CN103283088B - 用于在天线结构上安装电子组件的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在天线结构上安装电子组件的方法和装置，包括至少一个导电天线元件（102）、设置在天线元件（102）上的绝缘层（106）、设置在绝缘层（106）上的至少一个电子组件（108）、以及设置在绝缘层（106）上且连接至至少一个电子组件（108）的至少一个电迹线（110）。迹线遵循天线结构的轮廓，从而迹线和组件从天线元件电隔离。

Description

用于在天线结构上安装电子组件的方法和装置

本公开的领域

本发明一般地涉及天线，且更具体地涉及在天线结构上安装电子组件。

背景

无线通信设备的尺寸正在被市场朝着尺寸越来越小的方向驱动。消费者和用户的要求持续推动通信设备的尺寸和重量的急剧减小。为了适应这个趋势，存在动力来尽可能地在设备内合并组件和功能，以便减小电路的体积。然而，内置天线系统仍然需要适当地以多种现有工作模式在多个频带上工作。例如，在第四代长期演进（4G LTE）上提供服务的网络运营商也在3G系统上提供服务，且该设备必须适应这两个系统和它们的工作频率。然而，4G系统使用比3G系统更低的工作频率，这转化为更大的天线。

对通信设备的增强操作性的需求，连同向更小设备尺寸的驱动力，导致对于天线的技术需求冲突。此外，为了有效地工作，内置天线需要设备内一定量的机械空间，这在这些设备几何形状缩小的情况下变得困难。在工作中，当它的长度在电学上是正在辐射的频率波长的四分之一时，单极天线（比如典型的PIFA（平面倒F天线））会谐振。随着天线从源驱动器获得并存储能量，驻波被建立。天线的Q能够被描述为在每个驱动射频（RF）源循环所存储的能量。描述天线的Q的另一个方式是意识到：在它辐射前，平均而言，波前来回反弹Q次。又另一个描述天线的Q的方式为，天线末端处的电压会上升驱动电压的因数Q倍。沿着天线的电压将遵循余弦分布；在接地端为零，在驱动点处为驱动电平，以及在天线的开路端为Q倍的驱动电平。然而，较小的设备需要在设备内将组件更接近地放置在一起，且因此更接近天线元件，且会典型地提高天线的Q。因为天线的带宽等于天线的1/Q，天线负载的净结果是带宽减小。

当前，需要产生围绕天线的闭塞空间以保证它的辐射效率。然而，出现的问题在于，天线附近的任何电路都会遭受来自天线的辐射且趋向使天线失调。此外，耦合至来自天线的RF场的任何非线性半导体结能够调整RF能量并引起不期望的谐波被辐射。这种情况被天线与邻近电路的接近程度放大。

屏蔽是将邻近电路从有意的辐射器去耦的经典方法。然而，当屏蔽侵占了天线空间时，另一个问题出现了。屏蔽引起场和图案的改变，以及天线失调。当然，可以针对电路屏蔽的侵占，对天线进行重新调节和补偿，但一般是以天线系统的带宽为代价。在LTE频率，即使在屏蔽侵占天线空间之前，这个带宽问题就很严重。因此，屏蔽会使严重的问题更加糟糕。

因此，需要解决靠近天线元件定位的电子组件的问题，从而使电子组件不会降低天线性能。

附图简述

附图（其中贯穿不同视图，相似的附图标记指代相同或功能类似的元素）连同以下的详细说明并入本说明书且形成本说明书的一部分，并且用于进一步示出包括所要求保护发明的概念的实施例，并解释了那些实施例的多种原理和优点。

图1是根据本发明的其上设置有组件的天线结构的透视图。

图2是现有技术PIFA的横截侧视图。

图3是图2的PIFA上的电压分布曲线图。

图4是根据本发明的其上设置有组件的天线结构的横截面侧视图。

图5是根据本发明的方法的流程图。

本领域的技术人员将理解，图中的元素是出于简单和清楚的目的而图示的，不一定按比例绘制。例如，图中一些元素的大小可以相对于其它元素被夸大，以帮助改进对本发明实施例的理解。

在附图中适当处，装置和方法组件由常规符号表现，仅示出了与理解本发明的实施例有关的那些特定细节，从而不会因为细节使公开内容模糊，得益于本文的描述，这些细节对本领域的技术人员将是显见的。

详细描述

本发明提供靠近天线元件安装电子组件的技术，使得电子组件不降低天线性能。通过识别天线上的RF电压分布，本发明通过允许其它电路驻留在天线结构上，来更有利地使用这个分布。只要这些电路遵循天线结构的轮廓，它们会被天线照射且会遭受与它们所驻留的天线相同的RF电压分布。随着到这些电路的迹线穿过天线接地点，这些电路上的RF电压也将变为零。这消除了电路去耦或屏蔽的需要。在许多情形中，强制驻留在主印刷电路板区域上的电路现在能够驻留在天线结构上，而不需要附加的隔离。天线的物理结构固有地提供了对这些寄生电路的所需隔离。

本发明最适合具有仅为迹线的电路的组件，比如圆顶开关和电容开关拾取器。然而，也可以使用有源电路，比如LEDs、小LCD显示器、以及话筒。此外，组件可以是天线调谐电路。所有这些电路具有与天线上的RF电压分布隔离的优点。根据本发明，也应当有可能在天线结构上直接安装调谐器、匹配器、以及频带开关。天线最好用作用于电路控制的公共接地，其中电路实际上变成天线结构的部分。这确保了公共模式场将占主导。

图1是根据本发明的其上设置有组件的单极型天线结构的透视图。这个天线结构能够用在各种无线通信设备中。尽管在本示例中示出平面倒F天线（PIFA）结构，但是应当意识到，本发明可应用于任何其它天线类型。如本领域已知的，PIFA结构包括沿着一个边116以直角弯曲的导电板102，且其中导电板在接地点112连接至接地平面100，且在馈点104馈入信号。针对通信设备的工作频率，调谐或配置馈点104的位置和导电板102。图2示出典型PIFA结构的代表示例的侧视图，且图3示出对于该结构沿着天线元件长度的预期余弦RF电压分布。

本发明提供设置在天线结构的导电板102上的绝缘层106（例如，Kapton^TM带），以及电组件108和设置在绝缘层106上其迹线110，使得组件和迹线与导电板电隔离。特别地，至组件的迹线遵循下方天线结构（即导电板102）的天线元件的轮廓，使得迹线基本上遵循导电板中电流的RF路径，且组件和迹线在组件设置在导电板上所处的点处，提供基本上等于天线元件的电学长度的电学长度。在这个示例中，三个电容触摸垫被示为具有各自的迹线。然而，应当意识到，不同的组件和不同数量的组件的组合能够应用在天线结构上。

本发明还提供了穿过接地平面100的通孔114，从而导电迹线110能够连接至在接地平面另一侧的传感器电路（例如，图4中的118），以检测何时用户将他们的手指放在触摸垫108附近。例如，触摸垫和接地平面之间产生的电场能够提供互电容，从而放在触摸垫附近的用户手指能够改变触摸垫和接地平面之间的互电容，导致幅度足够被传感器电路118检测到的电场扰动。可替换地，放在两个触摸垫之间附近的用户手指能够改变跨触摸垫之间间隙的自电容，导致幅度足够被传感器电路118检测到的电场扰动。

随着至触摸垫108的迹线110穿过天线接地点112，这些迹线上的RF电压也会基本变为零，将迹线从天线RF信号去耦，并向模拟电路提供优良去耦。这消除了对专用电路去耦或屏蔽的需要。实际上，组件108及其迹线110充当寄生天线元件，且能够被实际地配置为增进天线结构的辐射机制。可替换地，来自触摸垫108的迹线110不需要经过接地平面，但能够遵循绝缘层106上的绝缘路径，朝向天线结构的接地点112，且随后从接地点远离引导至接地平面的绝缘顶面（未示出）上的传感器电路，从而邻近接地点的迹线上的RF电压在接地点基本上变为零，将迹线从天线元件去耦。

在天线调谐电路120驻留在天线结构上的情形中，用于调谐电路的控制迹线也能够遵循天线的路由以对它们去耦。在天线处不需要进行天线测量，但是可以在接收机处进行，且随后该信息可用于确定驻留在天线上的调谐器的正确调谐方案。应当意识到，任何电路或电路的组合可以放置在天线上，只要它们遵循天线路由以去耦那些电路的迹线。

在电容触摸垫驻留在天线结构上的情形中，本发明在现有技术之上提供了附加的益处，其中用户将他们的手放在天线附近或天线上，导致分裂的天线负载。第一，由于担心激活特征，用户会自然地想避免将他们的手靠近触敏区域。用户会仅当需要开关功能时，才会触摸开关/天线。这强迫用户比在当前不存在触摸开关的情况更经常地使手远离开关/天线区域。这使天线手负载效应最小化。第二，用户会自然地以指尖按压开关，而非手指的整个侧部。这再次使天线负载最小化。第三，当组件被激活时，系统意识到在特定组件的位置，天线正处于手指加载中。该手指加载能够在通信设备的设计期间被建模。因此，当组件被激活时，系统可以通过使用该手指加载的预定模型来调谐并补偿天线。在现有技术中，系统从不知道用户的手定位在何处，且因此不能对此进行补偿。

根据该后者实施例，以及参考图4，本发明包括与至少一个迹线110连接的传感器电路118，从而传感器电路能够检测组件108的激活（例如，手指激活）。设置在天线结构上的天线调谐电路120经过至少一个迹线110耦合至传感器电路118，且能够在传感器电路检测到组件108的激活期间，使用预定模型调谐天线。操作中，仅当用户当前正在激活传感器电路时，即他们使其手指在组件上方时，才发生调谐。传感器电路随后发信号给调谐电路120，以使用正在被激活的组件所依赖的预定模型，通过接地探头122向天线施加调谐。类似地，当用户移开他们的手指时，这由传感器电路检测到，不再应用调谐模型。尽管在这个示例中，传感器电路118被示为在接地平面100下方，但是如之前在上面描述的，它也可以被安装在接地平面上方、在绝缘层上。

已经使用如本文描述的电容触摸垫和设置在PIFA结构上的电路，进行了计算机模拟。RF能量分布图示出，在触摸垫上或电路上的RF能量与周围的天线结构基本上没有差异。因此，设置在天线结构上的组件不扰乱天线功能。

图5示出用于在天线结构上安装电子组件的方法的流程图。该方法包括在天线结构的天线元件上设置绝缘层的步骤500，其中绝缘层接近天线结构的接地点。该步骤还可以包括在接地平面的顶面上设置引导远离天线结构的接地点的绝缘路径。

下一步骤502包括在绝缘层上设置至少一个电子组件，从而组件与天线元件电隔离。

下一步骤504包括在绝缘层上设置连接至至少一个电子组件的至少一个电迹线，从而组件与天线元件电隔离。迹线遵循天线结构的轮廓，且迹线连同组件在组件所设置的点处，提供基本上等于PIFA的电学长度的电学长度。

下一步骤506包括提供在接地点连接至天线元件的接地平面。该步骤可以包括提供在接地点处穿过接地平面的通孔，其中至少一个迹线穿过通孔，与接地点交叉以在接地点处将至少一个迹线上的电压驱动为0，将至少一个迹线从天线元件去耦。可替换地，至少一个电迹线遵循绝缘层上的绝缘路径，朝向天线结构的接地点，并随后引导远离接地点，到达接地平面的绝缘顶面上的传感器电路，以将至少一个迹线上的电压在接地点处驱动为基本上为零，将至少一个迹线从天线元件去耦。

下一个步骤508包括感测至少一个组件的激活。

下一个步骤510包括在传感器电路检测到至少一个组件激活期间，使用预定的模型调谐天线。

有利地，本文描述的发明技术使直接在天线上安装电路并使用天线的固有电压分布去耦所安装的电路成为可能。结果，本发明节省了设备内的空间，同时改进了通信设备中拥挤组件的天线负载影响。

在前述的说明书中，已经描述了特定的实施例。然而，本领域的技术人员理解，在不背离所附权利要求书中阐明的本发明的范围的情况下，能够做出各种修改和改变。因此，说明书和附图视为说明性的而非限制性的，且所有这种修改意图包括在本教导的范围内。

益处、优点、问题的方案、以及可以使任何益处、优点、或方案发生或变得更加显著的任何元件，不应解释为任何或全部权利要求的关键的、需要的、或本质的特征或元件。本发明只由所附权利要求书限定，权利要求书包括本申请未决期间做出的任何修改以及如发布的那些权利要求的所有等同方案。

此外在本文件中，有关系的术语，比如第一和第二、顶和底等可以单独地使用以将一个实体或动作与另一个实体或动作相区别，而不一定要求或暗示在这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包含”、“具有”、“包括”、“含有”或其任何其它变形，意图为覆盖非排除的包括，从而包含、具有、包括、含有一列元素的过程、方法、物品、或装置不是仅包括那些元素，而是可以包括没有明确列出或该过程、方法、物品、或装置固有的其它元素。由“包含……一个”、“具有……一个”、“包括……一个”、“含有……一个”引出的元素在没有更多约束的情况下不排除在包含、具有、包括、含有该元素的过程、方法、物品、或装置中存在附加的相同元件。术语“一种”和“一个”被定义为一个或更多，除非本文明确地相反陈述。术语“基本上”、“本质上”、“近似地”、“大约”或其任何其它版本被定义为（如本领域的技术人员所理解的）接近，且在一个非限定的实施例中该术语被定义为10%以内，在另一个实施例中5%以内，在另一个实施例中1%以内，以及在另一个实施例中0.5%以内。本文使用的术语“耦合”被定义为连接，但是不一定是直接连接且不一定是机械连接。以某种方式“配置”的设备或结构以至少那种方式配置，但也可以以未列出的方式配置。

提供本公开内容的摘要，以允许读者快速地弄清技术公开的性质。它以不会将其用于解释或限制权利要求的范围或含义的理解而提交。此外，在前述的详细描述中，能够看出，为了捋顺本公开的目的，在各种实施例中多种特征被编组在一起。本公开的方法不解释为，反映了所要求保护实施例需要比在每个权利要求中明确叙述特征更多的特征的意图。相反地，如下列的权利要求书反映的，发明的主题在于比单个所公开实施例的所有特征更少。因此所附权利要求书以此并入详细描述中，每个权利要求单独作为分开地要求保护的主题。

Claims (15)

1.一种用于在天线结构上安装电子组件的装置，所述装置包含：

至少一个导电天线元件(102)，包括沿着边以预定角度弯曲的导电板；

设置在所述天线元件(102)上的绝缘层(106)；

直接在所述天线元件上方并且设置在所述绝缘层(106)上的至少一个电子电路组件(108)；

设置在所述绝缘层(106)上并连接至所述至少一个电子电路组件(108)的至少一个电迹线(110)，其中所述至少一个电迹线沿所述边以所述预定角度随所述导电板弯曲；以及

接地平面(100)，其中所述天线元件在接地点(112)处连接至所述接地平面，

其中所述至少一个电迹线(110)穿过所述接地点(112)，或者朝向所述接地点(112)且随后从所述接地点(112)远离。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述电迹线被设置为遵循所述导电天线元件中电流的RF路径。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述电迹线连同所述组件在所述组件在该天线元件上所设置的点处，提供与所述天线元件的电学长度基本上相等的电学长度。

4.如权利要求1所述的装置，进一步包含：

在所述接地点(112)穿过所述接地平面(100)的通孔(114)，其中所述至少一个电迹线(100)穿过所述通孔(114)，与所述接地点(112)相交，以驱动所述至少一个电迹线上的电压在所述接地点处基本上为零，将所述至少一个电迹线从所述天线元件去耦。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个电迹线(110)遵循所述绝缘层(106)上的绝缘路径，朝向所述天线结构的所述接地点(112)，且随后引导远离所述接地点，到达所述接地平面的绝缘顶面上的传感器电路，以驱动所述至少一个电迹线上的电压在所述接地点处基本上为零，将所述至少一个电迹线从所述天线元件去耦。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个组件(108)及其关联电迹线(110)被配置为增进所述天线结构的辐射机制。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个组件(108)是圆顶开关。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个组件(108)是话筒。

9.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个组件(108)是显示组件。

10.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个组件(108)是电容触摸垫。

11.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个组件(108)是天线调谐电路(120)。

12.如权利要求1所述的装置，进一步包含：

与所述至少一个电迹线连接的传感器电路(118)，所述传感器电路可操作用于检测所述至少一个组件的激活；以及

耦合至所述传感器电路的天线调谐电路(120)，当所述传感器电路检测到所述至少一个组件的激活时，所述天线调谐电路使用预定的模型调谐所述天线元件。

13.一种通信设备，包括用于在天线结构上安装电子组件的装置，所述通信设备的所述装置包含：

至少一个导电天线元件(102)，包括沿着边以预定角度弯曲的导电板；

设置在所述天线元件(102)上的绝缘层(106)；

直接在所述天线元件上方并且设置在所述绝缘层(106)上的至少一个电子电路组件(108)；

设置在所述绝缘层(106)上并连接至所述至少一个电子电路组件(108)的至少一个电迹线(110)，其中所述至少一个电迹线沿所述边以所述预定角度随所述导电板弯曲；以及

接地平面(100)，其中所述天线元件在接地点(112)处连接至所述接地平面，

其中所述至少一个电迹线(110)穿过所述接地点(112)，或者朝向所述接地点(112)且随后从所述接地点(112)远离。

14.一种用于在天线结构上安装电子组件的方法，所述方法包含：

在所述天线结构的天线元件上设置绝缘层(500)，所述天线元件包括沿着边以预定角度弯曲的导电板；

直接在所述天线元件上方并且在所述绝缘层上设置至少一个电子电路组件(502)；

在所述绝缘层上设置至少一个电迹线，以连接至所述至少一个电子电路组件(504)，其中所述至少一个电迹线沿所述边以所述预定角度随所述导电板弯曲；以及

提供(506)在接地点(112)处连接至所述天线元件的接地平面(100)，

其中所述至少一个电迹线(110)穿过所述接地点(112)，或者朝向所述接地点(112)且随后从所述接地点(112)远离。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述天线元件是作为所述至少一个电子电路组件的公共接地的平面倒F天线的折叠导电板。