壳附近中的射频组件的系统和方法。

根据本发明，提供了一种系统和方法，其基本上减少了与将天线集成到信息处理系统便携式外壳中的现有方法和系统相关的缺点和问题。沿外壳的一侧设置的天线结构支撑由被设置在天线结构上的冷却风扇隔开的多个天线，以增强隔离。在一个实施例中，设置在冷却风扇排气下方的可调谐寄生组件进一步隔离天线。

更具体地，便携式信息处理系统利用设置在外壳中的处理组件来处理信息，外壳具有旋转连接的主部分和盖部分。集成在盖部分中的显示器将信息呈现为具有窄边的可视图像形式，以便将支持无线通信的天线集成到主外壳部分中。沿着主外壳部分的后侧设置的天线支撑件支撑在相对端的第一天线和第二天线(例如，lte天线)，以支持无线广域网(wwan)通信。天线之间的隔离由冷却部的接地金属外壳提供，该冷却部在天线支撑件上方的天线之间排气。在一个实施例中，冷却风扇组装在开口，开口形成于主板中，并且连接至热管，该热管传递来自连接至主板的中央处理单元(cpu)的热量。设置在天线与冷却风扇下方之间的天线支撑件上的可调谐寄生组件基于冷却风扇和热管对每个频带的隔离响应，将隔离适配于多个频带。

本发明提供了许多重要的技术优点。一个重要技术优势的例子是，冷却风扇组装在无线天线之间的信息处理系统主板上，以隔离天线，从而减少了相互连接并提高了射频效率。冷却风扇和热传递结构的接地金属结构吸收在天线之间传递的射频能量，以允许将天线放置在信息处理系统外壳内，而对所需的射频传输的影响较小。利用冷却风扇的金属结构来提供天线隔离，这减少了添加其他专门用于天线隔离的结构的需求。在一个实施例中，添加了寄生组件，以进一步减少相互连接，并且对寄生组件进行了调谐，以使寄生响应适配于天线的频率变化。

附图说明

通过参考图式，可以更好地理解本发明，并且使其众多目的、特征和优点对于本领域技术人员而言显而易见。在所有图式中使用相同的附图标记表示相同或相似的组件。

图1描绘了便携式信息处理系统的俯视图，该便携式信息处理系统具有设置在主外壳部分中的多个天线；

图2描绘了便携式信息处理系统的底部剖视图，该便携式信息处理系统具有靠近冷却风扇排气部设置的第一天线和第二天线；

图3描绘了具有冷却风扇的天线结构的俯视图，该冷却风扇在设置在天线支撑件上的天线之间延伸；

图4描绘了天线结构的仰视图，该天线结构具有设置在天线支撑件上的冷却风扇；

图5描绘了集成在键盘罩中的天线结构的底部分解图；

图6描绘了天线结构的俯视图，天线结构从键盘伸出并移除了非金属罩；

图7描绘了天线结构的仰视图，天线结构从键盘伸出并移除了非金属罩；

图8描绘了移除了非金属罩的天线结构的侧视图；

图9描绘了移除了非金属罩的天线结构的上部透视图；

图10描绘了示出天线结构的隔离性能的曲线图，其中，冷却风扇位于天线结构上方，并且从天线结构上方的位置撤回；

图11描绘了无线电模块的电路框图，其采用基于天线频率的寄生组件谐振；以及

图12描绘了用于基于天线频率，采用寄生组件谐振的过程的流程图。

具体实施方式

便携式信息处理系统组装有冷却风扇，以在沿着外壳的一侧设置的天线结构上延伸，使得冷却风扇的接地导电表面将天线彼此隔离。出于本公开的目的，信息处理系统可以包含可用于计算、分类、处理、发送、接收、检索、发起、切换、存储、显示、表明、检测、记录、复制、处理、或利用用于商业、科学、控制或其他目的任何形式的信息、情报或数据的任何工具或工具集合。例如，信息处理系统可以是个人计算机、网络存储设备、或任何其他合适的设备，并且可以在大小、形状、性能、功能和价格上变化。信息处理系统可以包含随机存取存储器(ram)、一个或多个处理资源(例如，中央处理单元或硬件或软件控制逻辑电路、只读存储器)、和/或其他类型的非易失性存储器。信息处理系统的附加组件可以包含一个或多个磁盘驱动器，用于与外部设备通信的一个或多个网络端口以及各种输入和输出(i/o)设备，例如键盘、键鼠和视频显示器。信息处理系统还可以包含可操作以在各种硬件组件之间发送通信的一个或多个总线。

现在参考图1，其俯视图描绘了便携式信息处理系统10，该便携式信息处理系统10具有设置在主外壳部分12中的多个天线22和24。在示例性实施例中，主外壳部分12通过一对铰链16(例如，双轴铰链)旋转地连接至盖外壳部分14，铰链16提供盖外壳部分14相对于主外壳部分12的360度旋转运动。例如，盖外壳部分14从闭合位置经过大约90度的旋转而旋转到翻盖位置，在闭合位置，显示器19在键盘18的顶部，在翻盖位置，主外壳部分12支撑在键盘18上方的观看位置中的显示器19，因此终端用户可以在查看显示器19时键入输入。如图所示，显示器19在大约180度旋转之后，显示器19安置在键盘18相对的支撑表面，例如允许终端用户与作为平板的显示器19的触控屏互动。盖外壳部分14相对于主外壳部分12的完整360度旋转将键盘18设置在显示器19下方，以支持终端用户与平板计算机移动的互动。在示例性实施例中，主外壳部分12、盖外壳部分14和将键盘18保持就位的罩具有金属构造，以提供结构支撑以对抗在旋转运动期间引起的扭转力。此外，显示器19以狭窄的边缘结构集成在盖外壳部分14中，该窄边缘结构增强了便携性，并且提供了具有在盖外壳部分的长度和宽度上呈现的图像的干净的工业设计。

具有最小边界显示器19和金属外壳的信息处理系统10的制造为将天线有效地设置在信息处理系统10中以支持无线通信带来了困难。在示例性实施例中，天线支撑件20沿着主外壳部分12的后侧、在铰链16之间连接到主外壳部分12，以提供无线信号路径，以支持一对无线广域网(wwan)天线22和24，例如以支持与lte网络的通信。由于在信道中的传输期间天线之间的相互连接，例如对近场电流的影响，将天线22和24紧邻放置会降低天线性能。寄生组件26设置在天线22和24之间，以进一步辅助隔离。例如，天线支撑件20是印刷电路板，印刷电路板在铰链16之间具有约210mm，每个天线22和24的长度约为75mm，因此，存在约55mm的最小空间以放置寄生组件26。通常，在天线22和24之间需要四分之一波长的空间，以获得足够的隔离度，以减少相互连接，然而，在主外壳部分12中很难发现该空间量，特别是在需要金属材料用于外壳强度的地方。在示例性实施例中，还包含无线局域网天线27和近场通信天线30，并且最好以清晰的无线信号路径进行操作无线局域网天线27和近场通信天线30。为了获得可接受的wwan信号强度，进一步隔离天线22和24是有需要的。

现在参考图2，其底部剖视图描绘了便携式信息处理系统10，该系统具有靠近冷却风扇34排气部设置的第一天线22和第二天线24。信息处理系统10利用执行指令的中央处理单元(cpu)28和存储信息和指令的随机存取存储最终(ram)来处理信息。为了消除cpu28产生的多余热能，散热器和热管32热连接到cpu28，以将热能传递给冷却风扇34。冷却风扇34产生通过热管32的冷却气流，以将热能从主外壳部分12中抽出。

在示例性实施例中，冷却风扇34具有金属或其他导电外壳材料，并且被放置成在寄生组件26的顶部上方排气。在所描绘的示例性位置中，冷却风扇34被放置在天线22和24之间，以辅助天线22和24中的每一个的隔离。例如，接地到主外壳部分12中的主板的无线电50通过同轴电缆接口，将无线信号传输到天线22和24。天线支撑件20使用具有金属材料的垫圈接地，垫圈从下面所述的键盘罩伸出。冷却风扇34与支撑无线电50的主板连接并接地，热管32也是如此。通过冷却风扇34的接地金属结构设置在天线22和24之间，天线22和24的隔离度得以提高。此外，寄生组件26实际上通过迫使与相互连接有关的表面电流沿着接地平面行进，从而提供了隔离，从而实质上为电流提供了更长的路径让其遵循，并弥补了天线22和24之间的空间的“不足”。

参考图3，该俯视图描绘了具有冷却风扇34的天线支撑件20，该冷却风扇34在设置在天线支撑件20上的天线22和24之间延伸。天线支撑件20具有向下延伸的侧壁，该侧壁限定了排气部，通过排气部，冷却风扇34排出热气流。对于图3的上部视图，天线支撑件20放置在冷却风扇34上。现在参考图4，其仰视图描绘了天线支撑件20，天线支撑件20具有设置在天线支撑件上的冷却风扇34。天线22和24形成在天线支撑件20的竖直侧上，冷却风扇34紧靠天线支撑件20的背面。冷却风扇34放置在天线22和24之间产生了插入天线之间的金属结构，该金属结构用作隔离器、屏蔽和接地机制，其辅助天线性能。冷却风扇34和天线支撑件20的相交点36限定了形成在天线支撑件20的相对端上的天线22和24之间的天线隔离。

现在参考图5，其底部分解图描绘了集成在键盘罩44中的天线支撑件20。在示例性实施例中，冷却风扇34的尺寸被设置为适合形成在主板38中的开口，该开口将冷却风扇34在天线22和24之间对准。主板38中的开口允许沿着z轴或信息处理系统10的高度的自由度，以相对于天线22和24的方式来调节冷却风扇34的放置，以优化射频隔离，从而改善天线性能。根据需要形成热管32，热管32装配在cpu28上并将热能从cpu28传输到冷却风扇34的排气部。在示例性实施例中，天线支撑件20在折迭成竖直部分的柔性印刷电路板上限定天线22和24，并且由塑料模制的支撑件42保持就位，并通过电缆连接件40接合。支撑件42例如通过按扣或其他连接机构，连接到集成在键盘罩44中的射频窗46。例如，射频窗46具有硬化的热塑性材料，该热塑性材料还形成用于冷却风扇34的排气部的排气孔48。键盘罩44是金属材料(例如，铝)，其提供增加的结构强度，以帮助对抗在旋转运动时在z高度较低的外壳34处引入的扭转力。金属构件49从键盘罩44向下延伸靠近窗口46，以帮助进一步隔离天线22和24。例如，天线支撑件20通过垫圈接地到构件49，使得构件49、罩44、冷却风扇34、热管32和主板38共享共同接地。另外，构件49有助于抓住并保持天线支撑件20。

现在参考图6，其俯视图描绘了从键盘伸出并移除了射频窗46的天线支撑件20。键盘18延伸穿过形成在罩44中的键开口，以接受来自终端用户的键输入。天线支撑件20从罩44向外延伸，以提供用于无线信号传输的清晰的射频路径。如上所述，冷却风扇34装配在天线22和24之间的寄生组件26中部的下方。现在参考图7，其底视图描绘了从键盘18伸出并移除了射频窗46的天线支撑件20。该底视图示出了冷却风扇34放置在寄生组件26上方以及在天线22与24之间。现在参考图8，该侧视图描绘了移除了射频窗46的天线支撑件20。形成在天线支撑件20的塑料模制支撑件42中的冷却风扇排气部48提供开口，冷却风扇34通过这些开口排出热空气。

现在参考图9，其上部透视图描绘了移除了射频窗46的天线支撑件20。在示例性实施例中，天线22支持副lte通信，并且天线24支持主lte通信。天线22和24中的每一个是在柔性印刷电路板上限定的印刷电路，并折迭在不导电的塑料模制支撑基座42上，以从键盘18和罩44向外延伸。寄生组件26设置在天线22和天线24之间，并且调谐以减少相互连接，相互连接例如可以由在天线22和天线24之间延伸的表面电流引起。如图9所示，寄生组件26可以包含在冷却风扇34排气部48开口之间向下延伸的导电组件。在各种实施例中，天线和寄生组件印刷电路可以根据需要具有各种形式，以发送所需的无线信号(例如，wlan信号)，并且具有各种天线配置(例如，mimo天线配置)。天线调谐将取决于所需的无线传输信号频率，可用于天线结构的外壳铰链之间的空间、以及系统接地与天线之间的关系，其中，接地可以包含冷却风扇34和热管32。

现在参考图10，该图标出了在天线支撑件20上并且从天线支撑件上方的位置撤出的天线支撑件20与冷却风扇34的隔离性能。该示例图包含s参数(以db为单位)，其代表与被推入天线22和24之间的位置的冷却风扇34的天线干扰，以及向后推离天线22和24的冷却风扇34的干扰。尽管天线性能沿射频频谱和期望目标的传输频带而改变，通过在天线22和24之间放置冷却风扇34来改善隔离效果，这通常提供了20db的天线效率的改善。通常通过在有限的空间中的共享接地结构来破坏相互连接来提供改善的性能，然而，随着频率在不同频带之间偏移，互耦谐振会发生偏移，因此接地响应的调谐可以进一步调整天线性能。

现在参考图11，该电路框图描绘出了无线电模块50，其采用基于天线频率的寄生组件26谐振。在示例性实施例中，无线电模块50是具有gpio和/mipi接口的集成电路，以控制天线和寄生组件谐振。无线电模块50通过rf端口52和54以及设置在每个天线22和24之间的阻抗开关和调谐器56和58，将无线信号传送到天线22和24。在示例性实施例中，无线电模块50调谐天线22和天线24以支持四个不同的lte频段：b12(698-746mhz)；b29/28/13/14(717-798mhz)；b26/19/18/5/6/20(814-894mhz)；和b8(880-960mhz)。例如，阻抗开关和调谐器56和58选择lc电路值，以使天线22和24的阻抗与无线电模块50的频率相匹配。射频调谐还可以取决于对靠近天线22和天线24的物体的检测，例如可以引入干扰天线阻抗调谐的近场效应。例如，当平板计算机模式旋转以彼此接近外壳部分时，诸如霍尔传感器66由传感器逻辑电路68监控以触发传感器集线器64。无线电模块50可以基于来自这种接近度检测的触发，来选择天线22和24的阻抗调谐设置。

作为基于霍尔传感器66的输入的阻抗调谐的示例，无线电模块50为多个外壳配置中的每一个存储天线阻抗调谐状态，并基于霍尔传感器的输出来应用所存储的天线阻抗调谐状态。例如，在翻盖模式下，霍尔传感器66检测到盖外壳部分14的旋转方向相对于主外壳部分12旋转了90度。响应于翻盖模式的检测，无线电模块50在翻盖旋转方向中查找所选lte频带的阻抗值，并应用阻抗值来调整天线22和24以及寄生组件26的阻抗。阻抗值反映了对盖外壳部分14相对于天线支撑件20的相对位置的射频特性的预期影响，例如，由盖外壳部分14的金属材料产生的近场效应。在各种实施例中，基于实验天线性能，可以根据需要的盖外壳部分14相对于主外壳部分12的各种方向，保持施加到天线22和24以及寄生组件26的存储的阻抗值。可以通过测量与盖外壳部分14靠近天线支撑件20的相关联的电容效应，来执行对天线阻抗的进一步调整，例如通过监控电容以检测物体的接近性、例如为了维持sar约束，这如程伟昌(chingweichang)于2018年12月14日与本申请同时提交的美国专利申请序列no.16/221,046、题为“informationhandlingsystemradiotransmitpowermanagement”的专利申请所述，该专利申请通过引用以其整体并入本文。

除了调谐天线22和24之外，无线电模块50的gpio接口62还通过sp4t开关60或类似的选择结构进行接合连接，以调谐寄生组件26。例如，sp4t开关60具有为上述四个lte频段组中的每一个的设置。寄生组件26的隔离性能基于与其接合的接地结构而变化。例如，冷却风扇34的导电外壳的尺寸和热管32的长度将各自影响由寄生组件26提供的天线22和24之间的相互连接的隔离。因此，在各种实施例中，当设置寄生组件26的谐振时，无线电模块50中的逻辑电路可考虑天线22和24通信的频率，与天线结构20接合的接地结构的大小和长度、以及对接近物体的检测。

现在参考图12，该流程图描绘了基于天线频率，用于采用寄生组件谐振的过程。在步骤70，最初通过开关78将默认状态76设置用于默认天线调谐频率。在步骤72，确定lte频带是否已针对无线通信而改变为不同状态，例如上述频带组中的一个。若结果为“否”，则处理返回到步骤70，以继续监控无线电的通信频带。如果在步骤72检测到通信频带的改变，则过程继续进行到步骤74，以命令开关78基于天线22和天线24的调谐，来调谐寄生组件26，以调整相互连接隔离。在替代实施例中，隔离调谐可以涉及跨不同频段的多种交互。例如，以上示例中描述的四个状态覆盖了lte的低频带700mhz至大约960mhz；然而，在替代实施例中，可以根据需要为附加的切换配置提供更宽的覆盖频带，以支持期望的无线协议。

尽管已经详细描述了本发明，但是应该理解的是，在不脱离由所附申请专利范围限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变、替换和变更。