用于平板设备的背腔式天线的制作方法

专利名称：用于平板设备的背腔式天线的制作方法
用于平板设备的背腔式天线本申请要求2009年9月3日提交的美国专利申请No.12/553,944的优先权，通过
引用将其完整结合在此。
背景技术：
通常为电子设备诸如计算机和通信设备提供无线通信能力。例如，电子设备 可以使用长距离无线通信电路诸如蜂窝电话电路，以利用850MHz、900MHz、1800MHz 和1900MHz的蜂窝电话频段(例如，主要的全球移动通信系统或GSM蜂窝电话的频 段)通信。还可以使用长距离无线通信电路处理2100MHz频段和其它频段。电子设 备可以使用短距离无线通信链路来处理和附近设备的通信。例如，电子设备可以使用 2.4GHz和5GHz的Wi-Fi (IEEE 802.11)频段(有时被称为局域网频段)和2.4GHz的
Bluetooth (蓝牙)频段。把天线成功地结合到电子设备中可能是困难的。用于天线的空间通常被限制在 设备壳体的边界(confine)内。天线操作还可能受到介于其间的金属结构的阻断(block)。 这使得难以在包含可能阻断射频信号的导电显示结构、导电壳体壁或其它导电结构的电 子设备中实现天线。因此希望能够提供用于电子设备的改进的天线。

发明内容
可为电子设备提供导电壳体壁。设备内的天线可被用于处理局域网通信的射频 信号和其它无线信号。可为天线提供标记形状(logo-shaped)的电介质天线窗口，该窗口允许天线在导 电壳体壁的边界内操作。标记形状的电介质天线窗口可以包括对于射频天线信号透明的 玻璃层和其它电介质材料。金属腔体结构可以具有使用导电粘合剂附接到导电壳体壁的 内表面上的边缘(lip)。金属腔体结构可以形成天线的天线腔体。可以在金属腔体结构内的天线支撑结构之上形成天线谐振元件。该支撑结构可 由诸如塑料的电介质形成，并且可以具有空心部分，以便减少天线上的电介质负荷。可 由柔性电路或其它衬底上的导电迹线形成天线谐振元件。柔性电路可被安装为使得该柔 性电路的一部分被所述支撑结构支撑，并且使得柔性电路的该部分被连接到金属腔体结 构上。可以使用传输线诸如同轴电缆传输线给天线馈电。可以在传输线和金属腔体结 构的若干部分之间形成焊接连接(solder connection)。电介质支撑的凹陷部分可以帮助确 保提供用于形成与金属腔体的焊接连接的足够空间。可为金属腔体结构提供可焊接金属 的电镀涂层，以便于焊接连接。同轴电缆可被布线在包含天线谐振元件的柔性电路和金属腔体之间。可以使用 背面引线(backside contact)将同轴电缆内的接地导线电连接到天线接地，并且可以作为 天线接地馈电端子。还可以使用背面引线作为正天线馈电端子。可以使用通孔将背面天线引线互连到柔性电路的另一个层内的天线谐振元件迹线。金属腔体结构可以在其边缘 内具有凹陷部分，以便容纳同轴电缆。所述金属腔体结构可以具有处于壳体壁表面之下不同深度处的壁。腔体的较浅 部分可以提供电子设备中的更内侧的容积以便安装组件。腔体的较深部分可以提供导电 腔体壁和天线谐振元件结构之间更大的间隔，从而增强天线性能。金属腔体结构的边缘 可以与安装有金属腔体结构的导电壳体壁位于相同平面内。腔体的较浅部分可以位于公 共平面内。天线支撑结构可以将包含天线谐振元件迹线的柔性电路保持在位于较浅腔体 壁的平面之上的平面内，并且如果希望，在腔体边缘的平面之上。从附图和对优选实施例的下列详细描述中，将更明了本发明的其它特征、其属 性和各种优点。


图1是具有根据本发明的实施例的天线的说明性电子设备诸如计算机的正面立 体图；图2是具有根据本发明的实施例的天线的说明性电子设备诸如计算机的背面立 体图；图3是具有根据本发明的实施例的天线的说明性电子设备诸如平板形状的便携 式计算设备的正面立体图；图4是具有根据本发明的实施例的天线的说明性电子设备诸如平板形状的便携 式计算设备的背面立体图；图5是具有根据本发明的实施例的天线结构的说明性电子设备的示意图；图6是具有根据本发明的实施例的天线结构的电子设备的截面侧视图，所述天 线结构包括靠着导电壳体壁安装的天线腔体；图7是根据本发明的实施例可用于形成电子设备的天线的天线谐振元件和相关 联的导电天线腔体结构的正面立体图；图8是根据本发明的实施例可用于形成电子设备的天线的图7所示类型的天线谐 振元件和相关联的导电天线腔体结构的顶视图；图9是示出了根据本发明的实施例的图7和图8所示类型的双频段天线的说明性 频率响应的图；图10是图7和8所示类型的天线的顶视图，示出了根据本发明的实施例，天线 可如何被定位在电介质天线窗口之下；图11是图7和8所示类型的天线的截面侧视图，示出了根据本发明的实施例， 可以如何由柔性印刷电路形成天线谐振元件，其中所述柔性印刷电路具有连接到导电天 线腔体结构的部分，并且具有安装在电介质天线支撑结构上的部分；图12是图7和8所示类型的天线的一部分的顶视图，示出了根据本发明的实 施例，传输线诸如同轴电缆传输线可如何被连接到与天线相关联的正和接地天线馈电端 子；图13是一个截面侧视图，示出了根据本发明的实施例，不同深度可如何与天线 的导电天线腔体结构的不同部分相关联；
图14是根据本发明的实施例的用于电子设备腔体天线的圆形标记形状的电介质 天线窗口的顶视图；和图15是根据本发明的实施例的用于电子设备腔体天线的矩形标记形状的电介质 天线窗口的顶视图。
具体实施例方式可为电子设备提供无线通信电路。该无线通信电路可被用于支持一个或多个无 线通信频段内的无线通信。电子设备内的天线结构可被用于传输和接收射频信号。电子 设备可以具有导电壳体。例如，电子设备可以具有这样的壳体，其中一个或多个部分是 由铝块或其它金属机加工而成的。该金属可被涂覆以绝缘涂层。例如，铝壳体壁可以被 阳极氧化。导电壳体结构的其它例子包括导电聚合物、合成物和具有嵌入的导电元件的 塑料结构。由于导电粒子诸如聚合物材料内的金属粒子的存在，填充金属的聚合物可以 表现出导电性。合成结构可以包括纤维，诸如形成基质(matrix)的碳纤维。该基质可被 注入粘合剂，诸如环氧树脂。得到的合成结构可用做内部框架构件或壳体壁，并且由于 纤维和/或粘合剂的电特性，可以表现出相当程度的导电性。塑料壳体结构诸如嵌入模 制结构可以包括嵌入的导体，诸如图案化的金属部件。可能难以在被导电壳体结构和导电组件诸如显示器封闭的电子设备内成功地操 作天线。例如，导电壳体壁可以阻断射频信号。因此可能希望给壳体提供电介质窗口结 构。为了减少视觉混乱，可能希望掩饰或以其它方式隐藏天线窗口。这可以通过由 电介质标记结构形成窗口来实现。采用这种类型的布置，电介质标记可被安装在电子设 备壳体上的潜在显著的位置。由于标记带有商标信息(branding information)或电子设备 的用户感兴趣的其它信息，标记可用于有用的并且可被接受的信息传递目的，并且不需 要给电子设备的外型引入不希望的可视设计元素。可用于形成标记窗口或其它电介质天 线窗口结构的电介质材料可以包括塑料(聚合物)、玻璃、陶瓷、木头、泡沫塑料、基于 纤维的合成物等。可由这些材料中的一种或这些材料中的两种或多种形成电介质天线窗 口。例如，可由单块塑料、玻璃或陶瓷形成电介质天线窗口，或可由涂覆有电介质(例 如，不同类型的附加塑料、外部玻璃层、陶瓷层、粘合物等)的装饰层的塑料结构形成 电介质天线窗口。用于电子设备的天线结构可以位于标记或其它电介质窗口之下。这允许天线结 构操作而不被导电壳体壁或导电组件阻断。在看不到天线结构但是天线结构仍能通过标 记形状的电介质发射和接收射频信号操作的这种类型的配置中，该天线结构有时被称为 形成标记天线(logo antenna)。标记天线可被用于其它天线安装布置可能麻烦、在审美上 不受欢迎、或由于与导电壳体壁或可能阻断射频天线信号的其它导电设备相邻而易于发 生干扰的情况。可以给任意适合的电子设备提供标记天线。作为例子，可以在诸如台式计算机 (具有或不具有集成的监视器)、便携式计算机诸如膝上计算机和平板计算机、手持电子 设备诸如蜂窝电话等的电子设备内形成标记天线。在此处示出的说明性配置中，标记天 线有时可被形成在具有集成显示器的平板计算机或其它计算机的内部。然而，诸如这些的布置仅是说明性的。可以在任意适合的电子设备内使用标记天线和使用电介质窗口的 其它天线结构。标记天线可被安装在电子设备的任意适合的暴露部分上。例如，标记天线可被 提供在设备前表面上或设备后表面上。其它配置也是可行的(例如，标记安装在更狭窄 的位置内，标记安装在设备侧壁上等)。此处有时作为例子描述使用设备后表面和设备下 表面上的标记天线安装位置，但是一般地，如果希望，可以在电子设备内使用任意适合 的标记天线安装位置。图1示出了可以包括标记天线的说明性电子设备，诸如具有集成显示器的计算 机。如图1的说明性正面立体图所示，设备10可以是具有壳体诸如壳体12的计算机。 显示器14可被安装在壳体12内。可使用架子30将壳体12保持在竖直向上的位置。图2示出了图1的设备10的背面立体图。如图2所示，壳体12可以具有后表 面34。后表面34可以大体上是平面。例如，后表面34可形成平坦的矩形平面或可形成 在其一个或两个横向维度上略微弯曲的大体平坦的平面。壳体12可由导电结构形成(例 如，金属、合成物、填充金属的聚合物等)。设备10还可以包括显示器、印刷电路板、 金属框架和其它支撑结构，以及导电的其它组件。为了确保安装在壳体12内部的天线结 构的正确操作，可能希望给壳体12提供对于射频信号透明的天线窗口。在操作期间，信 号可以穿过天线窗口，而不被设备10的导电结构阻断。可以在壳体12的壳体后表面34或其它适合的部分上形成电介质天线窗口结构， 诸如标记形状的天线窗口结构32。全部或部分结构32可作为安装在壳体12内的天线的 电介质窗口。在图2所示的例子中，结构32包括结构32A和结构32B。结构32A比结 构32B大，并且因此可能更适用于形成天线窗口(作为例子)。在这种类型的配置中， 结构32B不必完全穿透壳体壁34，并且不必形成天线窗口结构。图2的结构32的形状 仅是说明性的。如果希望，在形成电介质天线窗口结构时，可以使用任意适合的形状。图3示出了可以包括标记天线的说明性电子设备，诸如平板形状的便携式计算 机。如图3的说明性正面立体图所示，设备10可以具有壳体，诸如壳体12。如同图1和 2的例子中的设备10的壳体12，图3的设备10内的某些或全部壳体12和其它组件可由 易于阻断射频信号的导电材料形成。例如，壳体12可由金属(例如，不锈钢、铝等)、 导电合成物、填充金属的聚合物、具有嵌入金属部件的塑料等形成。设备10还可以包括 导电组件，诸如显示器14。显示器14可以是例如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管 (OLED)显示器、电子墨水显示器或其它适合的显示器。如果希望，电容式触摸传感器 可被结合在显示器14内以便使得显示器14是触敏的。可以使用用户接口组件，诸如按 钮36和显示器14的触敏屏幕收集用户输入。图4示出了图3的设备10的背面立体图。如图4所示，壳体12可以具有后表 面34。后表面34可以大体是平面。例如，后表面34可以形成平坦的矩形平面，或如同 图2的设备10的平坦后表面34，可以形成在其一个或两个横向维度上略微弯曲的大体平 坦的表面。可以在壳体后表面34上形成电介质天线窗口结构，诸如标记形状的天线窗口结 构32。结构32可以包括诸如结构32A和结构32B的结构。结构32A可以是在导电壳 体表面34内形成窗口的电介质结构。结构32B可用于帮助形成结构32的标记形状，并且不必被用作天线窗口(作为例子)。如图5所示，图1-4的电子设备诸如设备10可以包括存储和处理电路16。存储 和处理电路16可以包括一种或多种不同类型的存储设备，诸如硬盘驱动存储设备、非易 失存储器(例如，闪存或其它电子可编程只读存储器)、易失存储器(例如，静态或动态 随机存取存储器)等。存储和处理电路16内的处理电路可被用于控制设备10的操作。 处理电路16可以基于处理器诸如微处理器和其它适合的集成电路。采用一种适合的布 置，存储和处理电路16可被用于在设备10上运行软件，诸如internet浏览应用、语音电 话(VOIP)呼叫应用、电子邮件应用、媒体回放应用、操作系统功能等。存储和处理电 路16可被用于实现适合的通信协议。可以使用存储和处理电路16实现的通信协议包括 网际协议、无线局域网协议(例如，IEEE802.il协议-有时被称为WiFi )、用于其它 短程无线通信链路的协议，诸如Bluetooth 协议等。输入输出电路15可用于允许向设备10提供数据以及允许从设备10向外部设备 提供数据。输入输出设备18诸如触摸屏和其它用户输入接口是输入输出电路15的例子。 输入输出设备18还可以包括用户输入输出设备，诸如，按钮、操纵杆、点击轮、滚轮、 触摸垫、小键盘、键盘、麦克风、照相机等。用户可以通过经由这些用户输入设备提供 命令控制设备10的操作。输入输出设备18中可以包括显示和音频设备，诸如液晶显示 器(LCD)屏幕、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)和呈现视觉信息和状态数 据的其它组件。输入输出设备18内的显示和音频组件还可以包括音频装置，诸如扬声器 和用于发出声音的其它设备。如果希望，输入输出设备18可以包含音频视频接口装置， 诸如插座和用于外部耳机和监视器的其它连接器。无线通信电路20可以包括由一个或多个集成电路、功率放大器电路、低噪声输 入放大器、无源RF组件、一个或多个天线和用于处理RF无线信号的其它电路形成的射 频收发器电路23。还可以使用光发送无线信号(例如，使用红外线通信)。无线通信电路20可以包括用于处理多个射频通信频段的射频收发器电路。例 如，电路20可以包括处理用于WiFi (IEEE 802.11)通信的2.4GHz和5GHz频段以及 2.4GHz Bluetooth通信频段的收发器电路22。电路20还可以包括蜂窝电话收发器电路 24，其用于处理诸如850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz的GSM频段的蜂窝电话 频段以及2100MHz数据频段(作为例子)内的无线通信。如果希望，无线通信电路20 可以包括用于其它短距离和长距离无线链路的电路。例如，无线通信电路20可以包括全 球定位系统(GPS)接收器装置、用于接收无线电和电视信号的无线电路、寻呼电路等。 在WiFi和Bluetooth链路和其它短距离无线链路中，通常使用无线信号在几十或几百英尺 内传递数据。在蜂窝电话链路和其它长距离链路内，通常使用无线信号在几千英尺或几 英里内传递数据。无线通信电路20可以包括天线26。天线26的某些或全部可被形成在电介质天线 窗口诸如标记形状的电介质天线窗口之下(即，天线26的某些或全部可以是标记天线)。 因此，此处有时作为例子描述以标记(或标记的一部分)的形状形成天线的电介质天线窗 口的天线布置。然而，这仅仅是说明性的。如果希望，天线26可以具有任意适合的天 线窗口形状。天线26可以是单频段天线，每个天线26覆盖特定的所希望的通信频段，或者天线26可以是多频段天线。例如可以使用多频段天线以便覆盖多个蜂窝电话通信频段。如 果希望，可以使用双频段标记天线，以便覆盖两个WiFi频段(例如，2.4GHz和5GHz)。 可以为不同频段和频段组合使用不同类型的天线。例如，可能希望形成用于形成本地无 线链路天线的双频段天线、用于处理蜂窝电话通信频段的多频段天线、以及用于形成全 球定位系统天线的单频段天线(作为例子)。可以使用路径44诸如传输线路径在收发器22和24以及天线26之间传递射频信 号。可以使用一个或多个集成电路和相关联的组件(诸如，开关电路，匹配网络组件诸 如离散的电感器、电容器和电阻器，以及集成电路滤波网络等)实现射频收发器，诸如 射频收发器22和24。这些设备可被安装在任意适合的安装结构上。采用一种适合的布 置，收发器集成电路可被安装在印刷电路板上。可以使用路径44将收发器集成电路和印 刷电路板上的其它组件与设备10内的标记天线结构互连。路径44可以包括可以在其上 传递射频信号的任意适合的导电路径，包括传输线路径结构，诸如同轴电缆、微带传输 线等。一般地，可以使用任意适合的天线类型形成标记天线26。标记天线26的适合天 线类型的例子包括具有以贴片天线结构、倒F天线结构、表现出贴片类型和倒F类型结构 两者的结构、封闭或开口缝隙天线结构、环形天线结构、单极、双极、平面倒F天线结 构、这些设计的混合体等形成的谐振元件的天线。可由壳体12的导电部分形成全部或部 分标记天线。例如，壳体12或部分壳体12可作为标记天线的导电接地平面。还可以给天线26提供导电腔体。例如，壳体12的若干部分和/或单独的导电 腔体结构可以形成具有标记形状的电介质窗口的天线的天线腔体(例如，形成背腔式标 记天线设计)。图6示出了可用在设备10内的类型的说明性背腔式天线26的截面侧视图。如 图6所示，天线窗口 32可被形成在导电壳体壁34内。天线26可被安装在设备10的内 部。如以射频信号58所示，天线窗口 32的存在允许在天线26和设备10的外部之间传 递射频天线信号。天线26可由天线结构50和52形成。结构52还可以形成天线26的腔体的一部 分。某些壳体壁34(例如，伸出的壳体壁部分54)也可以形成腔体的一部分。天线结构 50可以包括天线谐振元件，诸如贴片类天线谐振元件。结构50和天线腔体(例如，由腔体壁结构52和腔体壁部分54形成的腔体)可被 耦接到同轴电缆或其它传输线44。例如，同轴电缆接地连接器可被耦接到腔体结构52， 并且可被耦接到天线结构50内的天线馈电端子(例如，接地馈电点)。同轴电缆信号连 接器可被耦接到与天线结构50内的谐振元件相关联的另一个天线馈电端子(例如，正馈 电点)。使用连接器60和传输线迹线47，传输线44可被耦接到印刷电路板56上的收发 器电路23。电路23还可被耦接到其它天线(例如，用于实现天线分集方案的天线)。天线诸如图6的天线26可以任意适合的频率操作。作为例子，天线26可 以是双频段天线，其操作在诸如2.4GHz WiFi 频段的第一频段，以及操作在诸如 5GHz WiFi 频段的第二频段。图7示出了可被用于诸如图1和2的设备10以及图3和4的设备10的设备内的说明性天线类型的正面立体图。如图7所示，天线26可以具有相关联的天线腔体结构诸 如腔体结构52。腔体结构52可由导电材料诸如金属形成。例如，腔体结构52可由不 锈钢、铝或其它金属形成。如果希望，腔体结构52可被电镀。例如，可以给腔体结构 52电镀可焊接金属诸如镍或锡的薄的金属涂层。通过以两种金属形成腔体结构52，可由 不太昂贵并且在制造操作过程中不是很难成形的材料(例如，不锈钢或铝)形成腔体结构 52，而不损害其焊接连接能力。焊料将很好地附着在外部(电镀的)金属层上，从而便 于焊接连接的形成。可以使用焊接连接将导电元件诸如传输线元件和天线26的天线谐振 元件附接到腔体结构52。可以为腔体结构52使用任意适合的形状。在图7的例子中，腔体结构52具有 带有圆角的矩形轮廓。还可以使用其它形状(例如，仅具有直轮廓段的形状，仅具有弯 曲轮廓段诸如圆和椭圆的形状，具有直的部分和弯曲部分两者的形状等)。可以用深度(即，壳体壁34的表面之下的距离)表征由腔体结构52形成的腔 体。该腔体可以具有单个深度，或可以具有多个深度。在图7的例子中，腔体结构52 具有围绕腔体结构52的四周延伸的平面边缘(Iip)(边缘70)。可以使用导电粘合剂将平 面边缘70附接到壳体壁34的内侧，从而将腔体结构52附接到壳体12。与腔体结构52 的位于与边缘70相邻的部分相比，腔体结构52的最内部分可以位于壳体壁34之下更深 处(即，存在与由腔体结构52形成的腔体相关联的两个不同深度)。如果希望，可以使 用其它配置(例如，形成具有三个或更多个不同深度的腔体，以便形成具有弯曲壁的腔 体等)。图7的两个深度的布置仅是说明性的。由于图7的腔体结构52内的后腔体壁的双层形状，天线腔体具有较深部分和较 浅部分。可以使用诸如这些在不同深度处具有后壁的腔体形状，在壳体12内容纳所希望 的组件的同时，最大化天线腔体的容积，以及导电腔体壁和天线结构50的天线谐振元件 结构之间的间隔。天线结构50可以包括天线谐振元件88和天线支撑结构82。天线支撑结构82可 由玻璃、陶瓷、塑料或任意其它适合的电介质材料形成。例如，天线支撑结构82可由诸 如塑料的电介质形成。该塑料可以是例如热塑塑料(例如，诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)或ABS/PC混合物的材料)。可以使用注塑将塑料形成用于 支撑结构82的所希望的形状。为了减少天线26上的电介质负荷，结构82可以具有下陷 部分84(即，高度低于周围的壁部分86的部分)。部分84可以是高度比壁部分86浅的 平面区域。通过从结构82移去结构82的内部的部分中的材料，使得内部的部分84具有 小于外围的壁86的高度，可以最小化天线26附近的电介质材料的数量，并且因此最小化 天线26上电介质负荷的数量。可由导电材料诸如铜、金、电镀有金的铜、其它金属等形成天线谐振元件88。 可以使用烫箔或其它图案化的金属箔、直接形成在塑料支撑结构诸如天线支撑结构82上 的金属迹线、或形成在印刷电路板上的迹线(作为例子)，形成这些导电材料。可由刚性 衬底诸如填充玻璃纤维的环氧树脂或可由柔性衬底诸如柔性聚合物(例如，聚酰亚胺)形 成印刷电路板。在图7的例子中，已由柔性印刷电路(有时被称为“柔性电路”)上的 图案化的金属迹线形成天线谐振元件88。天线谐振元件88可被配置为在任意适合的通信频段内操作。在图7的例子中，天线26是双频段天线(例如，在2.4GHz和5GHz谐振的WiFi 天线)。如果希望，可 以支持其它频段。可以在天线馈电106处给天线谐振元件88馈电。天线馈电106可以包括接地天 线馈电端子和正天线馈电端子。同轴电缆44可被布线到在其中形成天线谐振元件88的 柔性电路之下。该同轴电缆可将信号导线和接地导线耦接到正和接地天线馈电端子。可 以使用通孔在天线馈电106内形成天线馈电端子的电连接。天线谐振元件88可以包括第一部分98和第二部分96。部分98和96可以具 有矩形形状(作为例子)，并且可以作为天线谐振元件88的分支(有时也被称为臂或柱 脚)。天线谐振元件88的整个频率响应包括用于天线26的低频段的以2.4GHz为中心的 第一增益峰值，以及用于天线26的高频段的以5GHz为中心的第二增益峰值。谐振元件 部分96(即，用于谐振元件88的两个柱脚中的较小的一个)的大小和形状可以对高频段 的带宽和谐振频率具有相对更大的影响，而谐振元件部分98的大小和形状可以对低频段 的带宽和谐振频率具有相对更大的影响。由腔体结构52形成的腔体的大小和形状也往往 影响天线26的频率响应。可为腔体结构52的边缘70提供开口，诸如凹陷108。凹陷108降至边缘70的 平面之下，并且形成提供用于同轴电缆44的通路的通道。当边缘70被附接到壳体壁34 的内侧时，这允许同轴电缆44从天线腔体的外部穿到天线腔体的内部。采用图7的凹陷 布置，同轴电缆44可以从腔体的外部穿到腔体的内部，而不必使得电缆穿过小开口。而 是电缆44可被放置在以凹陷形成的槽内。当腔体结构52被安装到壳体12时，腔体结构 52的凹陷部分将电缆44推按在壳体的最内表面上，从而将电缆44保持就位。可以给电缆44的端部110提供连接器60，从而电缆44可被附接到印刷电路板， 诸如图6的板56。电缆44可以具有被连接到连接器60的端子的内侧信号导线和外侧接 地导线。沿着电缆44的长度，内侧信号导线和外侧接地导线可被电介质分隔。外侧接 地导线可以例如由薄的导线编织物形成。为了防止无意中的短路，接地导线可被涂覆以 绝缘涂层诸如塑料护套。在图7的例子中，护套104覆盖电缆44的中间部分。电缆44 的剩余部分未被覆盖(即，暴露接地导线)。为了减少噪声，电缆44和其暴露的接地导 线可被焊接或以其它方式连接到地。例如，电缆44的位于天线腔体外侧的部分可使用卡 扣或焊接连接被连接到接地的壳体结构。在腔体结构52的内部，可使用焊接连接将电缆44的暴露的接地导线短路到腔体 结构52。例如，可以使用焊料100将电缆44电连接并且机械连接到腔体结构52。为了 提供形成焊料100的足够空间而不受电介质支撑86的电介质的干扰，可以给电介质支撑 86提供凹陷部分，诸如凹陷部分102。电介质天线支撑结构86的凹陷部分102可以具有 提供用于形成焊接接合的附加间隙的任意适合的形状。在图7的例子中，凹陷部分102 具有切掉半个圆部分的形状。如果希望，可以使用其它凹陷形状。支撑结构82的形状允许支撑结构82贴合地安装在腔体结构52的最下侧腔体部 分内。这有助于在腔体结构52内对齐支撑结构82，并且从而对齐天线谐振元件88。天线谐振元件88可以具有连接到腔体结构52的后壁(即，后壁的较浅部分)的 接地部分94。可以在天线谐振元件88内设置孔92，以便于形成焊接连接。每个孔92 优选地以将天线谐振元件88的接地部分94连接到腔体结构52的焊接接合填充。在图7中，仅示出了单个焊接接合(焊料90)以避免遮蔽孔92，并且避免使得附图过于复杂。 实际上，每个孔92可被填充相应的焊球，以便最小化谐振元件88的接地部分94和由腔 体结构52形成的接地之间的电路径的电阻。图8示出了天线26的顶视图。由于天线谐振元件88的形状并且由于腔体结构 52的存在，天线26可以表现出双频段响应。图9示出了给出了图7和8所示类型的天线 的说明性响应的图。在图9的图中，按照操作频率的函数绘出天线响应(驻波比)。如 图9所示，天线26可具有第一响应峰诸如峰112和第二响应峰诸如峰114。峰112允许 天线26在第一通信频段内操作，而峰114允许天线26在第二通信频段内操作。第一通 信频段可以是例如2.4GHz WiFi 频段，并且第二通信频段可以是例如5GHz WiFi 频 段。由腔体结构52形成的腔体可能太小，以至于不能在低频段谐振峰112中对天线 26的效率产生重大的贡献，并且甚至可能降低天线在低频段中的效率。但是，高频段谐 振峰114可以包括来自谐振元件88的贡献(例如参见点划线曲线116)以及由于腔体结构 52形成的腔体中的腔体谐振的来自腔体模式的贡献(例如参见虚线曲线118)。在操作 中，组合曲线116和118中的响应，以便形成曲线114的整体高频段频率响应。电介质天线窗口 32A的大小不必与整个天线腔体结构52重叠。例如，天线窗口 32A可以具有足以完整或完全覆盖天线谐振元件88的区域，而不完整覆盖天线腔体结构 52的覆盖区域(footprint)的横向尺寸。图10示出了一种典型的布置。如图10所示， 电介质天线窗口 32A可以形成具有直径DM的孔径。直径DM可以小于天线腔体结构 52的轮廓的尺寸(即，小于外侧腔体结构尺寸χ和y两者)，并且可以小于天线腔体的内 侧尺寸(即，小于腔体尺寸Tl和T2两者)。同时，天线窗口 32A的大小可以与天线谐 振元件88的大小相当(即，天线窗口孔径DM可以与天线谐振元件88的尺寸H和W相 当)。在图10的例子中，天线窗口 32A的尺寸DM略微大于纵向尺寸H，并且略微小于 横向尺寸W。然而，这仅是说明性的。天线窗口 32A的大小可以是天线窗口小于天线 谐振元件，或可以是天线窗口大于天线谐振元件。一般地，天线窗口 32A的面积(并且 因此导电壳体壁34中的开口的大小)可以大体类似于天线谐振元件的面积。图11示出了沿着直线120-120截取的图7的天线26的截面侧视图。如图11所 示，腔体结构52可以具有与平面122对齐的平面边缘70。当被组装到设备10内时，平 面122可以位于与壳体壁34的内表面平齐的位置。腔体结构52可以具有不同深度的后 壁。后壁部分124可以位于平面122之下深度H2处。环形后壁部分126可以位于平面 122之下深度Hl处。可使用在孔92内形成的焊球90将包含天线谐振元件88的柔性电路的接地部分 94连接到腔体结构52的部分126。天线谐振元件88的部分98可被支撑在支撑结构82 上。如图11所示，天线谐振元件88可被支撑在高于平面122的垂直位置处(例如，在 边缘70的平面表面之上的高度H3处)。平面123可以与壳体壁34和电介质窗口 32的 外表面相关联(即，窗口 32附近的壳体壁34的外表面以及电介质窗口 32的外表面大体 位于平面123内)。当天线谐振元件88被如图11所示安装时，天线谐振元件88可以位 于平面122和平面123之间(即，在平面122之上并且在平面123之下)。这可以有助于 将天线谐振元件抬离导电腔体壁，并且向着设备10的外部抬升，从而增强天线效率。
图12示出了天线馈电106 (图7)附近的天线26的详细顶视图。如图12所示， 天线谐振元件88可以具有被间隙132隔开的部分128和130。部分128和130可被形成 在柔性电路的一个层内(例如，顶层)。柔性电路的背侧层或其它层可被用于形成后接 触焊盘，诸如接触焊盘134和140。可使用通孔138将焊盘134短接到谐振元件88的部 分128。可使用通孔144将焊盘140短接到谐振元件88的部分130。可使用焊料136将 同轴电缆44的接地导线(例如，外侧编织导线)焊接到接触焊盘134。可使用焊料146 将同轴电缆44的信号导线(例如，中心导线142)焊接到焊盘140。采用这种类型的结 构，焊盘134可以作为天线馈电106的接地天线馈电端子，并且焊盘140可以作为天线馈 电106的正天线馈电端子。图13示出了可被提供有标记天线的电子设备诸如图3和4的设备10的截面图。 如图13所示，可为天线26提供壳体12的导电设备壳体壁34内的标记形状的电介质窗口 32。窗口 32可被提供在壳体12的后壁内(图13中的上壁)，并且显示器14可被安装在 壳体12的前壁内(图13的方向中的下壁)。组件诸如集成电路(例如，收发器23)可被安装在印刷电路板56上。电池154 可被用于使用路径诸如路径155给设备10内的电路供电。腔体结构52的形状(例如， 对边缘70之下两个或更多个不同深度处的后壁的使用)可被用于容纳壳体12内的各种部 件。例如，薄部件诸如板56可与天线腔体的较深(较厚)部分相邻地被安装在壳体12 内，并且较厚部件诸如电池154可在天线腔体的较浅(较薄)部分之下被安装在壳体12 内。腔体结构52内的后腔体壁的浅部的较浅深度产生了腔体结构52内容纳电池154的 拐角157或设备10内的其它组件的凹陷部分153。如结合图11所述，支撑结构82可以具有足以将天线谐振元件88的主要部分(例 如，图7的部分98和部分96)保持在位于边缘70的表面之上的平面内的厚度。可以使用粘合剂、焊接、螺钉或其它适合的紧固件将天线26安装在设备10内。 例如，可以使用导电粘合剂148将腔体结构52的平面边缘70附接到导电壳体壁34的内 表面上。还可以使用粘合剂152将窗口 32附接到壳体壁34。可使用粘合剂150将用于 形成天线谐振元件88的柔性电路安装在天线支撑结构的上表面上。标记天线可被形成在任意适合配置的电介质窗口后面。作为例子，标记天线可 由圆形电介质窗口结构诸如图14的电介质窗口 32形成。如图15的矩形电介质窗口结构32所示，标记天线26的电介质窗口结构可以是 矩形或可以具有其它非圆形形状。如果希望，可为结构诸如图14的窗口结构32和图15 的窗口结构32可提供允许窗口结构32向用户传递视觉信息的带有颜色的区域、文本、图 形、表面纹理或其它特征。在图15中以线430示意示出的这种信息可以包括品牌名称信 息、宣传文本、产品信息、产品类型信息或其它宣传信息。作为例子，信息430可以包 括公司名称、产品名称、商标、个性化消息、或向设备10的用户传递促俏价值或其它价 值信息的其它适合的视觉指示符。在典型的情况下，电介质窗口 32可以包括信息430， 诸如设备10的制造商的名称。有时，标记可以传递这种没有文本的信息，或通过结合文 本、图形、颜色等使用标记形状来传递信息。在图2和4的例子中，电介质窗口 32是具 有电子设备的公知制造商(加利福尼亚库佩蒂诺的苹果公司)的商标形状的标记形状的电 介质窗口。这些仅是说明性的例子。标记天线26可以具有作为电介质天线窗口的任意适合的电介质标记结构。根据一个实施例，提供了一种天线，该天线包括具有开口和外表面的导电电子 设备壳体壁；天线腔体结构，其具有与所述导电电子设备壳体壁的内表面齐平安装的平 面边缘，其中所述天线腔体结构和部分所述导电电子设备壳体壁形成天线的天线腔体， 并且所述平面边缘位于第一平面内；所述导电电子设备壳体壁的开口内的电介质天线窗 口结构，其用作天线的天线窗口并且具有外表面，其中所述导电电子设备壳体壁的外表 面和所述电介质天线窗口结构的外表面位于第二平面内；和安装在所述第一平面和第二 平面之间的天线腔体内的天线的天线谐振元件。根据另一个实施例，所述天线谐振元件包括柔性电路上的导电迹线。根据另一个实施例，该天线还包括天线支撑结构，所述柔性电路的第一部分被 安装到所述天线支撑结构上。根据另一个实施例，所述柔性电路的第二部分被安装在所述天线腔体结构的平 面区域上。根据另一个实施例，所述柔性电路的第二部分包括孔，并且所述天线还包括所 述孔内的将所述柔性电路的第二部分连接到所述天线腔体结构的平面区域的焊料。根据另一个实施例，所述天线腔体结构包括附加的平面区域，所述天线腔体结 构的平面区域位于所述平面边缘之下的第一深度处，所述附加的平面区域位于所述平面 边缘之下的第二深度处，并且第二深度大于第一深度。根据另一个实施例，所述天线腔体结构具有位于与所述第一平面相距多个不同 距离处的平面壁。根据另一个实施例，所述电介质天线窗口结构包括标志形状的电介质结构。根据另一个实施例，所述天线谐振元件由柔性电路内的第一导电层形成，所述 天线还包括由所述柔性电路内的第二导电层形成的接触焊盘，并且所述接触焊盘用作天 线的正天线馈电端子和接地天线馈电端子。根据一个实施例，提供了一种电子设备，该电子设备包括具有开口的导电壳 体；天线，所述天线具有天线谐振元件和形成天线的天线腔体的天线腔体结构，其中所 述天线谐振元件由印刷电路衬底内的导电层形成，并且其中由形成在所述印刷电路衬底 内的另一个导电层内的接触焊盘形成天线的天线馈电端子；所述开口内的用作天线的天 线窗口的电介质天线窗口结构，其中所述天线谐振元件具有第一区域，并且其中所述电 介质天线窗口结构具有大体类似于所述天线谐振元件的所述第一区域的第二区域；收发 器电路；和连接到所述收发器电路并且连接到所述天线馈电端子的同轴电缆。根据另一个实施例，所述同轴电缆具有被焊接到所述接触焊盘中的一个接触焊 盘的接地连接器，以及被焊接到所述接触焊盘中的另一个接触焊盘的信号导线。根据另一个实施例，所述电子设备还包括所述接地连接器和所述天线腔体结构 的内表面之间的至少一个焊接连接。根据另一个实施例，所述电子设备还包括支撑结构，所述印刷电路在所述支撑 结构上被安装在所述天线腔体内。根据另一个实施例，所述支撑结构在所述焊接连接附近具有凹陷部分，所述凹 陷部分提供所述焊接连接和所述支撑结构之间的空隙。
根据另一个实施例，所述支撑结构包括塑料结构，所述塑料结构具有外围壁部 分和平面部分，所述平面部分至少部分地被所述外围壁结构围绕，并且所述平面部分的 高度比所述外围壁结构浅。根据另一个实施例，所述天线腔体结构具有被安装到所述导电壳体的边缘，并 且所述天线腔体结构具有通道，所述同轴电缆位于所述通道内。根据另一个实施例，所述天线腔体结构具有位于与所述电介质天线窗口结构相 距多个不同距离处的平面壁。根据一个实施例，提供了一种电子设备，该电子设备包括电路；给所述电路 供电的电池；和具有天线腔体结构的天线，所述天线腔体结构具有容纳所述电池的凹陷 部分。根据另一个实施例，该电子设备还包括具有开口的导电壳体壁；和天线的标 记形状的电介质窗口，其被安装在所述开口内。根据另一个实施例，所述导电壳体壁具有在所述开口处位于第一平面内的外表 面，其中所述天线腔体结构包括平面边缘，所述平面边缘与所述开口周围的所述导电壳 体壁的内表面齐平安装并且位于第二平面内，并且其中所述天线谐振元件被安装在位于 所述第一平面和所述第二平面之间的位置处。前面仅是对本发明的原理的说明，并且本领域的技术人员可以做出各种修改， 而不脱离本发明的范围和精神。可以单独或以任意组合实现前面的实施例。
权利要求
1.一种天线，包括具有开口和外表面的导电电子设备壳体壁；天线腔体结构，具有与所述导电电子设备壳体壁的内表面齐平安装的平面边缘，其 中所述天线腔体结构和部分所述导电电子设备壳体壁形成天线的天线腔体，并且其中所 述平面边缘位于第一平面内；所述导电电子设备壳体壁的开口内的电介质天线窗口结构，其用作天线的天线窗口 并且具有外表面，其中所述导电电子设备壳体壁的外表面和所述电介质天线窗口结构的 外表面位于第二平面内；和天线的天线谐振元件，其被安装在所述第一平面和第二平面之间的天线腔体内。
2.如权利要求1所述的天线，其中所述天线谐振元件包括柔性电路上的导电迹线。
3.如权利要求2所述的天线，还包括天线支撑结构，所述柔性电路的第一部分被安装 到所述天线支撑结构上。
4.如权利要求3所述的天线，其中所述柔性电路的第二部分被安装在所述天线腔体结 构的平面区域上。
5.如权利要求4所述的天线，其中所述柔性电路的第二部分包括孔，并且其中所述天 线还包括所述孔内的将所述柔性电路的第二部分连接到所述天线腔体结构的平面区域的 焊料。
6.如权利要求5所述的天线，其中所述天线腔体结构包括附加的平面区域，其中所述 天线腔体结构的平面区域位于所述平面边缘之下的第一深度处，其中所述附加的平面区 域位于所述平面边缘之下的第二深度处，并且其中第二深度大于第一深度。
7.如权利要求1所述的天线，其中所述天线腔体结构具有位于与所述第一平面相距多 个不同距离处的平面壁。
8.如权利要求1所述的天线，其中所述电介质天线窗口结构包括标志形状的电介质结构。
9.如权利要求1所述的天线，其中所述天线谐振元件由柔性电路内的第一导电层形 成，所述天线还包括由所述柔性电路内的第二导电层形成的接触焊盘，其中所述接触焊 盘用作天线的正天线馈电端子和接地天线馈电端子。
10.—种电子设备，包括具有开口的导电壳体；天线，所述天线具有天线谐振元件和形成天线的天线腔体的天线腔体结构，其中所 述天线谐振元件由印刷电路衬底内的导电层形成，并且其中由形成在所述印刷电路衬底 内的另一个导电层内的接触焊盘形成天线的天线馈电端子；所述开口内的电介质天线窗口结构，其用作天线的天线窗口，其中所述天线谐振元 件具有第一区域，并且其中所述电介质天线窗口结构具有类似于所述天线谐振元件的所 述第一区域的第二区域；收发器电路；和连接到所述收发器电路并且连接到所述天线馈电端子的同轴电缆。
11.如权利要求10所述的电子设备，其中所述同轴电缆具有被焊接到所述接触焊盘中 的一个接触焊盘的接地连接器，以及被焊接到所述接触焊盘中的另一个接触焊盘的信号导线。
12.如权利要求11所述的电子设备，还包括所述接地连接器和所述天线腔体结构的内 表面之间的至少一个焊接连接。
13.如权利要求12所述的电子设备，还包括支撑结构，所述印刷电路在所述支撑结构 上被安装在所述天线腔体内。
14.如权利要求13所述的电子设备，其中所述支撑结构在所述焊接连接附近具有凹陷 部分，所述凹陷部分提供所述焊接连接和所述支撑结构之间的空隙。
15.如权利要求14所述的电子设备，其中所述支撑结构包括塑料结构，所述塑料结构 具有外围壁部分和平面部分，所述平面部分至少部分地被所述外围壁结构围绕，并且所 述平面部分的高度比所述外围壁结构浅。
16.如权利要求10所述的电子设备，其中所述天线腔体结构具有被安装到所述导电壳 体的边缘，并且其中所述天线腔体结构具有通道，所述同轴电缆位于所述通道内。
17.如权利要求10所述的电子设备，其中所述天线腔体结构具有位于与所述电介质天 线窗口结构相距多个不同距离处的平面壁。
18.—种电子设备，包括电路；给所述电路供电的电池；和具有天线腔体结构的天线，所述天线腔体结构具有容纳所述电池的凹陷部分。
19.如权利要求18所述的电子设备，还包括具有开口的导电壳体壁；和天线的标记形状的电介质窗口，其被安装在所述开口内。
20.如权利要求19所述的电子设备，其中所述导电壳体壁具有在所述开口处位于第一 平面内的外表面，其中所述天线腔体结构包括平面边缘，所述平面边缘与所述开口周围 的所述导电壳体壁的内表面齐平安装并且位于第二平面内，并且其中所述天线谐振元件 被安装在位于所述第一平面和所述第二平面之间的位置处。
全文摘要
本发明涉及用于平板设备的背腔式天线。电子设备可以具有腔体天线。该腔体天线可以具有标记形状的电介质窗口。用于腔体天线的天线谐振元件可由印刷电路板上的导电迹线形成。天线谐振元件可由迹线形成。天线谐振元件可被安装在天线支撑结构上。用于腔体天线的导电腔体结构可以具有与导电壳体壁的内表面平齐安装的平面边缘。该腔体结构可以具有多于一个的深度。腔体结构的较浅的平面部分可以位于一个平面内。天线谐振元件可以位于浅腔体壁的平面和导电壳体壁的外部表面之间。
文档编号H01Q1/22GK102013554SQ20101025437
公开日2011年4月13日 申请日期2010年8月13日 优先权日2009年9月3日
发明者E·A·瓦兹奎兹, R·A·G·安古鲁, R·W·斯科卢巴, R·卡巴勒罗, 李青湘, 蒋奕 申请人:苹果公司