BR102012008299B1 - antenas sintonizáveis em loop - Google Patents

Abstract

ANTENAS SINTONIZÁVEIS EM LOOP. A presente invenção refere-se a dispositivos eletrônicos que são fornecidos e contêm circuitos de comunicações sem fio. Os circuitos de comunicações sem fio podem incluir estruturas de circuito e de antena de transceptor de frequência de rádio. Uma antena em loop alimentada em paralelo pode ser formada a partir de porções de um bisel condutivo e um plano de aterramento. A antena pode operar em múltiplas bandas de comunicações. O bisel pode circundar uma porção periférica de um visor que é montado na frente de um dispositivo eletrônico. O bisel pode conter um espaço. Os terminais de alimentação de antena para a antena podem estar localizados em lados opostos do espaço. Um capacitor variável pode formar uma ponte no espaço. Um elemento indutivo pode formar uma ponte entre o espaço e os terminais de alimentação de antena. Um indutor comutável pode ser acoplado em paralelo com o elemento indutivo. O circuito de combinação sintonizável pode ser acoplado entre um dos terminais de alimentação de antena e um condutor em um cabo coaxial conectando o circuito de transceptor à antena.

Description

Este pedido reivindica prioridade para o pedido de patente dos Estados Unidos N° 13/041.934, depositado em 7 de março de 2011, o qual 5 desse modo é incorporado como referência aqui em sua totalidade.

Antecedentes

A presente invenção refere-se geralmente a circuitos de comunicações sem fio e, mais particularmente, a dispositivos eletrônicos que têm circuitos de comunicações sem fio.

Os dispositivos eletrônicos, tais como dispositivos eletrônicos portáteis, estão se tornando crescentemente populares. Os exemplos de dispositivos portáteis incluem computadores portáteis, telefones celulares, tocadores de mídia e dispositivos híbridos que incluem a funcionalidade de múltiplos dispositivos deste tipo.

Dispositivos, tais como estes, frequentemente são fornecidos com capacidades de comunicações sem fio. Por exemplo, dispositivos eletrônicos podem usar circuitos de comunicações sem fio de longo alcance, tais como circuitos de telefone celular para comunicação usando bandas de telefone celular em 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz e 1900 MHz (por exem- pio, o Sistema Global principal para Comunicações Móveis ou bandas de telefonia celular de GSM). Os circuitos de comunicações sem fio de longo alcance também podem lidar com a banda de 2100 MHz. Os dispositivos eletrônicos podem usar enlaces de comunicações sem fio de curto alcance para lidar com comunicações com um equipamento próximo. Por exemplo, os dispositivos eletrônicos podem se comunicar usando bandas de WiFi® (IEEE 802.11) em 2,4 GHz e 5 GHz e a banda de Bluetooth® em 2,4 GHz.

Para satisfazer à demanda de consumidores por dispositivos sem fio, de fator de forma pequeno, os fabricantes estão continuamente lutando para implementar circuitos de comunicações sem fio, tais como com- 30 ponentes de antena, usando estruturas compactas. Contudo, pode ser difícil adaptar estruturas de antena convencionais em dispositivos pequenos. Por exemplo, antenas que são confinadas a volumes pequenos frequentemente exibem larguras de banda de operação mais estreitas do que antenas que são implementadas em volumes maiores Se a largura de banda de uma antena se tornar pequena demais, a antena não será capaz de cobrir todas as bandas de comunicações de interesse Tendo em vista estas considerações, seria desejável fornecer circuitos sem fio melhorados para dispositivos eletrônicos.

Sumário

Os dispositivos eletrônicos podem ser fornecidos, que incluem estruturas de antena Uma antena pode ser configurada para operação em 10 uma primeira e uma segunda bandas de comunicação. Um dispositivo eletrônico pode conter um circuito transceptor de frequência de rádio que é a- coplado à antena usando uma linha de transmissão. A linha de transmissão pode ter um condutor positivo e um condutor de aterramento A antena pode ter um terminal de alimentação de antena positivo e um terminal de alimen- 15 tação de antena de aterramento aos quais os condutores positivo e de aterramento da linha de transmissão são acoplados, respectivamente.

O dispositivo eletrônico pode ter uma periferia retangular. Um visor retangular pode ser montado em uma face dianteira do dispositivo eletrônico. O dispositivo eletrônico pode ter uma face traseira que é formada a 20 partir de um membro de alojamento de plástico. As estruturas de parede lateral condutivas podem rodar em torno da periferia do alojamento de dispositivo eletrônico e do visor As estruturas de parede lateral condutivas podem servir como um bisel para o visor.

O bisel pode incluir pelo menos um espaço. O espaço pode ser 25 preenchido com um dielêtrico sólido, tal como plástico A antena pode ser formada a partir da porção do bisel que inclui o espaço e uma porção de um plano de aterramento Para evitar uma sensibilidade excessiva a eventos de toque, a antena pode ser alimentada usando um arranjo de alimentação que reduz a concentração de campo elétrico na vizinhança do espaço. 3Q Um elemento indutivo pode ser formado em paralelo com os terminais de alimentação de antena, ao passo que um elemento capacitrvo pode ser formado em série com um dos terminais de alimentação de antena.

O elemento indutivo pode ser formado a partir de uma estrutura indutiva de linha de transmissão que forma uma ponte nos terminais de alimentação de antena. O elemento capacitivo pode ser formado a partir de um capacitor que é interposto no percurso de alimentação positivo para a antena. O capacitor pode ser conectado, por exemplo, entre o condutor de aterramento positivo da linha de transmissão e o terminal de alimentação de antena positivo.

Um circuito de indutor comutável pode ser acoplado em paralelo com o elemento indutivo. Um circuito de combinação sintonizável também pode ser interposto no percurso de alimentação positivo para a antena (por exemplo, o circuito de combinação sintonizável pode ser conectado em série com o elemento capacitivo). Um circuito de capacitor variável pode formar uma ponte no espaço. O circuito de indutor de comutação, o circuito de combinação sintonizável e o capacitor variável servem como um circuito de sintonização de antena que pode ser usado para se permitir que a antena ressone em bandas de frequência diferentes.

Um dispositivo sem fio formado usando este arranjo pode ser operável em primeiro e segundo modos. No primeiro modo, o circuito de indutor comutável pode ser sintonizado para permitir que a antena do dispositivo sem fio opere em uma primeira região de banda baixa e uma região de banda alta. No segundo modo, o circuito de indutor comutável pode ser desativado, para permitir que a antena do dispositivo sem fio opere em uma segunda região de banda baixa e na região de banda alta. As primeira e segunda regiões de banda baixa podem ou não se sobrepor na frequência.

O circuito de indutor comutável pode ser configurado para fornecer a cobertura de sub-banda desejada em uma região de banda selecionada. O circuito de capacitor variável pode ser ajustado para uma sintonia fina da característica de frequência da antena em loop. Outros recursos da invenção, sua natureza e as várias vantagens serão mais evidentes a partir dos desenhos associados e da descrição detalhada a seguir das modalidades preferidas.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é uma vista em perspectiva de um dispositivo eletrôni- co ilustrativo com um circuito de comunicações sem fio de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 2 é um diagrama esquemático de um dispositivo eletrônico ilustrativo com um circuito de comunicações sem fio de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 3 é uma vista de extremidade em seção transversal de um dispositivo eletrônico ilustrativo com um circuito de comunicações sem fio de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 4 é um diagrama de uma antena ilustrativa de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 5 é um diagrama esquemático de uma antena em loop alimentada em série ilustrativa que pode ser usada em um dispositivo eletrônico de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 6 é um gráfico que mostra como uma antena de dispositivo eletrônico pode ser configurada para a exibição de cobertura em múltiplas bandas de comunicação de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 7 é um diagrama esquemático de uma antena em loop alimentada em paralelo ilustrativa que pode ser usada em um dispositivo eletrônico de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 8 é um diagrama de uma antena em loop de alimentação em paralelo ilustrativa com uma indutância interposta no loop de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 9 é um diagrama de uma antena em loop alimentada em paralelo ilustrativa que tem uma estrutura de linha de transmissão indutiva de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 10 é um diagrama de uma antena em loop de alimentação em paralelo ilustrativa com uma estrutura de linha de transmissão indutiva e um elemento capacitivo conectado em série de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 11 é um gráfico de Smith que ilustra a performance de váriasantenasemloopdedispositivo eletrônico de acordo com modalidades da presente invenção.

A figura 12 é um gráfico que mostra as transigências entre ganho de antena e largura de banda para um dado volume de antena.

A figura 13 é um diagrama de uma antena em loop de alimentação em paralelo ilustrativa com um circuito de antena sintonizável de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 14 é um diagrama de circuito de um circuito de combinação sintonizável ilustrativo do tipo que pode ser usado em relação à antena da figura 13 de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 15 é um diagrama de circuito de um circuito de indutor comutável ilustrativo do tipo que pode ser usado em relação à antena da figura 13 de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 16 é um diagrama de circuito de um circuito de capacitor variável ilustrativo do tipo que pode ser usado em comunicação com a antena da figura 13 de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 17 é um gráfico que mostra como as porções de banda baixa da antena da figura 13 podem ser usadas para a cobertura de múltiplas bandas de comunicações de interesse usando o circuito de combinação de antena sintonizável de acordo com uma modalidade da presente invenção. Descrição Detalhada

Os dispositivos eletrônicos podem ser fornecidos com um circuito de comunicações sem fio. O circuito de comunicações sem fio pode ser usado para suporte de comunicações sem fio em múltiplas bandas de comunicações sem fio. O circuito de comunicações sem fio pode incluir uma ou mais antenas.

As antenas podem incluir antenas em loop. As estruturas condutivas para uma antena em loop, se desejado, podem ser formadas a partir de estruturas de dispositivo eletrônico condutivas. As estruturas de dispositivo eletrônico condutivas podem incluir estruturas de alojamento condutivas. As estruturas de alojamento podem incluir um bisel condutivo. As estruturas de espaço podem ser formadas no bisel condutivo. A antena pode ser de alimentaçãoemparalelo usando uma configuração que ajuda a minimizar a sensibilidade da antena a um contato com uma das mãos de um usuário ou outro objeto externo.

Quaisquer dispositivos eletrônicos adequados podem ser fornecidos com um circuito sem fio que inclui estruturas de antena em loop. Como um exemplo, as estruturas de antena em loop podem ser usadas em dispositivos eletrônicos, tais como computadores de mesa, consoles de jogos, roteadores, computadores laptop, etc. Com uma configuração adequada, as estruturas de antena em loop são fornecidas em dispositivos eletrônicos relativamente compactos em que o espaço interno é relativamente valioso, tais como dispositivos eletrônicos portáteis.

Um dispositivo eletrônico portátil ilustrativo de acordo com uma modalidade da presente invenção é mostrado na figura 1. Os dispositivos eletrônicos portáteis, tal como o dispositivo eletrônico portátil ilustrativo 10, podem ser computadores laptop ou computadores portáteis pequenos, tais como computadores ultraportáteis, computadores netbook e computadores tablet. Os dispositivos eletrônicos portáteis podem ser também de certa forma pequenos dispositivos. Exemplos de dispositivos eletrônicos portáteis pequenos incluem dispositivos de relógio de pulso, dispositivos suspensos,dispositivos de fone de ouvido e auriculares e outros dispositivos usáveis e em miniatura. Com um arranjo adequado, os dispositivos eletrônicos portáteis são dispositivos eletrônicos de mão, tais como telefones celulares.

O espaço é um bem precioso em dispositivos eletrônicos portáteis. Estruturas condutivas também estão tipicamente presentes, o que pode tornar desafiadora uma operação de antena eficiente. Por exemplo, estruturas de alojamento condutivas podem estar presentes em torno de alguma ou de toda a periferia de um alojamento de dispositivo eletrônico portátil.

Em arranjos de alojamento de dispositivo eletrônico portátil, tais como estes, pode ser particularmente vantajoso usar projetos de antena do tipo loop que cobrem bandas de comunicações de interesse. O uso de dispositivos portáteis, tais como dispositivos de mão, portanto, às vezes, é descrito aqui como um exemplo, embora qualquer dispositivo eletrônico adequadopossa ser provido com estruturas de antena em loop, se desejado.

Os dispositivos portáteis podem ser, por exemplo, telefones celulares, tocadores de mídia com capacidades de comunicações sem fio, computadores portáteis (às vezes também denominados assistentes digitais pessoais), controladores remotos, dispositivos de sistema de posicionamento global (GPS) e dispositivos de jogos portáteis. Os dispositivos de mão e outros dispositivos portáteis, se desejado, podem incluir a funcionalidade de múltiplos dispositivos convencionais. Os exemplos de dispositivos multifuncionais incluem telefones celulares que incluem uma funcionalidade de tocador de mídia, dispositivos de jogos que incluem capacidades de comunicações sem fio, telefones celulares que incluem funções de jogos e e-mail, e dispositivos portáteis que recebem e-mail, suportam chamadas de telefone móvel, e suportam navegação na web. Estes são exemplos meramente ilustrativos. O dispositivo 10 da figura 1 pode ser qualquer dispositivo eletrônico portátil ou de mão.

O dispositivo 10 inclui um alojamento 12 e inclui pelo menos uma antena para lidar com comunicações sem fio. O alojamento 12, o qual às vezes é referido como um estojo pode ser formado por quaisquer materiais adequados, incluindo plástico, vidro, cerâmica, compósitos, metais ou outros materiais adequados, ou uma combinação destes materiais. Em algumas situações, partes de alojamento 12 podem ser formadas a partir de um material dielétrico ou outro material de baixa condutividade, de modo que a operação dos elementos de antena condutivos que estiverem localizados dentro do alojamento 12 não seja perturbada. Em outras situações, o alojamento 12 pode ser formado a partir de elementos de metal.

O dispositivo 10, se desejado, pode ter um visor, tal como o visor 14. O visor 14 pode ser, por exemplo, uma tela de toque que incorpora eletrodos de toque capacitivos. O visor 14 pode incluir pixels de imagem formados a partir de diodos de emissão de luz (LEDs), LEDs orgânicos (OLEDs), células de plasma, elementos de tinta eletrônica, componentes de visor de cristal líquido (LCD) ou outras estruturas de pixel de imagem adequadas. Um membro de vidro de cobertura pode cobrir a superfície do visor 14. Os botões,talcomoobotão19,podempassaratravésde aberturas no vidro de cobertura.

O alojamento 12 pode incluir estruturas de parede lateral, tais como as estruturas de parede lateral 16. As estruturas 16 podem ser implementadas usando materiais condutivos. Por exemplo, as estruturas 16 po- 5 dem ser implementadas usando um membro de anel condutivo que circunda substancialmente a periferia retangular do visor 14. As estruturas 16 podem ser formadas a partir de um metal, tal como aço inoxidável, alumínio, ou outros materiais adequados. Uma, duas, ou mais de duas estruturas separadas podem ser usadas na formação de estruturas 16. As estruturas 16 podem 10 servir como um bisel que mantém o visor 14 na face dianteira (topo) do dispositivo 10. As estruturas 16 são referidas aqui, às vezes, como estruturas de bisel 16 ou bisel 16. O bisel 16 corre em torno da periferia retangular do dispositivo 10 e do visor 14.

O bisel 16 pode ter uma espessura (dimensão TT) em torno de 15 0,1 mm a 3 mm (como um exemplo). As porções de parede lateral de bisel 16 podem ser substancialmente verticais (paralelas ao eixo geométrico vertical V). Paralelamente ao eixo geométrico vertical V, o bisel 16 pode ter uma dimensão TZ em torno de 1 mm a 2 cm (como um exemplo). A razão de aspecto de bisel 16 (isto é, de TZ a TT) tipicamente é mais do que 1 (isto é, 20 R pode ser maior do que ou igual a 1, maior do que ou igual a 2, maior do que ou igual a 4, maior do que ou igual a 10, etc.).

Não é necessário que o bisel 16 tenha uma seção transversal uniforme. Por exemplo, a porção de topo do bisel 16, se desejado, pode ter uma virola projetada para dentro que ajuda a manter o visor 14 no lugar. Se 25 desejado, a porção de fundo do bisel 16 também pode ter uma virola aumentada (por exemplo, no plano da superfície traseira do dispositivo 10). No exemplo da figura 1, o bisel 16 tem paredes laterais verticais substancialmente retas. Isto é meramente ilustrativo. As paredes laterais de bisel 16 podem ser curvadas ou podem ter outro formato adequado. 30 O visor 14 inclui estruturas condutivas, tal como um arranjo de eletrodos capacitivos, linhas condutivas para endereçamento de elementos depixel,circuitosdedriver, etc. Estas estruturas condutivas tendem a blo- quear sinais de frequência de rádio. Portanto, pode ser desejável formar parte ou toda a superfície plana traseira do dispositivo a partir de um material dielétrico, tal como um plástico.

As porções de bisel 16 podem ser fornecidas com estruturas de 5 espaço. Por exemplo, o bisel 16 pode ser fornecido com um ou mais espaços, tal como o espaço 18, conforme mostrado na figura 1. O espaço 18 fica ao longo da periferia do alojamento de dispositivo 10 e visor 12 e, portanto, às vezes, é referido como um espaço periférico. O espaço 18 divide o bisel 16 (isto é, geralmente não há uma porção condutiva de bisel 16 no espaço 18). Conforme mostrado na figura 1, o espaço 18 pode ser preenchi do com um dielétrico. Por exemplo, o espaço 18 pode ser preenchido com ar. Para ajudar a fornecer um dispositivo 10 com uma aparência ininterrupta lisa e para garantir que o bisel 16 seja esteticamente atraente, o espaço 18 pode ser preenchido com um dielétrico sólido (não ar), tal como um plástico. 15 O bisel 16 e os espaços, tal como o espaço 18 (e sua estrutura de enchimento de plástico associada) podem formar parte de uma ou mais antenas no dispositivo 10. Por exemplo, as porções de bisel 16 e espaços, tal como o espaço 18, em conjunto com as estruturas condutivas internas, formam uma ou mais antenas em loop. As estruturas condutivas internas podem incluir 20 estruturas de placa de circuito impresso, membros de quadro ou outras estruturas de suporte, ou outras estruturas condutivas adequadas.

Em um cenário típico, o dispositivo 10 pode ter antenas superior e inferior (como um exemplo). Uma antena superior, por exemplo, pode ser formada na extremidade superior do dispositivo 10 na região 22. Uma ante- 25 na inferior, por exemplo, pode ser formada na extremidade inferior do dispositivo 10 na região 20.

A antena inferior, por exemplo, pode ser formada parcialmente a partir das porções do bisel 16 na vizinhança do espaço 18.

As antenas no dispositivo 10 podem ser usadas para suporte de 30 quaisquer bandas de comunicações de interesse. Por exemplo, o dispositivo 10 pode incluir estruturas de antena para suporte de comunicações de rede deárealocal,comunicaçõesportelefonecelularde voz e dados, comunica ções de sistema de posicionamento global (GPS), comunicações por Bluetooth®, etc. Como um exemplo, a antena inferior na região 20 do dispositivo 10 pode ser usada na manipulação de comunicações de voz e de dados em uma ou mais bandas de telefone celular.

Um diagrama esquemático de um dispositivo eletrônico ilustrati vo é mostrado na figura 2. O dispositivo 10 da figura 2 pode ser um computador portátil, tal como um computador tablet portátil, um telefone móvel, um telefone móvel com capacidades de tocador de mídia, um computador de mão, um controle remoto, um aparelho de jogos, um dispositivo de sistema 10 de posicionamento global (GPS), uma combinação desses dispositivos, ou qualquer outro dispositivo eletrônico portátil adequado.

Conforme mostrado na figura 2, o dispositivo portátil 10 pode incluir um circuito de armazenamento e de processamento 28. O circuito de armazenamento e de processamento 28 pode incluir um armazenamento, tal 15 como um armazenamento em uma unidade de disco rígido, uma memória não volátil (por exemplo, uma memória flash ou outra memória apenas de leitura programável eletricamente configurada para formar uma unidade de estado sólido), uma memória volátil (por exemplo, uma memória de acesso randômico estática ou dinâmica), etc. Um circuito de processamento no cir- 20 cuito de armazenamento e de processamento 28 pode ser usado para controle da operação do dispositivo 10. Este circuito de processamento pode ser com base em um ou mais microprocessadores, microcontroladores, processadores de sinal digital, circuitos integrados específicos de aplicativo, etc. O circuito de armazenamento e de processamento 28 pode ser 25 usado para a rodada de um software no dispositivo 10, tais como aplicativos de navegação na internet, aplicativos de chamada telefônica de protocolo de voz pela internet (VOIP), aplicativos de e-mail, aplicativos de execução de mídia, funções de sistema operacional, etc. Para suporte de interações com um equipamento externo, e o circuito de armazenamento e de processamen- 30 to 28 pode ser usado na implementação de protocolos de comunicações. Os protocolos de comunicações que podem ser implementados usando o circui-todearmazenamentoedeprocessamento28incluem protocolos de inter net, protocolos de rede de área local sem fio (por exemplo, protocolos IEEE 802.11 - às vezes referido como WiFi®), protocolos para outros enlaces de comunicações sem fio de curto alcance , tal como o protocolo Bluetooth®, protocolos de telefone celular, etc.

O circuito de entrada - saída 30 pode ser usado para permitir que dados sejam suprimidos para o dispositivo 10 e para permitir que dados sejam fornecidos a partir do dispositivo 10 para dispositivos externos. Os dispositivos de entrada - saída 32, tais como telas de toque e outra interface de entrada de usuário são exemplos do circuito de entrada - saída 32. Os 10 dispositivos de entrada - saída 32 também podem incluir dispositivos de entrada - saída, tais como botões, joysticks, rodas de clique, rodas de rolagem, touchpads, miniteclados, teclados, microfones, câmeras, etc. Um usuário pode controlar a operação do dispositivo 10 pelo suprimento de comandos através desses dispositivos de entrada de usuário. Os dispositivos de exibi- 15 ção e de áudio, tal como o visor 14 (figura 1) e outros componentes que apresentam informação visual e dados de status,podem ser incluídos nos dispositivos 32. Os componentes de exibição e de áudio nos dispositivos de entrada - saída 32 também podem incluir um equipamento de áudio, tal como alto-falantes e outros dispositivos para a criação de som. Se desejado, 20 os dispositivos de entrada - saída 32 podem conter um equipamento de interface de áudio - vídeo, tais com tomadas e outros conectores para fones de ouvido externos e monitores.

O circuito de comunicações sem fio 34 pode incluir um circuito de transceptor de frequência de rádio (RF) a partir de um ou mais circuitos 25 integrados, um circuito de ambiente de operação, amplificadores de entrada de ruído baixo, componentes de RF passivos, uma ou mais antenas, e outros circuitos para lidar com sinais sem fio de RF. Os sinais sem fio também podem ser enviados usando luz (por exemplo, usando comunicações por infravermelho). O circuito de comunicações sem fio 34 pode incluir circuitos 30 de transceptor de frequência de rádio para lidar com múltiplas bandas de comunicações de frequência de rádio. Os exemplos de padrões de telefone celularquepodemsersuportadospelocircuitosemfio 34 e pelo dispositivo 10 incluem: o padrão de telefone celular de Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM) “2G”; o padrão de telefone celular de Evolução de Dados Otimizados (EVDO), o padrão de telefone celular de Sistema Universal de Telecomunicações Móveis (UMTS) “3G”, o padrão de telefone celular de Acesso Múltiplo de Divisão de Código 2000 (CDMA 2000) “3G”, e o padrão de telefone celular de Evolução de Longo Prazo (LTE) do 3GPP. Outros padrões de telefone celular podem ser usados, se desejado. Estes padrões de telefone celular são meramente ilustrativos.

O circuito de comunicações sem fio 34 pode incluir um circuito para outros enlaces sem fio de curto alcance e de longo alcance , se desejado. Por exemplo, o circuito de comunicações sem fio 34 pode incluir um equipamentoreceptor de sistema de posicionamento global (GPS), um circuito sem fio para recebimento de sinais de rádio e de televisão, circuitos de chamada por rádio, etc. Em enlaces de WiFi® e Bluetooth® e outros enlaces sem fio de curto alcance , os sinais sem fio tipicamente são usados para o transporte de dados por dezenas ou centenas de pés (1 pé = 0,3048 m). Em enlaces de telefone celular e outros enlaces de longo alcance, os sinais sem fio são usados, tipicamente, para o transporte de dados por milhares de pés ou milhas (1 pé = 0,3048 m; 1 milha = 1609 km).

O circuito de comunicações sem fio 34 pode incluir as antenas 40. As antenas 40 podem ser formadas usando quaisquer tipos de antena adequados. Por exemplo, as antenas 40 podem incluir antenas com elementos ressonantes que são formados a partir de uma estrutura de antena em loop, estruturas de antena patch, estruturas de antena de F invertido, estruturas de antena de ranhura, estruturas de antena de F invertido planas, estruturas de antena helicoidal, híbridos destes projetos, etc. Diferentes tipos de antena podem ser usados para diferentes bandas e combinações de bandas. Por exemplo, um tipo de antena pode ser usado na formação de uma antena de enlace sem fio local e outro tipo de antena pode ser usado na formação de um enlace sem fio remoto.

Com um arranjo adequado, o qual às vezes é descrito aqui como umexemplo,aantenainferiornodispositivo10(isto é, uma antena 40 locali- zada na região 20 do dispositivo 10 da figura 1) pode ser formada usando um projeto de antena do tipo loop. Quando um usuário segura o dispositivo 10, os dedos do usuário podem contatar o exterior do dispositivo 10. Por exemplo, o usuário pode tocar o dispositivo 10 na região 20. Para garantir que a performance da antena não seja excessivamente sensível à presença ou ausência de um toque ou contato de usuário por outros objetos externos, a antena do tipo loop pode ser alimentada usando um arranjo que não concentra excessivamente campos elétricos na vizinhança do espaço 18.

Uma vista lateral em seção transversal do dispositivo 10 da figura 1, tomada ao longo da linha 24-24 na figura 1 e vista na direção 26 é mostrada na figura 3. Conforme mostrado na figura 3, o visor 14 pode ser montado na superfície dianteira do dispositivo 10 usando um bisel 16. O alojamento 12 pode incluir paredes laterais formadas a partir do bisel 16 e uma ou mais paredes traseiras formadas a partir de estruturas, tal como uma estrutura de alojamento traseira plana 42. A estrutura 42 pode ser formada a partir de um dielétrico, tal como um plástico, ou de outros materiais. Colchetes, clipes, parafusos, adesivos e outras estruturas podem ser usados na afixação do bisel 16 ao visor 14 e à estrutura de parede de alojamento traseira 42.

O dispositivo 10 pode conter placas de circuito impresso, tal como a placa de circuito impresso 46. A placa de circuito impresso 46 e as outras placas de circuito impresso no dispositivo 10 podem ser formadas a partir de um material de placa de circuito impresso rígido (por exemplo, epóxido preenchido com fibra de vidro) ou de folhas flexíveis de material, tais como polímeros. As placas de circuito impresso flexíveis (“circuitos flexíveis") podem ser formadas, por exemplo, a partir de folhas flexíveis de poliimida.

A placa de circuito impresso 46 pode conter interconexões, tais como as interconexões 48. As interconexões 48 podem ser formadas a partir de traços condutivos (por exemplo, traços de cobre revestido com ouro ou outros metais). Os conectores, tal como o conector 50, podem ser conectados às interconexões 48 usando solda ou um adesivo condutivo (como exemplos).Oscircuitosintegrados,componentesdiscretos, tais como resisto- res, capacitores, e indutores, e outros componentes eletrônicos, podem ser montados na placa de circuito impresso 46.

A antena 40 pode ter terminais de alimentação de antena. Por exemplo, a antena 40 pode ter um terminal de alimentação de antena positi- 5 vo, tal como o terminal de alimentação de antena positivo 58, e um terminal de alimentação de antena de aterramento, tal como um terminal de alimentação de antena de aterramento 54. No arranjo ilustrativo da figura 3, um percurso de linha de transmissão, tal como um cabo coaxial 52, pode ser acoplado entre a alimentação de antena formada a partir dos terminais 58 e 10 54 e um circuito de transceptor nos componentes 44 através do conector 50 e das interconexões 48. Os componentes 44 podem incluir um ou mais circuitos integrados que implementam os circuitos de transceptor 36 e 38 da figura 2. O conector 50 pode ser, por exemplo, um conector de cabo coaxial que é conectado à placa de circuito impresso 46. O cabo 52 pode ser um 15 cabo coaxial ou outra linha de transmissão. Os terminais 58 podem ser acoplados ao conector de centro de cabo coaxial 56. O terminal 54 pode ser conectado a um condutor de aterramento no cabo 52 (por exemplo, um condutor trançado externo condutor). Outros arranjos podem ser usados para acoplamento de transceptores no dispositivo 10 à antena 40, se desejado. O 20 arranjo da figura 3 é meramente ilustrativo.

Como a vista em seção transversal da figura 3 torna claro, as paredes laterais de alojamento 12 que são formadas pelo bisel 16 podem ser relativamente altas. Ao mesmo tempo, a quantidade de área que está disponível para a formação de uma antena na região 20 na extremidade inferior 25 do dispositivo 10 pode ser limitada, particularmente em um dispositivo compacto. O tamanho compacto que é desejado a partir da formação da antena pode tornar difícil formar um formato de antena tipo ranhura de tamanho suficiente para ser ressonante nas bandas de comunicações desejadas. O formato do bisel 16 pode tender a reduzir a eficiência de antenas de F inver- 30 tido planas convencionais. Os desafios, tais como estes, se desejado, podem ser endereçados usando um projeto do tipo loop para a antena 40.

Considere, como um exemplo, o arranjo de antena da figura 4.

Conforme mostrado na figura 4, a antena 40 pode ser formada na região 20 do dispositivo 10. A região 20 pode estar localizada na extremidade inferior do dispositivo 10, conforme descrito em relação à figura 1. A região conduti- va 68, a qual às vezes pode ser referida como um plano de aterramento ou um elemento de plano de aterramento, pode ser formada a partir de uma ou mais estruturas condutivas (por exemplo, traços condutivos planos na placa de circuito impresso 46, membros estruturais internos no dispositivo 10, componentes elétricos 44 na placa 46, caixas de blindagem de frequência de rádio montadas na placa 46, etc.) A região condutiva 68 na região 66 às vezes é referida como formando uma “região de aterramento” para a antena 40. As estruturas condutivas 70 da figura 4 podem ser formadas pelo bisel 16. As regiões 70 às vezes são referidas como as extensões de plano de aterramento. O espaço 18 pode ser formado nesta porção de bisel condutiva (conforme mostrado na figura 1).

As extensões de plano de aterramento 70 (isto é, as porções de bisel 16) e as porções de região 68 que ficam ao longo da borda 76 de região de aterramento 68 formam um loop condutivo em torno da abertura 72. A abertura 72 pode ser formada a partir de ar, plástico ou outro dielétrico sólido. Se desejado, o contorno da abertura 72 pode ser curvado, pode ter mais de quatro segmentos retos, e/ou pode ser definido pelos contornos dos componentes condutivos. O formato retangular da região de dielétrico 72 na figura 4 é meramente ilustrativo.

As estruturas condutivas da figura 4, se desejado, podem ser alimentadas pelo acoplamento do transceptor de frequência de rádio 60 através do terminal de alimentação de antena de aterramento 62 e do terminal de alimentação de antena positivo 64. Conforme mostrado na figura 4, neste tipo de arranjo, a alimentação para a antena 40 não está localizada na vizinhança do espaço 18 (isto é, os terminais de alimentação 62 e 64 estão localizados à esquerda da linha de divisão centralizada lateralmente 74 da abertura 72, ao passo que o espaço 18 está localizado à direita da linha de divisão 74 ao longo do lado direito do dispositivo 10). Embora este tipo de arranjopossasersatisfatórioemmuitassituações, os arranjos de alimenta- çâo de antena que localizam os terminais de alimentação de antena nas localizações dos terminais 62 e 64 da figura 4 tendem a acentuar a intensidade de campo elétrico dos sinais de antena de frequência de rádio na vizinhança do espaço 18. Se acontecer de um usuário colocar um objeto externo, tal como um dedo 80 na vizinhança do espaço 18 ao mover o dedo 80 na direção 78 (por exemplo, quando sujeita o dispositivo 10 na mão do usuário), a presença do dedo do usuário pode perturbar a operação da antena 40.

Para garantir que a antena 40 não seja excessivamente sensível ao toque (isto é, para dessensibilizar a antena 40 a eventos de toque envolvendo a mão do usuário do dispositivo 10 e outros objetos externos), a antena 40 pode ser alimentada usando terminais de alimentação de antena localizados na vizinhança do espaço 18 (por exemplo, onde mostrado pelo terminal de alimentação de antena positivo 58 e pelo terminal de alimentação de antena de aterramento 54 no exemplo da figura 4). Quando a alimentação de antena está localizada à direita da linha 74 e, mais particularmente, quando a alimentação de antena está localizada perto do espaço 18, os campos elétricos que são produzidos no espaço 18 tendem a ser reduzidos. Isto ajuda a minimizar a sensibilidade da antena 40 à presença da mão do usuário, garantindo uma operação satisfatória, independentemente de um objeto externo estar ou não em contato com o dispositivo 10 na vizinhança do espaço 18.

No arranjo da figura 4, a antena 40 está sendo alimentada em série. Um diagrama esquemático de uma antena em loop alimentada em série do tipo mostrado na figura 4 é mostrado na figura 5. Conforme mostrado na figura 5, a antena em loop alimentada em série 82 pode ter um percurso condutivo em formato de loop, tal como o loop 84. Uma linha de transmissão composta por um condutor de linha de transmissão positiva 86 e um condutor de linha de transmissão de aterramento 88 pode ser acoplada a terminais de alimentação de antena 58 e 54, respectivamente.

Pode ser desafiador efetivamente usar um arranjo de alimentação alimentado em série do tipo mostrado na figura 5 para alimentar uma antenaemloopdebandamúltipla.Porexemplo, pode ser desejado operar uma antena em loop em uma banda de frequência mais baixa que cobre as sub-bandas de GSM em 850 MHz e 900 MHz e uma banda de frequência mais alta que cobre as sub-bandas de GSM em 1800 MHz e 1900 MHz e a sub-banda de dados em 2100 MHz. Este tipo de arranjo pode ser considerado como sendo um arranjo de banda dupla (por exemplo, 850/900 para a primeira banda e 1800 / 1900 / 2100 para a segunda banda), ou pode ser considerado como tendo cinco bandas (850, 900, 1800, 1900 e 2100). Em arranjos de banda múltipla, tais como estes, as antenas alimentadas em série, tal como a antena em loop 82 da figura 5, podem exibir uma combinação de impedância substancialmente melhor na banda comunicações de frequência alta do que na banda de comunicações de frequência baixa.

Um gráfico de relação de onda permanente (SWR) versus frequência que ilustra este efeito é mostrado na figura 6. Conforme mostrado na figura 6, o gráfico de SWR 90 pode exibir um pico ressonante satisfatório (pico 94) na banda de frequência alta f2 (por exemplo, para cobrir as subbandas em 1800 MHz, 1900 MHz e 2100 MHz). O gráfico de SWR 90, contudo, pode exibir uma performance relativamente ruim na banda de frequência baixa centralizada na frequência f1, quando a antena 40 for alimentada em série. Por exemplo, o gráfico de SWR 90 para a antena em loop alimentada em série 82 da figura 5 pode ser caracterizado pelo pico ressonante fraco 96. Conforme este exemplo demonstra, as antenas em loop alimentadas em série podem fornecer uma combinação de impedância satisfatória para a linha de transmissão 52 (figura 3) na banda de frequência mais alta a f2, mas não pode fornecer uma combinação de impedância satisfatória para a linha de transmissão 52 (figura 3) na banda de frequência mais baixa f1.

Um nível mais satisfatório de performance (ilustrado pelo pico ressonante de banda baixa 92) pode ser obtido usando um arranjo alimentado em paralelo com recursos de combinação de impedância apropriados.

Uma antena em loop alimentada em paralelo ilustrativa é mostrada esquematicamente na figura 7. Conforme mostrado na figura 7, uma antena em loop alimentada em paralelo 90 pode ter um loop de condutor, tal comoumloop 92. O loop 92 no exemplo da figura 7 é mostrado como sendo circular. Isto é meramente ilustrativo. O loop 92 pode ter outros formatos, se desejado (por exemplo, formatos retangulares, formatos com ambos os lados curvados e retos, formatos com bordas irregulares, etc.). A linha de transmissão TL pode incluir um condutor de sinal positivo 94 e um condutor de sinal de aterramento 96. Os percursos 94 e 96 podem estar contidos em cabos coaxiais, linhas de transmissão de microfita ou circuitos flexíveis e placas de circuito impresso rígidas, etc. A linha de transmissão TL pode ser acoplada à alimentação de antena 90 usando um terminal de alimentação de antena positivo 58 e um terminal de alimentação de antena de aterramento 54. O elemento elétrico 98 pode criar uma ponte entre os terminais 58 e 54, desse modo “fechando” o loop formado pelo percurso 92. Quando o loop é fechado desta forma, o elemento 98 é interposto no percurso condutivo que forma o loop 92. A impedância de antenas em loop alimentadas em paralelo, tal como a antena em loop 90 da figura 7, pode ser ajustada pela seleção apropriada do elemento 98 e, se desejado, outros circuitos (por exemplo, capacitores ou outros elementos interpostos em uma das linhas de alimentação, tal como a linha 94 ou a linha 96).

O elemento 98 pode ser formado a partir de um ou mais componentes elétricos. Os componentes que podem ser usados como todo ou parte do elemento 98 incluem resistores, indutores e capacitores. As resistências desejadas, as indutâncias e capacitâncias para o elemento 98 podem ser formadas usando circuitos integrados, usando componentes discretos e/ou usando estruturas dielétricas e condutivas que não são parte de um componente discreto ou de um circuito integrado. Por exemplo, uma resistência pode ser formada usando linhas finas de uma liga de metal resistiva, uma capacitância pode ser formada pelo espaçamento de dois calços condutivos perto um do outro, de modo que eles sejam separados por um díelé- trico, e uma indutância pode ser formada pela criação de um percurso dielétrico em uma placa de circuito impresso. Estes tipos de estruturas podem ser referidos como resistores, capacitores e/ou indutores, ou podem ser referidos como estruturas de alimentação de antena capacitivas, estruturas de alimentaçãodeantenaresistivase/ouestruturasde alimentação de antena indutivas.

Uma configuração ilustrativa para a antena 40 na qual o componente 98 do diagrama esquemático da figura 7 foi implementado usando um indutor é mostrada na figura 8. Conforme mostrado na figura 8, o loop 92 5 (figura 7) pode ser implementado usando as regiões condutivas 70 e as porções condutivas da região 68 que correm ao longo da borda 76 de abertura 72. A antena 40 da figura 8 pode ser alimentada usando o terminal de alimentação de antena positivo 58 e o terminal de alimentação de antena de aterramento 54. Os terminais 54 e 58 podem estar localizados na visualiza- 10 ção do espaço 18 para a redução das concentrações de campo elétrico no espaço 18 e, desse modo, reduzir a sensibilidade da antena 40 a eventos de toque.

A presença de indutor 98 pode ajudar, pelo menos parcialmente, na combinação da impedância da linha de transmissão 52 com a antena 40. 15 Se desejado, o indutor 98 pode ser formado usando um componente discreto, tal como um indutor de tecnologia de montagem de superfície (SMT). A indutância do indutor 98 também pode ser implementada usando um arranjo do tipo mostrado na figura 9. Com a configuração da figura 9, o condutor em loop de antena em loop de alimentação em paralelo 40 pode ter um seg- 20 mento indutivo SG que corre paralelo à borda de plano de aterramento GE. O segmento SG pode ser, por exemplo, um traço condutivo em uma placa de circuito impresso ou outro membro condutivo. Uma abertura de dielétrico DL (por exemplo, uma abertura preenchida com ar ou preenchida com plástico) pode separar a porção de borda GE de aterramento 68 do segmento 25 SG de porção em loop condutivo 70. O segmento SG pode ter um comprimento em forma de L. O segmento SG e o GE de aterramento associado formam uma linha de transmissão com uma indutância associada (isto é, o segmento SG e o aterramento GE formam o indutor 98). A indutância de in-dutor 98 é conectada em paralelo com os terminais de alimentação 54 e 58 30 e, portanto, forma um elemento de sintonia indutivo paralelo do tipo mostrado na figura 8. Devido ao fato de o elemento indutivo 98 da figura 9 ser formadousandoumaestruturadelinhadetransmissão, o elemento indutivo 98 da figura 9 pode introduzir menos perdas na antena 40 do que arranjos nos quais um indutor discreto é usado para formar uma ponte nos terminais de alimentação. Por exemplo, um elemento indutivo de linha de transmissão 98 pode preservar uma performance de banda alta (ilustrado como o pico ressonante satisfatório 94 da figura 6), ao passo que um indutor discreto poderia reduzir uma performance de banda alta.

Uma sintonia capacitiva também pode ser usada para melhoria da combinação de impedância para a antena 40. Por exemplo, o capacitor 100 da figura 10 pode ser conectado em série com o condutor central 56 de cabo coaxial 52 ou outros arranjos adequados podem ser usados para a introdução de uma capacitância em série na alimentação de antena. Conforme mostrado na figura 10, o capacitor 100 pode ser interposto no condutor central de cabo coaxial 56 ou em outras estruturas condutivas que podem ser interpostas entre a extremidade de linha de transmissão 52 e o terminal de alimentação de antena positivo 58. O capacitor 100 pode ser formado por um ou por mais componentes discretos (por exemplo, componentes de SMT), por uma ou por mais estruturas capacitivas (por exemplo, traços de placa de circuito impressos de superposição que são separados por um die- létrico, etc.), espaços laterais entre traços condutivos nas placas de circuito impresso ou outros substratos, etc.

O loop condutivo para a antena em loop 40 da figura 10 é formado por estruturas condutivas 70 e as porções condutivas de estruturas condutivas de aterramento 66 ao longo da borda 76. As correntes em loop também podem passar através de outras porções de plano de aterramento 68, conforme ilustrado pelos percursos de corrente 102. O terminal de alimentação de antena positivo 58 é conectado a uma extremidade do percurso em loop e o terminal de alimentação de antena de aterramento 54 é conectado à outra extremidade do percurso em loop. O indutor 98 forma uma ponte entre os terminais 54 e 58 de antena 40 da figura 10, de modo que a antena 40 forme uma antela em loop alimentada em paralelo com uma indu- tância de formação de ponte (e uma capacitância em série a partir do capacitor 100).

Durante uma operação de antena 40, uma variedade de percursos de corrente 102 de comprimentos diferentes pode ser formada através do plano de aterramento 68. Isto pode ajudar a alargar a resposta de frequência de antena 40 em bandas de interesse. A presença de elementos de sintonia, tais como indutância em paralelo 98 e capacitância em série 100 podem ajudar a formar um circuito de combinação de impedância eficiente para a antena 40, que permite que a antena 40 opere eficientemente em bandas altas e baixas (por exemplo, de modo que a antena 40 exiba um pico de ressonância de banda alta 94 da figura 6 e um pico de ressonância de banda baixa 92 da figura 6).

Um gráfico de Smith simplificado mostrando o impacto possível de elementos de sintonia, tais como o indutor 98 e o capacitor 100 da figura 10, sobre a antena em loop de alimentação em paralelo 40 é mostrado na figura 11.0 ponto Y no centro do gráfico 104 representa a impedância de linha de transmissão 52 (por exemplo, uma impedância de cabo coaxial de 50 Ohms com o qual a antena 40 é para ser combinada). As configurações nas quais a impedância de antena 40 está próxima do ponto Y em ambas as bandas baixa e alta exibirão uma operação satisfatória.

Com a antena alimentada em paralelo 40 da figura 10, a combinação de banda alta é relativamente insensível à presença ou à ausência de elemento indutivo 98 e capacitor 100. Contudo, estes componentes podem afetar significativamente a impedância de banda baixa. Considere, como um exemplo, uma configuração de antena sem o indutor 98 ou o capacitor 100 (isto é, uma antena em loop alimentada em paralelo do tipo mostrado na figura 4). Neste tipo de configuração, a banda baixa (por exemplo, a banda na frequência f1 da figura 6) pode ser caracterizada por uma impedância repre-sentada pelo ponto X1 no gráfico 104. Quando um indutor, tal como uma indutância em paralelo 98 da figura 9, é adicionado à antena, a impedância da antena na banda baixa pode ser caracterizada por ponto X2 do gráfico 104. Quando um capacitor,tal como o capacitor 100 é adicionado à antena,a antena pode ser configurada conforme mostrado na figura 10. Neste tipo de configuração,aimpedânciadaantena40podeser caracterizada pelo ponto X3 do gráfico 104.

No ponto X3, a antena 40 é bem combinada com a impedância de cabo 50 em ambas a banda alta (frequências centralizadas em torno da frequência f2 na figura 6) e a banda baixa (frequências centralizadas em torno da frequência f1 na figura 6). Isto pode permitir que a antena 40 suporte as bandas de comunicações desejadas de interesse. Por exemplo, este arranjo de combinação pode permitir que antenas, tal como a antena 40 da figura 10, operem em bandas tais como as bandas de comunicações em 850 MHz e 900 MHz (coletivamente formando a região de banda baixa na frequência f1) e as bandas de comunicações em 1800 MHz, 1900 MHz e 2100 MHz (coletivamente formando a região de banda alta na frequência f2).

Mais ainda, o posicionamento do ponto X3 ajuda a garantir que uma saída de sintonia devido a eventos de toque seja minimizada. Quando um usuário toca no alojamento 12 do dispositivo 10 nas vizinhanças da antena 40, ou quando outros objetos externos são levados para grande proximidade com a antena 40, estes objetos externos afetam a impedância da antena. Em particular, estes objetos externos podem tender a introduzir uma contribuição de impedância capacitiva à impedância de antena. O impacto deste tipo de contribuição para a impedância da antena tende a mover a impedância da antena do ponto X3 para o ponto X4, conforme ilustrado pela linha 106 de gráfico 104 na figura 11. Devido à localização original do ponto X3, o ponto X4 não é muito distante do ponto ótimo Y. Como resultado, a antena 40 pode exibir uma operação satisfatória segundo uma variedade de condições (por exemplo, quando o dispositivo 10 está sendo tocado, quando o dispositivo 10 não está sendo tocado, etc.).

Embora o diagrama da figura 11 represente impedâncias como pontos para várias configurações de antena, as impedâncias de antena são tipicamente representadas por uma coleção de pontos (por exemplo, um segmento de linha curvado no gráfico 104), devido à dependência de frequência de impedância de antena. O comportamento geral de gráfico 104, contudo, é representativo do comportamento da antena na frequência de interesse. O uso de segmentos de linha curvada para representação de im- pedâncias de antena dependentes de frequência foi omitido da figura 11, para evitar complicar demais o desenho.

A antena 40 do tipo descrito em relação à figura 10 pode ser capaz de suportar comunicações sem fio nas primeira e segunda bandas de frequência de rádio (veja, por exemplo, a figura 6). Por exemplo, a antena 40 pode ser operável em uma banda de frequência mais baixa que cobre as sub-bandas de GSM em 850 MHz e 900 MHz e uma banda de frequência mais alta que cobre as sub-bandas de GSM em 1800 MHz e 1900 MHz e a sub-banda de dados em 2100 MHz.

Pode ser desejável que o dispositivo 10 seja capaz de suportar outras bandas de comunicações sem fio além das primeira e segunda bandas. Por exemplo, pode ser desejável que a antena 40 seja capaz de operar em uma banda de frequência mais alta que cobre as sub-bandas de GSM em 1800 MHz e 1900 MHz e a sub-banda de dados em 2100 MHz, uma primeira banda de frequência mais baixa que cobre as sub-bandas de GSM em 850 MHz e 900 MHz, e uma segunda banda de frequência mais baixa que cobre a banda de LTE em 700 MHz, as sub-bandas de GSM em 710 MHz e 750 MHz, a sub-banda de UMTS em 700 MHz, e outras bandas de comunicações sem fio desejadas.

A cobertura de banda de antena 40 do tipo descrito em relação à figura 10 pode ser limitada pelo volume (por exemplo, o volume da abertura definido pelo loop condutivo 70) de antena em loop 40. Em geral, para uma antena em loop tendo um dado volume, uma cobertura de banda mais alta (ou largura de banda) resulta em uma diminuição de ganho (por exemplo, o produto do ganho máximo e da largura de banda é constante).

A figura 12 é um gráfico que mostra como o ganho de antena varia como uma função de largura de banda de antena. A curva 200 representa uma característica de ganho - largura de banda para uma primeira antena em loop tendo um primeiro volume, ao passo que a curva 202 representa uma característica de ganho - largura de banda para uma segunda antena em loop tendo um segundo volume que é maior do que o primeiro volume. Asprimeiraesegundaantenasemloop podem ser antenas do tipo descrito em relação à figura 10.

Conforme mostrado na figura 12, a primeira antena em loop pode fornecer uma largura de banda BW1, enquanto exibe um ganho g0 (ponto 204). De modo a fornecer mais largura de banda (isto é, a largura de banda BW2) com a primeira antena em loop, o ganho da primeira antena em loop seria diminuído para o ganho gi (ponto 205). Uma forma de provisão de mais cobertura de banda é aumentar o volume da antena em loop. Por exemplo, a segunda antena em loop tendo um volume maior do que o volume da primeira antena em loop é capaz de fornecer uma largura de banda BW2, enquanto exibe g0 (ponto 206). Um aumento no volume de antenas em loop, contudo, nem sempre pode ser possível, se um fator de forma pequeno for desejado.

Em outro arranjo adequado, o circuito sem fio do dispositivo 10 pode incluir um circuito de antena sintonizável (configurável). O circuito de antena sintonizável pode permitir que a antena 40 seja operável em pelo menos três bandas de comunicações sem fio (como um exemplo). O circuito de antena sintonizável pode incluir um circuito de indutor comutável, tal como o circuito 210, um circuito de rede de combinação sintonizável, tal como o circuito de combinação M1, um circuito de capacitor variável, tal como um circuito 212, e outros circuitos sintonizáveis adequados (veja, por exemplo, a figura 13).

Conforme mostrado na figura 13, o condutor em loop 70 da antena em loop de alimentação em paralelo 40 pode ter um primeiro segmento indutivo SG e um segundo segmento indutivo SG’ que correm paralelos à borda de plano de aterramento GE. Os segmentos SG e SG’ podem ser, por exemplo, traços condutivos em uma placa de circuito impresso ou outro membro condutivo. Uma abertura de dielétrico DL (por exemplo, uma abertura preenchida com ar ou preenchida com plástico) pode separar a porção de borda GE de aterramento 68 do segmento SG de porção em loop condutiva 70, ao passo que a abertura de dielétrico DL’ pode separar a porção de borda GE de aterramento 68 do segmento SG’ de porção em loop condutiva 70. As aberturasdedielétricoDLeDL’podemter formatos e tamanhos diferentes.

Os segmentos SG e SG’ podem ser conectados através de uma porção 99 de condutor 70 que corre perpendicularmente para a borda de plano de aterramento GE. Um circuito de indutor comutável (também referido como um circuito de indutor sintonizável, um circuito de indutor configurável ou um circuito de indutor ajustável) 210 pode ser acoplado entre a porção 99 e um terminal correspondente 101 na borda de plano de aterramento GE. Quando o circuito 210 é comutado para uso (por exemplo, quando o circuito 210 é ativado), o segmento SG e o aterramento GE associado formam um primeiro percurso de linha de transmissão com uma primeira indutância (isto é, o segmento SG e o aterramento GE formam o indutor 98). Quando o circuito 210 é comutado para fora de uso (por exemplo, quando o circuito 210 é desativado), o segmento SG, a porção 99, o segmento SG’, e o aterramento GE coletivamente formam um segundo percurso de linha de transmissão com uma segunda indutância (isto é, o segmento SG’ e o aterramento GE formam o indutor 98’ que é acoplado em série com o indutor 98). O segundo percurso de linha de transmissão às vezes pode ser referido como sendo um indutor fixo, porque a indutância do segundo percurso de linha de transmissão é fixada quando o indutor comutável 210 não está em uso. O indutor comutável 210 serve para a derivação do segundo percurso de linha de transmissão, de modo que o primeiro valor de indutância seja mais baixo do que o segundo valor de indutância.

As dimensões de segmentos SG e SG’ são selecionadas de modo que os valores de indutância equivalentes para as primeira e segunda indutâncias sejam iguais a 18 nH e 20 nH, respectivamente (como um exemplo). O primeiro percurso de linha de transmissão (se o circuito 210 estiver habilitado) e o segundo percurso de linha de transmissão (se o circuito 210 estiver desabilitado) são conectados em paralelo com os terminais de alimentação 54 e 58 e servem como elementos de sintonia indutivos parale-los para a antena 40. O primeiro e o segundo percursos de linha de transmissão podem, então ,ser referidos, às vezes, portanto, como um indutor variável. Devido ao fato de as primeira e segunda indutâncias serem providasusandoestruturas de linha de transmissão, os primeiro e segundo per cursos de linha de transmissão podem preservar uma performance de banda alta (ilustrados como um pico ressonante satisfatório 94 da figura 6), ao passo que indutores discretos poderiam reduzir a performance de banda alta.

A presença do indutor 98 pode ajudar, pelo menos parcialmente, na combinação da impedância da linha de transmissão 52 com a antena 40, quando o circuito 210 estiver ativado, ao passo que a presença dos indutores conectados em série 98 e 98’ pode ajudar parcialmente na combinação da impedância da linha 52 com a antena 40, quando o circuito 210 estiver desativado. Se desejado, os indutores 98 e 98’ podem ser formados usando componentes discretos, tais como indutores de tecnologia de montagem em superfície (SMT). Os indutores 98 e 98’ têm valores de indutância que são cuidadosamente escolhidos para a provisão de uma cobertura de banda desejada.

Em outra modalidade adequada, um circuito de rede de combinação sintonizável M1 pode ser acoplado entre o cabo coaxial 52 e o capacitor 100. Por exemplo, o circuito sintonizável M1 pode ter um primeiro terminal 132 conectado ao condutor de centro de cabo coaxial e um segundo terminal 122 conectado ao capacitor 100. O circuito de combinação de impedância M1 pode ser formado usando estruturas condutivas com valores associados de capacitância, resistência e indutância, e/ou componentes discretos, tais como indutores, capacitores e resistores que formam circuitos que combinam com as impedâncias de circuito transceptor 38 e antena 40.

O circuito de combinação M1 pode ser fixo ou ajustável. Neste tipo de configuração, um circuito de controle, tal como um circuito de sintonização de antena 220, pode emitir sinais de controle, tal como o sinal SELECT no percurso 29, para a configuração do circuito de combinação M1. Quando SELECT tem um primeiro valor, o circuito de combinação M1 pode ser colocado em uma primeira configuração. Quando SELECT tem um segundo valor, o circuito de combinação M1 pode ser colocado em uma segunda configuração. O estado de circuito de combinação M1 pode servir para sintonizar a antena 40, de modo que as bandas de comunicações desejadas sejam cobertas pela antena 40.

Em outra modalidade adequada, um circuito de capacitor variável (às vezes referido como um circuito varator, um circuito de capacitor sintonizável, um circuito de capacitor ajustável, etc.) 212 pode ser acoplado entre o espaço de bisel condutivo 18. O espaço de bisel 18, por exemplo, pode ter uma capacitância intrínseca de 1 pF (por exemplo, um valor de ca- pacitância inerente formado pelas superfícies condutivas paralelas no espaço 18. O componente 212 pode ser, por exemplo, um capacitor continuamente variável, um capacitor ajustável de forma semicontínua que tem dois a quatro ou mais valores de capacitância diferentes que podem ser acoplados em paralelo à capacitância intrínseca. Se desejado, o componente 212 pode ser um indutor continuamente variável ou um indutor ajustável de forma semicontínua que tem dois a quatro ou mais valores de indutância diferentes. O valor de capacitância de componente 212 pode servir para uma sintonia fina da antena 40 para operação em frequências desejadas.

O circuito sintonizável ilustrativo que pode ser usado para a implementação do circuito de combinação sintonizável M1 da figura 13 é mostrado na figura 14. Conforme mostrado na figura 14, o circuito de combinação M1 pode ter comutadores, tais como os comutadores 134 e 136. Os comutadores 134 e 136 podem ter múltiplas posições (mostradas pelas posições ilustrativas A e B na figura 14). Quando o sinal SELECT tem um primeiro valor, os comutadores 134 e 136 podem ser colocados em suas posições A e o circuito de combinação MA pode ser comutado para uso. Quando o sinal SELECT tem um segundo valor, os comutadores 134 e 136 podem ser colocados em suas posições B (conforme mostrado na figura 14), de modo que um circuito de combinação MB seja conectado entre os percursos 132 e 122.

A figura 15 mostra uma implementação de circuito adequada de circuito de indutor comutável 210. Conforme mostrado na figura 15, o circuito 210 inclui um comutador SW e um elemento indutivo 98’ acoplados em série. O comutador SW pode ser implementado, usando um díodo p-i-n, um transistor de efeito de campo (FET) de arseneto de gálio, um comutador de sistemas microeletromecânicos (MEMs), um transistor de efeito de campo de semicondutor-óxido-metal (MOSFET), um transistor de mobilidade de elétron alta (HEMT), um HEMT pseudomórfico (PHEMT), um transistor formado em um substrato de silício sobre isolante (SOI), etc.

O elemento indutivo 98’ pode ser formado a partir de um ou mais componentes elétricos. Os componentes que podem ser usados como todo ou parte do elemento 98’ incluem resistores, indutores e capacitores. As resistências, indutâncias e capacitâncias desejadas para o elemento 98’ podem ser formadas usando circuitos integrados, usando componentes discretos (por exemplo, um indutor de tecnologia de montagem em superfície) e/ou usando estruturas dielétricas e condutivas que não fazem parte de um componente discreto ou um circuito integrado. Por exemplo, uma resistência pode ser formada usando linhas finas de uma liga de metal resistiva, uma ca- pacitância pode ser formada pelo espaçamento de dois calços condutivos perto um do outro, que são separados por um dielétrico, e uma indutância pode ser formada pela criação de um percurso condutivo (por exemplo, uma linha de transmissão) em uma placa de circuito impresso.

A figura 16 mostra como um circuito de varator 212 pode receber sinal de voltagem de controle Vc do circuito de sintonia de antena 220.Conforme mostrado na figura 16, o circuito de varator 212 pode ter um primeiro terminal conectado a uma extremidade de espaço de bisel 18, um segundo terminal conectado a uma outra extremidade do espaço de bisel 18, e um terceiro terminal que recebe um sinal de controle Vc. O circuito de sintonia de antena 220 pode orientar Vc para diferentes níveis de voltagem para o ajuste da capacitância do varator 212. O varator 212 pode ser formado a partir do uso de circuitos integrados, um ou mais componentes discretos (por exemplo, componentes de SMT), etc.

Pelo uso de esquemas de sintonia de antena do tipo descrito em relação às figuras 13 a 16, a antena 40 pode ser capaz de cobrir uma faixa mais ampla de frequências de comunicações do que seria possível de outra forma. A figura 17 mostra um gráfico de SWR ilustrativo para a antena 40 do tipo descrito em relação à figura 13. A linha contínua 90 corresponde a um primeiromododeantena40,quandoocircuito indutivo 220 é habilitado.

Neste primeiro modo, a antena 40 pode operar em bandas em uma primeira região de banda baixa na frequência f1 (por exemplo, para a cobertura das bandas de GSM em 850 MHz e 900 MHz) e em bandas em uma região de banda alta na frequência f2 (por exemplo, para a cobertura das bandas de GSM em 1800 MHz, 1900 MHz e 2100 MHz).

A linha tracejada 90’ corresponde a um segundo modo de antena 40, quando o circuito indutivo 220 está desabilitado. Neste segundo modo, a antena 40 pode operar em bandas em uma segunda região de banda baixa na frequência f1 ’ (por exemplo, para a cobertura da banda de LTE em 700 MHz e outras bandas de interesse), enquanto se preserva a cobertura na região de banda alta na frequência f2. O circuito de combinação sintonizável M1 pode ser configurado para a provisão de cobertura na sub-banda desejada.

O circuito de varator 212 pode ser usado para a antena de sintonia fina 40 antes da operação do dispositivo 10 ou em tempo real, de modo que a antena 40 funcione conforme desejado sob uma variedade de cenários de tráfego e ambientais sem fio e para compensação por variações de processo, voltagem e temperatura e outras fontes de ruído, interferência ou variação.

De acordo com uma modalidade, uma antena em loop alimentada em paralelo em um dispositivo eletrônico tendo uma periferia é fornecida, que inclui: uma alimentação de antena que inclui primeiro e segundo terminais de alimentação de antena; um loop condutivo acoplado entre o primeiro e o segundo terminais de alimentação de antena, onde o loop condutivo é formado pelo menos parcialmente a partir de estruturas condutivas dispostas ao longo da periferia; e um indutor variável que forma uma ponte entre os primeiro e segundo terminais de alimentação de antena.

De acordo com outra modalidade, o indutor variável inclui um indutor fixo e um indutor comutável que são acoplados em paralelo entre os primeiro e segundo terminais de alimentação de antena.

De acordo com outra modalidade, o indutor comutável inclui um indutoreumcomutador que são conectados em série entre o primeiro e o segundo terminais de alimentação de antena.

De acordo com outra modalidade, o indutor fixo e o indutor incluem estruturas de linha de transmissão indutivas.

De acordo com outra modalidade, o indutor variável é seletivamente configurado para operar em um primeiro modo no qual o indutor variável exibe uma primeira indutância entre o primeiro e o segundo terminais de alimentação de antena, e um segundo modo no qual o indutor variável exibe uma segunda indutância entre o primeiro e o segundo terminais de alimentação de antena, onde a primeira indutância é diferente da segunda indutância.

De acordo com outra modalidade, onde as estruturas condutivas incluem pelo menos um espaço, a antena em loop alimentada em paralelo ainda inclui um circuito de capacitor variável que forma uma ponte em pelo menos um espaço.

De acordo com outra modalidade, o dispositivo eletrônico ainda inclui um circuito de transceptor sem fio e um circuito de combinação de impedância sintonizável interposto entre o circuito de transceptor e as alimentações de antena.

De acordo com outra modalidade, o dispositivo eletrônico ainda inclui: um circuito de transceptor sem fio; e um circuito de combinação de impedância sintonizável interposto entre o circuito de transceptor e as alimentações de antena.

De acordo com outra modalidade, a antena em loop alimentada em paralelo ainda inclui: uma linha de alimentação de antena que porta sinais de antena entre uma linha de transmissão e o primeiro terminal de alimentação de antena; e um capacitor interposto na linha de alimentação de antena.

De acordo com modalidade, um dispositivo eletrônico portátil é provido, que inclui: uma alimentação de antena que inclui o primeiro e o segundo terminais de alimentação de antena; um loop condutivo acoplado entre o primeiro e o segundo terminais de alimentação de antena; um circuito de transceptor sem fio; e um circuito de combinação de impedância sintonizável interposto entre o circuito de transceptor sem fio e a alimentação de antena.

De acordo com outra modalidade, o dispositivo eletrônico portátil ainda inclui: um alojamento que tem uma periferia; e uma estrutura condutiva que corre ao longo da periferia e que tem pelo menos um espaço na periferia.

De acordo com outra modalidade, o dispositivo eletrônico portátil ainda inclui: um circuito de capacitor variável que forma uma ponte em pelo menos um espaço.

De acordo com outra modalidade, o circuito de combinação de impedância sintonizável inclui pelo menos dois circuitos de rede de combinação de impedância e um circuito de comutação que configura o circuito de combinação de impedância sintonizável para comutação para uso em um circuito selecionado dos dois circuitos de rede de combinação de impedância.

De acordo com outra modalidade, a antena inclui uma antena em loop alimentada em paralelo.

De acordo com outra modalidade, o dispositivo eletrônico ainda inclui: uma linha de transmissão que tem condutores positivo e de aterramento, em que o condutor de aterramento é acoplado ao segundo terminal de alimentação de antena e em que o condutor positivo é acoplado ao primeiro terminal de alimentação de antena; e um capacitor interposto no condutor positivo da linha de transmissão.

De acordo com outra modalidade, o dispositivo eletrônico ainda inclui: um circuito de indutor que forma uma ponte entre os primeiro e segundo terminais de alimentação de antena.

De acordo com uma modalidade, um dispositivo eletrônico sem fio é provido, que inclui: um alojamento que tem uma periferia; uma estrutura condutiva que corre ao longo da periferia e que tem pelo menos um espaço na periferia; e uma antena formada pelo menos parcialmente a partir da estrutura condutiva, em que a antena compreende um circuito de sintonização de antena que configura a antena para operar em: um primeiro modo de operação no qual a antena é configurada para operar em uma primeira banda decomunicaçõeseumasegundabandadecomunicações que é mais alta na frequência do que a primeira banda de comunicações; e um segundo modo de operação, no qual a antena é configurada para operar em uma terceira banda de comunicações que é mais baixa na frequência do que a primeira banda de comunicações e a segunda banda de comunicações.

De acordo com outra modalidade, a primeira banda de comunicações é centralizada em 900 MHz, a segunda banda de comunicações é centralizada em 1850 MHz, e a terceira banda de comunicações é centralizada em 700 MHz.

De acordo com outra modalidade, o circuito de sintonização de antena inclui: um circuito de capacitor variável que forma uma ponte em pelo menos um espaço.

De acordo com outra modalidade, a antena inclui alimentações positiva e negativa e o circuito de sintonização de antena inclui: um indutor variável que forma uma ponte entre os terminais de alimentação de antena positivo e negativo.

De acordo com outra modalidade, a antena ainda inclui uma alimentação de antena, e o circuito de sintonização de antena inclui um circuito de combinação de impedância sintonizável que tem: um circuito de transceptor de rádio, onde o circuito de combinação de impedância sintonizável é interposto entre o circuito de transceptor de rádio e a alimentação de antena.

O precedente é meramente ilustrativo dos princípios desta invenção, e várias modificações podem ser feitas por aqueles versados na técnica, sem que se desvie do escopo e do espírito da invenção. As modalidades precedentes podem ser implementadas individualmente ou em qualquer combinação.

Claims (18)

1. Antena em loop alimentada em paralelo em um dispositivo eletrônico que tem uma periferia, que compreende: uma alimentação de antena que inclui primeiro e segundo terminais de alimentação de antena; um loop condutivo acoplado entre os primeiro e segundo terminais de alimentação de antena, em que o loop condutivo é formado pelo menos, parcialmente a partir de estruturas condutivas dispostas ao longo da periferia; caracterizado por um indutor variável que forma uma ponte entre os primeiro e segundo terminais de alimentação de antena, em que o indutor variável compreende: um primeiro segmento, em que o primeiro segmento forma uma parte de um caminho de linha de transmissão com uma primeira indutância e um primeiro comprimento; e um segundo segmento, em que o segundo segmento e o primeiro segmento fazem parte de um segundo caminho de linha de transmissão com uma segunda indutância e um segundo comprimento que é diferente do primeiro comprimento.

2. Antena em loop alimentada em paralelo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o indutor variável compreende um comutador que é conectado em série com o primeiro segmento entre os primeiro e segundo terminais de alimentação de antena, e em que o segundo segmento e o interruptor são acoplados em paralelo entre o primeiro segmento e o segundo terminal de alimentação de antena.

3. Antena em loop alimentada em paralelo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o indutor fixo e o indutor compreendem estruturas de linha de transmissão indutivas.

4. Antena em loop alimentada em paralelo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira indutância é diferente da segunda indutância.

5. Antena em loop alimentada em paralelo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as estruturas condutivas compreendem pelo menos um espaço, ainda compreendendo: um circuito de capacitor variável que forma uma ponte em pelo menos um espaço.

6. Antena em loop alimentada em paralelo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo eletrônico ainda compreende um circuito de transceptor sem fio e um circuito de combinação de impedância sintonizável interposto entre o circuito de transceptor e o primeiro terminal de alimentação de antena.

7. Antena em loop alimentada em paralelo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo eletrônico ainda compreende: um circuito de transceptor sem fio; e um circuito de combinação de impedância sintonizável interposto entre o circuito de transceptor e ao primeiro terminal de alimentação de antena.

8. Antena em loop alimentada em paralelo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: uma linha de alimentação de antena que porta sinais de antena entre uma linha de transmissão e o primeiro terminal de alimentação de antena; e um capacitor interposto na linha de alimentação de antena.

9. Dispositivo eletrônico portátil com um comprimento, uma largura menor que o comprimento e uma altura menor que a largura, o dispositivo eletrônico que compreende: uma alimentação de antena que inclui os primeiro e segundo terminais de alimentação de antena; um loop condutivo acoplado entre os primeiro e segundo terminais de alimentação de antena; um circuito de transceptor sem fio; um circuito de combinação de impedância sintonizável interposto entre o circuito de transceptor sem fio e a alimentação de antena um alojamento tendo uma periferia, uma superfície superior e uma superfície inferior; caracterizado por: uma estrutura de alojamento condutivo, em que a estrutura de alojamento condutivo se estende através da altura do dispositivo eletrônico portátil e corre ao longo da periferia, a estrutura de alojamento condutivo tem pelo menos uma lacuna que se estende através da altura do dispositivo eletrônico da superfície superior do alojamento para a superfície inferior do alojamento e o circuito condutor é formado pelo menos parcialmente a partir da estrutura do alojamento condutivo.

10. Dispositivo eletrônico portátil, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um circuito de capacitor variável que forma uma ponte em pelo menos um espaço.

11. Dispositivo eletrônico portátil, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o circuito de combinação de impedância sintonizável compreende pelo menos dois circuitos de rede de combinação de impedância e um circuito de comutação que configura o circuito de combinação de impedância sintonizável para comutar no uso de um circuito selecionado dos dois circuitos de rede de combinação de impedância.

12. Dispositivo eletrônico , de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que que a antena compreende uma antena em loop alimentada em paralelo.

13. Dispositivo eletrônico , de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: uma linha de transmissão que tem condutores positivo e de aterramento, em que o condutor de aterramento é acoplado ao segundo terminal de alimentação de antena e em que o condutor positivo é acoplado ao primeiro terminal de alimentação de antena; e um capacitor interposto no condutor positivo da linha de transmissão.

14. Dispositivo eletrônico, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um circuito de indutor que forma uma ponte entre os primeiro e segundo terminais de alimentação de antena.

15. Dispositivo eletrônico sem fio, que compreende: um alojamento que tem uma periferia; uma estrutura condutiva que corre ao longo da periferia e que tem pelo menos um espaço na periferia; caracterizado por uma antena formada pelo menos parcialmente a partir da estrutura condutiva, em que a antena compreende um circuito de sintonização de antena que configura a antena para operar em: um primeiro modo de operação no qual a antena é configurada para operar em uma primeira banda de comunicações e uma segunda banda de comunicações que é mais alta na frequência do que a primeira banda de comunicações; e um segundo modo de operação, no qual a antena é configurada para operar em uma segunda banda de comunicação e uma terceira banda de comunicações que é mais baixa na frequência do que a primeira banda de comunicações e a segunda banda de comunicações.

16. Dispositivo eletrônico sem fio, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o circuito de sintonização de antena compreende: um circuito de capacitor variável que forma uma ponte em pelo menos um espaço.

17. Dispositivo eletrônico sem fio, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a antena compreende alimentações positiva e negativa e em que o circuito de sintonização de antena compreende: um indutor variável que forma uma ponte entre os terminais de alimentação de antena positivo e negativo.

18. Dispositivo eletrônico sem fio, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a antena ainda compreende uma alimentação de antena, e em que o circuito de sintonização de antena compreende um circuito de combinação de impedância sintonizável, que ainda compreende: um circuito de transceptor de rádio, em que o circuito de 5 combinação de impedância sintonizável é interposto entre o circuito de transceptor de rádio e a alimentação de antena.

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