电子设备及其构成方法与流程

本发明涉及计算机技术领域，更具体地，本发明涉及一种电子设备及其构成方法。

背景技术：

近年来，诸如笔记本计算机、平板电脑(PAD)、移动电话、多媒体播放器、个人数字助理(PDA)之类的电子设备越发普及。目前，市面上销售的电子设备的外壳主要采用三种材质制成：普通复合材料、碳纤维材料和诸如铝镁合金之类的金属材质。由于金属材质所带来的轻薄便携和时尚高端质感是其它两种材质所无法比拟的，所以设计和生产全金属外壳的电子设备是很多厂商一直以来追求的目标。

然而，在现有技术中全金属外壳的电子设备难以实现，其主要原因在于：全金属外壳抑制了电磁能量的辐射，使得用于无线通信的天线无法穿透金属屏蔽体来辐射电磁波。针对这个问题，提出了多种解决方案。

在一种解决方案中，通过外置天线(即，将天线置于电子设备之外)的方式来实现全金属外壳，但是该外置天线极大地影响了电子设备的便捷性、耐用性、整体性及美观性。

在另一种解决方案中，金属外壳电子设备采用两件式结构，即在金属外壳上割开一块电磁净空区域以放置天线，使得对于天线区域以外的部分外壳采用金属材料，而对于覆盖天线的外壳区域则采用塑料材料，但是在这样的方案中，无法得到完整的金属外壳，因而不但极大地影响了工业设计(ID)和产品型态，而且使得产品成本增加，降低了结构强度。

在又一种解决方案中，构想了使用转轴作为馈线的全金属外壳天线，但是该方案依托于电子设备两部分外壳之间的转轴设计，这就需要与电子设备的外形结构紧密配合，因而设计复杂度高；并且由于转轴尺寸较大，所以一般不适用于低剖面轻薄机型的设计。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：外壳单元，用于包围所述电子设备，所述外壳单元包括第一表面和第二表面，所述第一表面的至少一部分为金属材质；电路板单元，设置在所述外壳单元内；显示单元，设置在所述外壳单元的第二表面上；以及天线单元，包括：馈电端，设置在所述外壳单元内，并且连接到所述电路板单元；和辐射体，用于发送和接收电磁波信号，其中，作为金属材质的所述第一表面的至少一部分构成所述辐射体。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备的构成方法，其特征在于，所述方法包括：将外壳单元设置为包围所述电子设备，所述外壳单元包括第一表面和第二表面；使用金属材质来构成所述第一表面的至少一部分；将电路板单元设置在所述外壳单元内；将显示单元设置在所述外壳单元的第二表面上；将天线单元中的馈电端设置在所述外壳单元内；以及使用作为金属材质的所述第一表面的至少一部分来构成天线单元中的用于发送和接收电磁波信号的辐射体。

与现有技术相比，采用根据本发明的电子设备及其构成方法，使用金属材料来构成电子设备的外壳表面的至少一部分，并且使用作为金属材质的外壳表面部分来构成天线单元的辐射体，以发送和接收电磁波信号。因此，本发明可以构成使用完整的金属外壳、或者局部的金属外壳作为天线单元的辐射体的电子设备，使得该电子设备通过该金属外壳向空中发送和从空中接收电磁波信号，从而节省了由于单独配置天线单元的辐射体而在电子设备中占用的物理空间，改善了电子设备的产品外观，并且增加了其结构强度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1图示了根据本发明的电子设备。

图2图示了根据本发明的电子设备。

图3图示了根据本发明的电子设备的构成方法。

图4图示了根据本发明实施例的电子设备的结构示意图。

图5图示了根据本发明实施例的天线单元的整体示意图。

图6图示了根据本发明实施例的天线单元的局部示意图。

图7图示了现有技术中的天线单元的带宽与根据本发明实施例的天线单元的带宽的比较示意图。

图8图示了根据本发明实施例的平板电脑的俯视图。

图9图示了根据本发明实施例的天线单元的辐射方向图。

图10图示了根据本发明另一实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

将参照附图详细描述根据本发明的各个实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。

在下文中，将参考图1到图3来描述根据本发明的电子设备及其构成方法。

图1和图2图示了根据本发明的电子设备100。

如图1和图2所图示的，根据本发明的电子设备100包括：

外壳单元110，用于包围所述电子设备100，所述外壳单元110包括第一表面111和第二表面112，所述第一表面111的至少一部分为金属材质；

电路板单元(未示出)，设置在所述外壳单元110内；

显示单元120，设置在所述外壳单元110的第二表面112上；以及

天线单元，包括：

馈电端，设置在所述外壳单元110内，并且连接到所述电路板单元；和

辐射体，用于发送和接收电磁波信号，

其中，作为金属材质的所述第一表面111的至少一部分构成所述辐射体。

图3图示了根据本发明的电子设备的构成方法。

如图3所图示的，根据本发明的电子设备的构成方法用于构成如图1所图示的电子设备100。并且，所述方法包括：

在步骤S310中，将外壳单元110设置为包围所述电子设备100，所述外壳单元100包括第一表面111和第二表面112；

在步骤S320中，使用金属材质来构成所述第一表面111的至少一部分；

在步骤S330中，将电路板单元设置在所述外壳单元110内；

在步骤S340中，将显示单元120设置在所述外壳单元的第二表面112上；

在步骤S350中，将天线单元中的馈电端设置在所述外壳单元110内；以及

在步骤S360中，使用作为金属材质的所述第一表面111的至少一部分来构成天线单元中的用于发送和接收电磁波信号的辐射体。

由此可见，采用根据本发明的电子设备及其构成方法，使用金属材料来构成电子设备的外壳表面的至少一部分，并且使用作为金属材质的外壳表面部分来构成天线单元的辐射体，以发送和接收电磁波信号。因此，本发明可以构成使用完整的金属外壳、或者局部的金属外壳作为天线单元的辐射体的电子设备，使得该电子设备通过该金属外壳向空中发送和从空中接收电磁波信号，从而节省了由于单独配置天线单元的辐射体而在电子设备中占用的物理空间，改善了电子设备的产品外观，并且增加了其结构强度。

在下文中，将参考图4来描述根据本发明实施例的电子设备及其构成方法。在本发明的实施例中，将平板电脑作为电子设备的示例来进行说明，该平板电脑至少可以通过天线单元向空中发送和从空中接收电磁波信号。

需要说明的是，尽管此处通过将根据本发明的电子设备及其构成方法应用于平板电脑来说明本发明，但是，本领域技术人员能够理解的是，本发明不限于此，而是还可以应用于其他的电子设备，例如，笔记本计算机、桌面型计算机、移动电话、多媒体播放器个人数字助理等。

图4图示了根据本发明实施例的电子设备的结构示意图。

如图4所图示的，根据本发明实施例的电子设备例如是平板电脑400，该平板电脑400包括外壳单元110、电路板单元130、显示单元120和天线单元。

该外壳单元110包围在平板电脑400的外部，是平板电脑400的外层保护部件。该外壳单元110包括第一表面111和与第一表面111相对的第二表面112。该第一表面111的至少一部分为金属材质，而该第二表面112可以通过任何材质构成，例如玻璃、塑料、金属等。

在一个示例中，在该第一表面111中至少与天线单元中的馈电端相邻的部分为金属材质，例如铜、铁、铝等，而该第一表面111的其余部分为非金属材质，例如塑料、玻璃等。显然，除了与天线单元中的馈电端相邻的部分为金属材质之外，在该第一表面111中的其余一个或多个部分也可以由金属材料构成。

在另一示例中，优选地，该第一表面111的整个部分都是由金属材料构成的，使得平板电脑400可以保留完整的金属外壳，从而突显它的金属质感，并且提升了外观效果。下面，以第一表面111的整个部分都是金属材质为例来进行后续说明。

在该第一表面111与第二表面112之间设置有电路板单元130。优选地，在电路板单元与所述外壳单元之间具有一间隙，以保证天线净空，使得天线单元能够向外辐射电磁波。该电路板单元130包括无线通信模块131、中央处理器132和显示处理模块133。

在一个示例中，该无线通信模块131可以是移动通信模块，用于在无线广域网(WWAN)中通过各种移动通信标准来与基站交换移动通信信号。该移动通信标准包括第二代(2G)移动通信标准，例如全球移动通信系统(GSM)技术；第三代(3G)移动通信标准，例如宽带码分多址(WCDMA)技术、码分多址2000(CDMA2000)技术和时分同步的码分多址(TDS-CDMA)技术；第四代(4G)移动通信标准，例如长期演进(LTE)技术和时分长期演进(TD-LTE)技术；以及其他任何移动通信标准。

在另一示例中，该无线通信模块131可以是无线数据通信模块，用于在无线局域网(WLAN)中通过各种无线数据通信标准来与热点(例如，无线路由器)交换无线数据通信信号。该无线数据通信标准例如可以是本领域技术人员所熟知的无线高保真(Wi-Fi)技术。

中央处理器132与该无线通信模块131连接，用于从无线通信模块131接收对端设备经由天线单元向平板电脑400发送的各种无线通信信号，对它们进行处理，并且根据需要来通过显示处理模块133向显示单元120发送各种显示信号，以向用户显示各种用户界面，通过声音处理模块(未示出)等向用户播放各种声音，或者通过诸如振动器等提醒模块向用户输出各种提醒信号。此外，该中央处理器132还可以接收用户利用平板电脑400的诸如键盘、触摸屏、麦克风、或摄像头之类的各种输入装置(未示出)所输入的文本、语音或视频信息，对该信息进行处理，并且通过该无线通信模块131发送到天线单元，以向基站、热点等对端设备发送。

例如，此时，该无线通信模块131可以包括基带部件和变频部件(未示出)。该基带部件用于接收和处理由中央处理器132生成的处于基带中的各种通信信号，并且将该通信信号传送到变频部件。该变频部件可以将所接收到的基带通信信号上变频为射频信号，并且将该射频信号发送到天线单元，以便将它转换为电磁波信号并且发送到对端设备。

同理，当平板电脑400中的天线单元从对端设备接收到电磁波信号时，该天线单元将该电磁波信号转换为射频信号，并且将该射频信号发送到该变频部件。该变频部件将该射频信号下变频为基带通信信号，并且将它发送到基带部件。该基带部件对该基带通信信号进行处理，并且发送到中央处理器以进行后续操作。

显示单元120与该显示处理模块133连接，用于接收由中央处理器生成的各种显示信号，并用户进行显示。该显示单元120设置在该外壳单元110的第二表面112上，并且包括显示面板121，该显示面板121可以由任意类型的显示面板(例如，薄膜晶体管(TFT)、拼接专用液晶屏(SLCD)、有机发光二极管(OLED))制成。

天线单元包括馈电端140和辐射体。该馈电端140设置在该外壳单元110内部，并且连接到该电路板单元130中的无线通信模块131。该辐射体是金属材质的整个第一表面111。

该馈电端140从无线通信模块131接收射频通信信号，将该射频通信信号转换为电磁波信号，并且通过电磁耦合的方式将该电磁波信号输送到外壳单元110的第一表面111，以在固定工作频点处将该电磁波信号辐射出去。

同理，该第一表面111接收对端设备辐射出的电磁波信号，通过电磁耦合的方式将该电磁波信号输送到馈电端140，该馈电端140将该电磁波信号转换为射频信号，并且发送到无线通信模块131，以进行后续处理。

下面，将参考图5和图6来描述根据本发明实施例的天线单元。

图5图示了根据本发明实施例的天线单元的整体示意图。

如上所述，根据本发明实施例的天线单元包括馈电端140和辐射体111。

如图5所图示的，该馈电端140包括金属臂141和匹配单元(未示出)。

该金属臂141具有相互垂直的第一部分1411和第二部分1412，第一部分1411的长度大于第二部分1412的长度，并且第一部分1411与作为辐射体的外壳单元110的第一表面111平行并形成容性耦合。这样，容性耦合的馈入减少了人体对于天线性能的影响。

在一个示例中，如图5所图示的，金属臂141的第一部分1411和第二部分1412可以形成倒立的L型。换言之，该第一部分1411与该第二部分1412相互垂直，并且该第二部分1412处于第一部分1411的长度方向中的任一端。

在另一示例中，该金属臂141的第一部分1411和第二部分1412还可以形成T型或近似T型。换言之，该第一部分1411与该第二部分1412相互垂直，并且该第二部分1412处于第一部分1411的长度的中心位置(即，T型)，或者处于除了中心位置之外的其他位置(即，近似T型)。

通过上述配置，该金属臂141与平板电脑400的第一表面111形成电感电容(LC)振荡电路。该金属臂141的第二部分1412相当于该LC振荡电路中的电感元件，而该金属臂141的第一部分1411与第一表面111的组合相当于该LC振荡电路中的电容元件，并且在它们两者之间形成容性耦合。因而，通过诸如L型、T型或近似T型的金属臂141与平板电脑400的金属外壳之间的电磁耦合，将来自电路板单元130中的无线通信模块131的能量激励并输送到金属外壳，以便在固定工作频点将能量以电磁波的形式辐射出去。

此外，可以将该金属臂141设置为位于接近于外壳单元110的边缘处，例如，位于外壳单元110的金属材质的第一表面111附近，以确保天线电流在外壳单元110的边缘处最大，从而减小金属外壳导体的损耗。

另外，在金属臂141的第二部分1412的末端上形成有一馈电点1413，该馈电点1413连接到电路板单元130中的无线通信模块131，以作为信号输入点而接收无线通信模块131中变频部件所转换的射频信号，或者作为信号输出点而向该变频部件发送来自天线单元的射频信号。通过改变该馈电点1413与电路板单元130上的一接地点之间的距离可以控制天线单元所发射的电磁波信号的波长，这将在稍后参考图6进行描述。

优选地，还可以在该馈电点1413处增加寄生电容，以进一步减少人体所释放的电磁波对于天线单元的干扰。

该匹配单元包括用于改变天线的匹配特性的相应的匹配器件。由于该金属臂141与平板电脑400的第一表面111形成LC振荡电路，所以当该LC振荡电路中的容性分量较大时，可以增加感性器件，而当该LC振荡电路中的感性分量较大时，可以增加容性器件，以便将该LC振荡电路的阻抗始终匹配在大约50欧姆左右。这样，由匹配器件组成的相应匹配电路与所述金属臂形成宽频谐振特性，从而展宽了天线单元的带宽，并且提高了天线单元的工作效率。

图6图示了根据本发明实施例的天线单元的局部示意图。

该外壳单元110具有一接地点1111，该接地点1111可以位于外壳单元110的第一表面111内部。如图6所图示的。例如该接地点1111可以布置于与第一表面111垂直的并且向电路板单元130的方向进行延伸的一金属臂或金属丝上；本领域技术人员很容易理解的时，如果外壳单元的两个侧面是非导电材料组成的时候，所述设置接地点的金属臂或金属丝可以被直接设置在所述侧面的内壁上。

同时，电路板单元130具有接地金属层，该接地金属层可以是印刷电路板(PCB)上的覆铜，并且外壳单元110上的金属部分(例如，第一表面111的全部)通过接地点1111而连接到电路板单元130的接地金属层。

优选地，该电路板单元130上具有完整的地，即该接地金属层是印刷电路板上的大面积的铜体，从而确保金属材质的第一表面111通过接地点1111而与电路板单元上的地充分接触，以实现金属外壳与电路板单元130的充分接地。

该金属臂141上的馈电点1413的信号线连接到无线通信模块131的信号线，而该馈电点1413的接地线就近地连接到电路板单元130的该接地金属层上。其中，使得馈电点1413尽可能地解决无线通信模块131，以减少连接而这的金属线，从而减少该信号衰减。

此外，在设计天线单元时，可以对天线单元所辐射或者接收的电磁波的工作频段进行设置。例如，通过改变馈电点1413与接地点1111之间的距离来控制所述电磁波信号的波长，寻找恰当的匹配短路点，使整个全金属外壳谐振在工作频段。

例如，根据二分之一波长的谐振特性，可以将馈电点1413与接地点1111之间的距离设置为要辐射的电磁波信号波长的二分之一，以实现较为稳定的传输特性。替换地，可以将馈电点1413与接地点1111之间的距离设置为要辐射的电磁波信号波长的四分之一，以保证最大的传输强度。

利用将馈电点1413与接地点1111之间的距离来产生不同的匹配短路点，本发明的天线单元还可以实现多频段或宽频设计。

图7图示了现有技术中的天线单元的带宽与根据本发明实施例的天线单元的带宽的比较示意图。

在图7中，通过虚线表示是现有技术中的天线单元的带宽-回波损耗(S11)曲线，而通过实现表示的是根据本发明实施例的天线单元的带宽-回波损耗(S11)曲线。

如图7所图示的，在相同的回波损耗的情况下，换言之，在天线单元的相同工作效率的情况下，现有技术中采用传统的连接式馈电方式(例如，金属片天线、印刷电路板(PCB)天线、或柔性印刷电路板(FPC)天线)的天线单元的带宽f3-f2远小于根据本发明实施例的天线单元的带宽f4-f1。因而可见，与传统的连接式馈电方式(又称为接触式馈电方式)相比，本发明的耦合馈电利用例如弯折的L型电臂与金属壳形成容性耦合，抵消了电臂自身感性成分，并与相应匹配电路形成宽频谐振特性，有效地展宽了天线单元的传输带宽。

在实践中，为了使得天线的带宽能够达到移动通信或无线数据通信的标准，对于移动通信(例如，2G、3G等)，将金属臂141的第二部分1412的长度设置为至少为9毫米，而对于无线数据通信(例如，Wi-Fi)，将金属臂141的第二部分1412的长度设置为至少为6毫米。

下面，将参考图8和图9来描述应用了根据本发明实施例的天线单元的平板电脑400。

图8图示了根据本发明实施例的平板电脑的俯视图。

可以在平板电脑400中设置一个或多个根据本发明实施例的天线单元。

在一个示例中，可以在平板电脑400的最左侧设置一个馈电端，例如，一个L型金属臂141(如图8的左侧所图示的)。如上所述，优选地将该L型金属臂141设置为位于接近于外壳单元110的金属材质的第一表面111附近并且尽可能地贴近该第一表面111，以确保天线电流在外壳单元110的边缘处最大，从而减少信号衰减。对应地，在该第一表面111上在该L型金属臂141的上侧或者下侧设置接地点(又称短路点)1111，从而通过改变L型金属臂141上的馈电点1413与第一表面111上的接地点1111之间的距离来产生不同的匹配短路点，从而控制天线辐射的电磁波的波长。

优选地，将L型金属臂141设置在平板电脑400的最左侧，使得可以保证在该平板电脑400的左侧、上侧(即，在图8中向纸面内部延伸的方向)和下侧(即，在图8中向纸面外部延伸的方向)该天线单元的辐射强度最大。

图9图示了根据本发明实施例的天线单元的辐射方向图。

如图9所图示的，该天线单元在该平板电脑400的左侧的辐射强度最大，在该平板电脑400的上侧和下侧的辐射强度次之，而在该平板电脑400的右侧的辐射强度最小。

替换地，在另一示例中，也可以在平板电脑400的最左侧和最右侧分别设置一个L型金属臂141(如图8的左侧和右侧所图示的)。例如，可以通过改变馈电点1413与接地点1111之间的距离来将一个L型金属臂141的频段调整为900/1800MHz，以用于支持移动通信，从而通过诸如3G网络来进行拨打电话或发送短信息之类的操作。同时，可以通过改变馈电点1413与接地点1111之间的距离来将另一个L型金属臂141的频段调整为2.5/5GHz，以用于支持无线数据通信，从而WLAN来进行浏览网页、观看视频之类的操作。

显然，在又一个示例中，还可以在平板电脑400的其他位置设置其他的L型金属臂141，以完成对于更多频段的天线单元的支持。

尽管在上文中通过将根据本发明的电子设备及其构成方法应用于平板电脑来说明本发明，但是，本领域技术人员能够理解的是，本发明不限于此。

图10图示了根据本发明另一实施例的电子设备的结构示意图。

如图10所图示的，根据本发明实施例的电子设备例如是笔记本计算机1000，该笔记本计算机1000包括屏幕部分1010和基座部分1020。可以将如上所述的根据本发明实施例的天线单元实现在屏幕部分1010和基座部分1020中的一者或两者中。

在一个示例中，可以将根据本发明实施例的天线单元实现在屏幕部分1010中。例如，此时，将笔记本计算机1000的屏幕部分1010中镶嵌有显示屏幕的一面选取为第二表面112，而将屏幕部分1010中与镶嵌有显示屏幕的一面相反的一面选取为第一表面111，并且采用金属材质形成，将根据本发明实施例的一个或多个天线单元设置在屏幕部分1010中，以实现一个或多个频段的设计。

在另一示例中，还可以将根据本发明实施例的天线单元实现在基座部分1020中。例如，此时，将笔记本计算机1000的基座部分1020中镶嵌有键盘的一面选取为第二表面112，而将基座部分1020中与镶嵌有键盘的一面相反的一面选取为第一表面111，并且采用金属材质形成，将根据本发明实施例的一个或多个天线单元设置在基座部分1010中，以实现一个或多个频段的设计。

此时，如图10所图示的，笔记本计算机1000的基座部分1020的外壳单元还包括第一侧面1021和第二侧面1022，第一侧面1021和第二侧面1022例如分别是基座部分的左侧面和右侧面，其上形成有各种连接端口(例如，通用串行总线(USB)接口、耳机接口、麦克风接口等)，它们采用非金属材质形成。优选地，可以将天线单元的馈电端141设置在第一侧面1021和/或第二侧面1022附近，以便增加天线的辐射强度。

由此可见，采用根据本发明实施例的电子设备及其构成方法，使用金属材料来构成电子设备的外壳表面的部分或全部，并且使用该金属外壳来构成天线单元的辐射体，以发送和接收电磁波信号。因此，与传统的连接式馈电方式相比，本发明的耦合馈电利用例如弯折的L型或T型电臂与金属壳形成容性耦合，抵消了电臂自身感性成分，并与相应匹配电路形成宽频谐振特性，有效地展宽了天线单元的传输带宽。并且，本发明去除了传统电子设备中的专门的天线单元辐射体的结构，节省了相应成本。此外，本发明在摆脱了传统金属外壳中的天线单元对于转轴设计的依赖的情况下，保留了完整的金属外壳，确保了各种电子设备的外观效果，为生产厂商提供了新型的金属外壳解决方案，从而使得实现轻薄机型电子设备成为可能。

在上面详细描述了本发明的各个实施例。然而，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行各种修改，组合或子组合，并且这样的修改应落入本发明的范围内。