CN101232524B - 具有在相同时间使用公共天线的多个rf收发器的移动无线通信设备及相关方法 - Google Patents

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Abstract

移动无线通信设备可以包括壳体和由壳体支撑的并且在其上有多个分离的信号馈点的公共天线。该设备可以进一步包括由壳体支撑的并且分别与公共天线的各个信号馈点相耦合的多个无线射频(RF)收发器。每个无线RF收发器也可以有与之相关的各个不同的工作频率。此外，该设备也可以包括控制器，该控制器选择性地操作无线RF收发器的至少一些，以在相同的时间有利地使用公共天线。

Description

具有在相同时间使用公共天线的多个RF收发器的移动无线通信设备及相关方法
技术领域
本发明涉及通信设备领域，并且，特别涉及移动无线通信设备和相关的方法。 
背景技术
蜂窝通信系统的流行度持续增长并且已经成为个人和商业通信的主要部分。蜂窝电话允许用户在他们旅行的大部分地区内做出并且接收语音呼叫。此外，随着蜂窝电话技术的增长，蜂窝设备和用户可用的不同类型的设备的功能也日益增多。例如，现在许多蜂窝设备结合了如日历，地址薄，任务表等个人数字助理(PDA)的功能。而且，这种多功能设备还可以允许用户无线地发送及接收电子邮件(email)消息和通过例如蜂窝网络和/或无线局域网(WLAN)接入因特网。 
虽然如此，随着蜂窝通信设备功能的持续增长，对更容易和更方便用户携带的更小设备的需求也在持续增长。这种势态对蜂窝设备制造商的一个挑战是设计可在天线相对有限的可用空间内提供所需的工作特性的天线。当需要多频带工作时更加具有挑战性。一些无线通信设备采用多个天线来覆盖多个射频(RF)频带。因此，随着工作频带数目的增加，所需的天线的数目也增加了。结果，在一些实施方案中，由于空间的限制，可能不能包括全部所需频带内进行工作所需的全部天线。 
当工作频带数目相对较小时，一些常规的移动无线通信设备将采用单个天线来覆盖频带。然而，在这样的设备中，可能很难得到在所有频带上的所需匹配和天线增益，并且可能需要在频带间进行一些折衷。 
Hayes等人的美国专利No.6,662,028公开了一种用于工作在多个频带上的单个天线系统的实例。这一专利提出了用于如无线电话的通信设备的平面倒F天线，该天线在多个频带内辐射。多个信号馈送(signal feeds)从在各自分离位置上的导电元件扩展。各自多个微型机电系统(MEMS)开关被电连接到信号馈送，并且被配置成选择性地将各个信号馈送接地或连接到RF电路。另外，可以断开每个MEMS开关来电隔离各个信号馈送。 
这样的天线可以有利于在不同的时间工作于不同的频带，并且覆盖相对小的工作频率范围。但是，可以有这样的申请，其中期望在相同的时间提供多频工作，并且覆盖相对大的频率范围，但是仍然能提供可用于手持无线通信设备的相对紧凑的天线结构。 
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种移动无线通信设备，包括： 
壳体；公共天线，由所述壳体支撑并且其上具有多个分离的信号馈点；多个无线RF收发器，由所述壳体支撑并且耦合于所述公共天线的信号馈点中的各个信号馈点，每个无线RF收发器也具有与之相关的各个不同的工作频率；以及控制器，用于选择地操作无线RF收发器的至少一些，以在相同的时间使用所述公共天线。 
根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造移动无线通信设备的方法，包括：提供具有由其所支撑的公共天线的壳体，所述公共天线上具有多个分离的信号馈点；将多个也由壳体支撑的无线RF收发器与所述公共天线的信号馈点中的各个信号馈点耦合，每一个无线RF收发器还具有与之相关的各个不同的工作频率；以及将控制器与多个无线RF收发器耦合，来选择性地操作无线RF收发器的至少一些，以在相同的时间使用所述公共天线。 
附图说明
图1是根据一个示范性实施例的移动无线通信设备的示意性框图。 
图2是用于图1无线通信设备中的示范性贴片天线的顶视图。 
图3是与图2天线的一种实施方式的第一馈点相关的反射损耗比频率的图示。 
图4是与图2天线的第一馈点相关的增益比频率的图示。 
图5A-5C是图2天线的顶视图，示出了采用第一信号馈点，分别在900MHz、1800MHz和5GHz处的仿真电流分布。 
图6A-6C是采用第一信号馈点，分别在900MHz、1800MHz和5GHz处图2天线的仿真天线辐射图的图示。 
图7是与图2天线的第二馈点相关的反射损耗比频率的图示。 
图8是与图2天线的第二馈点相关的增益比频率的图示。 
图9是图2天线的顶视图，示出了采用第二信号馈点，在2.45GHz处的仿真电流分布。 
图10是采用第二信号馈点，在2.45GHz处图2天线的仿真天线辐射图的图示。 
图11是与图2天线的第三馈点相关的反射损耗比频率的图示。 
图12是与图2天线的第三馈点相关的增益比频率的图示。 
图13A-13C是图2天线的顶视图，示出了采用第三信号馈点，分别在2.1GHz、5.2GHz和5.8GHz处的仿真电流分布。 
图14A-14C是采用第三信号馈点，分别在2.1GHz、5.2GHz和5.8GHz处图2天线的仿真天线辐射图的图示。 
图15是与图2天线的第四馈点相关的反射损耗比频率的图示。 
图16是与图2天线的第四馈点相关的增益比频率的图示。 
图17是图2天线的顶视图，示出了采用第四信号馈点，在1.54GHz处的仿真电流分布。 
图18是采用第四信号馈点，在1.54GHz处图2天线的仿真天线辐射图的图示。 
图19是示出了用于图1移动无线通信设备中的示范性组件的示意性框图。 
具体实施方式
本说明书是参照示出优选实施方案的附图进行的。然而，可以会采用许多不同的实施方案，因此说明书不应解释为限制于在这里提出的实施方案。而是，提出这些实施方案是使公开完全和彻底。相同元件始终指示相同的编号，并且采用最初的编号来标注不同实施方案中相似的元件。 
通常来说，在此公开的移动无线通信设备可以包括壳体和由壳体支撑的并且在其上具有多个分离的信号馈点的公共天线。此外，该设备可以进一步包括由壳体支撑的并且分别与公共天线的信号馈点中的各个信号馈点相耦合的多个无线射频(RF)收发器。每个无线RF收发器也可以具有与之相关的各个不同的工作频率。此外，该设备也可以包括控制器，该控制器选择性地操作无线RF收发器的至少一些，以在相同的时间有利地使用公共天线。 
该设备也可以包括由壳体内部支撑的电介质衬底，并且公共天线可以包括至少一个导电引线位于电介质衬底上。公共天线可以包括在所述电介质衬底上的至少一个导电引线。公共天线还可以具有参考电压点。此外，公共天线可以包括其内具有至少一个缝隙的贴片天线。更特别地，该贴片天线可以具有通常的矩形边界。作为示例，该至少一个缝隙可以包括在其中定义了外部公共天线部分和内部公共天线部分的多个缝隙。因而，信号馈点的至少一个可以位于内部公共天线部分上，和/或信号馈点的至少一个可以位于外部公共天线部分上。 
例如，无线RF收发器的至少一个可以是蜂窝收发器。同样作为示例，不同的工作频率可以在大概900MHz到6GHz的范围内。此外，不同的工作频率可以具有与之相关的不同用户功能。更具体地，不同的用户功能可以包括如语音通信、电子邮件接收、电子邮件发送、数据接收和数据发送中的至少一个。 
先参考图1和2，用于与一个或多个通信网络31通信的移动无线通信设备30示例性地包括壳体32和由壳体支撑的公共天线33。作为示例，例如，无线通信网络31可以是蜂窝网络和/或无线局域网(LAN)。公共天线33上示例性地包括多个分离的信号馈点34a-34n。 
天线33“公共”意味着其由多个无线射频(RF)收发器35a-35n(如，蜂窝和/或无线LAN收发器)共享，该多个无线射频收发器也由壳体32支撑并耦合于公共天线33的信号馈点34a-34n中的各个信号馈点。每一个无线RF收发器优选地具有与之相关的各个不同的工作频率，这将在下面进一步讨论。此外，设备30可以也包括控制器36，它可以选择性地操作至少一些(即，两个或更多)无线RF收发器35a-35n，以在相同的时间有利地使用公共天线33。作为在此的应用，“在相同的时间”并不意味着开始和/或停止时间是同步的，而仅仅意味时间上具有一定重叠。然而，应该指出控制器36不需要一直操作多个收发器35，即，在某些实例中控制器每次可以只操作一个收发器，这是本领域技术人员所熟知的。 
设备30还示例性地包括由壳体32内部支撑的电介质衬底37(图2)，如印刷电路板(PCB)，并且公共天线33可以包括电介质衬底上的至少一个导电引线，这是本领域技术人员所熟知的。典型地，控制器36和无线RF收发器35a-35n可以和如显示器，键盘等其它部件一样也由电介质衬底37支撑，这将在下面进一步讨论。然而，应当指出，在所有的实施方式中，公共天线33不需要和无线RF收发器35a-35n和/或控制器均由相同的PCB支撑，而是可以由PCB的保持支架延长部分支撑，或者另外安装在壳体内PCB的旁边，这是本领域技术人员所熟知的。 
根据一个实施方案，公共天线33可以是基本直线式天线(例如倒F天线，单极子等)。如图2所示的实施方案，公共天线33是贴片天线，具有定义其中的外部公共天线部分42和内部公共天线部分43的第一和第二缝隙40、41。应当指出，在其它实施方案中可以采用单个缝隙或多于两个缝隙。在所示的示例中可以看到，公共贴片天线33具有通常的矩形边界，长和宽的尺寸分别为L1、L3，也可以采用其它的形状。 
在示范性的实施方案中，公共贴片天线33具有单个参考电压(如，地)点44和四个信号馈点45-48。如图2所示，参考电压点44和第三及第四信号馈点47，48位于内部公共天线部分43上，而第一和第二信号馈点45，46位于外部公共天线部分42上。然而，也可以具有包括多个 参考电压或接地点44的其它布置和馈点的数目。另外，在一些实施例中，信号馈点45-48的一个或多个也可以选择性地耦合于参考电压/接地。 
第一和第二缝隙40、41也定义了由宽度W1-W7及长度L2和L4定义的多个引线部分，可以有利地选择宽度W1-W7和长度L2、L4来调谐天线33的工作频率。一些引线部分可以基本与给定的工作频带相关，而其它结构可以影响多个工作频带，这是本领域技术人员所熟知的。 
公共天线33有利地提供了单个多馈点天线来代替一些传统的手机中的多个不同的天线以提供多频带工作。这可以带来如节省空间、简化手机设计和避免与通常使用彼此靠近的多个天线相关联的电磁干扰(EMI)问题的优点。 
现在通过图3至18，将给出上面提到的贴片天线结构的一个实施方式的仿真工作特性。应当指出，仿真中采用的贴片结构与图2所示的通常形状尺寸上略有不同。仿真中使用的贴片天线的尺寸如下面表1所示。 
表1 
    尺寸     值(mm)
    L1     41
    L2     4.9
    L3     14
    L4     7
    W1     3
    W2     3
    W3     2.8
    W4     3
    W5     3.1
[0043] 
    W6     5.5
    W7     4
作为示例，尽管也可以采用其它的频率，但本实例中不同的工作频率在大约900MHz至6GHz的范围内。不同的工作频率具有与之相关的不同的用户功能。即，特定工作频率可以被用于语音通信(即蜂窝电话呼叫)和如因特网或电子邮件(email)数据通信的数据通信中的一个或多个，这是本领域技术人员所熟知的。 
图3-6图示了与第一馈点45相关的工作频率特性。更具体地，通过选择地连接适合的无线RF收发器35与第一馈点45，在示范性的结构中，天线33被调谐以工作在900MHz、1800MHz和5GHz上。图3所示为对于第一和第二仿真的仿真反射损耗比频率的第一和第二曲线50、51，并且图4所示为仿真增益比频率的曲线。图5A-5C分别示出在上面所述频率上的环绕贴片天线33的仿真电流分布，而图6A-6C分别示出针对上述频率的增益样式。 
第二馈点46用于2.45GHz的工作频率。图7、8、9和10分别示出与在此频率上使用第二馈点46相关的仿真反射损耗比频率、仿真增益比频率，仿真电流分布和仿真天线辐射图。与第一馈点45相似，第三馈点47也用于2.1GHz，5.2GHz和5.8GHz三个工作频带。图11、12、13A-13C和14A-14C分别示出了与在这些频率上使用第三馈点47相关的仿真反射损耗比频率、仿真增益比频率、仿真电流分布和仿真天线辐射图。此外，与第二馈点46相似，第四馈点48用于1.54GHz的工作频率。图15、16、17和18分别示出与在此频率上使用第四馈点48相关的仿真反射损耗比频率、仿真增益比频率、仿真电流分布和仿真天线辐射图。 
参考图19所示的手持移动无线通信设备1000，现在讨论上面所述设备30中可以包括的其它示范性部件。设备1000示例性地包括壳体1200、键盘1400和输出装置1600。所示输出装置是显示器1600，优选的是全图形LCD。可选地利用其它类型输出设备。处理设备1800被包括在壳体1200中，并耦合于键盘1400和显示器1600之间。处理设备1800 响应于用户在键盘1400上的按键的激励来控制显示器1600的操作和移动设备1000的全部操作。 
可以垂直地拉长壳体1200，或者可以具有其它的大小和形状(包括折叠壳体结构)。键盘可以包括模式选择键，或用于在文本输入和电话输入间切换的其它硬件或软件。 
除处理设备1800外，图19示意性地示出了移动设备1000的其它部分。包括通信子系统1001；近距离通信子系统1020；键盘1400和显示器1600，连同其它输入/输出设备1060、1080、1100和1120；还具有存储设备1160、1180和各种其它设备子系统1201。移动设备1000优选是双向RF通信设备，具有语音和数据通信的能力。另外，移动设备1000优选具有通过因特网与其它计算机系统通信的能力。 
处理设备1800执行的操作系统软件优选存储在如闪存1160的永久性存储器中，但也可以存储在如只读存储器(ROM)或类似存储部件的其它类型存储设备中。另外，系统软件，特定设备应用或部分可以临时加载到如随机访问存储器(RAM)1180的易失性存储器中。移动设备接收的通信信号可以也存储在RAM1180中。 
处理器设备1800，除了其操作系统功能外，还可以在设备1000上执行软件应用1300A-1300N。控制诸如数据和语音通信1300A和1300B的基本设备工作的应用的预先设置可以在生产期间安装在设备1000上。另外，个人信息管理器(PIM)应用可以在生产期间安装。PIM优选能够组织和管理数据条目，如电子邮件、日历事件、语音邮件、约会、和任务条目。PIM应用也优选可以通过无线网络1401发送和接收数据条目。优选地，通过无线网络1401，PIM数据条目可与存储的或与主计算机系统相关的设备用户的相应数据条目来无缝地集成，同步和更新。 
通过通信子系统1001并且可以通过近距离通信子系统来实现包括数据和语音通信的通信功能。通信子系统1001包括接收器1500、发射器1520、和一个或多个天线1540和1560。另外，通信子系统1001还包括如数字信号处理器(DSP)1580的处理模块和本地振荡器(LOs)1601。通信子系统1001的具体设计和实现取决于通信设备1000将工作 的通信网络。例如，移动设备1000可以包括通信子系统1001，该子系统设计用于工作在MobitexTM、Data TACTM或通用分组无线服务(GPRS)移动数据通信网络，并且也设计用于工作在如AMPS、TDMA、CDMA、WCDMA、PCS、GSM、EDGE等任意一种语音通信网络。其它类型的数据和语音网络，无论分离或集成的均可适用于移动设备1000。移动设备1000可以也适用于如3GSM、3GPP、UMTS等其它通信标准。 
网络访问请求根据通信系统的类型而改变。例如，在Mobitex、DataTAC网络中，移动设备采用与每个设备相关的唯一的个人识别号或PIN在网络上注册。然而在GPRS网络中，网络访问与设备的订户或用户相关。因此GPRS网络需要一般称作SIM卡的用户标识模块，以在GPRS网络运作。 
当所需的网络注册或激活程序完成后，移动设备1000可以通过通信网络1401发送和接收通信信号。通过通信网络1401由天线1540接收的信号被路由到接收器1500，接收器1500进行信号放大，频率向下转换，滤波，信道选择等等，并且还可以提供模拟到数字转换。接收的信号的模拟到数字的转换使处理器1580可以实现如解调和解码的更复杂的通信功能。相似的方式，要发送到网络1401的信号被DSP 1580处理(如调制和编码)后提供给发射器1520进行数字到模拟转换，频率向上转换，滤波，放大和通过天线1560发送到通信网络1401(或多个网络)。 
除了处理通信信号，DSP 1580也用于控制接收器1500和发射器1520。例如，用于接收器1500和发射器1520中通信信号的增益可以通过处理器1580中执行的自动增益控制算法来自适应的控制。 
在数据通信模式中，如文本信息或下载的网页的接收信号由通信子系统1001处理，并且被输入到处理设备1800。接收的信号然后进一步由处理器1800处理以输出到显示器1600，或可选的一些其它辅助I/O设备1060。使用键盘1400和/或一些如触摸板、摇杆开关、拇指旋转控制器、或一些其它类型输入设备的其它辅助I/O设备1060，设备用户也可以编写如电子邮件消息的数据条目。通过通信子系统1001，编写的数据条目可以然后在通信网络1401上被发送。 
在语音通信模式中，除了接收的信号输出到扬声器1100和用于发送的信号由麦克风1120产生外，设备的全部操作基本与数据通信模式相似。诸如语音消息记录子系统的可选声音或音频I/O子系统也可以在装置1000上实现。另外，显示器1600也可以被用于语音通信模式，例如来显示呼叫方的标识、语音呼叫的持续时间、或其它语音呼叫相关的信息。 
近距离通信子系统使移动设备1000和其它非必须相似的近似的系统或设备的通信成为可以。例如，近距离通信子系统可以包括红外线设备和相关的电路和部件，或蓝牙通信模块来提供与支持类似功能的系统和设备通信。 
受益于前面的描述和相关的附图的教导，本领域术人员可以想出许多修改和其它实施方案。因此，可以理解各种修改和实施方案都落入附加的权利要求的范围内。 

Claims (16)

1.一种移动无线通信设备，包括：
壳体；
由壳体支撑的公共天线，具有在所述公共天线上彼此直接分离的多个信号馈点；
由壳体支撑的多个无线射频收发器，每个无线射频收发器与所述公共天线上的多个分离的信号馈点中的一个信号馈点电耦合，其中每个无线射频收发器具有与之相关联的各自不同的工作频带；以及
控制器，被配置为选择性地操作所述多个无线射频收发器的至少一些，以使用所述公共天线在相同的时间提供所操作的无线射频收发器在各自不同的工作频带上的操作。
2.根据权利要求1所述的移动无线通信设备，进一步包括：
由所述壳体内部支撑的电介质衬底；其中所述公共天线包括在所述电介质衬底上的至少一个导电引线。
3.根据权利要求1所述的移动无线通信设备，其中所述公共天线还包括：
多个缝隙，其中所述多个缝隙中的每个缝隙具有宽度和长度尺寸；以及选择所述多个缝隙的每个尺寸，来调谐所述公共天线的工作频率。
4.根据权利要求1所述的移动无线通信设备，其中所述公共天线包括其内具有至少一个缝隙的贴片天线。
5.根据权利要求4所述的移动无线通信设备，其中所述贴片天线具有矩形边界。
6.根据权利要求4所述的移动无线通信设备，其中所述贴片天线具有定义其中的外部公共天线部分和内部公共天线部分的第一缝隙和第二缝隙。
7.根据权利要求1所述的移动无线通信设备，其中所述公共天线被配置为在相同的时间，在多个不同的工作频带上操作。
8.根据权利要求6所述的移动无线通信设备，其中所述信号馈点的至少一个位于所述内部公共天线部分上，和/或所述信号馈点的至少一个位于所述外部公共天线部分上。
9.根据权利要求1所述的移动无线通信设备，其中所述多个无线射频收发器的至少一个是蜂窝收发器。
10.根据权利要求1所述的移动无线通信设备，其中所述各自不同的工作频率在900MHz到6GHz的范围内。
11.根据权利要求1所述的移动无线通信设备，其中所述至少一些无线射频收发器的每个不同的工作频带与不同的用户功能相对应。
12.根据权利要求11所述的移动无线通信设备，其中所述不同的用户功能是从包括语音通信、以及数据通信的组中选择的。
13.一种用于操作移动无线通信设备的方法，包括：
提供具有由其所支撑的公共天线的壳体，所述公共天线上具有多个分离的信号馈点；
将由壳体支撑的多个无线射频收发器中的每个与所述移动无线通信设备中的公共天线上的多个信号馈点中的一个直接电耦合；以及
通过控制器，选择性地操作所述多个无线射频收发器的至少一些，以使用所述公共天线在相同的时间提供所操作的无线射频收发器在各自不同的工作频带上的操作。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
通过定义所述公共天线内多个缝隙的多个引线部分的长度和宽度的尺寸，调谐所述公共天线的工作频率。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述公共天线包括其内具有至少一个缝隙的贴片天线。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述贴片天线具有定义其中的外部公共天线部分和内部公共天线部分的第一缝隙和第二缝隙。
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