用于手持电子设备的天线的制作方法

专利名称：用于手持电子设备的天线的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及无线通信电路，更确切地说涉及用于手持电子 设备的无线通信电路。
背景技术：
手持电子设备变得日益流行。手持设备的实例包括手持计算机、 蜂窝电话、媒体播放器、以及包括此类型多个设备的功能的混合式设 备。
部分地由于它们的移动特性，手持电子设备通常拥有无线通信性 能。手持电子设备可以使用远程无线通信与无线基站进行通信。例如 蜂窝电话可以使用在850MHz、 900MHz、 1800 MHz、以及1900 MHz 的蜂窝电话频带(例如主全球移动通信系统或者GSM蜂窝电话频带) 来通信。手持电子设备还可以使用短程无线通信链路。例如，手持电 子设备可以使用在2.4 GHz的WiFi (IEEE 802.11)频带以及在2.4 GHz 的Bluetootl^频带来通信。
为了满足小封装(small form factor)无线设备的消费需求，制造 商不断地力求减少用于这些设备中的组件的尺寸。例如，制造商已经 企图使得用于手持电子设备中的天线微型化。
一般的天线可以通过将金属层在电路板基底上制作布线图的方式 来制造，或者可以由一张薄金属使用烫印箔处理而形成。许多设备使 用平面反转F天线(PIFA)。平面反转F天线是通过将平面谐振元件定 位于接地面以上形成的。这些技术可用于生产适合在小型手持设备的 紧密界限内部的天线。
虽然现代手持电子设备经常需要若干不同通信频带之上的功能， 但是很难设计出其在宽频范围具有良好性能水平上令人满意地工作的 小型天线。例如，当常规平面反转F天线的垂直尺寸构造得太小以求 使天线尺寸减到最少时，天线的带宽和增益反向受到影响。
因此，能提供改善天线和无线手持电子设备是合乎需要的。

实用新型内容
根据本发明的一种实施方式，提供了一种具有无线通信电路的手 持电子设备。所述手持电子设备可以具有蜂窝电话、音乐播放器或者 手持计算机功能。所述无线通信电路可以具有至少一个天线。
手持电子设备可以具有限定矩形外壳的侧向尺寸。天线可以具有 接地面元件和平面谐振元件。所述天线的接地面元件可以是矩形的并 且可以具有与手持电子设备的接地面元件匹配的侧向尺寸。矩形槽可 以在接地面元件的一端中形成。所述谐振元件可以直接位于所述槽的 上方。因为所述槽减少了在所述谐振元件和接地面之间的电磁近场耦 合，所以接地面上方的天线的高度可以减少而不必不利地影响天线性 能，从而允许手持电子设备的厚度减到最小。
所述天线可以混合模式操作，其中所述天线显示出开槽天线(slot antenna)和平面反转F天线的特性。可以通过使用天线馈送配置来获 得所述天线的平面反转F天线特性，在该配置中，天线接地终端连接 到接地面并且天线信号终端经由馈送导体或者其它适合的馈送通路连 接到谐振元件。可以使用具有连接到所述槽附近的接地面的接地终端 和连接到所述槽附近的接地面的信号终端的天线馈送配置获得所述天 线的开槽天线特性。用来驱动所述天线以便它显示平面反转F天线特 性的接地终端不必与用来驱动所述天线以便它显示开槽天线特性的接 地终端相同。
利用一个馈送配置，分离的同轴电缆或者其它适合的传输线路用 来传送信号至所述天线的开槽天线部分和平面反转F天线部分。在这 类配置中，第一传输线路具有分别连接到接地面和谐振元件的接地导 体和信号导体。第一传输线路与所述天线的平面反转F天线工作特性 相关联。第二传输线路具有在不同于第一传输线路的接地导体连接位 置的位置处连接到接地面的接地导体。第二传输线路还具有连接到接 地面的信号导体。第二传输线路与所述天线的开槽天线工作特性相关 联。
利用另一馈送配置，单个同轴电缆或者其它适合的传输线路用来 同时地传送信号至所述天线的开槽天线部分和平面反转F天线部分。 在这类配置中，第一传输线路具有分别连接到接地面和谐振元件的接
地导体和信号导体。导电通路在不同于接地导体连接到所述接地面的 位置的位置处将信号导体连接至接地面。
根据附图及其后优选实施方式的详细说明，本发明此外的特征、 其特性和不同的优点更加显而易见。


图1是根据本发明一种实施方式的具有天线的示意性手持电子设 备的透视；
图2是根据本发明一种实施方式的具有天线的示意性手持电子设 备的示意图3是根据本发明一种实施方式的具有天线的示意性手持电子设 备的截面侧视图4是根据本发明一种实施方式的示意性平面反转F天线的透视
图5是根据本发明一种实施方式的示意性平面反转F天线(PIFA) 的截面侧视图6是用于如图4和5所示的类型的天线的示意性天线性能曲线 图，其中驻波比(SWR)值作为工作频率的函数绘出；
图7是根据本发明一种实施方式的示意性平面反转F天线的透视 图，其中已经除去了在天线的谐振元件下面的天线的接地面的一部分；
图8是根据本发明一种实施方式的示意性开槽天线的顶视图9是用于如图8所示的类型的天线的示意性天线性能曲线图， 其中驻波比(SWR)值作为工作频率的函数绘出；
图10是根据本发明一种实施方式的示意性平面反转F天线的透视 图，其中在天线谐振元件下面的天线接地面的一部分被去除，并且其 中天线作为正通过两个同轴电缆馈送来示出；
图11是用于如图IO所示的类型的天线的示意性天线性能曲线图， 其中驻波比(SWR)值作为工作频率的函数绘出；
图12是根据本发明一种实施方式的兼备PIFA和开槽天线特征的 示意性天线的透视图13、14和15是根据本发明一种实施方式的用于混合PIFA-开槽
天线的示意性多臂PIFA (multi-armPIFA)谐振元件部分的俯视图。
具体实施方式

本发明一般地涉及无线通信，更确切地说涉及无线电子设备和用 于无线电子设备的天线。
所述天线可能是显示宽带宽和大增益的小封装天线。
所述无线电子设备可以是便携式电子设备，诸如膝上型计算机或 者有时称作超轻便式的所述类型的小型便携式计算机。便携式电子设 备还可以是稍小的设备。更小的便携式电子设备的实例包括腕表设备、 垂挂设备、头戴式耳机和耳机设备，以及其他可佩带的微型设备。
利用一个适当的配置，所述便携式电子设备是手持电子设备。空 间在手持电子设备中非常宝贵，所以在这种设备中高性能小型天线尤 其有益。尽管根据需要，任何适当的电子设备都可以使用本发明的高 性能的小型天线，不过，手持设备的使用由此在这里只作为例子作一 般性地描述。
所述手持设备可以是例如，蜂窝电话、具有无线通信性能的媒体 播放器、手持计算机(有时还称作个人数字助理)、远程控制器、全球 定位系统(GPS)设备，以及手持游戏设备。所述手持设备还可以是结 合多个常规设备的功能的混合式设备。混合手持设备的实例包括包含 媒体播放器功能的蜂窝电话、包含无线通信性能的游戏设备、包含游 戏以及电子邮件功能的蜂窝电话、以及接收电子邮件、支持移动电话 呼叫、以及支持网页浏览的手持设备。这些仅仅是说明性的例子。
根据本发明一种实施方式的示意性手持电子设备如图1所示。设 备10可以是任何适当的便携式或者手持电子设备。
设备10包括外壳12，并且包括至少一个用于处理无线通信的天 线。外壳12，其有时称作机壳，可以是由任何适当的材料，包括塑料、 玻璃、陶瓷、金属或者其它适当的原料，或者这些材料的组合来形成。 在一些情况下，机壳12可以是由电介质或者其它低导电性材料形成， 以便位于邻近机壳12的导电天线单元的操作不受到干扰。在其它情况 中，机壳12可以是由金属元件形成的。在机壳12由金属元件形成的 情形中， 一个或多个金属元件可以用作设备10中天线的一部分。例如，机壳12的后面可以縮短至设备10中的内部接地面，以为设备10创建 有效地更大的接地面元件。
手持电子设备10可以具有诸如显示屏16的输入输出设备，诸如
按钮23的按钮，诸如按钮19的用户输入控制设备18，以及诸如端口 20和输入/输出插孔21的输入输出组件。显示屏16可以是例如液晶显 示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、等离子体显示器、 或者使用一个或多个不同的显示技术的多个显示器。如图1中实施例 所示，诸如显示屏16的显示屏可以安装在手持电子设备10的正面22 上。根据需要，诸如显示器16的显示器可以安装在手持电子设备10 的背面上、在设备10的侧面上、在通过铰链(例如)或者使用任何其 它适当的安装配置附着于设备10的主体部分的设备10的上翻(flip-up) 部分上。
手持设备10的用户可以使用用户输入接口 18来提供输入命令。 用户输入接口 18可以包括按钮(例如，字母数字键、通电-断电、通电、 断电、及其他专门按钮等等)、触摸板、指示棍(pointing stick)或者 其它光标控制设备、触摸屏(例如，作为屏幕16的一部分而实现的触 摸屏)，或者用于控制设备10的任何其它适当的接口。尽管用户输入 接口 18是作为在图1实施例中手持电子设备10的顶面22上形成而示 出的，但是其一般地可以在手持电子设备10的任何适当的部分上形成。 例如，诸如按钮23的按钮(其可以称作输入接口 18的一部分)或者 其它用户界面控制可以在手持电子设备10的侧面上形成。按钮及其他 用户界面控制还可以位于设备10的顶面、背面或者其它部分上。根据 需要，设备10可以被远程地控制(例如，使用红外远程控制、诸如蓝 牙远程控制的射频远程控制等等)。
手持设备10可以具有诸如总线连接器20和插孔21的端口，其允 许设备10与外部组件接口。 一般的端口包括对设备10内的电池充电 或者从直流(DC)电源来操作设备10的电源插孔，与诸如个人计算 机或者外围设备的外部组件交换数据的数据端口，驱动耳机、监视器 或者其它外部音视频设备的音视频插孔，等等。可以使用输入接口 18 来控制手持电子设备10的一些或者全部这些设备的功能和内部电路。
诸如显示器16和用户输入接口 18的组件可以覆盖在设备10的正面22上的大多数可用表面区域(如图1的实施例所示)，或者可以仅
仅占领正面22的一小部份。因为诸如显示器16的电子组件经常包含
大量金属(例如，作为无线电频率屏蔽)，所以一般地将考虑到与设备
10中的天线单元相关的这些组件的位置。为设备的天线单元和电子组 件合适地选择位置将允许手持电子设备10的天线适当地工作而不会被 所述电子组件干扰。利用一个适当的配置，设备10的天线位于设备10 的下端，邻近端口 20。天线位于外壳12和设备10的下部中的优点是， 当设备10保持在头部时(例如，当把通话传入如具有蜂窝电话的手持 设备中的麦克风以及收听该手持设备的扬声器时)，天线将远离用户的 头部放置。这减少了在用户附近发射的射频辐射的量，以及将邻近影 响最小化。
示意性手持电子设备的实施方式的示意图如图2所示。手持设备 IO可以是移动电话、具有媒体播放器性能的移动电话、手持计算机、 远程控制、游戏播放器、全球定位系统(GPS)设备、这些设备的组合 或者任何其它适当的便携式电子设备。
如图2所示，手持设备10可以包括存储器34。存储器34可以包 括一个或多个不同类型的存储器，诸如硬盘驱动存储器、非易失性存 储器(例如，闪存或者其它电可编程只读存储器)、易失性存储器(例 如，基于电池的静电或者动态随机存取存储器)等等。
处理电路36可以用来控制设备10的操作。处理电路36可以是以 诸如微处理器的处理器及其他适当的集成电路为基础的。利用一个适 当的配置，处理电路36以及存储器34用来运行在设备10上的软件， 诸如因特网浏览应用软件、基于因特网协议的语音传输(VOIP)的电 话呼叫应用软件、电子邮件应用软件、媒体重放应用软件、操作系统 功能等等。处理电路36和存储器34可以用于实现适当的通信协议。 可以使用处理电路36和存储器34来实现的通信协议包括因特网协议、 无线局域网协议(例如，IEEE 802.11协议，有时称作 1 1@，用于其 它短程无线通信链接的协议，诸如Bluetootl^协议等等)。
输入输出设备38可以用来允许数据提供给设备10,以及允许数据 被从设备10提供至外部设备。图1的显示器屏幕16和用户输入接口 18是输入输出设备38的实例。
输入输出设备38可以包括用户输入输出设备40，诸如按钮、触摸 屏、操纵杆、点击轮、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、摄影
机等等。用户可以通过经由用户输入设备40提供命令来控制设备10 的操作。显示器以及音频设备42可以包括液晶显示(LCD)屏幕、发 光二极管(LED)，以及给出可视信息以及状态数据的其它组件。显示 器以及音频设备42还可以包括诸如扬声器的声频装置及其他用于产生 声音的设备。显示器以及音频设备42可以包含诸如插孔的音视频接口 装置及其他用于外部耳机以及监视器的连接器。
无线通信设备44可以包括诸如由一个或多个集成电路形成的射频 (RF)收发机电路、功率放大器电路、无源射频组件、 一个或多个天 线，及其他用于处理射频无线信号的电路的通信电路。无线信号还可 以使用光(例如，使用红外通信)发送。
设备10可以与诸如附件46以及计算装置48的外部设备通信，如 通路50所示。通路50可以包括有线以及无线通路。附件46可以包括 耳机(例如，无线蜂窝耳机(wireless cellular headset)或者音频耳机) 以及音视频装置(例如，无线扬声器、游戏控制器或者接收且播放音 频与视频内容的其他装置。
计算装置48可以是任何适合的计算机。利用一个适合的配置，计 算设备48是具有相关无线接入点(路由器)或者建立与设备10的无 线连接的内部或外部无线卡的计算机。计算机可以是服务器(例如， 内部服务器)、具备或不具备因特网访问的局域网计算机、用户拥有的 个人电脑、对等设备(例如，另一手持电子设备10)或者任何其它适 合的计算装置。
设备10的天线和无线通信设备可以支持任何适合的无线通信频带 上的通信。例如，无线通信设备44可能用来覆盖诸如在850MHz、 900 MHz、 1800 MHz和1900 MHz的蜂窝电话频带的通信频率频带，诸如 在2170 MHz频带(通常称作UMTS或者通用移动远程通信系统)的 3G数据通信频带、在2.4 GHz和5.0 GHz的WiFi (IEEE 802.11)频 带、在2.4 GHz的Bluetooth⑧频带和在1550 MHz的全球定位系统(GPS) 频带的数据业务频带。这些仅仅是在其上可以操作设备44的示意性通 信频带。预期未来可以配置另外的本地和远距离通信频带作为新的无
线服务可用的频带。无线设备44可以被配置以在任何适合的频带或者 多个频带上操作，以覆盖任何现有或者新的关心的服务。根据需要， 可以在无线设备44中提供多天线和/或宽带天线以允许覆盖更多频带。
示意性手持电子设备的横截面视图如图3所示。在图3所示实例 中，设备10具有由导电部分12-1和塑料部分12-2形成的外壳。导电 部分12-1可以是任何适合的导体。利用一个适合的配置，机壳部分12-1 由标记的304不锈钢组成。不锈钢具有高导电性并且可以被抛光到高 度光泽以便它具有美观的外表。根据需要，其它金属能被使用于机壳 部分12-1，诸如铝、镁、这些金属的合金及其他金属等等。
外壳部分12-2可以由电介质形成。外壳部分12-2使用电介质的 优点是，这允许设备10的天线54的谐振元件部分54-1操作时没有来 自外壳12的金属侧壁的干扰。利用一个适当的配置，外壳部分12-2 是由基于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(有时称作ABS塑料)的塑料 形成的塑料盖。这些仅仅是用于设备10的示意性外壳材料。例如，设 备10的外壳可以基本上由塑料或者其它电介质、基本上由金属或者其 它导体、或者由任何其它适合的材料或者材料的组合来形成。
诸如组件52的组件可以安装在设备10中的一个或多个电路板上。 一般的组件包括集成电路、LCD屏以及用户输入接口按钮。设备10 一般还包括电池，其可以沿着外壳12的背面安装(举例来说)。
设备10中的电路板可以由任何适当的材料形成。利用一个适当的 配置，设备10具备多层印刷电路板。所述层的至少之一具有形成接地 面54-2的导体的较大连续的平面地区。在一般的情形中，接地面54-2 是矩形，其符合外壳12与设备10的大致的矩形形状，并且与外壳12 的矩形侧向尺寸相匹配。根据需要，接地面54-2可以被电连接至导电 外壳部份12-1。用于多层印刷电路板的适合的电路板材料包括浸渍 phonolic树脂的纸、用玻璃纤维强化的树脂(诸如浸渍环氧树脂(有时 称为FR-4)的玻璃纤维毡)、塑料、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、 以及陶瓷。根据诸如FR-4的材料制造的电路板通常是可用的，没有 成本限制，而且可以利用多层(例如，四层)金属来制造。所谓的挠 性电路是诸如聚酰亚胺的挠性电路板材料，也可以用于设备10中。
接地面元件54-2以及天线谐振元件54-1形成用于设备10的天线 54。根据需要，可以为设备10提供除天线54之外的其它天线。根据 需要，这种附加天线可以被配置以提供所关心的重叠频带的附加增益
(即，天线54操作的频带)或者可以用来提供所关心的不同频带中的 覆盖(即，在天线54的范围外的频带)。
任何适合的导电材料都可以用来形成天线54中的接地面元件54-2 以及谐振元件54-1。用于天线54的适合的导电材料的实例包括金属， 诸如铜、黄铜、银以及黄金。根据需要，也可以使用除金属以外的导 体。天线54中的导电元件一般是薄的(例如，大约0.2毫米)。
组件52包括收发机电路(例如，参见图2的设备44)。可以以一 个或多个集成电路以及相关的离散元件(例如，滤波元件)的形式提 供收发机电路。收发机电路可以包括一个或多个发射器集成电路、一 个或多个接收器集成电路、开关电路、放大器等等。在典型情况中， 收发机电路包含一个或两个收发机，每个收发机具有相关的同轴电缆 或者其它的传输线路，用于天线54的射频信号在所述传输线路上传送。 在图3的实例中，这些传输线路是由虚线56描绘的。
如图3所示，所述传输线路56可以用来将从发射器集成电路52 或者其它的收发机电路通过天线发送的射频信号分配给天线54。通路 56也用于传送已经由天线54接收的射频信号至组件52。接收器集成 电路或者其它的收发机电路可以用来处理在一个或多个传输线路56上 已经从天线54传送的输入的射频信号。
天线54可以以任何适合的形状形成。利用一个适合的配置，天线 54至少部分地基于平面转化F天线(PIFA)结构。在图4中示出了一 种可以被用于天线54的示例性PIFA结构。如图4所示，PIFA结构54 具有接地面部分54-2以及平面谐振元件部份54-l。天线使用正信号以 及接地信号被馈送。对其提供正信号的天线部分有时被称为天线的正 极终端或者馈送终端。此终端有时也被称为信号终端或者中心导体终 端。对其提供接地信号的天线部分可以被称为天线的地、天线的接地 终端、天线的接地面等等。在图4的天线54中，馈送导体58用于从 信号终端60传递正天线信号进入天线谐振元件54-1中。接地终端62 被短接至接地面54-2，其形成所述天线的地。
天线54的尺寸一般符合由设备10的外壳12允许的最大尺寸。天
线接地面54-2在形状上可以是矩形的，在横向尺寸68中具有宽度W 以及在横向尺寸66中具有长度L。在尺寸66中的天线长度54影响其 工作频率。尺寸68和66有时被称为水平尺寸。谐振元件54-l—般地 从接地面54-2沿着垂直尺寸64被间隔几个毫米。天线54在尺寸64 中的大小有时被称为天线54的高度H。
天线54的截面视图在图5中示出。如图5所示，射频信号可以馈 送到天线54 (当发送时)，并且可以使用信号终端60和接地终端62 从天线54接收(当接收时)。在典型的配置中，同轴导体或者其它的 传输线路具有电连接至点60的其中心导体以及电连接至点62的其接 地导体。
在图6中示出了图4和5的天线54的期待性能的曲线图。期待的 驻波比(SWR)值作为频率的函数而绘制。如所示，在频率f,处存在 减少的SWR值，表示在以频率f，为中心的频带中天线执行良好。天线 54也在诸如频率2 &的谐波频率处进行操作。天线54的尺寸可以选择， 以便频率fj和2 &与所关心的通信频带对准。频率f,(和谐波频率2 f》 与在尺寸66中天线54的长度L有关(L近似等于频率&处的波长的 四分之一)。
图4和5在尺寸64中的天线54的高度H是由在谐振元件54-1和 接地面54-2之间的近场耦合的量所限制的。对于指定天线带宽和增益， 不可能减少高度H而没有对性能不利的影响。所有的其它变量等同， 减少高度H将引起带宽并减少天线54的增益。
如图7所示，通过在天线谐振元件部分54-1下的区域中引入电介 质区70，天线54的最小垂直尺度可以减少而仍然满足最少的带宽和增 益限制。电介质区70可以充满空气、塑料、或者任何其它的适当的电 介质，并且表示接地面54-2的切去或者移除部分。可以由接地面54-2 中的一个或多个孔形成移除的或者空的区域70。这些孔可以是正方形、 圆形、椭圆形、多边形等等并且可以延伸通过在接地面54-2附近的邻 近导电结构。利用一个适当配置，在图7中示出，移除区域70是矩形 的并且形成槽。所述槽可以是任何适当的尺寸。例如，所述槽可以稍 小于谐振元件54-1的最外面矩形轮廓。典型的谐振元件侧向尺寸是0.5 厘米至IO厘米的量级。
槽70的存在减少了在谐振元件54-1和接地面54-2之间的近场电
磁耦合，并且在满足给定一组带宽和增益限制的同时，允许在垂直尺
度64中的高度H比可能的更小。比如，高度H可以在1-5毫米范围内， 可以在2-5毫米范围内，可以在2-4毫米范围内，可以在l-3毫米范围 内，可以在l-4毫米范围内，可以在l-10毫米范围内，可以比10毫米 低，可以比4毫米低，可以比3毫米低，可以比2毫米低，或者可以 在接地面元件54-2以上垂直位移的任何其它适合的范围中。
根据需要，包含槽70的天线54的部分可以用来形成开槽天线。 在天线54中的开槽天线结构可以同时作为PIFA结构使用。当操作天 线54时可以改善天线性能，以便获得其PIFA工作特性和其开槽天线 工作特性两个方面。
图8中示出了开槽天线72的俯视图。图8的天线72在页面中的 尺寸一般很薄(即，天线72在其平面平放在页面中时是平坦的)。槽 70在天线72的中心形成。同轴电缆56或者其它的传输线路通路可以 用来馈送天线72。在图8的实例中，天线72被馈送以便同轴电缆56 的中心导体82连接至信号终端80(g卩，天线72的正极或者馈送终端)， 并且同轴电缆56的外编织，其形成电缆56的接地导体，被连接至接 地终端78。
当使用图8的配置馈送天线72时，天线的性能由图9的曲线图给 出。如图9所示，天线72在以中心频率f;为中心的频带中操作。中心 频率&由槽70的尺寸确定。槽70具有内部周长P，其等于尺寸X的 两倍加尺寸Y的两倍(即，P = 2X + 2Y)。在中心频率&，周长P等于 一个波长。为阻抗匹配选择终端80和78的位置。根据需要，假如终 端84和86之间的距离被选定以适当地调整天线72的阻抗，诸如终端 84和86的终端，其绕槽70的拐角之一延伸，则可以用来馈送天线72。 例如，在图8的示例性的配置中，终端84和86被显示分别地配置为 开槽天线接地终端和开槽天线信号终端。根据需要，终端84能被用作 接地终端，以及终端86能被用作信号终端。槽70—般地被空气充填， 但是通常也可以用任何适合的电介质充满。
在图IO中示出了一种示例性的配置，其中使用两个同轴电缆(或 者其它的传输线路)馈送天线54。当天线54被如图10所示馈送时，天线54的PIFA以及开槽天线部分是有效的。因此，图10的天线54 在混合PIFA/开槽模式中操作。同轴电缆56-l以及56-2分别具有内导 体82-l以及82-2。同轴电缆56-l以及56-2也各自具有导电的外编织 接地导体。同轴电缆56-1的外编织导体在接地终端88电短接至接地面 54-2。电缆56-2的接地部分在接地终端92短接至接地面54-2。在信号 终端90和94分别进行来自同轴电缆56-1和56-2的信号连接。
利用图10的配置，使用了两组分离的天线终端。同轴电缆56-1 使用接地终端88和信号终端90馈送天线54-1的PIFA部分，并且同 轴电缆56-2使用接地终端92和信号终端94馈送天线54的开槽天线部 分。因此，各组天线终端作为用于天线的分离馈送来工作。信号终端 90和接地终端88充当用于天线54的PIFA部分的天线馈送点，而信 号终端94和接地终端92充当用于天线54的开槽部分的天线馈送点。 这两个分离的天线馈送允许天线54同时地使用它的PIFA和它的开槽 特性两者来运行。根据需要，馈送的取向可以变化。例如，同轴电缆 56-2可以使用点94作为接地终端和点92作为信号终端，或者使用位 于沿着槽70的圆周的其它点的接地和信号终端连接到槽70。
各个同轴电缆或者其它的传输线路可以在各个收发机电路(有时 也称为无线电)终止，或者同轴电缆56-1和56-2 (或者其它的传输线 路)可以连接到开关电路，其接下来连接至一个或多个无线电。当天 线54在混合PIFA/开槽天线模式中操作时，天线54的频率覆盖和/或 其在特定频率的增益可以增强。
利用一个适当配置，由天线54的开槽天线部分提供的附加响应用 于覆盖一个或多个附加频带。通过适当选择槽70的尺寸和接地面54-2 在尺寸66的长度L，天线54可以覆盖850和900 MHz以及1800和 1900 MHz的GSM蜂窝电话频带，并且可以覆盖以频率f。为中心的附 加频带(举例来说)。图11示出了图10的天线54的性能的曲线图。 在图11的实例中，天线54的PIFA工作特性用来覆盖850/900以及 1800/1卯0 GSM蜂窝电话频带，而天线54的开槽天线工作特性用来覆 盖以fn中心的频带。这个布置提供了比另外的可能更多的覆盖度，同
时使天线54的尺寸减到最小。可以将频率f;调节到与所关心的任何适
当的频带一致(例如，用于蓝牙/WiFi的2.4 GHz，用于UMTS的2170 MHz，或者用于GPS的1550 MHz)。
根据需要，天线54可以使用单个同轴电缆56或者另一个这种传 输线路来馈送。如图12示出了天线54的一种示例性结构，其中单个 传输线路用来同时馈送PIFA部分以及天线54的开槽部分。如图12所 示，天线54具有接地面54-2。接地面54-2可以由金属形成(举例来 说)。接地面54-2的边缘96可以是通过将接地面54-2的金属向上弯曲 形成的。当被插入外壳12中时，边缘96可以置于金属外壳部分12-1 的侧壁内(图3)。根据需要，接地面54-2可以是使用印刷电路板中的 一个或多个金属层、金属箔、或者另一种适合的导电结构形成。
平面天线谐振元件54-1是具有短臂98以及长臂100的F形结构。 臂98和100的长度可以调节以调谐天线54的频率覆盖。根据需要， 图12的天线54可以使用如图4所示类型的平面谐振元件结构或者其 它适合的谐振元件结构。示出使用两个臂98和100形成的PIFA天线 谐振元件结构来作为实例。
臂98和100是安装在支撑结构102上的。支撑结构102可以由塑 料(例如，ABS塑料)或者另一种适合的电介质形成。结构102的表 面可以是平面或者弯曲的。臂98和]00可以直接地形成在支撑结构102 上，或者可以在诸如附着于支撑结构102的挠性电路基板的分离结构 上形成(作为实例)。
利用一个适当配置，谐振元件54-1基本上是安装到支撑结构102 上表面的平面构造。谐振元件54-l可以由任何适合的天线制造技术形 成，诸如金属冲压、切割、蚀刻，或者导电带(conductive tape)或者 其它柔性结构的研磨、对已经溅射沉积在塑料或者其它适合的基底上 的金属进行蚀刻、从导电浆料(例如，通过屏幕打印技术)进行印刷、 对部分挠性电路基板进行制作的诸如铜的金属进行绘图，其中挠性电 路基板通过粘合剂、螺钉或者其它适当的紧固机制等等附着于支撑结 构102。
可以使用诸如导电带(conductive strip) 104的导电通路，将谐振 元件54-1电连接至终端106的接地面54-2。终端106的螺钉或者其它 紧固件可以用来电和机械地连接带104 (并由此连接谐振元件54-1)至 接地面54-2的边缘96。天线54中的诸如带104的导电结构及其他这
种结构还可以使用导电粘合剂彼此电气连接。
诸如电缆56的同轴电缆或者其它传输线路可以连接到天线以发射 和接收射频信号。同轴电缆或者其它传输线路可以使用任何适当的电
和机械的附着机制连接到天线54的结构。如图12的示意性布置所示， 小型UFL同轴电缆连接器110可用来将同轴电缆56或者其它传输线路 连接至天线导体112。同轴电缆的中心导体或者其它传输线路连接到连 接器110的中心连接器108。同轴电缆的外编织接地导体经由连接器 110在点115被电连接至接地面54-2 (并且根据需要，可以在连接器 110上游的其它连接点短接至接地面54-2)。
导体108可以电连接至天线导体112。导体112可以由诸如在支撑 结构102的侧壁表面上形成的金属带的导电元件形成。导体112可以 直接电连接至谐振元件54-l (例如，在部分116)或者可以通过调谐电 容器114或者其它适当的电器部件电连接至谐振元件54-1。可以选择 调谐电容器114的尺寸以调谐天线54并且保证天线54覆盖设备10所 关心的频带。
槽70可以铺设在图12的谐振元件54-1之下。来自中心导体108 的信号可以使用由天线导体112、可选电容器114或者其它这样的调谐 部件、天线导体117以及天线导体104形成的导电通路传送到在槽70 附近接地面54-2上的点106。
如图12的配置允许单个同轴电缆或者其它传输线路通路同时馈送 天线54的PIFA部分以及开槽部分。
接地点115作为天线54的开槽天线部分的接地终端起作用，所述 天线54的开槽天线部分由在接地面54-2中的槽70形成。点106充当 用于天线54的开槽天线部分的信号终端。信号经由由导电通路112、 调谐元件114、通路117以及通路104形成的通路被馈送至点106。
用于天线54的PIFA部分，点115充当天线的地。中心导体108 及其至导体112的连接点充当用于PIFA的信号终端。导体112充当馈 送导体并且将信号从信号终端108馈送至PIFA谐振元件54-1。
在操作中，天线54的PIFA部分和开槽天线部分有助于天线54的 性能。
通过使用点115作为PIFA接地终端(如同具有图7的终端62 —
样)，使用同轴中心导体接于导电结构U2作为PIFA信号终端(如同
具有图7的终端60 —样)的点108，以及使用导电结构112作为PIFA 馈送导体(如同具有图7的馈送导体58 —样)，获得了天线54的PIFA 功能。在操作期间，天线导体112用来以与图4和5中导体58将射频 信号从终端60传送至谐振元件54-1同样的方式，将射频信号从终端 108传送至谐振元件54-1，而如同图4和5的接地部分61—样，导电 线路104用来终止谐振元件54-1至接地面54-2。
通过使用接地点115作为开槽天线接地终端(如同具有图8的终 端86—样)，使用由天线导体112形成的导电通路，调谐元件114，天 线导体117，以及作为图8的导体82或者图10的导体82-2的天线导 体104，以及通过使用终端106作为开槽天线信号终端(如同具有图8 的终端84 —样)，获得天线54的开槽天线功能。
图10的配置示出了在接地面54-2上的分离位置可以形成开槽天线 接地终端92和PIFA天线接地终端88。在图12的配置中，单个同轴电 缆可以用来馈送天线的PIFA部分和天线的开槽部分。这是因为，终端 115充当用于天线54的PIFA部分的PIFA接地终端，以及用于天线54 的开槽天线部分的开槽天线接地终端。因为PIFA的接地终端和开槽天 线是通过公共的接地终端结构提供的，并且因为导电通路112、 117和 104根据PIFA和开槽天线操作的需要用来分配往返于谐振元件54-1和 接地面54-2的射频信号，所以单个传输线路(例如，同轴导体56)可 以用来发送和接收使用天线54的PIFA和开槽部分发送与接收的射频 信号。
根据需要，可以使用支持混合PIFA/开槽操作的其它天线配置。例 如，可以通过其它适当的调谐组件(诸如一个或多个电感器、 一个或 多个电阻器、短路金属带、电容器或者这些组件的组合)的网络提供 调谐电容器114的射频调谐性能。 一个或多个调谐网络还可以在天线 结构中的不同位置处连接到天线。可以利用单馈和复馈传输线路布置 来使用这些配置。
此外，天线54中信号终端和接地终端的位置可以不同于图12中 所示的位置。例如，假如合适地修改连接导体]12、 117和104，终端 115/108和终端106可以相对于如图12所示的位置移动。
可以使用如图10所示基本上矩形导体提供天线54的PIFA部分，
或者可以使用其它布置来提供。举例来说，谐振元件54-l可以由非矩
形的平面结构形成，由具有在矩形的轮廓内的一个或多个蛇形导电结 构的矩形轮廓的平面结构形成，或者由槽状非矩形的或者槽状矩形的
平面结构形成。根据需要，谐振元件54-l可以装备有具有一个或多个 臂(诸如图12的臂98和100)的基本上F形的导电元件。这样的谐振 元件臂可以是直的、蛇形的、弯曲的或者可以具有任何其它适合的形 状。谐振元件54-l的使用不同形状的臂或者其它部分帮助天线设计者 将天线54的频率响应修整至其要求的工作频率并且另外优化天线性 能。根据需要，可以调整谐振元件54-l中的结构的尺寸(例如，增减 用于特定操作频带的增益和/或带宽)。不同的尺寸(长度)的臂势必在 不同频率影响天线54的谐振行为，并且当调谐所关心的多频带时可能 由此是有益的。
图13示出了一种示例性的谐振元件54-1，其中臂98由折叠结构 形成，并且臂100由直带导体形成。当希望在区域118中放置另外的 结构时，这类配置可能是有益的。
在图14的实例中，臂98和臂100两者没有弯曲地形成。当存在 充分的横向空间用于形成臂98和100时，这类结构可以被用于谐振元 件54-l。
图15中示出了用于天线谐振元件54-l的另一个示例性结构。在图 15的实例中，在所述两个臂中较短的臂98没有任何弯曲地形成。两个 臂中较长的臂100带有单个弯曲地形成。根据需要，臂98和100可以 没有弯曲、带有一个弯曲、或者带有超过一个弯曲形成。所述弯曲可 以180。弯曲(例如，其中臂自身对折)，可以90。弯曲，或者可以与所 述臂的纵轴以任何其它适合的角度弯曲形成。图12、 13和15示出了 布置的类型，其中作为实例示出了所述臂包含与导电臂元件的方向相 反的弯曲。
上文仅仅说明本发明的原理，本领域技术人员在不脱离本发明的 范围和精神的情况下，可以做出各种修改。
权利要求1.一种手持电子设备天线，其特征在于包括平面接地元件，包括电介质填充槽；以及位于所述槽上方的平面谐振元件。
2. 如权利要求l所述的手持电子设备天线，其特征在于所述平面接地 元件包括基本上矩形的平面接地元件，并且其中所述槽包括矩形槽。
3. 如权利要求l所述的手持电子设备天线，其特征在于所述槽包括具 有横向尺寸的矩形槽，其中所述平面谐振元件具有比所述槽的横向尺 寸大的至少一个横向尺寸，并且其中所述平面谐振元件位于所述槽的 上方不到10毫米处。
4. 一种无线通信电路，其特征在于包括 至少一个无线收发机电路，其发送和接收射频信号；天线，其包括具有限定电介质填充槽的部分的平面接地元件，并 且包括位于所述槽的上方的平面谐振元件；连接器，其具有连接到所述平面接地元件的接地终端，并且具有 信号终端；以及连接在所述无线收发机电路和所述连接器之间的至少一个同轴 电缆，其中所述同轴电缆具有连接到所述接地终端的外部接地导体并 且具有连接到所述信号终端的信号导体。
5. 如权利要求4所述的无线通信电路，其特征在于所述天线包括 导电天线通路，其电连接所述信号终端和所述平面谐振元件。
6. 如权利要求4所述的无线通信电路，其特征在于所述天线包括 第一导电天线通路，其电连接所述信号终端和所述平面谐振元件；以及第二导电天线通路，其将所述平面谐振元件电连接至所述平面接 地导体上的点，所述平面接地导体上的点不同于所述接地终端连接到 所述平面接地元件的点。
7. 如权利要求4所述的无线通信电路，其特征在于所述天线包括 具有在其上安装了至少部分所述平面谐振元件的表面的电介质天线支撑结构；第一导电天线通路，其电连接所述信号终端和所述平面谐振元件；以及第二导电天线通路，其将所述平面谐振元件电连接至所述平面接 地导体上的点，所述点不同于所述接地终端连接到所述平面接地元件 的点，其中所述第一导电通路和所述第二导电通路由所述电介质天线 支撑结构支持。
8. 如权利要求4所述的无线通信电路，其特征在于所述天线包括.-至少一个调谐元件；第一导电天线通路，其电连接所述信号终端和所述平面谐振元件；以及第二导电天线通路，其将所述平面谐振元件电连接至所述平面接 地导体上的点，所述点不同于所述接地终端连接到所述平面接地元件 的点，其中所述槽是矩形的，其中所述第一导电天线通路和所述第二 导电天线通路包括由所述调谐元件连接的金属带，并且其中所述平面 谐振元件包括两个臂。
9. 一种混合式手持电子设备天线，其特征在于具有平面反转F天线结 构和开槽天线结构，其包括基本上矩形的接地平面天线元件，其中部分所述矩形接地平面天 线元件限定与所述开槽天线结构相关联的电介质填充的矩形槽；以及位于所述槽的上方并且与所述平面反转F天线结构相关联的平面 天线谐振元件。
10. 如权利要求9所述的混合式手持电子设备天线，还包括 天线终端组，单传输线路经由所述天线终端组传送用于所述平面 反转F天线结构以及所述开槽天线结构的射频信号。
11. 如权利要求9所述的混合式手持电子设备天线，其特征在于还包 括第一组天线终端，第一传输线路经由所述第一组天线终端传送用 于所述开槽天线结构的射频信号；以及第二组天线终端，不同于所述第一传输线路的第二传输线路经由所述第二组天线终端传送用于所述平面反转F天线结构的射频信号。
12. 如权利要求9所述的混合式手持电子设备天线，其特征在于所述平面谐振元件包括至少两个臂，并且其中至少一个臂有弯曲。
13. 如权利要求9所述的混合式手持电子设备天线，其特征在于所述 平面谐振元件包括两个臂，并且其中两个臂的每一臂具有180°弯曲。
专利摘要本实用新型提供了包含具有至少一个天线的无线通信电路的手持电子设备。天线可以具有平面接地元件和平面谐振元件。平面接地元件可以具有矩形的形状，其匹配用于手持电子设备的矩形外壳形状。电介质填充槽可以在平面接地元件的一端中形成。平面谐振元件可以位于所述槽以上。天线可以是混合天线，其包含由所述槽形成的开槽天线结构和由平面谐振元件和平面接地元件形成的平面反转F结构。天线可以使用单个传输线路或者两个传输线路来馈送。利用两个传输线路，一个传输线路可以与开槽天线结构相关联，并且一个传输线路可以与平面反转F天线结构相关联。
文档编号H01Q1/22GK201191642SQ20072030272
公开日2009年2月4日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年1月4日
发明者J·萨瓦拉, R·J·希尔, R·W·施卢巴, R·卡瓦列罗 申请人:苹果公司