可切换π形天线的制作方法

本发明要求2014年5月9日递交的发明名称为“可切换π形天线(SWITCHABLE PI SHAPE ANTENNA)”的第14274474号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的全部内容以引入的方式并入本文中。

技术领域

本发明是针对天线，尤其是针对在包括智能手机在内的高级移动设备中用来覆盖普遍频段的低剖面天线。

背景技术：

包括智能手机在内的无线移动设备需要低剖面天线来满足所需的产品形态因素。这些设备的可用内尺寸(inner dimension，ID)因包括其它部件布局设计在内的众多因素而受到限制。

常规的T形天线常用在智能手机中，其中T形天线适于覆盖第三代(third generation，3G)频段而无需USB连接器出现在设备外壳中。在第四代(fourth generation，4G)长期演进(long term evolution，LTE)设备中，更普遍的频段是704至960MHz(LTE B17、B20、G850、G900)和1710至2170MHz(DCS、PCS、AWS)到2500至2690MHz(LTE B7)。常规的T形天线在频段覆盖范围内受限且不是非常适用于这些普遍频段。

技术实现要素：

一种移动设备可通过天线和用于产生谐振的连接器在多个频段上工作并具有无源或可切换阻抗匹配网络。

在一项实施例中，所述移动设备包括具有末端的外壳以及设置在所述外壳中并用于操作所述移动设备的电子器件。所述电子器件用于传输包括语音呼叫和文本消息的无线信号。一种连接器耦合至所述电子器件。一种π形天线设置于所述外壳末端处，所述π形天线具有耦合至所述连接器并用于使用所述连接器产生谐振的耦合。所述π形天线和所述连接器用于以无线方式发送和接收所述无线信号。一种阻抗匹配网络在所述电子器件和所述π形天线之间耦合，所述阻抗匹配网络用于将所述电子器件的阻抗匹配到所述π形天线。

在一些实施例中，所述阻抗匹配网络可由所述电子器件切换并用于在多个RF频段上匹配所述电子器件在至少两种状态下的阻抗。在一些实施例中，所述π形连接器具有包括所述耦合的第一臂、第二臂和第三臂，所述第一臂耦合至所述连接器，所述第二臂和所述第三臂分别形成第二条形线和第三条形线。所述π形天线是一种条形天线，以及所述阻抗匹配网络包括开关、电容器和电感器。所述π形天线沿所述外壳末端的边缘设置。

在一些实施例中，所述连接器是USB连接器、耳机连接器、麦克风连接器和内存插槽连接器之一。所述电子器件可包括用于在长期演进(long term evolution，LTE)频段B17、B20和B7中工作的RF驱动器，其中所述天线和所述连接器在频段B7处产生谐振。所述连接器具有一个壳体，其中所述耦合耦合至所述壳体。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，相同的数字表示相同的对象，其中：

图1示出了具有可切换π形天线、连接器和阻抗匹配网络的移动设备；

图2示出了配置为无源网络的阻抗匹配网络；

图3示出了布置在印刷电路板(printed circuit board，PCB)的一端处的背板上的天线的一项实施例的透视图；

图4示出了包括位于设备中心的天线和USB连接器的移动设备；

图5示出了频段B20和B7的天线的典型回波损耗；

图6示出了配置为可切换网络以选择性地将驱动线路调谐到不同频段的天线的阻抗匹配网络；

图7示出了两种不同状态的回波损耗；

图8示出了两种不同状态的辐射效率；以及

图9示出了移动设备的另一项实施例。

具体实施方式

本发明提供一种包括低剖面π形天线的移动设备，该天线包括用于覆盖从B17至B7的多个普遍4G LTE频段以及高频段B41的可切换设计。将一种π形天线定义为具有至少两个臂的天线，每个臂耦合至辐射元件并一起形成希腊符号π的形状。

参考图1，显示包括可切换π形天线12的移动设备10，该天线具有三个臂：IL1、IL2和耦合臂S1。耦合臂S1结合另一部件，例如，如下文将描述的连接器，有利地用于提供谐振以产生高频段的π行天线12，从而扩大了移动设备10上的天线的带宽。另外，阻抗匹配网络14用于将天线12阻抗匹配到形成一部分设备电子器件18的射频(radio frequency，RF)驱动电路16。阻抗匹配网络14可以是无源或有源的，如下文将描述的。驱动电路16通过馈点19耦合至阻抗匹配网络14，并包括可用于在LTE频段B17、B20和B7等多个RF频段上传输的RF收发器。频段LTE B17、B20、G850、G900为704至960MHz，频段LTE B7为1710至2170MHz(DCS、PCS、AWS)到2500至2690MHz。

电子器件18形成一部分印刷电路板(printed circuit board，PCB)20并用于在上面所提到的频段中操作移动设备10。电子器件18可包括处理器、存储器、输入/输出电路、显示器、无线收发器和电池，如同在包括智能手机、平板电脑等在内的移动设备中常见的那些。例如，移动设备10的电子器件18可用于拨打和接收语音电话、文本消息、图像、视频文件、游戏文件和其它无线通信信号，诸如手机。PCB接地在22处显示，并可形成天线12的RF接地和背板。耦合臂S1将电子器件18的驱动电路16耦合至天线12的馈线26。耦合臂S1还耦合至设备连接器30，其中耦合臂S1包括电容耦合。阻抗匹配网络14由电子电路18控制并使天线12在两种状态之间选择性地切换以有效地覆盖多个频段，包括从低频段B17、B20到高频段B7和B41(若需要)的普遍4G LTE频段。

图2示出了形成无源阻抗匹配网络的阻抗匹配网络14的示意图。阻抗匹配网络14包括电感器L1、电容器C1、C/L部件和电感器L2，其中电感器L2用于匹配低频段和高频段的天线12的阻抗。通过示例，阻抗匹配网络14用于在范围从低频段B17和B20到高频段B7和B41的频率上将驱动器电路16阻抗匹配至天线12。在一项实施例中，天线12是一种条形天线，并且还通过耦合臂S1和阻抗匹配网络14的部件的尺寸(具体是电感器L1和L2的长度，和IL2的长度/耦合臂S1的耦合)调谐。

参考图1，通过一项实施例中的示例，尺寸D是8mm，IL1的长度是22mm，IL2的长度是30mm，取决于PCB尺寸。电感器L1的值可以是2nH，电容器C1的值可以是1.5pF，L2的值可以是4.7nH。馈点19距离PCB中心的距离是10mm。天线臂IL1和IL2直而粗以便提高低频段。耦合臂S1将PCB 20的驱动电路16耦合至具有USB的天线辐射器以产生高频段。在其它实施例中，这些部件的值和尺寸可以不同，并且也不应推断出对这些值和尺寸的限制。

图3示出了包括天线12和无源匹配网络14的设备10的一项实施例的透视图，无源匹配网络14布置在印刷电路板(printed circuit board，PCB)20的一端处的背板22上。PCB 20包括设备10的电子器件18，设备10驱动第一馈线26和第二可切换馈线28并包括π形天线12。

图4示出了具有π形天线12和邻近的连接器30的设备10，该π形天线12在设备10的末端处形成，邻近的连接器30耦合至电子器件18。例如，连接器30可包括置于设备中心的USB连接器，如图所示。有利的是，形成天线12的第一臂的耦合臂S1耦合至连接器30的壳体和接地22以产生覆盖高频段B7的另一谐振，从而扩展天线12的带宽。耦合臂S1还可耦合至其它设备连接器30，诸如扬声器/耳机连接器、麦克风连接器、内存插槽连接器、接收器、设备的金属盖子，或任意其它部件，或PCB板上的任何其它种类的接地(位于中心或角落)，以便在负载频段B7的2.6GHz等处产生又一个高频段谐振。这是一种使用环境提高便携式移动通信设备的天线带宽的新方法。PCB板上的耦合臂S1和连接器/部件/接地之间的距离、耦合臂S1的形状、它们之间的材料都影响天线性能。对于不同的电话/不同的环境而言，天线12的形状、设备连接器及其位置可能不同，而且S1耦合臂与设备连接器结合会产生高频段谐振。

图5示出了天线12的典型回波损耗，天线12具有频段从B20到B7的无源阻抗匹配网络14。

图6示出了配置为可切换阻抗匹配网络的阻抗匹配网络14。阻抗匹配网络14配置有两种(2)状态以更有效地调谐两种频段下的天线12，例如第一状态下的低频段，如B17和B20，以及第二状态下的高频段，如B7。阻抗匹配网络14包括由驱动器18控制的并用于在第一状态和第二状态下选择性地配置各种部件L1、L2、C1和C2的开关SW1。开关SW1可以是单拉四掷(single pull four throw，SP4T)，但其它类型的开关也可使用并在本发明的范围内。

图7示出了天线12在状态1和状态2两种不同状态下的回波损耗。状态1提供频段B17相比于状态2有所下降的回波损耗，而状态2提供频段B5和B8相比于状态1有所下降的回波损耗。电子器件18选择性地建立操作天线12的2种状态，2种以上的状态是可能的并在本发明的范围内。

图8示出了天线12在频段B17和频段B7两种频段下的状态1和状态2中的辐射效率。

图9示出了具有π形天线12的设备40的第二实施例，出于说明目的，天线移动并放置在设备40的背面。可切换阻抗匹配网络14在设备40的左脚示出，而USB连接器在右脚示出。

如果需要，阻抗匹配网络14还可包括有源部件。例如，有源部件可提供增益控制和/或可建立波束控制。

有利的是，与可切换阻抗匹配网络电容式耦合的π行天线使高级移动设备，例如那些提供4G、5G和其它版本的移动设备，能够使用低剖面天线提供在所需频段中的覆盖。

虽然本发明已经描述了一些实施例和通常相关方法，但这些实施例和方法的变体和改变对本领域技术人员将是显而易见的。相应地，示例实施例的上面描述不限定或限制本发明。其它改变、替代和变体在不脱离本发明的精神和范围的情况下也是可能的，如以下权利要求所限定。