电子设备壳体上使用设计元件的可重构天线的系统和方法_3

文档序号:9830050阅读:来源:国知局
天线620。例如,可以将包括在天线620中的每个天线元 件606与影响天线620的谐振频率的特定带宽相关联。每个天线元件606所表示的精确带宽 可取决于各种因素而变化,包括例如天线元件606的形状和/或尺寸。根据某些实施例,较大 尺寸天线元件608可以对应于较大频移效果,并且较小尺寸天线元件612可以对应于较小频 移效果。作为示例,添加每个大的天线元件608可表示50MHz频移,并且每个小的天线元件 612可表示频率方面的20MHz移动。小天线元件612可用来对天线微调,例如,在谐振频率方 面的改变小于50MHz的情况下。例如,1900MHz天线可通过添加小天线元件612而被调谐到 1880MHz,并通过添加另一小天线元件612而被调谐到1860MHz等等。作为另一示例,向 1900MHz天线添加一个大的天线元件608将天线调谐到1850MHz。(如相对于图4A-4C所解释 的,用来高效地形成天线的天线元件606的数目与该天线的谐振频率逆相关。)
[0044]理想地,如果使得所有天线元件606较小,则将得到被更精细微调的天线。然而,这 将急剧地增加天线的处理负荷,因为将需要较大数目的元件606来覆盖背壳体602的表面。 一个优选解决方案包括实现尺寸与处理效率之间的平衡。例如,在图4A、4B和4C中,所有天 线元件606可以是两毫米宽和两毫米高的统一尺寸。作为另一示例,在图6中,大天线元件 608也可以是两毫米宽和两毫米高,但是为了改善天线调谐能力,小天线元件612可以是一 毫米宽和一毫米高。
[0045] 为了进一步使处理负荷最小化,在某些实施例中,天线元件606可包括放置在有利 位置上的有限数目的小天线元件612。例如,可将小元件612放置在背壳体602的特定区域 中,其对应于预期形成天线处和/或关联电子设备600内的较大天线体积的位置。例如,在图 6中,将小天线元件612邻近于背壳体602的外周界638放置,并且大天线元件608占据背壳体 602的中央大部分。作为另一示例,在图IA和IB中,最大尺寸元件108跨背壳体602的中心放 置,并且中等尺寸元件110和最小尺寸元件112在背壳体102的上边缘130和下边缘132附近 放置。
[0046] 在某些实施例中,背壳体602可被设计成仅容纳预定义天线配置。例如,作为遍及 背壳体602的范围放置开关616的替代,可将开关616与已经例如基于优选谐振频率和/或天 线结构类型针对天线形成而预先选择的特定天线元件606放置在一起。作为另一示例,为了 促进最佳天线放置,可将开关616放置在对应于电子设备内的较大天线体积的区域中(例 如,在背壳体602的底部和顶部部分附近)。开关的选择性放置可以降低天线模块的复杂性 和设备的总成本。
[0047] 图7描绘了用于提供本文公开的开关天线技术的示例天线开关电路701的横截面 示意图。可将天线开关电路701(在本文中称为天线开关模块)包括在电子设备700中。应认 识到的是如所述的电子设备700仅仅是示例,并且可以包括硬件和/或软件部件的各种组 合。根据某些实施例,电子设备700可以是移动计算设备,诸如例如智能电话或任何其它类 型的移动通信设备、平板电脑、电子阅读器、便携式游戏设备、便携式媒体播放器、个人数字 助理、膝上型计算机、台式计算机或包括一个或多个无线通信部件的任何其它移动或电子 设备。在图7中,电子设备700是与电子设备100、200、300、400、500或600中的一个类似的移 动设备。
[0048]如所示,天线开关电路701被耦合到电子设备700的背壳体702的内表面703。在实 施例中,背壳体702可表示背壳体102、202、302、402、502或602中的一个或其一部分。背壳体 702在背壳体702的外表面707(与内表面703相反)上包括多个天线元件706。在实施例中,天 线元件706可表示美观元件106、206、306、406、506或606中的任何一个。天线元件706可由诸 如金属之类的导电材料构成。背壳体702还可包括由诸如塑料之类的不导电材料构成的不 导电外壳726。天线元件706可被至少部分地嵌入不导电外壳726中。例如,如所示,天线元件 706可从背壳体702的外表面707突出或在其之上提高。在这方面,天线元件706可在背壳体 702上形成三维结构。
[0049]在实施例中,可将天线元件706在背壳体702上布置成行和/或列。图7的横截面图 可表示天线元件706的任何行或列,其中每个行或列包括n+1天线元件706或元件0、元件1、 元件2、...、元件η。如图7中所示,可通过一个或多个电接点727将每个天线元件706电親合 到天线开关电路701。可将电接点727至少部分地嵌入到天线元件706与背壳体702的内表面 703之间的不导电外壳726中。
[0050]在实施例中,天线匹配电路701可以包括分别地经由电接点727耦合到所述多个天 线元件706中的至少一个的多个开关716。通过将适当的开关716激活,天线开关电路701可 以将天线元件706中的两个或更多选择性地连接到天线馈电线723,从而由耦合天线元件 706形成用于发射和/或接收无线通信信号。开关716可包括可在移动通信设备中使用的任 何类型的开关技术,包括例如场效应晶体管(FET)开关,诸如砷化镓(GaAs)和CMOS;机械开 关,诸如超小型继电器和微机电(MEMS) ;PIN二极管;以及变抗器。在一个实施例中,开关716 包括具有两个可选择级(例如ON和OFF)的PIN二极管开关。在另一实施例中,开关716包括 MEMS开关。通过将天线元件706中的两个或更多耦合在一起形成的可重构天线可以是任何 适当类型的天线,包括例如单极天线、双臂单极天线、倒L形天线、双倒L形天线、倒F形天线 或这些天线结构的混合体。在某些实施例中,天线可以是基本上平面类型的天线,诸如例如 平面倒F形天线。
[0051]如图7中所示,根据实施例,在天线元件706的每个行或列中,元件I.. .η中的每一 个经由电接点727中的相应的一个被耦合到η个开关716或开关Dl、D2、D3、"_、Dn中的相应的 一个。每个行或列中的元件〇通过电接点727中的一个被电耦合到接地平面721(例如,经由 GND线)并通过电接点727中的另一个耦合到天线馈电线723(例如,经由FEED线)。在实施例 中,与天线元件706的每个行或列相关联的返回电流可经由GND线经过元件0至接地平面 721。在某些实施例中,接地平面721也可充当用于电子设备700中的其它电路的接地平面。 例如,在所示实施例中,接地平面721是电子设备700的印刷电路板(PCB) 741的一部分,如下 面更详细地讨论的。可将天线馈电线723耦合到电子设备700的信号源(未示出)。该信号源 可以是用于经由由天线元件706形成的一个或多个天线来接收和/或发射语音和/或数据信 号的发射机、接收机或收发机(诸如例如,图9中的蜂窝式收发机963)。可以将其它电子部件 (未示出)耦合在天线元件706与天线开关电路701之间,该天线开关电路701包括例如RLC电 路、RF前端架构、阻抗匹配网络电路等。
[0052]开关Dl.....Dn中的每一个可以将相应元件1.....η选择性地耦合到天线馈电线 723以形成天线或天线的一部分,其中,天线包括来自一个或多个行或列(例如,如图5和6中 所示)的天线元件706。如所示,元件1.....η被连续地耦合到开关Dl.....Dn。因此,为了形 成包括例如元件1至η的天线,可将开关Dl.....Dn中的每一个激活(例如,接通)以便将元件 η和接连地在元件η之前的每个元件连接到天线馈电线723。作为另一示例,为了通过将元件 1和2连接到天线馈电线723来形成天线,可将开关D2和Dl激活,使得开关D2将元件2耦合到 元件1,并且开关Dl将元件1親合到元件0,该元件0被连接到天线馈电线723。
[0053]天线开关电路701还包括偏置模块725,其被配置成向所述多个开关716中的一个 或多个选择性地施加偏压以便将开关716激活或接通。在实施例中,可经由包括在天线开关 电路701中的多个偏置柱729(在本文中也称为电柱)将偏置模块725耦合到开关716。在实施 例中,偏置模块725包括被配置成通过偏置柱729向每个开关716提供偏压的电压源731(在 本文中也称为驱动电路)。在某些实施例中,偏置模块725还包括多个偏置电阻器733,其被 配置成调节向每个开关716施加的电压。可将偏置柱729中的每一个耦合到偏置电阻器733 中的相应的一个。
[0054]此外,在实施例中,天线开关电路701包括多个射频扼流圈(RFC)735,其被配置成 阻止由天线元件706接收和/或发射的无线通信信号进入偏置模块725和/或偏置柱729。可 将每个射频扼流圈735耦合在相应开关716与相应偏置柱729之间以帮助阻止天线元件706 耦合到偏置柱729。如图7中所示,在天线元件706的每个行或列中,开关Dl.....Dn中的每一 个可被耦合到射频扼流圈735或扼流圈RFCl、RFC2.....RFCn中的相应的一个,并且可将扼 流圈RFCl.....RFCn中的每一个耦合到偏置柱1、2.....η中的相应的一个。在实施例中,可 以将每个射频扼流圈735配置成具有在预定义频率下提供高阻抗的自谐振频率。该预定义 频率可由天线开关电路701的各种特性确定,包括例如经由开关716耦合到扼流圈735的天 线元件706的谐振频率。
[0055]在实施例中,可以将天线开关电路701进一步配置成通过将偏置柱729以垂直对准 方式放置在天线元件706与接地平面721之间来减少由耦合天线元件形成的天线的失调。具 体地,偏置柱729的垂直放置可以帮助限制天线元件706与偏置柱729之间的耦合。在某些此 类实施例中,天线开关电路701可包括第一电路板737,其在电路板737的第一表面739上容 纳开关716和射频扼流圈735。第一电路板737和印刷电路板741(在本文中也称为第二电路 板)可以是相互平行地定位的平面板,使得包括接地平面721的电路板741的第一表面743平 行于第一电路板737的第一表面739且在其下。如图7中所示,可以将每个偏置柱729的一端 耦合到第一电路板737的第一表面739,同时可以将偏置柱729的相对端耦合到第二电路板 741的接地平面721。在其它实施例中,天线开关模块可包括单个电路板,其被配置成承载开 关716、扼流圈735、偏置模块725以及偏置柱729(例如,如图8中所示)。
[0056]在某些实施例中,偏置柱729可以是用于使得能够实现两个电路板737和741之间 的垂直对准连接的弹簧针(pogo pin)。此外,在某些实施例中,接地平面721可在偏置柱729 与接地平面721之间的每
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