内部天线和平板扬声器组件与包括该天线和组件的移动终端的制作方法

专利名称：内部天线和平板扬声器组件与包括该天线和组件的移动终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，更具体地说，本发明涉及天线以及结合了该天线的无线终端。
背景技术：
个人电子设备(如蜂窝式无线电话)的制造商和设计者常常设法减小这种设备的总尺寸，并同时保持这种设备吸引人的款式特征。减小这种包含了扬声器的设备的尺寸的一个结果是供扬声器可用的空间更小。此外，在这种个人电子设备中，可能期望有多种音频信号的生成能力，包括蜂鸣器、话音信号生产和/或音乐或其他更高频带信号的再现和重放。
由于在个人电子设备中供支持音频信号生成能力的硬件可用的空间减小了，因此支持多重声音发射的输出设备变得更加困难，并且供每个这种设备可用的空间可能变得更小。此外，这种个人电子设备中增加的功能可能需要占用更多供该设备的其他功能所利用的减小的可用空间。音频输出设备尺寸的减小还可增加提供信号(如蜂音报警信号)可期望的的响度等级的难度。
一种满足个人电子设备尺寸减小需求的方法是使用平板扬声器代替传统扬声器。平板扬声器利用大而薄的导电振动膜板(而不是利用传统的锥形板)使空气振动，因而需要较少的空间。
还有一个令人关注的地方是可作为无线终端的内部安装的天线来使用的小天线。例如，平面倒F形天线(PIFA)可能很适合用于无线终端的范围，尤其适合经历小型化并期望显示屏越来越大的无线终端。一般，传统PIFA包括导电元件，该导电元件保持与接地平面相间隔开的关系。在美国专利Nos.6,166,694和6,353,443中描述了示范性的PIFA，通过引用将它们全部结合在此。
按照惯例，PIFA的配置具有比如在美国专利No.5,926,139中描述的分支结构，并且以距接地平面适当的距离(一般距约5-10mm)来安置PIFA，以便有效地发射。Kin-Lu Wong在“Planar Antennasfor Wireless Communications”(Wiley，2003年1月)的第4页第一章中说明了用于双频PIFAS的某些可能的发射顶部插接。通过引用将这些文献中的每一个的内容全部结合在此。
尽管存在着前述的内容，但是仍需要改进的和/或备选的扬声器与天线配置。

发明内容
本发明的实施例为通信设备和无线终端提供内部天线和平板扬声器。本发明的实施例包括集成的平面天线和平板扬声器。由此，比如平面天线和平板扬声器可以在共同的衬底上构成。
某些实施例针对天线子组件。天线子组件包括(a)平面天线；以及(b)与该平面天线集成在一起的平板扬声器。在特定的实施例中，平板扬声器被配置成充当平面天线的寄生元件。这样，与单独的平面天线的频率响应相比，该平板扬声器可被配置成为平面天线提供更低的频率范围、增加的带宽和/或多波段的频率响应。
其他实施例针对无线终端。无线终端包括(a)外壳；(b)设置在外壳内的电子电路；(c)贴近外壳内电子电路背面的平板扬声器；以及(d)贴近外壳内电子电路背面上的平板扬声器的内部天线。在某些实施例中，平面天线和平板扬声器只是被彼此相邻协同定位在电子电路的同一侧上，而在其他实施例中，平面天线和平板扬声器被集成在共同的机体或衬底中。
在特定的实施例中，无线终端的外壳包括在其正面上的听筒和键盘，并且电子电路被放置在外壳正面和平板扬声器之间。因此，在这样的实施例中，无线终端还包括从平板扬声器延伸至听筒的前向声通道，并且包括至少一个穿过紧接着平板扬声器的电子电路而延伸的声孔。
在某些实施例中，无线终端的电子电路包括与平板扬声器保持联系的音频驱动器电路。在其他的实施例中，音频驱动器电路通过平衡馈送耦合到平板扬声器。还在其他的实施例中，平衡馈送包括在各引线上具有RF隔离电路的多个引线。这样，比如平衡馈送可包括在平衡馈送的各引线上的振荡回路和/或电感器。
下面将进一步描述这些以及其他的实施例。


图1是按照本发明实施例的无线终端设备的结构分解透视图。
图2A-2C分别是按照本发明实施例的平板扬声器的俯视、仰视和侧视图。
图3A-3D是按照本发明实施例的示范平面天线和平板扬声器子组件的侧视图。
图4A-4C是说明按照本发明实施例的平面天线的示范性频率响应的电压驻波比的模拟曲线图。
图5和6是说明按照本发明实施例的电子电路的示范性部件以及该部件与平面天线和/或平板扬声器之间的连接的示意性框图。
图7A-7C是说明按照本发明实施例的音频驱动器电路和平板扬声器之间示范性耦合的示意性框图。
图8A是与平面天线集成在一起的示范性平板扬声器的俯视图。
图8B是图8A所示的与平面天线集成在一起的示范性平板扬声器的剖面侧视图。
图9A-9E是集成了平板扬声器和平面天线的示范性衬底机体的剖面侧视图。
具体实施例方式
在下文中，将参考示出本发明实施例的附图对本发明进行充分的描述。然而，可以以许多不同的形式具体体现本发明，并且本发明不应当被认为是受限于这里所提出的实施例；相反地，提供这些实施例使得本公开更彻底和完全，并将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在整个附图中，相同的数字表示相同的元件。将会意识到，尽管讨论的是关于某种天线的实施例，但是一个天线实施例的特征和操作可应用于其他的天线。
在附图中，为了清楚起见，夸大了线的厚度、层、特征、部件和/或区域。将会了解到当一种特征(例如层、区域或衬底)被称作是“在另一特征或元件上”时，它可能是直接在另外的元件之上或者是还可存在居间元件。相反地，当一个元件被称作是“直接在另一特征或元件上”时，则没有居间元件存在。还将了解到当一种特征或元件被称作是“相连或耦合到另一种特征或元件”时，它可能是直接相连到另外的元件或者可存在居间元件。相反地，当一种特征或元件被称作是“直接连接或耦合到另一种特征或元件”时，则没有居间元件存在。然而，值得注意的是在衬底上存在涂层或膜层不排除在衬底上“直接构成”导电元件，尽管是在其上的涂层或膜上。
术语“包含”以及它的派生词意思是存在所叙述的特征、操作、整体、部件、步骤等等，但是不排除或拒绝存在或增加一个或多个可选的或不同的特征、整体、步骤、部件或组。
正如这里所用到的，术语“无线终端”可包括但不限于带有或不带多线显示器的蜂窝式无线终端；可将蜂窝式无线终端与数据处理、传真以及数据通信能力相结合的个人通信系统(PCS)终端；可包括无线终端、寻呼机、因特网/内特网接入、web浏览器、组织器、日历和/或GPS接收器的PDA(个人数字助理)；以及包括无线终端收发器的传统的膝上型和/或掌上型接收器或者其他的用具。无线终端还可表示“普适计算”设备，并且可以是包括有便携式无线电通信装置的移动终端。术语“便携式无线电通信装置”(它还可被互换地称为“移动无线电终端”)包括所有便携式装置，例如移动电话、寻呼机和通信装置，该通信装置包括但不限于智能电话、电子组织器等等。
通信设备领域的技术人员将会了解到天线是可用于发送和/或接收电信号的装置。在发送期间，天线可以从传输线接收能量并将该能量发射到空中。在接收期间，天线可以从入射波收集能量并将该能量提供给传输线。天线发射或接收的功率的量一般用增益来描述。
下面将参考附图详细地描述本发明的实施例。图1是无线终端100的结构分解透视图。如图所示，无线终端100包括正面110f和背面110b，它们配对定义了无线终端的便携式外壳。无线终端100包括电子电路120、平板扬声器130和内部天线140，它们都被放置在外壳内。内部天线140一般是平面天线140，并被配置成PIFA，单触点插接天线，或者弯曲单极天线。尽管某些实施例是关于平面倒F形天线来描述的，但是即使是在本领域的行话中，天线可能不是严格意义上的“平面”，它仍然可以被称为平面倒F形天线。
另外，无线终端100的电子电路120可包括带有信号馈送和接地平面的印刷电路板(PCB)，其中平面天线140可操作地耦合到PCB的信号馈送及接地平面。将会了解到尽管在整个申请中使用了术语“接地平面”，但是正如这里所用到的，术语“接地平面”并不限于平面形式。例如，“接地平面”可以是条状的或者是任何形状或合理的尺寸，并且可包括非平面结构(如隔离罩或其他金属物体)。
如图1所示，外壳的正面110f包括听筒115和小键盘117。电子电路120位于外壳的正面110f和背面110b之间。平板扬声器130和平面天线140被容纳在外壳内，以使它们都位于电子电路的背面120b和外壳的背面110b之间。如图所示，平板扬声器130和平面天线140可被设置到单独的衬底上，或者像下面进一步讨论的，比如通过使用共同的衬底将它们集成在一起。在适当的位置处，听筒115将来自扬声器的声信号/声音输出给用户。
图2A-2C显示的是传统平板扬声器130的俯视、仰视和侧视图。如图所示，平板扬声器130基本上是平面元件，它包括导电图案130p、用于和电子电路120进行联系的引线135和137、以及提供对输入信号进行声响应的薄振动膜板部件139。振动膜部件139可以是分开的振动膜板，并且可以由压电材料(如压电陶瓷)构成。在整个说明书中，术语“引线”和“迹线”可交替用来表示电路径。
可以通过美国明尼苏达州South Theif Falls的DigiKey分发的、零件编号为WM R03B的Panasonic“卡片式扬声器”来获得用于个人电子设备的示范的平板扬声器。Panasonic卡片式扬声器的特征是超薄、超轻的压电陶瓷分开的振动膜。该分开的振动膜的双向机械结构将一个用于低频声音的较大扬声器和四个用于高频声音的较小扬声器结合起来，这使得广谱音频再现成为可能。另外，可用高分子涂层覆盖振动膜片，以防止潮湿、灰尘和侵蚀。
图3A-3D说明了相对于电子电路120和平面天线140放置平板扬声器130的示范位置。如图所示，平板扬声器130和平面天线140可彼此贴近放置在电子电路120的背面120b。因为这种放置，至少有一个声孔可在PCB或者电子电路中形成，以定义从平板扬声器130延伸至电子电路120前面120f的前向声通道305。于是，将声输出引导至听筒(图1的115)以便减少操作期间的声干扰，可构成至少一个声孔125，以使声孔125穿过电子电路120而延伸。声输出的方向在图3A-3D中用虚线箭头表示。如图3C所示，在平面天线140被放置于平板扬声器130和电子电路120之间的情形中，也生成了至少一个穿过平面天线140而延伸的声孔145。前向声通道305的方向用从平板扬声器130延伸穿过电子电路120的虚线箭头说明。无线终端还可包括封闭的声道(未显示)，可用来引导改进的信号清晰度的声输出。
如图3A所示，平板扬声器130可以是和天线140相隔离的部件并被放置到平面天线140和电子电路120之间，以使它和平面天线140是相邻的。图3B说明了平板扬声器130可以和平面天线140集成在一起，以生成如将关于图8和9进一步讨论的、集成的平板扬声器/平面天线800。
图3C和3D显示平板扬声器130可被偏移侧向或横向间距131，该间距将它与平面天线140隔开。如图3C所示，平面天线140可被放置到平板扬声器130和电子电路120之间。图3D说明了平板扬声器130可被放置到平面天线140和电子电路120之间并且在纵向被偏移，以使它可以在平面天线140之下或之上(未显示)。另外，尽管未显示，但是平面天线140可被放置到离平板扬声器130更近的地方，于是从那里被纵向地偏移。术语“贴近”指平板扬声器130和平面天线140一般被空间地排列在外壳内的电子电路120的同一侧，以使部分平板扬声器130覆盖在平面天线140上，或反之亦然。
通过关于平面天线140来放置、配置和/或电连接平板扬声器130，对平面天线140来说，在某些频率范围内平板扬声器130可起到寄生元件的作用。图4A-4C说明的是按照本发明各种实施例的平面天线140的示范频率响应。曲线图表示的是电压驻波比(VSWR)。VSWR与天线馈电点的阻抗匹配有关，该天线馈电点带有通信设备(如无线终端)的馈线或传输线。为了以最小的损失来发射射频能量、或者是以最小的损失将接收到的RF能量传递给无线终端接收器，无线终端天线的阻抗通常是与传输线或馈电点的阻抗相匹配的。传统的无线终端一般采用电连接到收发器的天线，所述的收发器与位于内部设置的印刷电路板上的信号处理电路操作地相关联。为了增加天线和收发器之间的功率迁移，收发器和天线可相互连接，以使它们各自的阻抗基本“匹配”，也就是说，可电调谐，以补偿不希望有的天线阻抗成分，从而在馈电点处提供50欧姆(Ω)(或者所期望的)的阻抗值。
在图4A-4C中，虚线410说明的是独立于平板扬声器130操作的、并因此基本不受平板扬声器130影响的平面天线140的模拟的频率响应，而实线420a、420b和420c说明的是在被配置为寄生元件时平板扬声器130的作用的影响下，平面天线140的改变的频率响应。如图4A所示，可关于平面天线140(图1所示)来配置和/或放置平板扬声器130，以给平面天线140的频率响应420a提供更低的频率范围。图4B说明平板扬声器130可被配置成来提供增加的带宽频率响应420b，而图4C说明平板扬声器130可被配置成来提供多波段频率响应420c。
图5和6说明的是按照本发明实施例的电子电路120中的示范部件(电子电路120用矩形虚线来表示)以及该部件和平面天线140和/或平板扬声器130之间的连接。如图5所示，电子电路120可包括与平面天线140电联系的天线驱动器电路122和与平板扬声器130电联系的音频驱动器电路127。将音频驱动器电路127耦合至平板扬声器130的示范的信号补偿技术将在下面关于图6和7A-7C来讨论。
如图6所示，电子电路120还可包括信号补偿电路128。在操作过程中，信号补偿电路128检测何时天线140处于发送模式，也就是说，检测天线140何时正在接收来自传输线的能量并将该能量发射进空中。在检测传输期间，信号补偿电路128补偿由音频驱动器电路127至平板扬声器130的信号，以此来抑制通过平板扬声器130传递的噪声。信号补偿电路128可以是任何适当的信号处理电路，包括本领域的那些技术人员已知的硬件和/或软件成分。
图7A-7C说明了电子电路120的音频驱动器电路127可通过平衡馈送耦合到平板扬声器130。正如本领域的那些技术人员所已知的，术语“平衡馈送”指的是为了减少对由无线终端内部地生成的噪声或外部噪声的敏感度，在带有正和负电压的引线(而不是代表信号和地电压的引线)上传输不同的信号。
如图7A所示，平板扬声器130的引线135、137可以直接与音频驱动器电路127相连。另一方面，如图7B和7C所示，RF隔离电路135R、137R(包括各引线135、137上的电感器710、715，或者包括各自引线135、137上的振荡回路720、725)可被用来耦合音频驱动器电路127和平板扬声器130。也可使用本领域的那些技术人员所已知的其他RF隔离电路配置。
如图8A所示，本发明的某些实施例包括与平板扬声器130“集成”在一起或者与平板扬声器130作为“整体”的平面天线140(通常被称为集成设备800)。术语“集成”或“整体”意味着平板扬声器130和平面天线140被结合，以使至少部分平面天线140被蚀刻、印制或以其他的方式形成在、附着到和/或由形成平板扬声器130的衬底所支撑。衬底800s可包括单层或多层。
图8A说明了平面天线140的导电元件140e以及平板扬声器130的导电图案130p可以在平板扬声器的机体130b的第一级表面上形成，并且衬底800s可包括单层材料。图8还显示了在集成的平板扬声器/平面天线部件800上的天线引线801、802(即地或信号路径)和平板扬声器引线135、137。
图8B显示的是图8A所示的示范集成的平板扬声器/平面天线部件800的剖面图。如图所示，在单层衬底800s的第一和第二级侧面上形成平板扬声器导电图案130p和振动膜部件139。在相同衬底800s的第一级侧面上形成天线导电元件140e。
图9A-9E说明了衬底800s可由一个(图8和9A)或多个(图9B-9E)材料层构成。一般，层910、920和/或930由非导电材料制成，并且利用经过配置的导电部分来定义平面天线140和平板扬声器130。层910、920和/或930可以是薄膜或其他衬底层，一般厚度小于5mm，并且更一般的是厚度小于约1mm，以及更一般的是厚度介于0.2-0.5mm之间。图9A显示的是作为带有可使振动膜部件139挠曲的挖去部分或空间103c的单层910的衬底800s。在衬底由柔性材料制成的实施例中，可不需要挖去部分130c。如图所示，天线导电元件140e可以在材料层910的第一级表面上形成，而扬声器导电图案130p可在第二级表面上形成。
图9B和9C显示的是作为两层910和920的衬底800s，具有在第一层910的第一级表面上形成的天线导电元件140e。图9B显示在第二层920的第一级表面上形成的扬声器导电图案130p，而图9C显示在第二层920的第二级表面上形成的扬声器导电图案130p。图9B和9C还显示可使振动膜部件139挠曲的挖去部分130c。如图9B所示，挖去部分130c可在振动膜部件139的上方或下方延伸，以使振动膜部件139可在两个方向中的任一方向上移动。图9B还显示了穿过第二层920延伸至第二层920的第二级表面的、以使声信号传输的声孔130a。
图9D和9E显示的是作为三层910、920和930的衬底800s，具有在第一层910的第一级表面上形成的天线导电元件140e。图9D显示的是在第三层930的第一级表面上形成的扬声器导电图案130p，而图9E显示的是在第三层930的第二级表面上形成的扬声器导电图案130p。图9D和9E还显示可使振动膜部件139挠曲的挖去部分130c，其中图9D的挖去部分130c在振动膜部件139的上方或下方延伸。图9D还显示了穿过第三层930延伸至第三层930的第二级表面的、以使声信号传输的声孔130a。
将会了解到尽管在这里是关于无线终端对按照本发明实施例的天线进行了描述，但是本发明的实施例不限于这样的配置。例如，按照本发明实施例的天线可用于只发送或只接收无线通信信号的无线终端内。例如，传统的AM/FM无线电或任何使用天线的接收器可能只接收通信信号。另一方面，远程数据输入设备可能只发送通信信号。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的实施例，并且尽管使用了特定的术语，但只是在广义或描述的意义上使用这些术语，而不是为了限制随后的权利要求书中提出的本发明的范围。因此，前述的内容是对本发明的说明，不能理解为是对本发明的限制。虽然已经对本发明的一些示范实施例进行了描述，但是本领域的那些技术人员将易于意识到可以在示范的实施例中进行许多的修改，而不会在本质上偏离本发明新颖的教导和优点。因此，正如权利要求书中所定义的，所有这样的修改将被包含在本发明的范围内。在权利要求书中，所用到的装置加功能条款将覆盖在这里被描述为执行所述功能的结构，不仅包括结构的等效物而且包括等效结构。因此，将会了解到前述的内容是对本发明的说明而不应被认为是对所公开的特定实施例的限制，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改将包括在所附权利要求的范围内。本发明由随后的权利要求定义，并且权利要求的等效物将包含在其中。
权利要求
1.一种无线终端，包含外壳；电子电路，其被设置于所述外壳内；平板扬声器，其被放置在贴近所述外壳内的所述电子电路的背面；以及内部天线，其被放置在贴近所述外壳内的所述电子电路背面上的所述平板扬声器。
2.如权利要求1所述的无线终端，其中所述平板扬声器与所述内部天线集成在一起。
3.如权利要求2所述的无线终端，其中所述平板扬声器和所述内部天线各包含驻留在共同衬底的第一级表面上的导电部分。
4.如权利要求1所述的无线终端，其中所述内部天线是平面天线。
5.如权利要求1所述的无线终端，其中所述外壳包括所述外壳正面上的听筒和键盘，并且其中所述电子电路被放置在所述外壳的正面与所述平板扬声器及所述内部天线之间。
6.如权利要求5所述的无线终端，其中所述电子电路包含印刷电路板，并且其中所述无线终端还包含从所述平板扬声器延伸至所述听筒的前向声通道，所述前向声通道包含至少一个穿过紧接着所述平板扬声器的所述印刷电路板而延伸的声孔。
7.如权利要求6所述的无线终端，其中所述内部天线被放置在所述印刷电路板和所述平板扬声器之间，并且其中所述前向声通道还包含至少一个穿过所述内部天线而延伸的声孔。
8.如权利要求1所述的无线终端，其中所述电子电路包含带有信号馈送和接地平面的印刷电路板，并且其中所述内部天线操作的耦合到所述信号馈送和所述接地平面。
9.如权利要求1所述的无线终端，其中所述电子电路包括音频驱动器电路，所述音频驱动器电路通过平衡馈送耦合到所述平板扬声器。
10.如权利要求9所述的无线终端，其中所述平衡馈送包含多个引线，并且其中所述电子电路还包含在所述平衡馈送的各引线上的RF隔离电路。
11.如权利要求10所述的无线终端，其中所述RF隔离电路包含振荡回路。
12.如权利要求10所述的无线终端，其中所述RF隔离电路包含电感器。
13.如权利要求1所述的无线终端，其中所述平板扬声器被配置成充当对所述内部天线的寄生元件。
14.如权利要求13所述的无线终端，其中所述平板扬声器被配置成充当为所述内部天线提供更低频率范围的频率响应的寄生元件。
15.如权利要求13所述的无线终端，其中所述平板扬声器被配置成充当为所述内部天线提供增加的带宽频率响应的寄生元件。
16.如权利要求13所述的无线终端，其中所述平板扬声器被配置成充当为所述内部天线提供多波段频率响应的寄生元件。
17.如权利要求1所述的无线终端，其中所述内部天线包含平面倒F形天线(PIFA)。
18.如权利要求1所述的无线终端，其中所述内部天线包含单触点插接天线。
19.如权利要求1所述的无线终端，其中所述内部天线包含单极天线。
20.如权利要求2所述的无线终端，其中所述电子电路包含音频驱动器电路，其通过包含多个引线的平衡馈送耦合到所述平板扬声器；天线驱动器电路，其与所述内部天线保持联系；以及信号补偿电路，其与所述音频驱动器电路和所述天线驱动器电路保持联系，其中当所述内部天线处于发送模式时，所述信号补偿电路补偿从所述音频驱动器电路至所述平板扬声器的信号。
21.一种天线子组件，包含平面天线；以及平板扬声器，其中所述平板扬声器与所述平面天线集成在一起。
22.如权利要求21所述的天线子组件，其中所述平板扬声器和所述平面天线各包含存在于共同衬底的第一级表面上的导电部分。
23.如权利要求21所述的天线子组件，其中所述天线子组件还包含电子电路，所述电子电路包括通过平衡馈送耦合到所述平板扬声器的音频驱动器电路。
24.如权利要求23所述的天线子组件，其中所述平衡馈送包含多个引线，并且其中所述电子电路还包含在所述平衡馈送的各引线上的RF隔离电路。
25.如权利要求24所述的天线子组件，其中所述RF隔离电路包含振荡回路。
26.如权利要求24所述的天线子组件，其中所述RF隔离电路包含电感器。
27.如权利要求21所述的天线子组件，其中所述平板扬声器被配置成充当对所述平面天线的寄生元件。
28.如权利要求27所述的天线子组件，其中所述平板扬声器被配置成充当为所述平面天线提供更低频率范的围频率响应的寄生元件。
29.如权利要求27所述的天线子组件，其中所述平板扬声器被配置成充当为所述平面天线提供增加的带宽频率响应的寄生元件。
30.如权利要求27所述的天线子组件，其中所述平板扬声器被配置成充当为所述平面天线提供多波段频率响应的寄生元件。
31.如权利要求21所述的天线子组件，其中所述平面天线包含平面倒F形天线(PIFA)。
32.如权利要求21所述的天线子组件，其中所述平面天线包含单触点插接天线。
33.如权利要求21所述的天线子组件，其中所述平面天线包含单极天线。
全文摘要
本发明提供了一种天线子组件和无线终端。天线子组件包括平面天线(140)和可与平面天线集成在一起的平板扬声器(130)。无线终端包括一个平板扬声器和一个平面天线，它们可能集成在一起或者未被集成并且彼此邻近被安置在外壳内的电子电路(120)的同一侧面上。
文档编号H04B1/38GK1833426SQ200480022245
公开日2006年9月13日 申请日期2004年6月23日 优先权日2003年8月1日
发明者G·J·海斯 申请人:索尼爱立信移动通讯股份有限公司