CN102570027A - 具有接收器分集和可调匹配电路的天线系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种具有接收器分集和可调匹配电路的天线系统。可以提供包含无线通信电路的电子设备。该无线通信电路可以包括射频收发器电路和天线结构。电子设备可以包括安装在外壳中的显示器。外围导电件可以围绕外壳和显示器的边缘延伸。填充了电介质的间隙可以把外围导电件划分成多个单独的片段。接地面可以在外壳中由导电外壳结构、印制电路板及其它导电元件构成。该接地面和外围导电件的片段可以在外壳的上部部分和下部部分中构成天线。射频收发器电路系统可以利用上部和下部天线实现接收器分集。下部天线可以用于发送信号。上部天线可以利用可调匹配电路来调谐。

Description

具有接收器分集和可调匹配电路的天线系统
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年11月5日提交的美国专利申请第12/941,010号的优先权，该申请通过引用全部并入于此。
技术领域
本发明总体上涉及无线通信电路，尤其涉及具有无线通信电路的电子设备。
背景技术
诸如便携式计算机和蜂窝电话的电子设备常常具有无线通信能力。例如，电子设备可以使用诸如蜂窝电话电路的远距离无线通信电路，以便利用在850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz和2100MHz的蜂窝电话波段通信。电子设备可以使用短距离无线通信链路来处理与附近设备的通信。例如，电子设备可以利用2.4GHz和5GHz的
Figure BSA00000608037700011
(IEEE 802.11)波段及2.4GHz的蓝波段进行通信。
为了满足消费者对小尺寸无线设备的需求，制造商不断努力，以利用紧凑结构实现诸如天线部件的无线通信电路。同时，可能期望在电子设备中包括诸如金属设备外壳部件的导电结构。因为导电部件会影响射频性能，所以当把天线结合到包括导电结构的电子设备中时必须小心。而且，必须小心以确保即使在弱射频信号强度的区域内，设备中的天线和无线电路也能够满意地工作。
因此，期望能够提供用于无线电子设备的改进的无线通信电路。
发明内容
可以提供包含无线通信电路的电子设备。无线通信电路可以包括射频收发器电路和天线结构。电子设备可以包括安装在外壳中的显示器。外围导电件可以围绕显示器和外壳的边缘延伸。
通过在沿外围导电件的长度的多个点在其中形成间隙，该外围导电件可以分成多个单独的片段。间隙可以用诸如塑料的电介质填充，而且可以在导电件的相对部分之间形成开路。对于一种例示性配置，可以在外围导电件中形成三个间隙，以便把外围导电件分成相应的三个片段。
诸如导电中板件的跨外壳宽度的导电外壳件可以在显示器的左边缘和右边缘连接到外围导电件。导电外壳件及诸如电部件和印制电路的其它导电结构可以形成接地面。该接地面和外围导电件片段可以包围电介质开口，以便形成天线结构。例如，上部蜂窝电话天线可以形成在外壳的上端，而下部蜂窝电话天线可以形成在外壳的下端。在上部蜂窝电话天线中，第一电介质开口可以被第一外围导电件片段的至少一些和接地面的部分包围。在下部蜂窝电话天线中，第二电介质开口可以被第二外围导电件片段的至少一些和接地面的部分包围。上部蜂窝电话天线可以是两分支的倒F型天线。下部蜂窝电话天线可以是回路天线。
射频收发器电路可以利用匹配电路耦合到上部天线和下部天线。固定的匹配电路可以用于将射频收发器电路耦合到下部天线。固定的匹配电路或者可调的匹配电路可以用于将射频收发器电路耦合到上部天线。
在电子设备的工作期间，下部天线可以充当设备的主要蜂窝天线。射频天线信号可以由下部天线在诸如850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz和2100MHz波段的蜂窝电话波段内发送和接收。上部天线可以充当允许电子设备实现接收器分集的辅助天线。当下部天线的性能在工作期间下降时，设备中的射频收发器电路可以利用上部天线而不是下部天线接收信号。
上部天线可以只支持下部天线所支持波段的一个子集。例如，上部天线可以只支持两个接收子波段。如果期望的话，上部天线的覆盖范围(coverage)可以通过实时地调谐用于上部天线的匹配电路来扩展。这种布置可以允许上部天线在第一工作模式期间覆盖第一和第二接收波段，而在第二工作模式期间覆盖第三和第四接收波段。
根据附图及以下对优选实施方式的详细描述，本发明的更多特征、其本质及各种优点将更加显然。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的、具有无线通信电路的例示性电子设备的立体图。
图2是根据本发明实施方式的、具有无线通信电路的例示性电子设备的示意图。
图3是根据本发明实施方式的、具有无线通信电路的例示性电子设备的截面端视图。
图4是根据本发明实施方式的、包括多个天线的例示性无线电路的图。
图5是根据本发明实施方式的、可以与图4的无线电路一起使用的类型的例示性可调匹配电路的电路图。
图6是根据本发明实施方式的、显示如何可以在设备中形成天线的图1所示类型的电子设备的图。
图7是根据本发明实施方式的、显示图6所示类型的天线如何可以用于通过调谐图5所示类型的匹配过滤器来覆盖感兴趣通信波段的图表。
图8是根据本发明实施方式的图6的设备的上部中所示类型的天线的图。
图9是根据本发明实施方式的、显示图8所示类型的天线如何可以呈现高波段和低波段共振峰值的图。
图10是突出图8的天线图的高波段部分的图。
图11是根据本发明实施方式的、显示图10的高波段天线结构如何可以在与高波段相关联的通信频率及通过包括匹配电路而在全球定位系统(GPS)波段中共振的图。
图12是突出图8的天线图的低波段部分的图。
图13是根据本发明实施方式的、显示图12的低波段天线结构如何可以在与低波段相关联的通信频率下共振的图。
图14是根据本发明实施方式的、显示图8的天线的高波段部分和低波段部分如何可以用于利用可调匹配电路来覆盖感兴趣的多个通信波段的图。
具体实施方式
电子设备可以设置有无线通信电路。无线通信电路可以用于支持多个无线通信波段中的无线通信。无线通信电路可以包括一个或者多个天线。
天线可以包括回路天线、倒F型天线、带状天线、平面倒F型天线、缝隙天线、包括多于一种类型的天线结构的混合天线，或者其它合适的天线。如果期望的话，用于天线的导电结构可以由导电电子设备结构形成。导电电子设备结构可以包括导电外壳结构。外壳结构可以包括围绕电子设备的外围延伸的外围导电件。外围导电件可以充当用于诸如显示器的平面结构的边框(bezel)、可以充当用于设备外壳的侧壁结构，或者可以形成其它的外壳结构。外围导电件中的间隙可以与天线相关联。
图1中示出了可以设置有一个或多个天线的类型的例示性电子设备。电子设备10可以是便携式电子设备或者其它合适的电子设备。例如，电子设备10可以是膝上型计算机，平板计算机，稍小的设备(例如，腕表设备、挂件设备，头戴式受话器设备、耳机设备或者其它可佩戴的或者微型设备)，蜂窝电话，媒体播放器，等等。
设备10可以包括外壳，例如外壳12。有时候可以称为壳体的外壳12可以由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合物、金属(例如，不锈钢、铝，等等)、其它合适的材料或者这些材料的组合形成。在有些情况下，外壳12的部分可以由电介质或者其它低导电性材料形成。在其它情况下，外壳12或者至少一些构成外壳12的结构可以由金属元件形成。
如果期望的话，设备10可以具有显示器，例如显示器14。例如，显示器14可以是结合了电容性触摸电极的触摸屏。显示器14可以包括由发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、等离子体单元、电子墨水元件、液晶显示(LCD)部件或者其它合适的图像像素结构形成的图像像素。盖玻璃层可以覆盖显示器14的表面。诸如按钮19的按钮可以穿过盖玻璃中的开口。
外壳12可以包括诸如外围件16的结构。外围件16可以围绕设备10和显示器14的矩形外围延伸。外围件16或者外围件16的部分可以充当显示器14的边框(例如，包围显示器14的所有四个侧面和/或帮助把显示器14保持到设备10的装饰框)。如果期望的话，外围件16还可以构成设备10的侧壁结构。
外围件16可以由导电材料形成，因此有时候可以称为外围导电件或者导电外壳结构。外围件16可以由诸如不锈钢、铝或者其它合适材料的金属形成。一种、两种或者多于两种独立的结构可以用于形成外围件16。在一种典型的配置中，外围件16可以具有大约0.1mm至3mm的厚度(维度TT)(作为例子)。作为例子，外围件16的侧壁部分可以是基本垂直的(与垂直轴V平行)。平行于轴V，外围件16可以具有大约1mm至2cm的维度TZ(作为例子)。外围件16的纵横比R(即，TZ与TT之比R)一般大于1(即，R可以大于或者等于1、大于或者等于2、大于或者等于4、大于或者等于10，等等)。
外围件16不一定要有均匀的截面。例如，如果期望的话，外围件16的顶部部分可以具有向内突出的唇部(lip)，以便帮助把显示器14保持在适当的位置。如果期望的话，外围件16的底部部分也可以具有放大的唇部(例如，在设备10背面的平面内)。在图1的例子中，外围件16具有基本上直的垂直侧壁。这仅仅是例示性的。外围件16的侧壁可以是弯曲的或者可以具有任何其它合适的形状。在有些配置中(例如，当外围件16充当显示器14的边框时)，外围件16可以围绕外壳12的唇部延伸(即，外围件16可以仅仅覆盖外壳12的包围显示器14的边缘，而不覆盖外壳12的侧壁的外壳12的背部边缘)。
显示器14可以包括导电结构，例如电容性电极的阵列、用于寻址像素元件的导电线路、驱动器电路等。外壳12还包括内部结构，例如金属框架件、跨外壳12的壁的平面外壳件(有时候称为中板)(即，以焊接或别的方式连接在外围件16的相对侧之间的大体矩形的元件)、印制电路板及其它内部导电结构。这些导电结构可以位于外壳12的中央CN(作为例子)。
在区域22和20中，开口可以在构成设备10的导电外壳结构和导电电气部件之间形成。这些开口可以用空气、塑料或者其它电介质填充。设备10的区域CN中的导电外壳结构和其它导电结构可以充当设备10中天线的接地面。区域20和22中的开口可以充当开放或闭合缝隙天线中的槽、可以充当回路天线中被导电材料路径包围的中央电介质区域、可以充当隔开诸如带状天线共振元件或者倒F型天线共振元件的天线共振元件与接地面的空间、或者还可以充当在区域20和22中形成的天线结构的部分。
外围件16的部分可以设置有间隙结构。例如，外围件16可以设置有一个或多个间隙，例如间隙18A、18B、18C和18D，如图1所示。间隙可以用诸如聚合物、陶瓷、玻璃等的电介质填充。间隙18A、18B、18C和18D可以把外围件16分成一个或多个外围导电件片段。这例如可以是外围件16的两个片段(例如，在具有两个间隙的布置中)、外围件16的三个片段(例如，在具有三个间隙的布置中)、外围件16的四个片段(例如，在具有四个间隙的布置中)，等等。以这种方式形成的外围导电件16的片段可以构成设备10中天线的部分。
在一种典型的场景中，设备10可以具有上部天线和下部天线(作为例子)。上部天线可以例如在区域22中设备10的上端形成。下部天线可以例如在区域20中设备10的下端形成。天线可以独立地用于覆盖感兴趣的独立通信波段，或者可以一起用于实现天线分集策略或者多输入多输出(MIMO)天线策略。
设备10中的天线可以用于支持任何感兴趣的通信波段。例如，设备10可以包括用于支持局域网通信、语音和数据蜂窝电话通信、全球定位系统(GPS)通信或者其它卫星导航系统通信、蓝
Figure BSA00000608037700071
通信等的天线结构。
图2中示出了电子设备10的示意图。如图2所示，电子设备10可以包括存储与处理电路28。存储与处理电路28可以包括诸如硬盘驱动储存器、非易失性存储器(例如，闪速存储器或者配置成形成固态驱动器的其它电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或者动态随机存取存储器)等的储存器。存储与处理电路28中的处理电路可以用于控制设备10的操作。这种处理电路可以基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、功率管理单元、音频编解码器芯片、专用集成电路，等等。
存储与处理电路28可以用于在设备10上运行软件，例如互联网浏览应用程序、网际协议语音(VOIP)电话呼叫应用程序、电子邮件应用程序、媒体重放应用程序、操作系统功能，等等。为了支持与外部设备的交互，存储与处理电路28可以用于实现通信协议。可以利用存储与处理电路28实现的通信协议包括互联网协议、无线局域网协议(例如，IEEE 802.11协议——有时候称为
Figure BSA00000608037700072
)、用于其它短距离无线通信链路的协议，例如蓝
Figure BSA00000608037700073
协议、蜂窝电话协议，等等。
电路28可以配置成实现控制设备10中天线的使用的控制算法。例如，为了支持天线分集策略和MIMO策略或者其它的多天线策略，电路28可以执行信号质量监视操作、传感器监视操作及其它数据收集操作，而且可以响应于所收集到的数据而控制设备10中的哪些天线结构用于接收和处理数据。作为例子，电路28可以控制两个或更多个天线中的哪个天线用于接收进入的射频信号、可以控制两个或更多个天线中的哪个天线用于发送射频信号、可以控制在设备10中的两个或更多个天线上并行地路由进入的数据流的处理，等等。在执行这些控制操作时，电路28可以打开和闭合开关、可以接通和断开接收器和发送器、可以调整阻抗匹配电路、可以配置插入在射频收发器电路与天线结构之间的前端模块(FEM)射频电路(例如，用于阻抗匹配与信号路由的过滤与切换电路)中的开关，而且可以另外地控制和调整设备10的部件。
输入输出电路30可以用于允许将数据提供给设备10，并允许将数据从设备10提供给外部设备。输入输出电路30可以包括输入输出设备32。输入输出设备32可以包括触摸屏、按钮、操纵杆、点击轮、滚轮、触摸板、键区、键盘、传声器、扬声器、音调发生器、振动器、照相机、传感器、发光二极管和其它的状态指示器、数据端口，等等。用户可以通过经输入输出设备32提供命令来控制设备10的操作，而且可以利用输入输出设备32的输出资源从设备10接收状态信息和其它输出。
无线通信电路34可以包括由一个或多个集成电路、功率放大器电路、低噪声输入放大器、无源RF部件、一个或多个天线及用于处理RF无线信号的其它电路构成的射频(RF)收发器电路。无线信号还可以利用光来发送(例如，利用红外通信)。
无线通信电路34可以包括卫星导航系统接收器电路，例如全球定位系统(GPS)接收器电路35(例如，用于接收1575MHz的卫星定位信号)。收发器电路36可以处理用于
Figure BSA00000608037700081
(IEEE 802.11)通信的2.4GHz和5GHz波段，而且可以处理2.4GHz的蓝
Figure BSA00000608037700082
通信波段。电路34可以使用蜂窝电话收发器电路38来处理诸如850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz和2100MHz波段的蜂窝电话波段或者其它感兴趣的蜂窝电话波段中的无线通信。如果期望的话，无线通信电路34可以包括用于其它短距离和远距离无线链路的电路。例如，无线通信电路34可以包括全球定位系统(GPS)接收器设备、用于接收无线电和电视信号的无线电路、寻呼电路，等等。在
Figure BSA00000608037700083
和蓝
Figure BSA00000608037700084
链路及其它的短距离无线链路中，无线信号一般用于在几十或者几百英尺的范围内传送数据。在蜂窝电话链路和其它远距离链路中，无线信号一般用于在几千英尺或英里的范围内传送数据。
无线通信电路34可以包括天线40。天线40可以利用任何合适的天线类型形成。例如，天线40可以包括具有共振元件的天线，其由回路天线结构、贴片天线结构、倒F型天线结构、闭合和开放缝隙天线结构、平面倒F型天线结构、螺旋天线结构、带状天线、单极天线、双极天线、这些设计的混合等构成。不同类型的天线可以用于不同的波段和波段的组合。例如，一种类型的天线可以用于形成本地无线链路天线，而另一种类型的天线可以用于形成远端无线链路。
图3中示出了沿图1中线24-24所取并沿方向26观看的图1设备10的截面侧视图。如图3所示，显示器14可以安装到设备10的前表面。外壳12可以包括由外围件16构成的侧壁和由诸如平面后外壳结构42的结构构成的一个或多个后壁。结构42可以由诸如玻璃、陶瓷或塑料的电介质以及/或者金属或者其它合适的材料(例如，纤维复合物)构成。可以采用按扣、夹子、螺丝、粘合剂及其它结构将外壳12的部分组装到一起。
设备10可以包含印制电路板，例如印制电路板46。印制电路板46及设备10中的其它印制电路板可以由刚性印制电路板材料(例如，填充了玻璃纤维的环氧树脂)或者诸如聚合物的材料的柔性片形成。柔性印制电路板(“柔性电路”)可以例如由聚酰亚胺的柔性片形成。
印制电路板46可以包含互连结构(interconnection)，例如互连结构48。互连结构48可以由导电迹线(例如，镀金的铜或者其它金属的迹线)形成。诸如连接器50的连接器可以利用焊料或者导电粘合剂(作为例子)连接到互连结构48。集成电路，诸如电阻器、电容器和电感器的分立部件，及其它电子部件可以安装到印制电路板46。
设备10中的天线(例如，图3的例示性天线40)可以具有天线馈送端子。例如，设备10中的每个天线可以具有诸如正天线馈送端子58的正天线馈送端子和诸如接地天线馈送端子54的接地天线馈送端子。如图3的例示性布置中所示，诸如同轴电缆52的发送线路路径可以经连接器50和互连结构48耦合在由端子58和54形成的天线馈送与部件44中的收发器电路之间。部件44可以包括用于实现图2的无线电路34(例如，接收器35及收发器电路36和38)的一个或多个集成电路。
诸如连接器50的连接器可以用于把设备10中的发送线路耦合到诸如板46的印制电路板。连接器50可以是例如利用焊料(作为例子)连接到印制电路板46的同轴电缆连接器。电缆52可以是同轴电缆或者其它发送线路。可以在设备10中使用的发送线路的例子包括同轴电缆、由柔性电路或者刚性印制电路板形成的微带和带状发送线路、由诸如这些的多个发送线路结构构成的发送线路，等等。
当耦合到天线40的馈送时，发送线路52可以用于利用天线40发送和接收射频信号。如图3中所示，端子58可以耦合到同轴电缆中心连接器56。端子54可以连接到电缆52中的接地导体(例如，导电的外编织导体)。如果期望的话，其它布置也可以用于把设备10中的收发器耦合到天线40。例如，阻抗匹配电路可以用于把收发器电路耦合到天线结构。图3的布置仅仅是例示性的。
在图3的例示性例子中，设备10包括天线40。为了增强信号质量并覆盖多个感兴趣的波段，设备10可以包含多个天线。对于一种合适的布置，这种布置在此有时候作为例子描述，
Figure BSA00000608037700101
天线可以位于区域22中，第一(例如，主要)蜂窝电话天线可以位于区域20中，而第二(例如，辅助)蜂窝电话天线可以位于区域22中。如果期望的话，第二蜂窝电话天线可以配置成接收GPS信号。包括这种类型的天线布置的例示性无线电路34在图4中示出。
如图4中所示，无线电路34可以具有输入输出端口，例如端口100和130，用于和存储与处理电路28中的数字数据电路接口。无线电路34可以包括用于实现诸如基带处理器102和蜂窝电话收发器电路38的收发器电路的一个或多个集成电路。端口100可以从存储与处理电路28接收数字数据，用于在天线40L上发送。已经被天线40U和40L、蜂窝收发器电路38和基带处理器102接收的进入的数据可以经端口100提供给存储与处理电路28。端口130可以用于处理与所发送和接收的无线局域网信号(例如
Figure BSA00000608037700102
信号(作为例子))相关联的数字数据。由存储与处理电路28提供给端口130的流出的数字数据可以利用无线局域网收发器电路36、诸如路径128的路径及诸如天线40WF的一个或多个天线来发送。在数据接收操作期间，由天线40WF接收的信号可以经路径128提供给收发器36。收发器36可以把进入的信号转换成数字数据。该数字数据可以经端口130提供给存储与处理电路28。如果期望的话，诸如蓝信号的本地信号也可以经诸如天线40WF的天线发送和接收。
收发器电路38可以包括一个或多个发送器和一个或多个接收器。在图4的例子中，收发器电路38包括射频发送器104和射频接收器110。发送器104和接收器110(即，接收器RX1和接收器RX2)可以用于处理蜂窝电话通信。由发送器104在路径118上接收的信号可以由发送器104提供给功率放大器106。功率放大器106可以加强这些流出的信号，用于在天线40L上发送。由天线40L接收的进入的信号可以被低噪声放大器112放大并提供给接收器RX1。接收器RX1可以把从天线40U接收到的数据经路径118提供给处理器102。由天线40U接收的进入的信号可以被低噪声放大器124放大并提供给接收器RX2(或者利用开关提供给RX1)。接收器RX2可以把从天线40L接收到的数据经路径118提供给处理器102。诸如发送器104和接收器110的电路各自都可以具有多个端口(例如，用于处理相应不同的通信波段)，而且可以利用一个或多个单独的集成电路实现。
天线40U和40L可以利用诸如阻抗匹配电路的电路、过滤器和开关耦合到收发器电路38。这种电路，有时候称为前端模块(FEM)电路，可以由设备10中的存储与处理电路控制(例如，控制来自诸如基带处理器102的处理器的信号)。如图4的例子中所示，无线电路34中的前端电路可以包括诸如匹配电路M1和匹配电路M2的阻抗匹配电路108。阻抗匹配电路108可以利用具有关联的电容、电阻和电感值的导电结构和/或例如构成匹配收发器电路38与天线40U和40L的阻抗的电路的电感器、电容器和电阻器的分立部件构成。匹配电路M1可以耦合在无线收发器电路38(包括关联的放大器电路106和112)和天线40L之间。匹配电路M2可以利用诸如路径132和122的路径耦合在收发器电路38(及关联的放大器124)和天线40U之间。
匹配电路M1和M2可以是固定的或者可调节的。例如，匹配电路M1可以是固定的，而匹配电路M2可以是可调节的。在这种类型的配置中，诸如基带处理器102的控制电路可以在无线电路34的路径116上发布诸如信号SELECT的控制信号。信号SELECT可以分发到匹配电路M2。当SELECT具有第一值时，匹配电路M2可以按第一种配置放置。当SELECT具有第二值时，匹配电路M2可以按第二种配置放置。匹配电路M2的状态可以用来调谐天线40U，使得不同的通信波段被天线40U覆盖。通过使用这种类型的天线调谐策略，天线40U可能能够覆盖比可能的范围更宽范围的通信频率。如果期望的话，对天线40U使用调谐可以允许相对窄带宽的(而且潜在地是紧凑的)设计用于天线40U。
控制信号可以在路径119上提供给接收器电路110，使得无线电路34可以选择性地激活接收器RX1和RX2中的一个或者两个，或者可以另外地选择哪些天线信号实时地被接收(例如，通过控制电路34中把来自所选的一个天线的信号路由到共享接收器的复用器，使得接收器可以在天线之间共享)。例如，基带处理器102或者设备10中的其它存储与处理电路可以对由天线40U和40L接收的信号监视信号质量(误码率、信噪比、帧错误率、信号功率，等等)。基于实时信号质量信息或者其它数据(例如，指示特定天线被阻挡的传感器数据)，路径119上的信号或者其它合适的控制信号可以被调整，使得最佳的接收器电路(例如，接收器RX1或者RX2)用于接收进入的信号。诸如这种其中电路34基于信号质量测量结果或者其它信息实时地选择要使用的最佳天线和接收器而同时所发送的信号由固定天线和发送器(即，天线40L和发送器104)发送的天线分集策略有时候可以称为接收器分集策略。
在接收器分集配置中(即，在没有发送器分集的设备中)，设备中的射频发送器电路配置成通过两个或者更多个不同的天线接收信号，使得最佳的天线可以实时地被选择，以增强信号接收，而射频收发器电路配置成只通过单个天线而没有其它天线来发送信号。如果期望的话，无线电路34可以配置成既实现接收器分集又实现发送器分集，和/或可以配置成处理多个同时的数据流(例如，利用MIMO布置)。使用无线电路34实现接收器分集策略同时使用专用的天线处理所发送的信号仅仅是例示性的。
如图4中所示，无线电路34可以设置有诸如过滤器电路126的过滤器电路。电路126可以按频率路由信号，使得蜂窝电话信号在天线40U和接收器RX2之间传送，而被天线40U接收的GPS信号则路由到GPS接收器35。
图5中示出了可以用于实现图4的匹配电路M2的例示性可调电路。如图5所示，匹配电路M2可以具有诸如开关134和136的开关。开关134和136可以具有多个位置(由图5中的例示性位置A和B示出)。当信号SELECT具有第一值时，开关134和136可以被放到其A位置，而匹配电路MA可以切换成使用状态。当信号SELECT具有第二值时，开关134和136可以被放到其B位置(如图5所示)，使得匹配电路MB连接在路径132和122之间。
图6是显示天线40L、40U和40WF如何可以在外壳12中实现的设备10内部的顶视图。如图6所示，接地面G可以在外壳12中形成。接地面G可以构成用于天线40L、40U和40WF的天线地。因为接地面G可以充当天线地，所以接地面G有时候可以称为天线地、地或者接地面元件(作为例子)。
在设备10的中央部分C中，接地面G可以由导电结构构成，例如连接在外围件16的左边缘和右边缘之间的导电外壳中板件、具有导电接地轨迹的印制电路板，等等。在设备10的端部22和20，接地面G的形状可以由绑定到地的导电结构的形状和位置来确定。可以重叠以便构成接地面G的导电结构的例子包括外壳结构(例如，导电外壳中板结构，它可以具有突出的部分)、导电部件(例如，开关、照相机、数据连接器、诸如柔性电路和刚性印制电路板的印制电路、射频屏蔽壳、诸如按钮144的按钮和导电按钮安装结构146)，及设备10中的其它导电结构。在图6的例示性布局中，导电并绑定到地以便构成接地面G的部分的设备10的部分有阴影而且与中央部分C相邻。
可以在接地面G与外围导电件16的相应部分之间形成诸如开口138和146的开口。开口138和146可以用空气、塑料及其它电介质填充。开口138和146可以与天线结构40相关联。
下部天线40L可以由回路天线结构形成，其具有至少部分地由导电外壳件16和接地面G的下部的形状确定的形状。在图6的例子中，开口138被绘制成矩形，但这仅仅是例示性的。在实践当中，开口138的形状可以由区域20中导电结构的放置来指示，其中的导电结构例如有传声器、柔性电路迹线、数据端口连接器、按钮、扬声器，等等。
下部天线40L可以利用由正天线馈送端子58-1和接地天线馈送端子54-1组成的天线馈送来馈送。发送线路52-1(见例如图4的路径122)可以耦合到用于下部天线40L的天线馈送。间隙18B可以形成帮助配置天线40L的频率响应的电容。如果期望的话，设备10可以具有导电外壳部分、匹配电路元件及帮助把发送线路52-1的阻抗匹配到天线40L的其它结构和部件(见例如图4的例示性匹配电路M1)。
天线40WF可以具有由导体条(例如条142)构成的天线共振元件。条142可以由柔性电路上的迹线、由刚性印制电路板上的迹线、由金属箔条或者由其它的导电结构构成。天线40WF可以利用天线馈送端子58-2和54-2由发送线路52-2(见例如图4的路径128)馈送。
天线40U可以是两分支的倒F型天线。发送线路52-3(见例如图4的路径120)可以用于在天线馈送端子58-3和54-3对天线40U进行馈送。导电结构150可以是桥接式电介质开口140，而且可以用于把接地面G电短路到外围外壳件16。导电结构148和匹配电路M2可以用于在点152把天线馈送端子58-3连接到外围导电件16。诸如结构148和150的导电结构可以由柔性电路迹线、导电外壳结构、弹簧、螺丝或者其它导电结构构成。
在外围导电件16中可以有诸如间隙18B、18C和18D的间隙。(图1中的间隙18A可以不存在，或者可以利用从设备10的外部装饰性地看起来象间隙但在外壳12的内部是电气短路的幻影(phantom)间隙结构实现，使得在间隙18A的位置没有间隙电气存在。)间隙18B、18C和18D的存在可以把外围导电件16分成多个片段。如图6中所示，外围导电件16可以包括第一片段16-1、第二片段16-2和第三片段16-3。
片段16-1可以构成天线40U的天线共振元件臂。特别地，片段16-1的第一部分(片段)(其具有臂长LBA)可以从点152(对片段16-1馈送的位置)延伸到片段16-1中由间隙18C定义的端部，而片段16-1的第二部分(片段)(其具有臂长HBA)可以从点152延伸到片段16-1中由间隙18D定义的相对端部。片段16-1的第一部分和第二部分可以构成倒F型天线的各个分支，而且可以与天线40U的相应低波段(LB)和高波段(HB)天线共振相关联。
天线40L可以覆盖五个通信波段(例如，850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz和2100MHz)中的发送和接收子波段，如图7的表格中所示。天线40U可以配置成覆盖这五个例示性通信波段的子集。例如，天线40U可以配置成覆盖两个感兴趣的接收波段，而且，通过调谐而覆盖四个感兴趣的接收波段。
在其中匹配电路M2固定的布置中，例如，天线40U可以配置成覆盖接收波段850RX(850MHz的接收波段)和1900RX(1900MHz的接收波段)，可以配置成覆盖接收波段900RX(900MHz的接收波段)和2100RX(2100MHz的接收波段)，或者可以配置成覆盖这些波段的任何其它合适的对或者集合。
在其中匹配电路M2可调节的布置中，天线40U可以调谐，以便覆盖所有四个这些接收波段。特别地，M2可以放置成状态MA，以便把天线40U配置成覆盖850RX和1900RX通信波段，而且可以放置成状态MB，以便把天线40U配置成覆盖900RX和2100RX通信波段。
图8是天线40U的电路图。如图8中所示，间隙18C和18D可以与各自的电容C2和C1相关联。接地面G可以构成天线地。短路分支150可以构成把外围导电件片段16-1连接到地G的分支线(stub)，以方便(由馈送端子58-3和54-3构成的)天线馈送和天线40U之间的阻抗匹配。
通过把驻波比(SWR)值绘制成天线工作频率f的函数，图9的图表征了天线40U的性能。如图9中所示，可以有与图8的天线40U相关联的两种共振——低波段LB和高波段HB。被波段LB和HB覆盖的频率范围的值依赖于天线40U的配置。对于一种合适的布置，波段LB对应于诸如850RX波段或者900RX波段(作为例子)的波段，而波段HB对应于诸如1900RX波段或者2100RX波段(作为例子)的波段。
图10示出了天线40U中对波段HB中的天线覆盖范围起作用的部分(其中，天线的无效部分用虚线绘制)。图11包括用于图10中所示的天线40U的部分的例示性SWR图。图11中的实线对应于在缺少匹配电路M2的情况下图10电路的性能。图11中的虚线显示，当存在匹配电路M2时，GPS共振(例如，在1575MHz)如何可以与天线40U的响应相关联。波段HB的频率范围可以与波段1900RX或者波段2100RX一致，如关于图7所描述的。
图12示出了天线40U中对波段LB中的天线覆盖范围起作用的部分(其中，天线的无效部分用虚线绘制)。图13包括用于图12中所示的天线40U的部分的例示性SWR图。波段LB的频率范围可以与波段850RX或者波段900RX一致，如关于图7所描述的。
图14包括用于图8的天线40U(例如，图6的天线40U)的例示性SWR图。图14中的实线对应于当匹配电路M2处于其“MA”配置时天线40U的响应。在MA配置中，天线40U可以覆盖接收波段850RX和1900RX及1575MHz的GPS波段。当信号SELECT被调整到把匹配电路M2放置成其“MB”配置时，天线40U可以由图14的虚线来表征。在MB配置中，天线40U可以覆盖接收波段900RX和1900RX，同时仍然覆盖1575MHz的GPS波段(即，因为，作为匹配电路M2状态的函数，天线40U的频率响应在1575MHz附近基本上没有偏移)。
根据一种实施方式，提供了一种电子设备，该电子设备包括：外壳，该外壳具有构成天线地的导电结构，而且具有围绕该外壳的至少一些边缘延伸的外围导电件；及由所述天线地和所述外围导电件的片段构成的倒F型天线。
根据另一种实施方式，外围导电件至少包括在所述片段的相对端部的第一间隙和第二间隙。
根据另一种实施方式，电子设备还包括耦合到所述倒F型天线的可调匹配电路。
根据另一种实施方式，构成天线地的导电结构包括连接在外壳的相对边缘上的外围导电件的部分之间的平面外壳件。
根据另一种实施方式，倒F型天线具有与相应的第一和第二通信波段天线共振相关联的第一和第二分支，所述第一分支由所述片段的第一部分构成，而所述第二分支由所述片段的第二部分构成。
根据另一种实施方式，间隙用聚合物填充。
根据另一种实施方式，所述外围导电件的片段和所述地包围电介质开口，而且电子设备还包括桥接该开口并把外围导电件短路到所述地的导电结构。
根据另一种实施方式，电子设备还包括附加天线，其中该附加天线配置成覆盖多个蜂窝电话波段，而且其中，倒F型天线配置成在所述多个蜂窝电话波段的子集下工作。
根据另一种实施方式，电子设备还包括耦合到所述附加天线的卫星导航系统接收器。
根据另一种实施方式，所述附加天线配置成覆盖五个蜂窝电话波段，而且倒F型天线配置成覆盖少于五个蜂窝电话波段。
根据另一种实施方式，电子设备还包括无线蜂窝电话收发器电路，及耦合在倒F型天线和无线蜂窝电话收发器电路之间的可调阻抗匹配电路。
根据另一种实施方式，所述可调阻抗匹配电路可以至少工作在第一状态和第二状态下，当所述可调阻抗匹配电路处于第一状态时，倒F型天线在五个蜂窝电话波段中的第一蜂窝电话通信波段集合中共振，而当所述可调阻抗匹配电路处于第二状态时，倒F型天线在五个蜂窝电话波段中的第二蜂窝电话通信波段集合中共振，而且第一蜂窝电话通信波段集合和第二蜂窝电话通信波段集合是不同的。
根据另一种实施方式，电子设备还包括耦合到附加天线的卫星导航系统接收器，其中，当所述可调阻抗匹配电路处于第一状态时和当所述可调阻抗匹配电路处于第二状态时，卫星导航系统接收器从倒F型天线接收卫星导航系统信号。
根据另一种实施方式，当所述可调阻抗匹配电路处于第一状态时，倒F型天线配置成在850MHz的接收波段、1575MHz的全球定位系统波段和1900MHz的接收波段中工作，而且，当所述可调阻抗匹配电路处于第二状态时，倒F型天线配置成在900MHz的接收波段、1575MHz的全球定位系统波段和2100MHz的接收波段中工作。
根据另一种实施方式，外围导电件的片段和构成天线地的导电结构被电介质开口隔开，而且电子设备还包括安装在所述开口中的无线局域网天线。
根据一种实施方式，提供了一种电子设备，该电子设备包括：外壳，该外壳具有相对的第一端部和第二端部；安装在外壳中的显示器，其中显示器具有四个边缘；沿显示器的四个边缘延伸的外围导电件；至少部分地由外壳的导电部分构成的天线地；至少由外围导电件的第一片段和天线地构成的第一天线；至少由外围导电件的第二片段和天线地构成的第二天线；及射频收发器电路，该射频收发器电路通过第一天线在多个蜂窝电话通信波段中接收射频天线信号，并且通过第二天线在所述蜂窝电话通信波段的子集中接收射频天线信号。
根据另一种实施方式，第一天线配置成接收在至少五个蜂窝电话接收波段中的射频天线信号，并且配置成发送在至少五个蜂窝电话发送波段中的射频天线信号。
根据另一种实施方式，第二天线配置成接收在不多于所述五个蜂窝电话接收波段中的四个中的射频天线信号。
根据另一种实施方式，电子设备还包括耦合在射频收发器电路和第二天线之间的可调匹配电路，其中该可调匹配电路可以工作在第一模式和第二模式下，在第一模式中，射频天线信号是由第二天线在五个蜂窝电话接收波段中的仅第一和第二蜂窝电话接收波段中接收的，在第二模式中，射频天线信号是由第二天线在五个蜂窝电话接收波段中的仅第三和第四蜂窝电话接收波段中接收的，而且其中第一和第二蜂窝电话接收波段与第三和第四蜂窝电话接收波段不同。
根据另一种实施方式，第一天线包括回路天线，外壳的导电部分和第一片段包围第一电介质开口并且构成该回路天线，第二天线包括倒F型天线，而且外壳的导电部分和第二片段包围第二电介质开口并且构成该倒F型天线。
根据另一种实施方式，电子设备的第一端部包括电子设备的下端部，电子设备的第二端部包括电子设备的上端部，而且外围导电件包括限定外围导电件的至少三个独立片段的至少三个间隙，其中外围导电件的至少三个独立片段包括所述第一片段和第二片段。
根据另一种实施方式，射频收发器电路配置成通过第一天线和第二天线接收信号，而且射频收发器电路配置成仅通过第一天线而不通过第二天线发送信号，因此电子设备支持接收器分集但不支持发送器分集。
根据一种实施方式，提供了一种电子设备，该电子设备包括：具有相对的上端部和下端部的外壳；安装在外壳中的显示器，其中显示器具有四个边缘；沿显示器的四个边缘延伸的外围导电件；外围导电件中把外围导电件隔成至少相应的第一和第二片段的至少两个电介质填充的间隙；外壳中的天线接地面；由至少第一片段和位于外壳的上端部的天线接地面构成的上部蜂窝电话天线；由至少第二片段和位于外壳的下端部的天线接地面构成的下部蜂窝电话天线；及射频收发器电路，该射频收发器电路通过下部蜂窝电话天线发送和接收射频天线信号，并且通过上部蜂窝电话天线接收射频天线信号，而不通过上部蜂窝电话天线发送任何射频信号。
根据另一种实施方式，下部蜂窝电话天线配置成覆盖至少五个蜂窝电话通信波段，包括850MHz波段、900MHz波段、1800MHz波段、1900MHz波段和2100MHz波段，而上部蜂窝电话天线配置成覆盖这五个蜂窝电话通信波段中的少于五个的波段。
根据另一种实施方式，电子设备还包括耦合在射频收发器电路和下部蜂窝电话天线之间的固定匹配电路，及耦合在射频收发器电路和上部蜂窝电话天线之间的可调匹配电路，而且电子设备还包括控制所述可调匹配电路以调谐上部蜂窝电话天线的控制电路。
以上所述仅仅例示了本发明的原理，在不背离本发明的范围与主旨的情况下，本领域技术人员可以进行各种修改。

Claims (25)

1.一种电子设备，包括：
外壳，该外壳具有构成天线地的导电结构，并且具有围绕该外壳的至少一些边缘延伸的外围导电件；及
倒F型天线，该倒F型天线由所述天线地和所述外围导电件的片段构成。
2.如权利要求1所述的电子设备，其中，所述外围导电件至少包括位于所述片段的相对端部的第一间隙和第二间隙。
3.如权利要求2所述的电子设备，还包括耦合到所述倒F型天线的可调匹配电路。
4.如权利要求3所述的电子设备，其中，所述构成天线地的导电结构包括：连接在所述外壳的相对边缘上的外围导电件的部分之间的平面外壳件。
5.如权利要求3所述的电子设备，其中，所述倒F型天线具有与相应的第一通信波段天线共振和第二通信波段天线共振相关联的第一分支和第二分支，其中，所述第一分支由所述片段的第一部分构成，而且其中，所述第二分支由所述片段的第二部分构成。
6.如权利要求5所述的电子设备，其中，间隙用聚合物填充。
7.如权利要求2所述的电子设备，其中，所述外围导电件的片段和所述天线地包围电介质开口，所述电子设备还包括桥接所述电介质开口并将所述外围导电件短路到所述天线地的导电结构。
8.如权利要求1所述的电子设备，还包括附加天线，其中，该附加天线配置成覆盖多个蜂窝电话波段，而且其中，所述倒F型天线配置成工作在所述多个蜂窝电话波段的子集中。
9.如权利要求8所述的电子设备，还包括耦合到所述附加天线的卫星导航系统接收器。
10.如权利要求8所述的电子设备，其中，所述附加天线配置成覆盖五个蜂窝电话波段，而且其中，所述倒F型天线配置成覆盖少于五个蜂窝电话波段。
11.如权利要求10所述的电子设备，还包括：
无线蜂窝电话收发器电路；及
可调阻抗匹配电路，该可调阻抗匹配电路耦合在所述倒F型天线和所述无线蜂窝电话收发器电路之间。
12.如权利要求11所述的电子设备，其中，所述可调阻抗匹配电路能至少工作在第一状态和第二状态下，其中，当所述可调阻抗匹配电路处于所述第一状态下时，所述倒F型天线在所述五个蜂窝电话通信波段中的第一蜂窝电话通信波段集合中共振，其中，当所述可调阻抗匹配电路处于所述第二状态下时，所述倒F型天线在所述五个蜂窝电话通信波段中的第二蜂窝电话通信波段集合中共振，而且其中，所述第一蜂窝电话通信波段集合和所述第二蜂窝电话通信波段集合不同。
13.如权利要求12所述的电子设备，还包括耦合到所述附加天线的卫星导航系统接收器，其中，当所述可调阻抗匹配电路处于所述第一状态下时及当所述可调阻抗匹配电路处于所述第二状态下时，该卫星导航系统接收器从所述倒F型天线接收卫星导航系统信号。
14.如权利要求13所述的电子设备，其中，当所述可调阻抗匹配电路处于所述第一状态下时，所述倒F型天线配置成工作在850MHz接收波段、1575MHz全球定位系统波段和1900MHz接收波段，而且，当所述可调阻抗匹配电路处于所述第二状态下时，所述倒F型天线配置成工作在900MHz接收波段、1575MHz全球定位系统波段和2100MHz接收波段。
15.如权利要求13所述的电子设备，其中，所述外围导电件的片段和所述构成天线地的导电结构被电介质开口隔开，所述电子设备还包括安装在所述电介质开口中的无线局域网天线。
16.一种电子设备，包括：
外壳，该外壳具有相对的第一端部和第二端部；
显示器，该显示器安装在所述外壳中，其中该显示器具有四个边缘；
外围导电件，该外围导电件沿所述显示器的四个边缘延伸；
天线地，该天线地至少部分地由所述外壳的导电部分构成；
第一天线，该第一天线至少由所述外围导电件的第一片段和所述天线地构成；
第二天线，该第二天线至少由所述外围导电件的第二片段和所述天线地构成；及
射频收发器电路，该射频收发器电路通过所述第一天线在多个蜂窝电话通信波段中接收射频天线信号，并且通过所述第二天线在所述多个蜂窝电话通信波段的子集中接收射频天线信号。
17.如权利要求16所述的电子设备，其中，所述第一天线配置成在至少五个蜂窝电话接收波段中接收射频天线信号，并且配置成在至少五个蜂窝电话发送波段中发送射频天线信号。
18.如权利要求17所述的电子设备，其中，所述第二天线配置成在五个蜂窝电话接收波段中的不多于四个蜂窝电话接收波段中接收射频天线信号。
19.如权利要求17所述的电子设备，还包括耦合在所述射频收发器电路和所述第二天线之间的可调匹配电路，其中，所述可调匹配电路能工作在第一模式和第二模式下，在所述第一模式中，射频天线信号是由所述第二天线在五个蜂窝电话接收波段中的仅第一和第二蜂窝电话接收波段中接收的，在所述第二模式中，射频天线信号是由所述第二天线在五个蜂窝电话接收波段中的仅第三和第四蜂窝电话接收波段中接收的，而且其中，所述第一和第二蜂窝电话接收波段与所述第三和第四蜂窝电话接收波段不同。
20.如权利要求17所述的电子设备，其中，所述第一天线包括回路天线，其中所述外壳的导电部分和所述第一片段包围第一电介质开口并且构成该回路天线，其中所述第二天线包括倒F型天线，而且其中所述外壳的导电部分和所述第二片段包围第二电介质开口并且构成所述倒F型天线。
21.如权利要求20所述的电子设备，其中，所述电子设备的第一端部包括该电子设备的下端部，其中，所述电子设备的第二端部包括该电子设备的上端部，而且其中，所述外围导电件包括限定所述外围导电件的至少三个独立片段的至少三个间隙，其中所述外围导电件的至少三个独立片段包括所述第一片段和第二片段。
22.如权利要求17所述的电子设备，其中，所述射频收发器电路配置成通过所述第一天线和第二天线接收信号，而且其中，所述射频收发器电路配置成仅通过所述第一天线而不通过所述第二天线发送信号，从而所述电子设备支持接收器分集而不支持发送器分集。
23.一种电子设备，包括：
外壳，该外壳具有相对的上端部和下端部；
显示器，该显示器安装在所述外壳中，其中该显示器具有四个边缘；
外围导电件，该外围导电件沿所述显示器的四个边缘延伸；
所述外围导电件中的至少两个填充了电介质的间隙，所述间隙将所述外围导电件至少隔成相应的第一片段和第二片段；
所述外壳中的天线接地面；
上部蜂窝电话天线，该上部蜂窝电话天线至少由所述第一片段和位于所述外壳的上端部的天线接地面构成；
下部蜂窝电话天线，该下部蜂窝电话天线至少由所述第二片段和位于所述外壳的下端部的天线接地面构成；及
射频收发器电路，该射频收发器电路通过所述下部蜂窝电话天线发送和接收射频天线信号，并且通过所述上部蜂窝电话天线接收射频天线信号，但不通过所述上部蜂窝电话天线发送任何射频天线信号。
24.如权利要求23所述的电子设备，其中，所述下部蜂窝电话天线配置成覆盖至少五个蜂窝电话通信波段，包括850MHz波段、900MHz波段、1800MHz波段、1900MHz波段和2100MHz波段，而且其中，所述上部蜂窝电话天线配置成覆盖少于所述五个蜂窝电话通信波段中的五个波段。
25.如权利要求24所述的电子设备，还包括耦合在所述射频收发器电路和所述下部蜂窝电话天线之间的固定匹配电路，及耦合在所述射频收发器电路和所述上部蜂窝电话天线之间的可调匹配电路，所述电子设备还包括控制所述可调匹配电路以调谐所述上部蜂窝电话天线的控制电路。
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