专利名称：分布式环形天线的制作方法
技术领域：
本申请一般涉及电子设备，并且更具体地，涉及具有天线的电子设备。
背景技术：
诸如计算机之类的电子设备通常设有天线。例如，具有集成计算机的计算机监视器可以设有沿着监视器边缘设置的并且由天线槽支撑的天线。在电子设备内部安装天线的过程中可能出现挑战。例如，天线与周围设备结构之间的相对位置可能对天线调谐和带宽具有影响。如果不注意的话，那么天线可能变得失谐，或者可能呈现不期望的低效带宽。因此，希望能够提供在电子设备中使用的改进的天线。
发明内容
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可以向电子设备提供天线结构。天线结构可以包括分布式环形天线。分布式环形天线可以包含具有纵轴的分布式环形天线共振元件结构。分布式环形天线共振元件可以由金属条形成，所述金属条具有环绕所述纵轴的第一尺寸以及沿着所述纵轴分布的第二尺寸。在所述金属条的所述第二尺寸上可以形成间隙。所述间隙可以遵循弯曲路径以增加其电容。诸如电容器之类的额外组件可以桥接所述间隙。如果希望的话，可以使用可调谐组件来桥接所述间隙。所述可调谐组件可以包括可调节电容器或可以由控制电路调节的其它电路，用以控制天线频率响应。可以在与所述分布式环形天线共振元件结构的所述纵轴对齐的细长电介质载体上形成分布式环形天线。所述环形天线的体积的一部分或全部可以埋在所述电子设备的外壳内部，使得仅暴露所述环形天线上的所述间隙的一部分。可以直接馈送或间接馈送环形天线共振元件结构。在间接馈送布置中，用于对所述环形天线共振元件进行间接馈送的天线馈送结构可以由所述细长电介质载体上的被直接馈送的环形天线元件结构形成。在具有多个天线的电子设备中，可以在设备外壳中安装一个或多个天线，使得它们沿着分布式环形天线的纵轴设置。这种类型的布置可以帮助最大化天线间的隔离。根据附图以及以下对优选实施例的详细描述，本发明的进一步特征、其性质和各种优点将更加明显。
图1是根据本发明实施例的具有天线结构的示例性电子设备的透视图。图2是根据本发明实施例的安装在示例性电子设备中的示例性天线结构的横截面侧视图。图3是根据本发明实施例的电子设备的示例性无线电路的图，所述无线电路包括通过传输线路路径耦合的收发机电路和天线。图4是根据本发明实施例的形成分布式环形天线的示例性天线共振元件的导电结构的透视图。图5是根据本发明实施例的具有椭圆横截面形状的示例性分布式环形天线的横截面端视图。图6是根据本发明实施例的具有矩形横截面形状的示例性分布式环形天线的横截面端视图。图7是根据本发明实施例的、横截面形状具有倾斜侧边的示例性分布式环形天线的横截面端视图。图8是根据本发明实施例的、横截面形状为直边和曲边的组合的示例性分布式环形天线的横截面端视图。图9是根据本发明实施例的形成具有至少一个倾斜表面的分布式环形天线的示例性天线共振元件的导电结构的透视图。图10是根据本发明实施例的示例性分布式环形天线结构的透视图，示出了可以用于对分布式环形天线进行直接馈送的天线馈送端的示例性位置。图11的图示出了根据本发明实施例被直接馈送的第一环形天线结构可以如何在一配置中通过近场电磁耦合而用作用于对第二环形天线结构进行间接馈送的间接馈送结构，其中在所述配置中，第一环形天线结构与第二环形天线结构共面。图12的图示出了根据本发明实施例被直接馈送的第一环形天线结构可以如何在一配置中通过近场电磁耦合而用作用于对第二环形天线结构进行间接馈送的间接馈送结构，其中在所述配置中，第一环形天线结构位于与第二环形天线结构的平面垂直的平面中。图13的图示出了根据本发明实施例被直接馈送的第一环形天线结构可以如何在一配置中通过近场电磁耦合 而用作用于对第二环形天线结构进行间接馈送的间接馈送结构，其中在所述配置中，第一环形天线结构和第二环形天线结构位于不同的平行平面中。图14是根据本发明的示例性被间接馈送的分布式环形天线的天线性能的曲线图，示出了环形形状的间接馈送结构和分布式环形天线共振元件结构对性能做出的相应贡献。图15是根据本发明的示例性被间接馈送的分布式环形天线的天线性能数据表，示出了环形形状的间接馈送结构和分布式环形天线共振元件结构在所关注的第一和第二通信频带上对性能做出的相应贡献。图16a是根据本发明实施例的示例性被间接馈送的分布式环形天线的透视图，其中，馈送环形结构和分布式环形天线结构彼此平行安装，而没有位于公共的平面中。图16b是根据本发明实施例的示例性被间接馈送的分布式环形天线的透视图，其中，馈送环形结构和分布式环形天线结构彼此平行地安装在公共平面内，其中馈送环嵌套在分布式环形天线结构内。图17a是根据本发明实施例的示例性被间接馈送的分布式环形天线的透视图，其中，馈送环形结构和分布式环形天线结构被定位成彼此垂直。图17b是根据本发明实施例的在图17a中所示的类型的示例性被间接馈送的分布式环形天线的透视图，其中，对馈送环形结构的馈送与分布式环形天线结构不是紧紧相邻的。图18是根据本发明实施例的示例性被间接馈送的分布式环形天线的透视图，其中，馈送结构包括与分布式环形天线共振元件表面的一部分重叠的导体带。图19是根据本发明实施例的在图18中所示的类型的示例性被间接馈送的分布式环形天线的俯视图，示出了用于形成间接馈送的导体带可以如何作为传输线路结构的一部分的延伸。图20是根据本发明实施例的具有弯曲间隙的示例性分布式环形天线共振元件的透视图，所述弯曲间隙增加了环绕在所述分布式环形天线共振元件的纵轴周围的导体片的间隙电容。图21是根据本发明实施例的具有电组件的示例性分布式环形天线共振元件的透视图，所述电组件对所述分布式环形共振元件中的间隙进行桥接。图22的图示出了根据本发明实施例可以如何向诸如被间接馈送的分布式环形天线之类的分布式环形天线提供诸如可调谐电容器之类的用于调谐分布式环形天线的可调谐电路。图23的图示出了根据本发明实施例可以如何向分布式环形天线提供诸如具有平行电容器的可调谐电路之类的用于调谐分布式环形天线的可调谐电路。图24的图示出了根据本发明实施例分布式环形天线共振元件的环形结构相对于X-Y-Z坐标系可以如何定位。图25是根据本发明实施例的可以与图24中所示的类型的环形天线相关联的示例性辐射图的曲线图。图26是根据本发明实施例由电介质载体上的金属迹线形成的示例性被间接馈送的分布式环形天线的透视图，示出了天线的环形结构相对于X-Y-Z坐标系可以如何定位。图27的图示出了根据本发明实施例可以如何通过沿着分布式环形天线的纵轴设置天线来将诸如倒-F天线或其它天线之类的天线与分布式环形天线隔离。图28的图示出了根据本发明实施例可以如何通过沿着其它分布式环形天线的纵轴设置每个分布式环形天线来将一对分布式环形天线与彼此隔离。
具体实施例方式可以向电子设备提供天线和其它无线通信电路。无线通信电路可以用于在多个无线通信频带中支持无线通信。可以在电子设备中提供一个或多个天线。例如，可以使用天线来形成天线阵列，以支持使用诸如IEEE 802.11 (η)协议之类的使用多个天线的通信协议进行通信。在图1中示出了可以设有一个或多个天线这种类型的示例性电子设备。电子设备10可以是诸如被集成到显示器(例如，计算机监视器)中的计算机之类的计算机。电子设备10还可以是膝上型计算机，平板计算机，诸如腕表设备、吊坠设备、耳机设备、听筒设备或其它可佩戴或小型设备之类的有点小的便携式设备，蜂窝电话，媒体播放器或者其它电子器件。在本文中，有时作为例子来描述其中电子设备10是由计算机监视器形成的计算机的示例性配置。通常，电子设备10可以是任何适当的电子器件。
在设备10中，可以在任何适当的位置(例如，位置26)处形成天线。设备10中的天线可以包括环形天线、倒-F天线、带状天线、平面倒-F天线、隙缝天线、空腔天线、包括多于一种类型的天线结构的混合天线、或者其它适当的天线。天线可以覆盖蜂窝网络通信频带、无线局域网通信频带(例如，与诸如蓝牙⑧和IEEE 802. 11协议之类的协议相关联的2. 4GHz和5GHz频带)以及其它通信频带。天线可以支持单频带和/或多频带操作。例如，天线可以是覆盖2. 4GHz和5GHz频带的双频带天线。天线还可以(例如，通过覆盖三个或更多个频带或通过覆盖四个或更多个频带)覆盖多于两个的频带。如果希望的话，天线的导电结构可以由诸如导电外壳结构之类的导电电子设备结构形成，由诸如塑料载体上的金属迹线之类的导电结构形成，由柔性印刷电路和刚性印刷电路中的金属迹线形成，由电介质载体结构所支持的金属箔形成，由电线形成，以及由其它导电材料形成。设备10可以包括显示器，例如显示器18。显示器18可以安装在诸如电子设备外壳12之类的外壳中。可以使用诸如支架14之类的支架或其它支撑结构来支撑外壳12。外壳12有时被称为框，可以由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝等)、其它适当的材料或这些材料的组合形成。在一些情形中，外壳12的多个部分可以由电介质或其它低导电性材料形成。在其它情形中，外壳12或组成外壳12的结构中的至少一些可以由金属元件形成。显示器18可以是包括电 容式触摸电极或其它触摸传感器组件的触摸屏幕或者可以是对触摸不敏感的显示器。显示器18可以包括由发光二极管(LED)、有机LED (0LED)、等离子光电元件、电子墨水元件、液晶显示(LCD)组件或其它适当的图像像素结构形成的图
像像素。盖玻片层可以覆盖显示器18的表面。显示器18的矩形活动区域22可以位于矩形边界24内。活动区域22可以包含为用户显示图像的图像像素阵列。活动区域22可以被诸如矩形环状的不活动区域20之类的不活动外围区域包围。显示器18的不活动部分(例如不活动区域20)没有活动图像像素。显示器驱动电路、天线(例如，诸如区域26之类的区域中的天线)以及不生成图像的其它组件可以位于不活动区域20的下面。显示器18的盖玻片可以覆盖活动区域22和不活动区域20两者。盖玻片在不活动区域20中的内表面可以被涂覆一层不透明的遮蔽材料，例如不透明塑料(例如，黑暗的聚酯薄膜)或黑色油墨。不透明遮蔽层可以帮助隐藏设备10中的内部组件(例如天线、驱动器电路、外壳结构、安装结构和其它结构)以防被看到。显示器18的覆盖层(其有时被称为盖玻片)可以由诸如玻璃或塑料之类的电介质形成。安装在盖玻片的不活动部分下方的区域26内的天线可以通过盖玻片发送和接收信号。即使在外壳12内的结构中的一些或全部由导电材料形成时，这也允许天线进行操作。例如，将设备10的天线结构安装在不活动区域20的一部分下方的区域26中，可以允许天线甚至在以下布置中进行操作在该布置中，外壳12壁中的一些或全部是由诸如铝或不锈钢(作为例子)之类的金属形成的。在图2中示出了安装在电子设备(例如图1中的设备10)中的示例性天线的横截面侧视图。如图2中所示的，显示器18可以安装在外壳12内。外壳12可以具有与外壳12的平面后表面垂直的外围侧壁，或者可以具有弯曲的侧壁(如虚线12’所示)。电子组件32可以安装在外壳12内部的一个或多个基板(例如基板30)上。电子组件32可以包括集成电路，诸如电阻器、电容器和电感器之类的分立组件，连接器，传感器，诸如麦克风和扬声器之类的音频组件，以及其它电子器件。基板30可以是塑料基板、刚性印刷电路板(例如，由填充有纤维玻璃的环氧树脂形成的电路板，例如FR4印刷电路板)、由柔性的聚酰亚胺片或其它柔性聚合物形成的柔性印刷电路板(“柔性电路”)、或其它适当的支撑结构。诸如天线28之类的一个或多个天线可以安装在外壳12内。如图2中所示的，天线28可以具有允许天线28安置在外壳12的在诸如区域26之类的区域之下(例如，在设备10和外壳12的与显示器的不活动外围区域20相关联的外表面之下)的范围内的形状。在这种类型的配置中，外壳12可以具有导电壁或其它导电结构，其至少部分地限定了安装天线28的内部区域。天线28的上表面可以位于外壳12和设备10的外表面内，而天线28的其余部分埋在外壳12和设备10的由外壳壁12或12’限定的内部区域中。设备10中的其它适当安装位置包括电介质天线窗口后的位置等。在设备10使用诸如侧壁形状12’之类的弯曲外壳侧壁形状的配置中，可以相应地调节天线28的形状(例如，使得天线具有位于线28’内的横截面轮廓)。通常，天线28可以具有任何适当的横截面形状。图2中的轮廓28和28’的示例性形状只是示例性的。如图3中所示的，电子设备10的无线电路38可以包括射频收发机电路36(例如，一个或多个接收机，一个或多个发射机等)。可以在设备10中使用诸如天线28之类的一个或多个天线。使用诸如传输线路34之类的射频通信路径可以将每个天线28耦合到收发机电路36。传输线路34可以包括诸如同轴电缆传输线路、微带传输线路、带线传输线路、边缘耦合微带传输线路、边缘耦合带线传输线路或其它适当传输线路之类的传输线路结构的一个或多个部分。传输线路34可以包括不同类型传输线路结构的一个或多个部分(例如， 一段同轴电缆、一段在印刷电路板上形成的微带传输线路等)。传输线路34可以包含正导体(+ )和地导体(_)。传输线路中的导体可以由电线、编线、金属带、基板上的导电迹线、平面金属结构、外壳结构或其它导电结构形成。可以使用诸如电介质载体(例如塑料支撑结构)上的金属迹线之类的导电天线共振元件结构来形成环形天线28。如果希望的话，形成环形天线28的导电结构可以包括电线、金属箔、印刷电路板上的导电迹线、导电外壳结构的多个部分(例如导电外壳壁和导电内部框架结构)以及其它导电结构。环形天线28可以具有沿着环的纵轴伸展(“分布”)的导电结构。从而，环形天线28有时可以被称为分布式环形天线。如图4中所示的，环形天线38可以具有纵轴，例如轴40。天线28可以由包含导电结构52的天线共振元件结构形成。导电结构52可以包括导体片，其具有环绕纵轴40的第一尺寸以及沿着纵轴40的长度延伸的第二尺寸ZD。导电结构50可以按照旋转方向46环绕轴40。在操作期间，天线电流在轴40周围的片52内流动。实际上，片52以由周长P表征的环形形状形成宽的导体带。在片52中流动的天线电流倾向于位于与图4中的X-Y平面平行的平面内，如由箭头44所指示的。结果，环形天线28的“环”有效地位于X-Y平面内，而沿着被环绕的导电片(片52)的中心延伸的纵轴40与Z轴平行(并与天线环的X-Y平面垂直)。可能希望由呈现相对较小尺寸P的导电结构形成天线28。在沿着周长P不存在任何缺口的环中，天线可以以信号的波长近似等于P时的信号频率进行共振。在具有完整环形形状的紧密结构中，天线28所覆盖的通信频带的频率因而可能倾向于较高。通过将间隙或其它结构包含到环中，可以将电容引入到天线28中。在环形天线中出现电容的情况下，可以将天线的共振频率降低到希望的工作频率。
可以使用任何适当的结构在由导电片52形成的导体环中插入电容。例如，可以形成诸如间隙50之类的一个或多个间隙。可以用电介质(例如，诸如塑料之类的固体电介质等，或者诸如空气之类的电介质)来填充间隙50。间隙50的间隙宽度GW可以影响由间隙50形成的电容的值(例如，当间隙宽度GW减小时，间隙的电容可能倾向于增加)。导电片52可以由电介质载体上的金属迹线、被环绕的柔性电路上的金属、已经被弯曲成期望形状的金属箔以及其它适当的导电结构形成。在图4的例子中，当金属片52环绕在轴40周围时，片52具有恒定的尺寸ZD。如果希望的话，金属层52可以具有与天线纵轴40平行的根据轴40周围的位置而变化的尺寸ZD (S卩，ZD不需要在环形天线的所有部分处都是恒定的)。图4的布置只是示例性的。分布式环形天线28可以具有任何适当的横截面形状，所述形状形成天线电流的围绕轴40的环路。例如，如图5中所示的，当沿着纵轴40观看时，导电层52可以具有椭圆的横截面形状。在图6的例子中，分布式环形天线28的导电层52具有矩形横截面形状。在图7的例子中，导电层52形成天线28的具有倾斜侧壁的矩形横截面形状。具体地，图7的天线28的上下表面彼此平行，并与天线28的右表面垂直。天线28的左表面相对于上下表面以非正交的角度倾斜，并且不与天线28的右表面平行。如果希望的话，天线28的一些表面可以是平面的，而天线28的其它表面可以是非平面的，使得当沿着纵轴40观看时，天线28的横截面形状具有直侧边和弯曲侧边的组合，如图8中所示。如图2中所示，天线体积的一部分或全部可以埋在电子设备的外壳内，只使得间隙50暴露。例如，图5、6、7和8中所示的类型的结构可以位于图2的结构28所示的地方，其中，间隙50(S卩，图17a的上表面TS上的间隙)位于在显示器18和外壳壁12之间形成的区域26的下方的开口内或者设备10中的其它开口中。图5、6、7和8的例子只是示例性的。通常，导电结构52可以具有使得天线电流围绕轴40流动的任何适当的形状。图9是可以用于分布式环形天线28的导电结构52的示例性形状的透视图。如图9中所示的，导电结构52可以具有平面上部部分，诸如平面上部部分52A。纵向间隙50可以在尺寸ZD上延伸，与分布式 环形天线纵轴40平行(即，间隙50可以跨越形成导电结构52的导体带)。导电结构52还可以具有平面下部部分，例如平面下部部分52B。平面侧边部分52C可以位于与上部平面元件52A和下部平面元件52B的平面垂直的平面中。平面侧边部分52D可以位于相对于平面侧边部分52C成非零角度的平面中，并且可以位于与包含上层52A和下层52B的平面不正交的平面中。虽然在图9的例子中被示为是平面的，但是如果希望的话，结构52A、52B、52C和52D可以包含曲面或弯曲。在形成导电结构52的过程中，还可以使用不同数量的表面和具有不同朝向的表面。图9的配置只是示例性的。如果希望的话，天线28可以被直接馈送。例如，可以将传输线路34 (图3)的正导体和地导体分别耦合到分布式环形天线28上的正天线馈送端和地天线馈送端。在图10中示出了用于分布式环形天线28上的天线馈送的示例性馈送端位置。如图10中所示的，可以使用包括天线上表面52A上的正天线馈送端Pl以及天线下表面52C(在图10的例子中，其不与上表面52A平行)上的地天线馈送端P2的天线馈送来对天线28进行馈送。还可以使用由正天线馈送端P2和地天线馈送端G2形成的天线馈送来对图10的分布式环形天线28进行馈送。另一可能的馈送位置与正天线馈送端P3以及地天线馈送端P4相关联。在形成用于分布式环形天线28的天线馈送的过程中，还可以使用正天线馈送端P5和相应的地天线馈送端G5。如果希望的话，在形成用于分布式环形天线28的天线馈送布置的过程中，可以使用由分立电组件和/或导电结构(例如金属结构)形成的匹配网络元件。图10的示例性天线馈送位置只是示例性的。对分布式环形天线28进行馈送的另一种方式涉及近场电磁耦合。这种类型的布置可以被称为间接馈送布置，其涉及使用第一天线结构来对第二天线结构进行间接馈送。可以使用传输线路34来对第一结构(有时称为天线馈送结构)进行直接馈送。可以使用近场电磁耦合来从天线馈送结构向第二天线结构(有时称为天线共振元件结构)传输射频信号。在信号传输期间，来自发射机电路的射频信号可以被直接馈送到馈送结构，并且被电磁地耦合到天线共振元件结构。天线共振元件结构辐射被耦合的信号。在信号接收期间，天线共振元件结构所接收到的射频信号耦合到附近的天线馈送结构，并且使用传输线路被路由到接收机电路。在一些配置中，天线馈送结构可以对天线性能做出贡献(例如，天线馈送结构可以形成在某些工作频率处的辐射/接收结构的一部分)。天线馈送结构和天线共振元件结构相对于彼此可以具有任何适当的定位。在结合图11、12和13描述的一个适当布置的情况下，天线馈送结构由被直接馈送的环形天线结构(天线结构LI)形成，并且天线共振元件结构由分布式环形天线结构(天线结构L2)形成。被直接馈送的环形天线结构LI可以包括被传输线路34直接馈送的导电材料环56。传输线路34中的正导体可以连接到正天线馈送端( + )，并且传输线路34中的地导体可以连接到地天线馈送端(_)。可以使用诸如导电结构52之类的沿着纵轴40的长度分布的导电结构来形成分布式环形天线L2。为了避免使附图过于复杂，在图11、12、和13中没有描述天线共振元件L2中的导电结构52的“分 布式”形状。在操作期间可以耦合在结构LI和L2之间的电磁场由线54表不。在图11中所示的类型的配置中，被直接馈送的天线结构LI和被间接馈送的天线结构L2位于共同的平面内。在图12中所示的类型的配置中，包含天线馈送结构LI的平面与包含天线共振元件结构L2的平面垂直。图13示出了可以用于天线28的另一示例性配置。在图13的布置中，天线馈送结构LI和天线共振元件结构L2是由位于不同的平行平面中的环形成的。被直接馈送的天线元件LI和被间接馈送的天线共振元件结构对分布式环形天线28的相对贡献取决于天线28的工作频率、结构LI和L2的相对位置以及结构LI和L2的形状。在图14中示出了与其中结构LI和L2都对天线性能做出贡献(针对至少一些工作频率)的示例性天线28相对应的曲线图。在图14中，将包括天线结构LI和天线结构L2的分布式环形天线(例如，在图12中所示的类型的布置中)的驻波比(SWR)描绘成工作频率f的函数。频率Π可以与所关注的第一频带(例如，2. 4GHz的IEEE802. 11频带(作为例子))的中心频率相对应。频率f2可以与所关注的第二频带(例如，5GHz的IEEE802. 11频带(作为例子))的中心频率相对应。覆盖多于两个频带、少于两个频带和/或其它所关注的频带的天线可以使用分布式环形配置。图14的例子只是示例性的。图14的曲线L2与来自天线共振元件L2的对天线28的贡献相对应。如图14中所示的，在频率f I以及大约等于f I两倍的频率处(即，在2f I处，其是频率f I的二次谐波)存在来自L2的性能贡献。在频率Π的二次谐波处来自天线结构L2的天线性能贡献可以接近于上频带中心频率f2。曲线LI与来自天线共振元件LI的对天线28的贡献相对应。在低频带频率fl附近的频率处可能存在相对较小的来自LI的对天线性能的贡献。然而，在f2附近的频率处，LI可以呈现共振，该共振从L2拓宽了天线28的带宽，并帮助天线28充分地覆盖f2处的上频带。示出被直接馈送的结构LI和被间接馈送的结构L2的表可以有助于包含结构LI和L2的分布式环形天线28的性能。在第一频率(例如，图14的频率fl，例如2. 4GHz)处，被直接馈送的结构LI可能不会对天线28的共振行为做出显著贡献，如由图15的表中的项“弱辐射”所指示的。然而，如项“强辐射”所指示的，在第二频率(例如，图14的频率f2，例如5GHz)处，结构LI可能对天线性能做出显著贡献。由于来自结构LI的耦合，在2. 4GHz和5GHz处，结构L2的性能可能较强，如由图15的表的右侧的行中的项所指示的。图16a是可以用于分布式环形天线28的示例性配置的透视图。分布式环形天线28具有由天线共振元件结构L2形成的第一部分以及由天线馈送结构LI形成的第二部分。馈送结构LI可以是在正天线馈送端(+ )和地天线馈送端(_)处被传输线路34直接馈送的环形天线结构。天线共振元件结构L2可以是具有沿着纵轴40的尺寸ZD的分布式环形天线结构(即，天线共振元件结构L2的环形导体可以轴向分布)。如结合图13所描述的，天线馈送结构LI的导电环形结构56可以位于纵向偏移的平面中，该平面与包含结构L2的环的平面平行。如果需要，天线28的结构可以被配置成使得结构LI和L2的环共面。例如，如图16b所示的，被间接馈送的分布式环形天线28可以具有彼此平行地被安装在公共平面内的馈送环形结构LI和分布 式环形天线结构L2。在图16b所示的类型的配置中，馈送环LI可以嵌套在分布式环形天线结构L2内。导电结构52和56可以由金属、包含金属的导电材料或其它导电物质形成。可以使用诸如支撑结构58之类的一个或多个支撑结构来支撑分布式环形天线28中的天线结构LI和L2的导电结构52和56。支撑结构58可以由诸如塑料之类的电介质形成。例如，导电结构52可以是塑料载体上形成的金属迹线，或者连接到支撑结构58的柔性电路基板或其它基板上形成的金属迹线(作为例子)。在图17a中所示的分布式环形天线28的示例性配置中，支撑结构58具有平行的左表面和右表面LS和RL，并且具有相对于上表面TS倾斜的下表面BS。使用由正天线馈送端(+ )和地天线馈送端(_)形成的天线馈送，可以通过传输线路34来对被直接馈送的天线馈送结构LI进行直接馈送。在操作期间，结构LI中的电流可以在结构LI内循环，如环60所指示的。被间接馈送的天线共振元件结构L2是由结构LI间接馈送的，天线共振元件结构L2可以由环绕在天线28的纵轴40周围的导电结构52形成。可以使用插入结构L2的环中的间隙50或者其它适当结构或组件来在结构(L2)的环内产生电容(作为例子)。如图17a中所示的，天线结构LI和L2中的一些导电结构可以彼此电耦合。例如，表面LS、RS和BS (有时称为地平面结构)上的一些金属结构可以延伸到结构LI的多个部分和结构L2的多个部分中。
在图17a的例子中，由端(+ )和(_)形成的用于结构LI的馈送与结构L2邻近。根据本发明实施例，在图17b中所示的分布式环形天线28的示例性配置中，用于馈送环形结构的馈送并不是与分布式环形天线结构紧紧邻近的。这些只是结构LI的示例性馈送位置。如果希望的话，可以使用任何适当的馈送布置。结构LI和L2之间的耦合受到电磁近场耦合以及受到通过共享导电结构的电耦合两者的影响。当由一个环产生的电磁场(例如图11、12和13中的场54)穿过另一个环时，出现电磁耦合。当在共享导体(例如共享地平面结构的一部分)中产生电流时，出现电耦合。作为例子，考虑在方向64上在环LI的一部分68中进行流动的电流。该电流可以电磁地感应出结构62中的在方向66上的电流。因为结构62电连接到结构52(因为结构62是结构
52的纵向延伸)，所以感应电流66的流动倾向于产生结构52中的电流。因而，天线28中的部分62的存在可以增强天线结构LI和L2之间的耦合。在图18中示出了可以用于天线28的另一示例性间接馈送布置。导电结构52可以沿着分布式环形天线共振元件结构L2中的纵轴40进行分布。在图18的例子中，导电带
70可以具有与导电结构52的一部分52’重叠的部分，例如部分70。部分70’可以是金属带的一部分，其中由空气、塑料或其它电介质将该部分与结构52’的金属分隔开。通过近场电磁耦合，部分70’上的射频信号和部分52’上的射频信号可以彼此耦合。在图19中示出了天线结构28在图18的方向72上被观看的俯视图。如图19中所示的，传输线路34可以具有由金属带70形成的正导体以及由金属带74形成的地结构。金属带74和金属带70可以由电介质层(例如，在印刷电路基板或其它适当基板中)间隔开，并且可以形成微带传输线路(作为例子)。带70的延伸70’可以突出到分布式环形天线共振元件L2中的结构52的下方，以产生允许近场耦合的布置。
如果希望的话，可以向间隙50提供弯曲的路径形状，如图20中所示的。使用弯曲的路径可以增加间隙的总长度，从而增加与间隙相关联的电容。例如，如果使用图20中所示的类型的弯曲路径形状或其它适当的弯曲路径形状使间隙的总长度加倍(而没有改变间隙宽度(GW))，那么可以使电容加倍而无需增加尺寸ZD。间隙宽度GW的减小也可以用于获得间隙电容的希望增加。图21示出了如何使用电组件76来配置间隙电容。间隙50可以具有由其形状(例如，是弯曲的还是笔直的)和大小(例如，间隙宽度GW)引起的内置电容。除了由间隙50的布局引起的电容以外，插入由结构52形成的环中的电容还可能受到对间隙50进行桥接的电组件76的电容的影响。电组件76可以是呈现电容的电容器或组件。电组件76可以是例如使用焊料连接到导电结构52的导电材料的表面安装技术(SMT)组件。电组件76可以包括集成电路，诸如电容器、电阻器、电感器等之类的被封装到公共SMT封装中的一个或多个组件，射频滤波器组件或其它适当的电路组件。如果希望的话，可以使用可调谐组件来实现与分布式环形天线28相关联的组件，例如电组件76或其它组件中的一个或多个。可以使用设备10中的控制电路实时地控制可调谐组件(例如，以产生希望的电容量)。这允许设备10调谐分布式环形天线28的频率响应。当希望覆盖所关注的额外频带时(例如，当从一种无线通信模式切换到另一种时，当设备10被移入使用不同的一组无线通信频带的新的地理区域中时，等)，设备10例如可以对天线28进行调谐。
图22示出了分布式环形天线28可以如何具有可调谐组件，例如可调谐电容器76(例如，变容器)。可以使用SMT组件(例如，SMT变容器)来实现可调谐电容器76，其中SMT组件被路径80上的来自控制电路78的控制信号控制。控制电路78可以包括一个或多个处理器，例如微处理器、微控制器、基带处理器集成电路中的控制器、作为数字信号处理器一部分的控制器、作为专用集成电路一部分的控制电路或者其它适当的存储和处理电路。设备10中的控制电路可以调节可调谐电容器76以调节分布式环形天线28的频率响应。天线28中的馈送天线结构56还可以包含由来自控制电路78的控制信号(如图22中的控制信号路径82所示的)调谐的可调谐组件。图23的图示出了天线28可以如何具有可调谐组件76，其中可调谐组件76与间隙50所形成的电容平行地包含在分布式环形天线结构52中(作为例子)。可调谐组件76可以包括可调谐电容器、可调谐电阻器、可调谐电感器、可调谐滤波器、可调谐集成电路、可调谐滤波器、通过调节开关来调谐的电路、通过调节多个可调谐组件来调谐的电路或者其它调谐电路。可调谐组件76可以包含在分布式环形天线28中的天线馈送结构LI和/或天线共振元件结构L2中，并且可以用于调谐射频结构之间的阻抗匹配。电子设备10可以包含一·个分布式环形天线28，阵列(其具有一个或多个其它类型的天线)形式的两个或更多个分布式环形天线28或者一个或多个分布式环形天线28，或者其它适当的天线。可以相对于设备10中的其它天线来定位分布式环形天线28的导电天线结构，使得天线28与设备10中的其它天线之间的隔离最大化(S卩，使得天线28与设备10中的一个或多个额外天线之间的耦合最小化)。图24是示例性环形天线共振元件L2的示意图，示出了可以如何相对于X_Y_Z坐标系来定位环形天线共振元件。图25的曲线图示出了图24的环形天线共振元件L2的示例性辐射图(曲线82)。曲线82与一般的远场辐射图相对应，并且还指示近场性能。曲线82上的点作为角定位的函数而与天线性能相关联，并且因而可以用于确定与附近天线的天线耦合被最小化的位置。作为例子，环形天线在方向84上具有由点86给出的辐射强度，而天线共振元件结构L2在方向90上呈现最小值(零)。通过对设备10中的额外天线进行设置使得它们沿着环形天线共振元件结构L2的零(纵)轴Ζ，可以使得额外天线与环形天线共振元件结构28之间的耦合最小化。图26是示例性分布式环形天线的透视图，示出了可以如何相对于图24和25中所示类型的X-Y-Z坐标系来定位环形天线共振元件L2。如图26中所示的，可以沿着“Ζ”轴来定位分布式环形天线共振元件L2的纵轴40 (即，Z轴可以用作分布式环形天线的纵轴)。图26的分布式环形天线28的纵向Z轴表示零位置，其中可以沿着该零位置来设置额外的天线以最小化天线对天线的耦合。在图26的配置中，天线馈送结构LI是由位于与包含天线共振元件L2的“环”的平面垂直的平面内的环形成的。如果希望的话，可以使用其它类型的馈送配置(例如，对共振元件L2进行直接馈送的布置、将元件LI定位在相对于元件L2的不同角度处的布置，等)。图26的馈送配置只是示例性的。图27是设备10的外壳12的一部分的俯视图，在外壳12中已经安装了两个天线。在图27的例子中，第一天线ANT I被示为具有倒-F的天线共振元件RE，但是通常可以使用任何适当类型的天线结构来形成。第二天线ANT 2被示为由具有环形天线共振元件L2和天线馈送结构LI的分布式环形天线(天线28)形成。图28是设备(设备10)中的外壳12的一部分的俯视图，在外壳12中，两个天线(ANT I和ANT 2)都是使用分布式环形天线设计实现的。图27的配置中的天线ANTl的环形天线元件L2以及图28的配置中的天线ANTl和ANT2的环形天线元件L2可以被定位成使得它们的纵轴(沿着轴Z)指向阵列中的其它天线。用这种方式，图27的ANTl沿着天线ANT2的零轴。在图28中，ANTl沿着天线ANT2的零轴，并且天线ANT2沿着天线ANTl的零轴。诸如这些配置之类的配置可以帮助最小化天线之间的近场电磁耦合。沿着外壳12的边缘部分26中的公共轴(例如，图27和28中的公共纵轴40)安装的天线也具经历通过公共地平面电流而耦合的可能性。公共地平面结构(例如外壳12的导电部分或者其它导电结构)可以形成公共地路径，例如图27和28中的地路径41。当阵列中的天线共享用作天线地平面结构或其它地平面结构的导电外壳结构时，阵列中的第一天线可以感应出具有耦合到阵列中的第二天线中的可能性的电流(例如，公共地路径41中的电流)。由于存在图27和28的例子中的公共地路径41，因而存在以下可能性感应的地电流导致天线ANTl和ANT2之间的射频信号耦合。如图27和28中所示的，地路径41与共享轴40和尺寸Z (即，沿着其设置阵列中的每个天线的轴)平行地延伸。每个分布式环形天线中的环形电流倾向于在与共享轴和尺寸Z垂直的X-Y平面内循环。因为环形天线共振元件中的电流并不倾向于平行公共地路径41流动，所以阵列中的经由共享地电流的天线对天线耦合易于被最小化。在设备10中的天线阵列中使用一个分布式环形天线(例如，图27的天线阵列的天线ANT2)或者两个或更多个分布式环形天线(例如，图28的天线阵列中的天线ANTl和ANT2)因而可以帮助降低公共地平面耦合，并且因而可以帮助每个天线相对独立地操作。例如，天线ANTl和ANT2可以用在多天线设置中，例如IE EE802. 11 (η)设置中，以接收独立的无线数据流。在这种类型的多天线布置中，增强天线ANTl和ΑΝΤ2之间的隔离可以改善总数据吞吐量。根据一个实施例，提供了一种环形天线，其包括由导电材料片形成的环形天线共振元件，所述导电材料片环绕一轴以形成导电环。根据另一个实施例，所述环形天线还包括第一和第二天线馈送端，其耦合到所述环形天线共振元件使得所述环形天线共振元件被配置成被直接馈送。根据另一个实施例，所述环形天线还包括天线馈送结构，其被直接馈送并且被配置成对所述环形天线共振元件进行直接馈送。根据另一个实施例，所述天线馈送结构包括环形形状的结构。根据另一个实施例，所述环形天线还包括电介质载体，在所述电介质载体上形成所述导电材料片。根据另一个实施例，所述环形天线还包括所述电介质载体上的天线馈送结构。根据另一个实施例，所述天线馈送结构被直接馈送，并且被配置成对所述环形天线共振元件进行直接馈送。根据另一个实施例，所述天线馈送结构包括环形形状的结构。根据另一个实施例，所述轴包括与所述环形天线共振元件相关联的纵轴，并且所述环形形状的结构包括位于与所述纵轴垂直的平面中的导电材料环。根据另一个实施例，所述导电材料片形成具有间隙的环。根据另一个实施例，所述环形天线还包括对所述间隙进行桥接的电容器。根据另一个实施例，所述环形天线还包括对所述间隙进行桥接的可调谐电组件。根据另一个实施例，所述间隙被配置成在所述导电材料片上形成弯曲路径。根据一个实施例，提供了一种电子设备，其包括外壳以及安装在所述外壳中的至少第一天线和第二天线，其中，至少所述第一天线包括具有纵轴的环形天线，其中所述环形天线包括围绕所述纵轴延伸的导电材料片，并且其中，所述第二天线沿着所述纵轴布置。根据另一个实施例，沿着所述纵轴延伸的间隙跨越所述导电材料片。根据另一个实施例，所述第一天线包括天线馈送结构，所述天线馈送结构被传输线路直接馈送，所述导电材料片被配置成形成所述第一天线的环形天线共振元件，并且所述天线馈送结构被配置成对所述环形天线共振元件进行间接馈送。根据另一个实施例，所述第二天线包括被间接馈送的环形天线。根据另一个实施例，所述外壳包括至少部分地限定所述电子设备中的内部区域的导电结构，在所述内部区域中安装所述第一天线，其中，所述间隙沿着所述电子设备的外表面布置。根据一个实施例，提供了一种天线，其包括电介质载体；具有纵轴的环形天线共振元件，其中所述环形天线共振元件包括导电材料片，所述导电材料片包围所述电介质载体并围绕所述纵轴进行延伸；以及天线馈送结构，其中，所述环形天线共振元件被所述天线馈送结构直接馈送。根据另一个实施例，所述天线馈送结构包括所述电介质载体上的导电材料环，所述导电材料环形成环形天线馈送结构。根据另一个实施例，所述天线还包括所述电介质载体上的至少一些金属，所述金属在所述环形天线馈送结构与形成所述环形天线共振元件的所述导电材料片之间被短路。根据另一个实施例，所述环形天线共振元件被配置成在第一频带和第二频带中共振，并且所述天线馈送结构被配置成在所述第二频带中共振。根据另一个实施例，所述第一频带包括2. 4GHz的频带，并且所述第二频带包括5GHz的频带。以上只是解释本发明的原理，并且在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以进行各种修改。本申请要求于2011年8月23日提交 的美国专利申请No. 13/216，073的优先权，该美国专利申请通过引用被全部合并于此。
权利要求
1.一种环形天线，包括 环形天线共振元件，其由导电材料片形成，所述导电材料片环绕一轴以形成导电环。
2.如权利要求1所述的环形天线，还包括第一天线馈送端和第二天线馈送端，所述第一天线馈送端和所述第二天线馈送端耦合到所述环形天线共振元件，使得所述环形天线共振元件被配置成被直接馈送。
3.如权利要求1所述的环形天线，还包括 天线馈送结构，其被直接馈送并且被配置成对所述环形天线共振元件进行间接馈送。
4.如权利要求3所述的环形天线，其中，所述天线馈送结构包括环形形状的结构。
5.如权利要求1所述的环形天线，还包括 电介质载体，在所述电介质载体上形成所述导电材料片。
6.如权利要求5所述的环形天线，还包括所述电介质载体上的天线馈送结构。
7.如权利要求6所述的环形天线，其中，所述天线馈送结构被直接馈送，并且被配置成对所述环形天线共振元件进行间接馈送。
8.如权利要求7所述的环形天线，其中，所述天线馈送结构包括环形形状的结构。
9.如权利要求8所述的环形天线，其中，所述轴包括与所述环形天线共振元件相关联的纵轴，并且其中，所述环形形状的结构包括位于与所述纵轴垂直的平面中的导电材料环。
10.如权利要求1所述的环形天线，其中，所述导电材料片形成具有间隙的环。
11.如权利要求10所述的环形天线，还包括对所述间隙进行桥接的电容器。
12.如权利要求10所述的环形天线，还包括对所述间隙进行桥接的可调谐电组件。
13.如权利要求10所述的环形天线，其中，所述间隙被配置成在所述导电材料片上形成弯曲路径。
14.一种电子设备,包括 外壳；以及 安装在所述外壳中的至少第一天线和第二天线，其中，至少所述第一天线包括具有纵轴的环形天线，其中，所述环形天线包括围绕所述纵轴延伸的导电材料片，并且其中，所述第二天线沿着所述纵轴设置。
15.如权利要求14所述的电子设备，其中，沿着所述纵轴延伸的间隙跨越所述导电材料片。
16.如权利要求15所述的电子设备，其中，所述第一天线包括天线馈送结构，其中，所述天线馈送结构被传输线路直接馈送，其中，所述导电材料片被配置成形成所述第一天线的环形天线共振元件，并且其中，所述天线馈送结构被配置成对所述环形天线共振元件进行间接馈送。
17.如权利要求16所述的电子设备，其中，所述第二天线包括被间接馈送的环形天线。
18.如权利要求15所述的电子设备，其中，所述外壳包括至少部分地限定所述电子设备中的内部区域的导电结构，所述第一天线安装在所述内部区域中，其中，所述间隙沿着所述电子设备的外表面设置。
19.一种天线，包括 电介质载体； 具有纵轴的环形天线共振元件，其中，所述环形天线共振元件包括导电材料片，所述导电材料片包围所述电介质载体并且围绕所述纵轴延伸；以及 天线馈送结构，其中，所述环形天线共振元件被所述天线馈送结构间接馈送。
20.如权利要求19所述的天线，其中，所述天线馈送结构包括所述电介质载体上的导电材料环，所述导电材料环形成环形天线馈送结构。
21.如权利要求20所述的天线，还包括所述电介质载体上的至少一些金属，所述金属在所述环形天线馈送结构与形成所述环形天线共振元件的所述导电材料片之间被短路。
22.如权利要求21所述的天线，其中，所述环形天线共振元件被配置成在第一频带和第二频带中共振，并且所述天线馈送结构被配置成在所述第二频带中共振。
23.如权利要求22所述的天线，其中，所述第一频带包括2.4GHz的频带，并且其中，所述第二频带包括5GHz的频带。
全文摘要
本发明公开了分布式环形天线。向电子设备提供天线结构，例如分布式环形天线共振元件结构。分布式环形天线可以形成在细长的电介质载体上，并且可以具有纵轴。分布式环形天线可以包括由围绕纵轴延伸的导电材料片形成的环形天线共振元件。可以在导电材料片中形成间隙。可以对环形天线共振元件进行直接馈送或间接馈送。在间接馈送布置中，用于对环形天线共振元件进行间接馈送的天线馈送结构可以由细长电介质载体上的被直接馈送的环形天线结构形成。
文档编号H01Q1/38GK103050781SQ201210293470
公开日2013年4月17日 申请日期2012年8月17日 优先权日2011年8月23日
发明者朱江, J·古特曼, M·帕斯科林尼, J·纳斯, R·W·施卢巴 申请人:苹果公司