CN101548429B

CN101548429B - 移动多媒体终端的天线系统及其使用方法

Info

Publication number: CN101548429B
Application number: CN2008800001276A
Authority: CN
Inventors: 柳江平; 麦志伦; 麦志强
Original assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Current assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: CN101548429A; WO2010028522A1

Abstract

移动设备包括一个主体部分，一个与主体部分连接的翻盖，其中主体部分包括一个射频(RF)馈电和接地，其中翻盖包括至少一个多波段天线系统与RF馈电和接地进行通信连接，天线运行在至少一个电视广播波段上。

Description

移动多媒体终端的天线系统及其使用方法

技术领域

本发明通常涉及采用天线设计的系统和方法，特别涉及用于移动设备的天线系统。

发明背景

目前在市场上有各种移动设备，其在射频(RF)频谱里进行接收和/或传输。典型的例子有移动电话、个人数字助理(PDAs)、电子邮件设备如BLACKBERRY^TM设备、移动电视/收音机、便携式多媒体播放器(PMP)等。每种设备都包括至少一种天线。用于这些移动设备的天线通常分为两类--内部的和外部的。

外部天线是延伸出设备外部的天线。例如，一些线状天线、螺旋天线和单极天线是外部天线。典型的例子包括通常在便携式立体声和电视里的伸缩天线。其它外部天线的例子包括蜂窝电话里的收放天线。大多数外部天线是接地的单极天线，其使用设备内的元件如印刷电路板(PCB)作为一个接地面。外部天线通常是单频带的，多路径性能相当差。换言之，典型的外部天线设计仅接收单极化的信号，但是在多路径环境里，信号的极化会发生改变。

相反，内部天线元件通常包含在设备内，与设备的其它电路共享空间，不容易被用户发现。一个内部天线的种类包括“微型”天线。典型的例子包括介质负载天线(dielectric loaded antenna)、弯折线天线(meander-line antenna)、平面倒F型天线(PIFA)等。内部天线设计通常包括多频带设计和多极化设计，从而通常提供较好的多路径性能。

内部天线的一个考虑是它们通常与设备其它电路竞争空间。内部天线在高频应用领域有所发展，如移动通信全球系统(GSM)电话。最长的GSM波长大约是35cm，所以有可能使内部天线足够小而装配在移动电话内部。相反，很难设计一个运行在100MHz范围的内部天线，因为波长超过一米，对微型天线来说，这仍然太大了以至于无法装配在大多数移动设备内部。所以，工程师通常使用外部天线用于低频带，如数字电视(如174-240MHz)和无线波段。目前市场上的移动电视使用一个收放伸缩的外部天线，其有一个昂贵的连接器提供转动和定位。目前，没有一个可行的解决方案可以使用一个强健的、小型的、隐藏的和低成本的天线系统来接收电视/无线射频信号。

发明概述

本发明的各种实施例包括采用隐藏在移动设备屏幕盖内的外部天线的系统和方法。在一个例子里，一个提供电视接收的移动设备，包括一个屏幕盖，其可以翻转打开而显示屏幕，可以关闭而保护屏幕。屏幕盖隐藏有一个外部天线系统，其在低波段上运行并提供电视接收。

本发明的一些实施例提供多波段性能，其通常不是由使用外部天线的设计提供。一些实施例也提供多极化性能，从而比典型的外部天线设计具有更好的多路径性能。

本发明一些实施例的优点包括改善的多路径性能以及多波段性能。再者，一些实施例降低设备主体内的空间竞争。一些实施例的另一个优点是翻盖占用的空间远小于典型的线状天线占用的空间。

前述已经相当广泛地阐述了本发明的特征和技术优势，以便能够更好地理解随后本发明的详细说明。本发明的其它特征和优势将在以下描述，其构成本发明的权利要求科目。本领域技术人员应该理解，可以容易地利用在此披露的概念和具体实施例，以作为一个基础用来修改或设计其它结构用来执行本发明相同目的。本领域技术人员也应该理解，这种等同构造并没有脱离在附加权利要求内阐述的本发明的精神和范围。被看作本发明特性的新颖性特征，无论是其组织和操作方法，与其它目的和优势一起，从以下的描述并结合附图将得到更好的理解。但是，应该深刻地理解，提供的每个附图仅是用作描述和说明用途，并不是意在作为限制本发明的定义。

附图说明

为了更加全面地理解本发明，现结合附图对以下描述作出参考，其中：

图1描述本发明一个实施例的典型系统；

图2是图1系统的分解图；

图3描述本发明一个实施例的典型系统；

图4描述本发明一个实施例的典型系统；

图5描述本发明一个实施例的典型系统；

图6描述本发明一个实施例的典型系统；

图7描述本发明一个实施例的典型系统；

图8描述本发明一个实施例的典型系统；

图9描述本发明一个实施例的典型系统；和

图10描述本发明一个实施例的典型方法。

发明详述

图1描述本发明一个实施例的典型系统100。系统100包括一个移动多媒体终端，其提供电视和/或无线信号的接收。系统100包括主体部分101、翻盖102、屏幕103、用户控制104和扬声器110。当用户想观看电视节目时，打开翻盖102，然后开启系统100。系统100通过翻盖102内的一个天线(图中未显示)，接收电视信号，然后图像显示在屏幕103上。系统100不受限于电视和/或无线信号，因为其也可以接纳其他频带上的通信。例如，系统100可以适配与无线网络(例如，使用IEEE802.11技术)、蜂窝电话网路等进行通信。

图2是系统100的分解图。主体部分101包括外罩107，其支撑并保护内部电子元件，如屏幕103、电路板108和转换器(transducer)109。翻盖102有两个部分，其隐藏天线系统105于其中。在此例子里，天线系统105被布置在一个柔性膜上，在此例子里，该柔性膜包括一个柔性PCB，铜覆盖在柔性塑料(聚乙烯)上，厚度为0.2mm。天线系统105通过迷你线缆(mini-cable)106与电路板108进行连接，在此例子里，迷你线缆足够细小到能够穿过连接翻盖102和主体部分101的铰链。此外，由于天线系统105位于一个与其它电路隔离的区域内，因此它是一个外部天线而不是内部天线，且不会与电路板108、屏幕103和转换器109竞争空间。在此例子里，翻盖102提供了一个缺少外部天线的假象。

如以下图所示，本发明的实施例可以采用任何数目的天线和连接器。图3描述本发明一个实施例的典型系统300。系统300包括一个位于盖304内的三波段天线系统。三波段天线系统包括天线元件301和302。天线元件301是一个单波段元件，通过迷你线缆307与无线射频(RF)模块305进行通信连接。RF模块305布置在印刷电路板(PCB)303上，其充当一个接地面，并位于模块主体部分内。在此例子里，天线元件301用于无线局域网(WLAN)通信或蓝牙(Bluetooth^TM)通信，其运行在工业科学医疗(ISM)波段上(如2.4—2.48GHz)。

天线元件302是一个双波段天线元件，其通过迷你线缆308与RF模块306进行通信连接。天线元件302用来接收波段III(174—240MHz)和L-波段(1452—1492MHz)的电视信号，它们都是用于数字电视接收。但是，为了节省空间，天线元件302是一个弯折型的元件。因此，总体来讲，盖304的尺寸以及移动设备的尺寸可以适用于手持式、便携式应用。PCB303也充当元件302的接地面。

图4描述本发明一个实施例的典型系统400。系统400是另一种三波段系统。与图3的系统相比，系统400采用一个不同的弯折结构用于其天线402。一般意义上，图4描述不同实施例里天线外形能够适应一个给定系统的具体设计限制，如运行频段和盖尺寸。

图5描述本发明一个实施例的典型系统500。水平-垂直结构，如结构502，由于其在多路径环境里良好的接收能力，特别适用于一些实施例。

图6描述本发明一个实施例的典型系统600。系统600是另一个三波段系统，类似于图3所述的那种。但是，系统600包括额外的槽缝610-612，槽缝610-612可以用于阻抗匹配。

图7描述本发明一个实施例的典型系统700。系统700包括短接连接(shorting connection)701和703。短接连接701和703将天线元件301和702从单极元件转换成平面倒F型天线(PIFA)元件。

图8描述本发明一个实施例的典型系统800。系统800采用柔性走线(flexible trace)801和802而不是迷你线缆。在此实施例里，天线元件301和302是由导体(通常是金属，如铜)制成且布置在柔性膜(如图2所示)基板上。一些导体和柔性膜的薄层部分延伸突出翻盖之外，并被连接到RF模块305和306，从而提供其间的电连接。但是，在一个具体实施例里，柔性导线与迷你线缆不是互斥的，如图7所示，其包括用于馈电连接的迷你线缆以及用于短接的柔性走线。以上所示的任何特征，包括槽缝、短接连接和不同馈电类型，可以一起或者单独用于不同实施例。

图9描述本发明一个实施例的典型系统900。系统900包括天线元件901-903、馈电连接904-906和RF模块907-909。在此例子里，天线元件901和903有方向多样性，但可以在同一波段上运行，它们之间具有良好的隔离，通常是超过10dB的隔离度。由此，系统900可以用于一些多输入多输出(MIMO)系统。例如，一个连接到使用IEEE802.11n(或使用MIMO的其它技术)的网络的多媒体系统可以受益于系统900的设计。除了具有MIMO能力，使用天线元件902，系统900可以接收电视和/或无线信号。

本发明的各种实施例包括系统使用的方法，如在图1-9内描述的系统。图10描述本发明一个实施例的典型方法1000。在动作1001，打开翻盖，露出移动设备的屏幕。当翻盖被打开时，隐藏的天线位于一个垂直的姿势。在各种实施例里，不要求准确的垂直，普通垂直通常就足够了。换言之，在许多实施例里，电视转播信号被极化，使得它们通过垂直天线元件被最好地接收，但是，要足够垂直而能够接收清晰信号来满足用户。

在动作1002，用户与移动设备互动，使移动设备能够接收电视信号，并基于接收到的电视信号使移动设备能够显示视频输出在屏幕上。动作1002可以包括任何各种用户动作，如开启移动设备、选择要接收的频道、调整显示设置等。用户可以改变频道和设置，甚至可以转换接收来自另一个媒体的内容，如来自WiFi网络。当用户完成时，可以关掉设备，如通过掉电并关闭翻盖。

虽然方法1000显示为一系列离散步骤，但实施例范围并不受此限制。可以增加、忽略、重新安排、和/或修改动作步骤。例如，在一些实施例里，用户可以打开翻盖，无线地与计算机或蜂窝电话互动，然后才使用移动设备的电视功能。

虽然以上描述包括单极和PIFA元件的例子，不同实施例能够适配地使用其它类型的元件，如偶极元件。

本发明的各种实施例包括一个或多个优于现有技术解决方案的优势。例如，用于移动设备的外部天线，特别是用于电视和无线电设备，通常很大并侵占到用户个人空间。相反，本发明的一些实施例能够最小化外部天线使用的空间，一些实施例使用翻盖会较小地侵占用户个人空间，相比较一个挺直的、导线天线而言，其甚至会造成眼睛伤害。

而且，一些实施例，如在图5所示的那种实施例，被多路极化(multi-polarized)，其提供更好的多路性能。换言之，一些实施例提供内部天线系统的优势，同时提供非常良好的电视和无线电接收。

虽然已经详细说明了本发明及其优越性，但应理解，在不脱离所附权利要求定义的本发明的条件下可以做出各种改变，替换和变化。此外，本申请的范围不限定到此处说明书中描述的处理方法，机器，制造，物质构成，手段，方法和步骤等的特定实施例。从说明书可以容易理解，可以利用实质上执行了与这里说明的相应实施例相同功能或实现了相同结果的目前已有的或者将来会开发出的处理方法，机器，制造，物质构成，手段，方法和步骤。因此，所附的权利要求书旨在包括这些处理方法，机器，制造，物质构成，手段，方法或步骤。

Claims

1.一个移动设备，包括：

一个主体部分；

一个与主体部分连接的翻盖，其中主体部分包括一个射频（RF）馈电和接地，其中所述翻盖包括至少一个多波段天线系统与RF馈电和接地进行通信连接，所述多波段天线系统包括第一至第三天线元件（901-903）、第一至第三馈电连接（904-906）和第一至第三RF模块（907-909），第一天线元件（901）和第三天线元件（903）有方向多样性，但可以在同一波段上运行，第一天线元件（901）和第三天线元件（903）之间具有超过10dB的隔离度，第一天线元件（901）和第三天线元件（903）用于无线局域网（WLAN）通信或蓝牙（Bluetooth^TM）通信，其运行在工业科学医疗（ISM）波段上，所述多波段天线系统具有MIMO能力，使用第二天线元件（901）运行在至少一个电视广播波段上，所述多波段天线系统可以接收电视和/或无线信号。

2.根据权利要求1所述的移动设备，其中所述多波段天线系统运行在至少一个低于300MHz的波段上。

3.根据权利要求2所述的移动设备，其中所述多波段天线系统运行在174-240MHz波段上。

4.根据权利要求1所述的移动设备，其中所述多波段天线系统包括：

一个水平-垂直弯折天线结构。

5.根据权利要求1所述的移动设备，其中所述多波段天线系统包括：

至少一个天线元件提供无线计算机网络连接。

6.根据权利要求5所述的移动设备，其中所述无线计算机网络连接包括依照IEEE802.11的连接。

7.根据权利要求1所述的移动设备，其中所述多波段天线系统包括：

一个具有多个槽缝的天线元件。

8.根据权利要求1所述的移动设备，包括：

一个线缆，将所述多波段天线系统与所述RF馈电连接在一起。

9.根据权利要求1所述的移动设备，包括：

一个导线走线（wire trace），被印制在一个柔性膜基板上，将所述多波段天线系统与所述RF馈电连接在一起。

10.根据权利要求1所述的移动设备，其中所述多波段天线系统包括：

一个柔性膜基板。

11.根据权利要求1所述的移动设备，其中所述多波段天线系统包括：

一个到所述接地的连接。

12.根据权利要求1所述的移动设备，其中到所述接地的所述连接选自：

导线走线，被印制在一个柔性膜基板上；和

线缆。

13.一种操作移动设备的方法，所述移动设备包括一个盖、一个有电路于其中的主体部分、以及一个隐藏在所述盖内并与所述主体部分内所述电路进行通信连接的多波段天线系统，

其包括第一至第三天线元件（901-903）、第一至第三馈电连接（904-906）和第一至第三RF模块（907-909），第一天线元件（901）和第三天线元件（903）有方向多样性，但可以在同一波段上运行，第一天线元件（901）和第三天线元件（903）之间具有超过10dB的隔离度，第一天线元件（901）和第三天线元件（903）用于无线局域网（WLAN）通信或蓝牙（Bluetooth^TM）通信，其运行在工业科学医疗（ISM）波段上，所述多波段天线系统具有MIMO能力，使用第二天线元件（901），所述多波段天线系统可以接收电视和/或无线信号，

所述方法包括：

打开所述盖，露出所述移动设备的屏幕，将所述第一至第三天线元件置于一个大致垂直状态；和

与所述移动设备互动，通过所述电视天线使所述移动设备能够接收电视信号，并基于所述接收的电视信号使所述移动设备能够显示视频输出在所述屏幕上。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

与所述移动设备互动，使所述移动设备能够与一个无线计算机网络传输和接收通信。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述移动设备和所述计算机网络依照IEEE802.11标准进行通信。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括：

关掉所述移动设备的电源；和

盖上所述盖以便隐藏所述屏幕。

17.一个移动电视，包括：

一个主体部分，所述主体部分包括：

一个电路板，包括一个或多个RF模块以接收电视信号；

用来解调所述电视信号的电路；和

一个屏幕，基于所述解调信号显示视频输出；

一个铰接盖，其与所述主体部分连接，并隐藏一个多波段天线系统于其中，所述多波段天线系统与所述电路板进行通信连接，

所述多波段天线系统包括第一至第三天线元件（901-903）、第一至第三馈电连接（904-906）和第一至第三RF模块（907-909），第一天线元件（901）和第三天线元件（903）有方向多样性，但可以在同一波段上运行，第一天线元件（901）和第三天线元件（903）之间具有超过10dB的隔离度，第一天线元件（901）和第三天线元件（903）用于无线局域网（WLAN）通信或蓝牙（Bluetooth^TM）通信，其运行在工业科学医疗（ISM）波段上，所述多波段天线系统具有MIMO能力，使用第二天线元件（901），所述多波段天线系统可以接收电视和/或无线信号。

18.根据权利要求17所述的移动电视，其中所述铰接盖提供一个假象给顾客，即移动电视不包括一个外部天线。

19.根据权利要求17所述的移动电视，其中所述多波段天线系统包括一个单极天线元件。

20.根据权利要求17所述的移动电视，其中所述多波段天线系统包括一个弯折线结构在柔性膜基板上。

21.根据权利要求17所述的移动电视，其中所述多波段天线系统包括水平-垂直构造的一个弯折线结构。

22.根据权利要求17所述的移动电视，其中所述外部多波段天线系统通过一个线缆与所述至少一个RF模块进行通信连接。

23.根据权利要求17所述的移动电视，其中所述多波段天线系统通过柔性膜基板上的一个金属走线与所述至少一个RF模块进行通信连接。

24.根据权利要求17所述的移动电视，其中所述铰接盖隐藏一个天线元件，其提供与一个计算机网络的无线通信。

25.根据权利要求17所述的移动电视，其中所述铰接盖隐藏两个或多个不同的天线元件，其各自提供与一个计算机网络的无线通信。

26.根据权利要求17所述的移动电视，其中所述多波段天线系统包括一个外部天线。

27.根据权利要求17所述的移动电视，其中所述多波段天线系统包括一个平面倒F型天线（PIFA）元件。

28.根据权利要求18所述的移动电视，其中所述电路板提供一个接地面用于所述多波段天线系统。