CN101248650A - 具有频率调谐的接地面的电连接器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有频率调谐的接地面(108)的电连接器(100)。该连接器包括传送电信号的信号媒介(102)、以及传送参考电压(即，地)的接地面媒介(108)。接地面媒介(108)响应于电信号的频率、区别地向第二接地面端(112)提供参考电压。一个实施方式中，第一接地面层的传导轨迹(208)包括传输线图案，第二接地面层的传到轨迹(212)通过多个传导通孔(214)连接于第一接地面层的传导轨迹。例如，第一接地面层(208)可包括多个传导片(216)，其中的一些具有与第二接地面的传导轨迹(212)相连的通孔连接(214)。

Description

具有频率调谐的接地面的电连接器
技术领域
本发明一般涉及无线通信，更特别地，涉及这样一种连接器，其通过频率调谐使特定辐射频率下的接地电流的传导达到最小。
背景技术
用户希望使用更小且功能丰富的无线通信装置，例如蜂窝电话(手机)。具有更多功能和特性的更小的手机可由两个外壳部分制成。一种构造是翻盖手机。翻盖手机像抓斗一样打开。其它的构造包括滑盖手机和旋转手机。在滑盖手机中，手机外壳的一部分相对于另一部分滑动。在旋转手机中，手机外壳的一部分相对于另一部分旋开。本受让人在2004年9月1日提交的第10/931,712号专利申请中提供了一种滑盖手机，其全部内容通过引用并入本文。
通常，两个外壳部分的一种配置小于另一种配置。较小的配置通常称为封闭配置，较大的配置通常称为开放配置。当手机用户携带手机时或将其储藏时，可使手机保持封闭配置。在使用手机时，则将手机置于开放配置。某些手机在两种配置下均可使用。
在一些可配置的手机中，两个外壳部分都具有接地面。接地面通常作为用于相邻天线的地网，并通常会影响天线的性能。当手机在一种配置(即，开放配置)下时，天线可具有最优的性能。当手机在另一种配置(即，封闭配置)下时，天线可具有次优的性能。该次优的性能可由于一个接地面相对于天线的位置变化而导致。在某些配置中，当天线附近具有接地的金属时，很大程度上依赖于接地面的天线(例如，贴片天线、PIFA(平面倒F天线)、折叠单极天线)则具有较差的性能。
较差的天线性能可表现为与辐射到期望的传输媒介(即，空气)的能量的量相对的、无意生成的通过收发装置的电流量(通常为表面电流)。从发射机的角度看，较差的性能可测量为较小的辐射功率或期望方向上较小的功率。从接收机的角度看，较差的天线性能与由有噪地面引起的降低的灵敏度相关联。从任意角度看，较差的性能可与RF(射频)接地电流相关联。
上述问题在由两部分构成的翻盖式手机的使用中均可出现。许多手机使用所谓的柔性薄膜在电话的两部分之间传送信号，例如，在LCD(液晶显示器)模块和主PCB(印刷电路板)之间传送信号。这些柔性薄膜通常是多层在其上形成有地线和信号线的面，且由介电性绝缘材料构成的柔性薄片隔开。这种细长的信号线可无意中起到天线的作用，从而对原有的天线形成干扰并降低接收机性能。以连接器的柔性为代价，可使用(接地的)镀银屏蔽层(silver ink shielding)覆盖连接器，或将其作为中间层添加。尽管这种强力方法确实屏蔽了连接器信号线，但是可带来其它的问题。由于屏蔽的连接器位于天线附近，因此原有的辐射图可发生变化。用手机作为实施例，屏蔽的挠性连接器可在PCS频带产生期望的向上指示的辐射图，从而指向另一个较不合意的方向。
发明内容
本文公开的装置是一种具有接地面的柔性连接器，在特定的辐射频率下，其抑制两部分式的无线通信装置的两个部分之间的电流。通过控制辐射频率下装置两个部分之间的电流，天线的接地形状可独立于与其相连的半个装置的接地面效应，也可与之关联。例如，连接器可在一个频率下阻塞装置的两部分之间的接地电流，而在第二频率下自由地传导接地电流。因此，天线性能被优化，并且使接收机的老化达到最小。
因此，提供了一种具有频率调谐的接地面的电连接器。该连接器包括具有接收电信号的第一信号端和提供电信号的第二信号端的信号媒介以及频率调谐的接地面媒介。该接地面媒介与所述信号媒介相邻，并具有接受参考电压的第一接地面端和提供所述参考电压的第二接地面端，所述参考电压相对于所述电信号定义，所述接地面媒介响应于所述电信号的频率区别地向所述第二接地面端提供所述参考电压。例如，参考电压可为接地。接地面媒介响应于电信号的频率向第二接地面端区别地提供参考电压。
通常，信号媒介包括由柔性介电材料构成并具有传导轨迹的至少一个信号层。接地面媒介则包括第一层和第二层，第一层由柔性介电材料构成并具有传导轨迹，并且第一层覆盖在信号层的上方，第二层由柔性介电材料构成并具有传导轨迹，其与第一接地面层的传导轨迹电通信并位于信号层的下方。
更特别地，第一接地面层的传导轨迹可包括传输线图案，第二接地面层的传导轨迹可通过多个传导通孔连接于第一接地面层的传导轨迹。例如，第一接地面层可包括多个传导层，其中的一些可具有与第二接地面层的传导轨迹相连的通孔连接。
在一个实施方式中，第二接地面层的传导轨迹包括传输线图案。可选地，第二接地面层为基本均匀的传导轨迹。在另一个变体中，接地面的传输线特性在第一和第二接地面层之间交替。例如，在连接器的一部分，形成为传输线的第二接地面层的传导轨迹可覆盖于第一接地面层的传导轨迹的基本均匀的(频率不敏感的)区域。然后，在连接器上相邻的一部分，形成为传输线的第一接地面层的传导轨迹可覆盖于第二接地面层的传导轨迹的基本均匀的区域。以这种方式，传输线图案在接地面层之间交替。
下面提供上述连接器的其它细节，以及用于响应于频率在电连接器内传导接地电流的方法。
附图说明
图1是具有频率调谐接地面的电连接器的原理示意图；
图2A是具有频率调谐的接地面的电连接器的局部横断面视图；
图2B、2C和2D分别是第一接地面层、信号层和第二接地面层的俯视图；
图2E和2F是第一接地面层的第一和第二可选实施方式；
图3是第一接地面层轨迹的第三变体的俯视图；
图4是第一接地面层的第四变体的俯视图；
图5是第一接地面层轨迹和具有传输线图案的第二接地面层轨迹的第五变体的透视图；
图6是具有频率调谐连接器接地面的分段无线通信装置的示例性框图；
图7示出了用于响应于频率在电连接器内传导接地电流的方法的流程图；以及
图8示出了图3的第一接地面传导轨迹的示意图。
具体实施方式
图1是具有频率调谐的接地面的电连接器的原理示意图。连接器100包括信号媒介102，其具有用于接收电信号的第一信号端104和用于提供电信号的第二信号端106。具有传输线图案的接地面媒介108位于信号媒介102附近。接地面媒介108具有用于接受参考电压的第一接地面端110和用于提供参考电压的第二接地面端112，参考电压相对于线102上的电信号而定义。参考电压例如可为信号接地、机壳接地、直流电压或交流电压。传输线图案最简单地表现为通过电容器116向地面分流的串联的电感元件114。接地面媒介108可理解为响应于电信号的频率，向第二端112有区别地提供参考电压的传输线。也就是说，可对电感元件114和电容元件116进行调谐以在希望的频率下达到最大串联阻抗(或最小分流阻抗)。其它更复杂的传输线示意性表示(未示出)也可适用于与本发明一起使用。可通过更复杂类型的传输线实现频率调谐的接地面。
图2A是具有频率调谐的接地面的电连接器的局部横断面视图。如图1所示，连接器100包括信号媒介102和频率调谐接地面媒介108。为了清楚起见，每一层都与相邻层相隔一定距离，该距离在完全装配的连接器中是不存在的。在最简单的形式中，信号媒介102包括单一信号层200，其由柔性介电材料构成并具有传导轨迹204。柔性介电材料可为例如绝缘薄膜或纸的材料。例如，该材料可为聚酯薄膜或聚酰亚胺薄膜，例如Mylar(迈拉)或Kapton。其它材料选择可包括合成的芳香聚酰胺聚合物。此外，还可使用酚类材料制成的薄片或者例如Teflon(特弗隆)的PTFE(聚四氟乙烯)。氯磺化聚乙烯(即，Hypalon(海普隆))、硅片、乙烯丙烯二烯单体也都是很好的材料选择。然而，绝缘材料不限于任何特定的材料。本发明中可使用大量的其它传统材料。传导轨迹可为例如铜、银、传导涂料、锡的材料，或可为任何传统的印刷电路导体。然而，连接器100不限于任何特定的材料。接地面层由类似的柔性材料和导体制成。
接地面媒介108包括第一接地面层206，其由具有传导轨迹208的柔性介电材料构成并覆盖于信号层102的上方。由具有传导轨迹212的柔性介电材料构成的第二接地面层210与第一接地面层传导轨迹208电通信。第二接地面层210位于信号层200的下方。如下文中所述，可通过层间通孔连接或铆钉实现各接地面层之间的电通信。在连接器的其它实施方式中，可通过包围在连接器边缘(侧面)的由传导材料制成的带或条来实现各层之间的连接。
图2B、2C和2D分别是第一接地面层、信号层和第二接地面层的俯视图。尽管在图2B中仅示出了单一的传导轨迹204，但是连接器上每层的信号轨迹不限于任何特定的数量。在其它未示出的实施方式中，可在第一和第二接地面层之间形成多个信号层，每个信号层具有至少一个信号轨迹。在具有多个信号层的情况下，可在信号层之间形成辅助的接地面层。
在一个实施方式中，第一接地面层传导轨迹208包括传输线图案，第二接地面层传导轨迹212通过多个传导通孔214连接于第一接地面层传导轨迹。在某些实施方式中，通孔214的大小、位置及其间隔也是传输线图案的一部分。如图所示，第一接地面层传导轨迹208可包括多个传导片216，每个传导片都具有到第二接地面层传导轨迹212的通孔连接214，图中用交叉平行线阴影将传导片示为基本均匀的传导材料层。也就是说，第二接地面层轨迹212不趋向于为传输线或具有频率响应阻抗。然而，连接器不必限于这样的第二接地面轨迹。在其它实施方式中，第二接地面层轨迹也可形成为传输线，其可独立于第一接地面层轨迹208，也可与之协同工作。
每个片216都具有与其长度218相关联的电感。接地面层传导轨迹208则包括通过第一间隔220电容地耦合的、纵向连续布置的多个片216。尽管示出的第一间隔220具有阶梯式形状，但是也可使用其它图案。
图2E和2F是第一接地面层的第一和第二可选实施方式。图中示出了直线(图2E)和锯齿图案(图2F)。连接器不限于任何特定的间隔图案或其组合。
尽管示出的每个信号层和接地面层都由覆盖有传导轨迹的独立的介电绝缘体构成，但是该轨迹并不限于设置在绝缘体的任何特定表面。在其它未示出的实施方式中，传导轨迹可在普通绝缘体层的另一侧形成。在其它实施方式中，传导轨迹可在绝缘体层的下方形成，以保持电路的完善度(electrical integrity)。
图3是第一接地面层轨迹的第三变体的俯视图。片300通过通孔214连接于第二接地面层轨迹(未示出)。尽管示出的每个片300仅具有单一的通孔，但是在其它未示出的实施方式中，每个片可用多个通孔连接。在某些实施方式中，通孔214的大小、位置及其间隔是传输线图案的一部分。片302通过一个(或多个)片300电容地耦合于第二接地面层传导轨迹。也就是说，片302电容地耦合于片300。
每个片300都具有宽度304和长度306。每个片302都具有长度310，以及与其宽度308相关联的电感。第一接地面层206具有第一边缘312和第二边缘314。片300沿着层206的每个边缘312/314纵向连续布置，并通过第三间隔316电容地耦合。片302纵向连续布置，并且每个片302的电感通过第四间隔318电容地耦合。片302与片300在每个边缘312/314横向分隔，并通过第五间隔320电容地耦合。第二接地面层轨迹(未示出)可形成为传输线图案、或基本均匀的(频率不敏感的)导体层(见图2D)。
图4是第一接地面层的第四变体的俯视图。第一接地面层传导轨迹208包括多个片400。每个片400具有宽度402、以及到第二接地面传导轨迹(未示出)的通孔连接214。如图所示，每个片400都由以规则间隔分开的多个通孔214连接到第二接地面层轨迹。在某些实施方式中，通孔214的大小、位置及其间隔是传输线图案的一部分。片400横向连续布置，并通过第二间隔403电容地耦合。尽管在该变体中仅示出了三个片，但本发明不限于任何特定数量的纵向片400。
图5是第一接地面层轨迹和具有传输线图案的第二接地面层轨迹的第五变体的透视图。应该注意到，为了清楚起见，未示出插入的信号媒介层。其中，传输线图案在第一和第二接地面层轨迹之间交替。在第一区500，具有传输线图案的第二接地面层传导轨迹212位于用交叉平行线阴影示出的第一接地面层传导轨迹208的基本均匀(非频率相关)的区域的下方。在第二区502，具有传输线图案的第一接地面层传导轨迹208位于用交叉平行线阴影示出的第二接地面层传导轨迹212的上方，在其它未示出的实施方式中，第一和第二接地面层传导轨迹都可形成为传输线，或者各层的传输线图案之间可重叠(区500和区502重叠)。如上所述，两个接地面层由通孔214相连(为了清楚起见，仅示出了两个通孔)。
图6是具有频率调谐连接器接地面的分段式无线通信装置的示例性框图。翻盖电话或抓斗式电话是分段式装置的实施例。装置600包括具有电路的第一装置段602以及具有电路的第二装置段604。电连接器100具有与第一装置段602相连的第一连接器端608以及与第二装置段604相连的第二连接器端610。如图2A至图5所示，电连接器100包括由具有传导信号轨迹的柔性介电材料构成的信号层、第一接地面层以及第二接地面层。第一接地面层包括柔性介电材料并具有传导轨迹，该传导轨迹以传输线图案的形式形成并覆盖于信号层的上方。第二接地面层包括柔性介电材料并具有传导轨迹，该传导轨迹与第一接地面层传导轨迹电通信并位于信号层的下方。上文中已对连接器进行了详细描述，在此将不再赘述。
在一个实施方式中，第一装置端602包括以第一频率工作的天线612。连接器100在第一频率下最小程度地传导接地电流。
示例性地，通常假设已将上述天线设计为仅与装置的一半一起工作。例如，参照图6，假设天线612优选地以第一频率工作，第一频率与第一段602的接地面相关联，而与第二段604的接地面没有关联。然而，在第二频率下，天线可优选地与第一和第二装置段的接地面均关联地工作。在这种情况下，柔性连接器100将被设计成在第一段602和第二段604之间传导第二频率的接地电流。
可选地，第一段602可具有第二天线(未示出)，其设计成与第一和第二段的接地面均关联工作。在这种情况下，连接器可用于使响应于第一天线的接地电流达到最小，并使响应于第二天线的接地电流达到最大。
在另一个未示出的变体中，每个装置段都可具有天线。假设两个天线以相同的频率工作，连接器则可调谐到使响应于第一段602上的天线612的接地电流达到最小，并使与第二段上的第二天线相关联的接地电流达到最大。
还可以认为，图6可表示具有频率可选的天线地网的通信装置600。装置600包括天线612和第一地网602，第一地网602用于提供不变的(频率不敏感的)天线接地。例如，天线可为对接地面的布置敏感的类型，例如PIFA、单极天线或贴片天线。电连接器100具有第一连接器端608和第二连接器端610，第一连接器端608与第一地网602相连。如上所述，电连接器具有响应于频率区别地传导电流的接地面。第二地网604连接于电连接器第二端610，以响应于天线辐射频率通过电连接器100提供天线接地。
如上所述，这种设计在消除第二地网604的影响的方面是有用的。当没有接地电流通过连接器100时，第二地网604对天线612没有影响。可选地，连接器100可用于改变天线方向图。例如，如果连接器在第一频率下不传导接地电流，那么，在第一频率下，由于仅具有第一地网，天线则可具有的第一方向图。而在第二频率下，由于使用第一和第二地网，因此天线612则可具有不同的希望的方向图。也就是说，第二方向图是将接地电流传导通过连接器100的结果。通过控制传导穿过连接器的接地电流的量，还可创建其它的方向图。
                    功能性描述
图8示出了图3的第一接地面传导轨迹的示意图。接地面起到一种低通滤波器的作用，在某些频率下生成用于输入参考电压的高阻抗路径，在其它频率下则生成低阻抗。受益于本公开的本领域技术人员应该认识到，通过适当设置接地面的大小、位置、元件间的距离、电感和信号路径，低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和其它传统滤波器设计都可实现。
图7示出了用于响应于频率、在电连接器内传导接地电流的方法的流程图。尽管为了清楚起见，示出的方法为一系列具有标号的步骤，但是标号并不必指示步骤的顺序。应该理解，可将某些步骤跳过、并行执行、或没有严格顺序地执行。该方法从步骤700开始。
步骤702提供柔性导体，其包括信号媒介和具有传输线图案的接地面媒介(见图2A到2D)。步骤704接收辐射的电磁信号。步骤706响应于辐射信号的频率，感生穿过接地面媒介的电流。在一个实施方式中，步骤704中接收辐射信号，包括接收以第一频率辐射的信号。接着，步骤706中感生穿过接地面媒介的电流，其包括在第一频率下最小程度地感生穿过接地面媒介的电流。
在另一个实施方式中，步骤702将无线通信装置的各段通过连接器相连。步骤704接收从装置的一个段辐射的(或由其接收的)信号。然后，步骤708在第一频率下最小程度地感生穿过信号媒介的电流。在另一个不同的实施方式中，步骤704在第二频率下接收的信号。然后，步骤708在第一频率感生穿过接地面媒介的第一电流，而在第二频率下，感生穿过接地面媒介的、大于第一电流的第二电流。应该注意到，可不必同时感生第一和第二电流。
提供了具有频率调谐的接地面的柔性连接器。并提供了特定的层、层顺序以及传输线图案的实施例，以对本发明进行说明。然而，本发明不仅限于这些实施例。受益于本公开之后，本领域技术人员将能得到本发明的各种变体和实施方式。

Claims (20)

1.具有频率调谐的接地面的电连接器，所述电连接器包括：
信号媒介，其具有接收电信号的第一信号端和提供电信号的第二信号端；以及
频率调谐的接地面媒介，其与所述信号媒介相邻，并具有接受参考电压的第一接地面端和提供所述参考电压的第二接地面端，所述参考电压相对于所述电信号定义，所述接地面媒介响应于所述电信号的频率区别地向所述第二接地面端提供所述参考电压。
2.如权利要求1所述的连接器，其中，所述信号媒介包括由柔性介电材料构成并具有传导轨迹的第一信号层；以及
所述接地面媒介包括：
第一接地面层，其由柔性介电材料构成并具有传导轨迹，并覆盖在所述信号层的上方；以及
第二接地面层，其由柔性介电材料构成并具有传导轨迹，所述第二接地面层与所述第一接地面层的传导轨迹电通信，并接地面位于所述信号层的下方。
3.如权利要求2所述的连接器，其中，所述第一接地面层的传导轨迹包括传输线图案；以及
所述第二接地面层的传导轨迹通过多个传导通孔连接于所述第一接地面层的传导轨迹。
4.如权利要求3所述的连接器，其中，所述第一接地面层的传导轨迹包括第一组传导片以及第二组片通孔连接部分，所述第二组片通孔连接部分与所述第二接地面层的传导轨迹连接。
5.如权利要求4所述的连接器，其中，所述第一组片中的每一个通过所述第二组片中的一个与所述第二接地面层的传导轨迹电容地耦合。
6.如权利要求3所述的连接器，其中，所述第一接地面层的传导轨迹图案包括多个片，其中每个片具有与其长度相关联的电感以及通往所述第二接地面层的传导轨迹的通孔连接；以及
所述第一接地面层的传导轨迹包括纵向连续布置的多个片，其通过第一间隔电容地耦合。
7.如权利要求6所述的连接器，其中，所述第一间隔具有选自以下各项的形状：直线、阶梯图案、以及据齿状图案。
8.如权利要求3所述的连接器，其中，所述第一接地面层的传导轨迹包括多个片，其中每个片具有宽度以及通往所述第二接地面层的传导轨迹的通孔连接；以及
所述第一接地面层的传导轨迹包括横向连续布置的多个片，其通过第二间隔电容地耦合。
9.如权利要求5所述的连接器，其中，所述第一接地面层的第二组片中的每一个都具有宽度和长度；
所述第一接地面层的第一组片中的每一个都具有长度以及与其宽度相关联的电感；
所述第一接地面层具有第一边缘和第二边缘；
所述第一接地面层的传导轨迹包括沿着该层的每个边缘纵向连续布置的第二组片，该第二组片通过第三间隔电容地耦合；以及
所述第一接地层的传导轨迹包括纵向连续布置的所述第一组片，所述第一组片中每个片的电感通过第四间隔电容地耦合；所述第一组片与所述第二组片在每个边缘横向分开，并通过第五间隔电容地耦合。
10.如权利要求3所述的连接器，其中，所述第二接地面层的传导轨迹包括传输线图案。
11.如权利要求10所述的连接器，其中，传输线图案的第二接地面层的传导轨迹位于所述第一接地面层的传导轨迹的基本均匀的区域的下方；以及
传输线图案的第一接地面层的传导轨迹覆盖在所述第二接地面层的传导轨迹的基本均匀的区域的上方。
12.如权利要求3所述的连接器，其中，所述第二接地面层是基本均匀的传导轨迹。
13.如权利要求2所述的连接器，其中，所述信号层的柔性介电材料为选自以下各项的材料：聚酯、聚酰亚胺薄膜、合成的芳香聚酰胺聚合物、酚类材料、聚四氟乙烯、氯磺化聚乙烯、硅、乙烯丙烯二烯单体和纸；以及
所述信号层的传导轨迹为选自以下各项的材料：铜、银、传导涂料和锡。
14.如权利要求2所述的连接器，其中，所述接地面媒介包括所述信号媒介附近的传输线图案。
15.具有频率调谐的连接器接地面的分段式无线通信装置，所述装置包括：
具有电路的第一装置段；
具有电路的第二装置段；以及
电连接器，其具有连接于所述第一装置段的第一连接器和连接于所述第二装置段的第二连接器，所述电连接器包括：
信号层，其由柔性介电材料构成并具有传导信号轨迹；
第一接地面层，其由柔性介电材料构成并具有传导轨迹，所述第一接地面层以传输线形式形成，并覆盖在所述信号层的上方；以及
第二接地面层，其由柔性介电材料构成并具有传导轨迹，所述第二接地面层与所述第一接地面层的传导轨迹电通信，并位于所述信号层的下方。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述第一装置段包括以第一频率工作的天线；以及
所述连接器在所述第一频率下最小程度地传导接地电流。
17.一种用于响应于频率在电连接器中传导接地电流的方法，所述方法包括：
提供柔性导体，所述柔性导体包括信号媒介和具有传输线图案的接地面媒介；
接收辐射的电磁信号；以及
响应于所述辐射信号的频率，感生穿过所述接地面媒介的电流。
18.如权利要求17所述的方法，其中，接收所述辐射的电磁信号包括接收第一频率的信号；以及
响应于所述辐射信号的频率，感生穿过所述接地面媒介的电流包括：在所述第一频率下最小程度地感生穿过所述接地面媒介的电流。
19.如权利要求18所述的方法，其中，提供柔性导体包括通过所述连接器将无线通信装置的各段相连；
接收所述辐射的电磁信号包括接收从所述装置的一段辐射的信号；以及
所述方法进一步包括：
在所述第一频率下最小程度地感生穿过所述信号媒介的电流。
20.如权利要求18所述的方法，其中，接收所述辐射的电磁信号包括接收第二频率的信号；以及
响应于所述辐射信号的频率感生穿过所述接地面媒介电流包括：
在所述第一频率下，感生穿过所述接地面媒介的第一电流；以及
在所述第二频率下，感生穿过所述接地面的第二电流，所述第二电流大于所述第一电流。
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