CN103296384B

CN103296384B - 用于手持式设备的可调谐天线

Info

Publication number: CN103296384B
Application number: CN201310182326.6A
Authority: CN
Inventors: 张志军; R·卡巴勒罗
Original assignee: Apple Computer Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2027-06-14
Also published as: US20080055164A1; WO2008030286A1; EP2064774B1; CN101512832B; IN2015KN00447A; US7671804B2; DE07809589T1; CN101512832A; EP2064774A1; CN103296384A

Abstract

本发明提供了一种用于手持式电子设备的紧凑型可调谐天线以及用于校准和使用紧凑型可调谐天线的方法。天线可具有多个端口。每个端口可具有相关联的馈源和地。可用小封装来实现天线设计，同时覆盖大带宽。天线可具有由诸如贴片或螺旋形结构之类的传导结构形成的辐射单元。天线的形状可容纳手持式设备中的按钮和其它部件。可利用弹簧、pogo引脚和其它适当的连接结构将天线连接到手持式设备中的印制电路板。射频开关和无源部件，诸如双信号耦合器和双工器，可用来将射频收发器电路耦接到天线的不同馈源。通过避免为天线调谐使用容性负载，可提高天线效率。

Description

用于手持式设备的可调谐天线

本申请是申请日为2007年6月14日、申请号为200780032756.2、发明名称为“用于手持式设备的可调谐天线”的发明专利申请的分案申请。

本申请要求2006年9月5日提交的美国专利申请No.11/516,433的优先权。

技术领域

本发明涉及天线，尤其涉及在无线手持式电子设备中使用的紧凑型可调谐天线。

背景技术

诸如手机之类的无线手持式设备包含天线。随着集成电路技术的进步，手持式设备的尺寸一直在缩小。因此需要小天线。

用于手持式设备的典型天线是由金属辐射单元形成的。辐射单元可通过在电路板衬底上形成金属层图案来制作，或者可使用箔片冲压工艺（foilstampingprocess）而由薄金属片形成。这些技术可用于生产符合紧凑型手持式设备的严格限制的天线。

现在的手持式电子设备往往需要工作在若干不同通信频带上。例如，使用普通的全球移动通信系统（GSM）通信标准的四频带手机需要工作在四个不同频率（850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz）。

虽然期望多频带工作，但是难以设计在宽频率范围上工作得令人满意的紧凑型天线。这是因为小天线的辐射单元的尺寸小，因此小天线趋于工作在窄频率范围上。

已经开发了具有可调谐容性负载（capacitiveloading）的天线，以尝试解决对紧凑型多频带天线的需求。通过改变应用到辐射单元的容性负载量，可以调节天线的谐振频率。这使得具有相对窄的频率范围的天线被充分调谐以覆盖多于一个频带。

置于这种类型的天线上的可调节容性负载会引起不想要的功耗。结果，容性调谐的天线趋于表现出并非最佳的效率。

希望能够提供用于改进手持式电子设备的可调谐天线的性能的途径。

发明内容

根据本发明，提供了可调谐多端口天线。还提供了使用可调谐多端口天线的手持式设备、以及用于校准和使用可调谐多端口天线的方法。

可调谐多端口天线可具有接地端子和多个馈电端子。每个馈电端子可与接地端子一起使用以形成单独的天线端口。通过选择在给定时刻哪个天线端口是活动的，天线的工作频率可被调谐。

可调谐多端口天线包括辐射单元。辐射单元可以例如通过箔片冲压工艺或通过在诸如印制电路板或柔性电路之类的衬底上形成传导层图案而形成。每个辐射单元可在基本频率范围谐振。可选择辐射单元的尺寸以使得天线的基本工作频率范围与至少一个通信频带对准。如果需要，辐射单元还可用于一个或多个谐频范围。

辐射单元可耦接到其上安装有用于手持式电子设备的电子部件的印制电路板。印制电路板可包括将所述部件连接到天线的地和馈电端子的传导迹线（trace）。诸如弹簧和弹簧加载的引脚之类的电连接结构可用于将印制电路板上的传导迹线电连接到辐射单元的地和馈源。

手持式电子设备可包含射频收发器和开关电路。射频收发器可具有输入-输出路径，所述输入-输出路径用于发送和接收与不同通信频带相关联的信号。开关电路可选择性地将所述输入-输出路径连接到天线的端口。在手持式电子设备工作期间，设备上的控制电路可指示开关电路激活所期望的一个天线端口。通过选择哪个天线端口被激活，控制电路可调谐所述天线，以使得一个或多个天线的工作频率范围与一个或多个所期望的通信频带对准。

因为天线可被调谐，所以没必要增大辐射单元的尺寸以加大辐射单元的谐振频率的带宽。这使得可以利用小的封装（footprint）来实现天线。在辐射单元中使用多个馈源使得能够进行调谐而无需使用可调节的容性负载，这减小了无功（reactive）天线损耗并提高了天线效率。

通过附图和下面对优选实施例的详细描述，本发明进一步的特点、其性质和各种优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是根据本发明的安装有多端口天线的示意性电路板的透视图。

图2是根据本发明的曲线图，其中已经按照频率绘出了图1中的天线的回波损耗。

图3是根据本发明的包含可调谐天线的示意性手持式设备的示意图。

图4－14是根据本发明的具有可被选择以进行调谐的多个馈源的示意性天线辐射单元的图。

图15是根据本发明的示意性印制电路板的侧视图，其示出了可如何利用通道(via)来连接印制电路板的上表面和下表面以形成用于图1所示类型的天线的接地平面。

图16是根据本发明的电路板组件的示意性部分的透视图，其示出了可如何利用具有整体弹簧（integralspring）的辐射单元来与图15所示类型的印制电路板上的焊盘（pad）形成接触。

图17是根据本发明的示意性弹簧加载的引脚的截面侧视图，其中该弹簧加载的引脚可用来将天线的辐射单元连接到电路板。

图18是示出根据本发明的示意性弹簧加载的引脚的利用的截面侧视图，其中该示意性弹簧加载的引脚被焊接到辐射单元以与印制电路板形成接触。

图19是示出根据本发明的示意性弹簧加载的引脚的利用的截面侧视图，其中该示意性弹簧加载的引脚被焊接到印制电路板来与天线的辐射单元形成接触。

图20是示出根据本发明的利用示意性弹簧来在辐射单元和印制电路板之间形成接触的截面侧视图。

图21是示出根据本发明的示意性弹簧的利用的截面侧视图，其中该示意性弹簧被附接到印制电路板来与由柔性电路板材料形成的辐射单元的支柱形成接触。

图22和23是示出根据本发明的利用示意性的浮置（floating）弹簧加载的引脚来在辐射单元和印制电路板之间形成接触的截面侧视图。

图24是示出根据本发明的可如何利用示意性开关来选择性地将工作在两个频带的射频（RF）收发器集成电路连接到两个不同的天线馈源的电路图。

图25示出根据本发明的当图24的电路在辐射单元上的两个不同天线馈源的每一个之间进行选择时的示意性辐射单元的回波损耗与频率的关系曲线图。

图26是示出根据本发明的可如何利用示意性开关来选择性地将工作在三个频带的射频（RF）收发器集成电路连接到两个不同的天线馈源的电路图。

图27是示出根据本发明的当图26的电路在辐射单元上的两个不同天线馈源的每一个之间进行选择时的示意性辐射单元的回波损耗与频率的关系曲线图。

图28是示出根据本发明的可如何利用示意性开关和无源（passive）天线双工器（duplexer）来选择性地将工作在三个频带的射频（RF）收发器集成电路连接到两个不同的天线馈源的电路图。

图29是示出根据本发明的当图28的电路在辐射单元上的两个不同天线馈源的每一个之间进行选择时的示意性辐射单元的回波损耗与频率的关系曲线图。

图30是示出根据本发明的可如何利用示意性开关和无源天线双信号耦合器（diplexer）来选择性地将工作在三个频带的射频（RF）收发器集成电路连接到两个不同的天线馈源的电路图。

图31是示出根据本发明的当图30的电路在辐射单元上的两个不同天线馈源的每一个之间进行选择时的示意性辐射单元的回波损耗与频率的关系曲线图。

图32是示出根据本发明的可如何利用示意性开关将发送和接收子带（subband）耦接到天线馈源的图。

图33是示出根据本发明的可如何利用示意性双工器将发送和接收子带耦接到天线馈源的图。

图34是示出根据本发明的可如何利用由两个开关组成的开关电路来选择性地将具有五个频带的示意性RF收发器集成电路连接到两个不同的天线馈源的图。

图35是示出根据本发明的当图34的电路在两个不同的天线馈源的每一个之间进行选择时的示意性辐射单元的回波损耗与频率的关系曲线图。

图36是示出根据本发明的可如何利用两个双信号耦合器来选择性地将具有四个频带的示意性RF收发器集成电路连接到两个不同的天线馈源的图。

图37是示出根据本发明的当图36的开关电路在两个不同的天线馈源的每一个之间进行选择时的示意性辐射单元的回波损耗与频率的关系曲线图。

图38是示出根据本发明的可如何利用两个双信号耦合器和双工器来选择性地将具有五个频带的示意性RF收发器集成电路连接到三个不同的天线馈源的图。

图39是示出根据本发明的当图38的开关电路在三个不同的天线馈源的每一个之间进行选择时的示意性辐射单元的回波损耗与频率的关系曲线图。

图40是根据本发明的示意性手持式电子设备电路的图，该手持式电子设备电路包括发送和接收数据的控制电路、包含RF收发器集成电路和开关电路的RF模块、以及具有多馈源辐射单元的天线模块。

图41是示出了根据本发明的可如何利用示意性的测试仪来校准包含多馈源天线的电路板的图。

图42是根据本发明的当RF模块正常工作时用于该RF模块的示意性RF开关连接器的截面侧视图。

图43是根据本发明的当正在利用测试探头校准RF模块时用于该RF模块的示意性RF开关连接器的截面侧视图。

图44是根据本发明的在校准和使用具有多馈源天线的手持式电子设备时所包括的示意性步骤的流程图。

具体实施方式

本发明可涉及用于诸如手持式电子设备之类的便携式电子设备的可调谐天线。本发明还可涉及包含可调谐天线的便携式设备以及及用于测试和使用上述设备和天线的方法。

根据本发明的可调谐天线可包括具有地和多个天线馈源的辐射单元。辐射单元可利用任何合适的天线结构形成，所述天线结构诸如是贴片天线（patchantenna）结构、平面倒F天线（planarinverted-Fantenna）结构、螺旋形天线（helicalantenna）结构，等等。

便携式电子设备可以是小型便携式计算机，例如有时被称作超便携式（ultraportable）的那些。在一种特别适当的配置中，便携式电子设备才是手持式电子设备。作为例子，这里将主要描述手持式设备的使用。

手持式设备可以是例如手机、具有无线通信能力的媒体播放器、手持式计算机（有时也称为个人数字助理）、远程控制器、以及手持式游戏设备。本发明的手持式设备还可以是组合了多种传统设备的功能的混合设备。混合手持式设备的例子包括具有媒体播放器功能的手机、具有无线通信能力的游戏设备、具有游戏和电子邮件功能的手机、以及接收电子邮件、支持手机呼叫和支持网页浏览的手持式设备。这些仅仅是示意性的例子。如果希望的话，任何适当的设备可包括可调谐多馈源天线。

图1示出了根据本发明的可用在手持式设备中的示意性的天线和控制电路10。电路10可包括控制电路28。控制电路28可包括一个或多个集成电路，诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、功率放大器和专用集成电路。控制电路28还可包括无源RF部件，诸如双工器、双信号耦合器和滤波器。

控制电路28可安装到一个或多个印制电路板30或其它合适的安装结构上。电路板30可以是例如包含图案化的（patterned）传导迹线的双面电路板。

控制电路28可发送和接收RF信号。RF信号可被提供给天线模块。天线模块可包含辐射单元12。辐射单元12可由高传导性材料形成，所述高传导性材料诸如是铜、金、包含铜和其它金属的合金、高传导性的非金属导体（例如高传导性有机材料、高传导性超导体、高传导性液体），等等。在图1的例子中，辐射单元12可具有薄平面轮廓，其有助于将辐射单元12放置在手持式设备中。但是，使用具有平面结构的辐射单元仅仅是示意性的。辐射单元12可被形成为任何适当形状。

在图1的例子中，在辐射单元12中可形成槽14，其增加了辐射单元12的有效长度，同时保持紧凑的封装。辐射单元12可利用任何合适的制造技术来形成。在一种适当的配置中，可使用所谓的箔片冲压方法来形成辐射单元12。利用箔片冲压技术，可使用箔片冲压机来由薄的铜箔产生大量辐射单元。另一种用于形成辐射单元的合适技术可涉及将天线图案印刷或蚀刻到固定或柔性衬底上。在这些图案形成过程中可使用的柔性衬底包括所谓的柔性电路（例如，通过在诸如聚酰亚胺之类的柔性衬底上涂敷（layer）诸如铜之类的金属而形成的电路）。如果希望，也可使用其它技术来形成辐射单元12。

辐射单元12可具有接地信号端子和两个或更多相应的正信号端子。正信号端子可被称为天线馈源。在图1的例子中，辐射单元12可具有三个延长部分16、18和20。延长部分16可用作为地。延长部分18可用作为第一馈源。延长部分20可用作为第二馈源。通常，天线中可以有任意适当数量的馈源（例如，两个馈源，三个馈源，四个馈源，多于四个馈源，等等）。

控制电路28可包括输入-输出端子，诸如接地输入-输出端子32和正输入-输出端子34和36。传导路径，诸如路径22、24和26，可用来将控制电路28的输入-输出端子电连接到辐射单元12。路径22、24和26可以是在印制电路板30上形成的图案化的传导迹线（例如金属迹线）。路径24和26可用来将正输入-输出端子34和36分别电连接到延长部分18和20。诸如路径22之类的路径可用来将接地输入-输出端子32连接到辐射单元12的接地部分16。如果希望，印制电路板30的上面和下面部分也可连接到地。延长部分16、18和20可被焊接到或以其它方式电连接到路径22、24和26。

在图1的例子中，示出的延长部分16、18和20被形成为辐射单元12的整体部分，而示出的路径22、24和26由电路板迹线形成。这仅仅是用于将辐射单元12的地和馈源连接到手持式设备的电路的一种适当配置。其它的适当配置包括基于外部弹簧加载的引脚和弹簧连接器的接触配置。不管用来将信号传送进和传送出辐射单元的是什么特定类型的配置，与地相关联的辐射单元结构通常被称为天线的和辐射单元的接地引脚、接地端子或地，而与正天线信号相关联的辐射单元结构通常被称为天线的和辐射单元的馈电引脚、馈电端子或馈源。

由辐射单元12形成的天线具有谐振频率f₀，可在该频率处发送和接收信号。f₀附近的工作频率范围有时被称为天线的基本频带或基本工作频率范围。作为例子，如果f₀位于850MHz，则天线的基本频率范围可用于覆盖850MHz通信频带。天线通常也在作为f₀的谐波的较高频率处谐振。利用这种类型的配置，天线可覆盖两个或更多频带。例如，天线可被设计为覆盖850MHz频带（使用中心在f₀的天线基本频率范围）和1800MHz频带（使用谐频范围）。

与天线工作频率相关的带宽受到辐射单元12的几何结构的影响。紧凑型天线趋于具有窄的带宽。除非天线的带宽被加宽（例如通过增大其物理尺寸），否则如果不调谐的话，天线将不能覆盖附近的频带。

作为例子，考虑GSM手机标准，其使用在850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz处的频带。这些频带的带宽可以为约70－80MHz（对于850MHz和900MHz频带）、170MHz（对于1800MHz频带）和140MHz（对于1900MHz频带）。每个频带可包括用于发送和接收数据的两个相关联的子带。例如，在850MHz频带中，从824MHz延伸到849MHz的子带可用来将数据从手机发送到基站，而从869MHz延伸到894MHz的子带可用于从基站接收数据。850MHz和1900MHz频带可用在诸如美国之类的国家。900MHz和1800MHz可用在诸如欧洲国家之类的国家。

被设计为覆盖850MHz频带的紧凑型天线可具有谐波，该谐波允许天线同时覆盖较高的频带（例如，1900MHz），但是具有窄带宽的紧凑型天线将不能同时覆盖850MHz和900MHz频带，除非天线被调谐。

根据本发明，控制电路28可用于在不同馈源之间进行选择，以调谐由辐射单元12形成的天线。例如，当使用接地端子32和输入-输出端子34来发送或接收信号时，天线覆盖一个频带。当使用接地端子32和输入-输出端子36来发送或接收信号时，天线覆盖不同的频带。

每个馈源（及其相关联的地）可用作天线端口。因此，诸如由图1的辐射单元12形成的天线之类的天线可具有多个端口并且可通过选择正确的端口而被调谐。控制电路28可用来确定使用哪个端口。当希望访问特定频带时，控制电路28保证正确的端口是活动的。通过使用多个端口，具有可能窄的谐振的紧凑型天线可被调谐成覆盖所有感兴趣的频带。

图2中示出了包括根据本发明的可调谐多端口天线的回波损耗与频率的关系的示意性曲线图的图。在天线的基本工作频率范围，回波损耗最小。图2中没有示出谐频范围。

当通过第一天线端口（即，接地端子32、路径22和辐射单元延伸部分16以及正输入-输出端子34、路径24和辐射单元延伸部分18）来发送和接收信号时，天线覆盖其中心位于频率f_a的频率范围，如图2中的实线所示。当通过第二天线端口（即，接地端子32，路径22和辐射单元延伸部分16以及正输入-输出端子36、路径26和辐射单元延伸部分20）来发送和接收信号时，天线覆盖其中心位于频率f_b的频率范围，如图2中的虚线所示。这使得控制电路28可根据需要调谐天线。当希望在f_a范围中发送或接收数据时，控制电路28使用第一端口。当使用第二端口时，天线的响应被调谐至更高的频率，从而天线覆盖其中心位于f_b的频率范围。

通过使用巧妙的端口选择，天线的覆盖范围可扩展到覆盖所有感兴趣的频带。因为紧凑型辐射单元趋于具有较小的尺寸，所以通过选择所希望的天线端口来调谐的天线可以比其它可能的天线更加紧凑，同时仍然保证覆盖所有希望的频带。而且，通过使用端口选择进行调谐可以比利用可调节容性负载方案进行调谐的天线更加有效率。这样的容性负载方案引入了无功损耗（reactiveloss），从而降低了天线效率。具有多馈源的天线不需要使用可变容性负载来调谐，因为可通过选择正确的端口来进行调谐。

图3示出了包含可调谐多端口天线的示意性手持式电子设备38的示意图。手持式设备38可以是手机、具有媒体播放器功能的手机、手持式计算机、游戏机、这些设备的组合、或者任何其它适当的便携式电子设备。

如图3所示，手持式设备38可包括存储装置40。存储装置40可包括一个或多个不同类型的存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器（例如闪存或电可编程只读存储器）、易失性存储器（例如基于电池的静态或动态随机存取存储器），等等。

处理电路42可用来控制设备38的操作。处理电路42可以基于处理器，诸如微处理器和其它适当的集成电路。

输入-输出设备44可允许提供数据给设备38，并可允许从设备38提供数据给外部设备。输入-输出设备可包括用户输入-输出设备46，诸如按钮、触摸屏、操纵杆、点击轮、滚动轮、触摸板、键区、键盘、传声器、照相机，等等。通过经由用户输入设备46提供命令，用户可控制设备38的操作。显示器和音频设备48可包括液晶显示器（LCD）屏幕、发光二极管（LED）、和其它呈现可视信息和状态数据的部件。显示器和音频设备48还可包括音频装置，诸如扬声器和其它用于创建声音的设备。显示器和音频设备48可包含音频-视频接口装置，诸如用于外部耳机和监视器的插座。

无线通信设备50可包括通信电路，诸如由一个或多个集成电路形成的RF收发器电路、功率放大器电路、无源RF部件、诸如图1中的多端口天线之类的天线、以及其它用于生成RF无线信号的电路。还可利用光来发送无线信号（例如使用红外通信）。

设备38可如图所示通过路径56与诸如附件52和计算装置54之类的外部设备通信。路径56可包括有线和无线路径。附件52可包括耳机（例如无线蜂窝头戴式送受话器或音频耳机）和音频-视频装置（例如无线扬声器、游戏控制器、和其它接收和播放音频和视频内容的装置）。计算装置54可以是可通过手机链路或其它无线链路从其下载歌曲、视频或其它媒体的服务器。计算装置54还可以是本地主机（例如用户自己的个人计算机），用户可从其获得音乐或其它媒体文件的无线下载。

如结合图1所描述的，用于手持式设备的多端口天线可由任何适当的辐射元件12来形成。图4示出由矩形贴片天线结构形成的辐射元件12的一个例子。图4的天线结构和其它辐射单元结构的大小优选为大约波长的四分之一（例如，对于大多数手机波长而言为几厘米）。

图4的辐射单元12可具有接地端子16、第一馈源18、第二馈源20，可能还有更多馈源（虚线馈源结构21所示）。通常，任何辐射单元12都可具有多于两个馈源，但是只有图4的辐射单元12示出了额外的馈源，以免使该图过于复杂。

不同的基本谐频分别与各个不同的天线端口相关联，并且受到辐射单元12的几何结构的影响。如图4所示，当使用馈源18时，在馈源18和地16之间存在着天线中的感应路径（inductivepath）。虚线60示意性地示出了该路径。当使用馈源20时，天线中存在如虚线58所示的感应路径。电感L₁和L₂分别与路径60和58相关联。电感L₂通常大于电感L₁，因此使用馈源20所形成的端口的谐振频率（例如图2中的频率f_b）比使用馈源18所形成的端口的谐振频率（例如图2中的频率f_a）要高。

图5中示出由包含槽14的矩形贴片天线结构所形成的示意性辐射单元12。由于槽14的存在，图5的天线将表现出相对于图4的贴片天线结构的谐波有频移的谐波。这使得天线设计者能够将谐波置于所期望的通信频带。

如果希望，天线端口可形成在矩形贴片的短边上。图6中示出具有图1所示的类型的、其中馈源被放置在矩形贴片的短边上的示意性结构。

图7示出了另一种示意性辐射单元12。根据图7的配置，矩形贴片结构具有切除（cut-away）部分68。可形成切除部分68以适应手机照相机、按钮、传声器、扬声器、或手持式设备的其它部件。端口可形成在单元12的长边上（例如，使用地16和馈源18、20）或形成在单元12的短边上（例如，使用地16和馈源18a、20a）。如图8所示，切除部分68不是必须形成在辐射单元12的中央。

图9示出辐射单元的边可如何向下弯曲。辐射单元12的诸如部分70和72之类的部分可在箔片冲压过程中形成，或者可利用柔性电路来形成。部分70和72可用作容性负载的固定源。对于给定的工作频率，使用这种类型的配置中的向下弯曲部分会趋于减小辐射单元的封装。如果希望，其它形式的容性负载也可与辐射单元一起使用。容性负载可与图7的贴片天线结构一起使用（如图9的例子所示），或者与任何其它合适的辐射单元结构一起使用。

如果希望，辐射单元12可由柔性电路或其它柔性衬底形成。在图10的例子中，辐射单元12由传导单元62形成，其中传导单元62形成为柔性电路衬底64上的蜿蜒图案（serpentinepattern）。在衬底64上形成蜿蜒图案后，将衬底64卷曲以形成图10的圆柱形。图10的圆柱形天线具有地16和两个馈源18和20。

在图11的示意性配置中，辐射单元12由具有蜿蜒槽14的贴片天线形成。通常，可在辐射单元12中形成一个或多个任意合适形状的槽。

图12示出基于L形平面天线配置的辐射单元12的示意性配置。图12的辐射单元12具有地16和馈源18和20。

在图13中，利用与包含馈源18和20的传导单元分开的导体形成接地端子16。

图14示出由分开的接地单元16和蜿蜒单元66所形成的示意性辐射单元12。馈源18和20形成在蜿蜒单元66中的不同位置处。

图1和图4－14中示出的辐射单元结构仅仅是示意性的。通常可使用具有多个馈源的任何合适的辐射单元结构。

如图15所示，印制电路板——例如图1的印制电路板30——可具有传导材料74形成的上表面和传导材料76形成的下表面，它们通过绝缘的印制电路板层78而隔开。上传导表面和下传导表面可包含图案化的金属，例如铜。相对而言，下表面可无图案，并可用于形成接地平面。上表面上的地线可利用传导通道(via)80连接到下表面接地平面。当辐射单元12被安装到印制电路板30上时，印制电路板30上表面上的图案化的导体可用来形成与辐射单元的电接触。

电接触可使用任何合适的电连接结构而形成。在图16的例子中，辐射单元12的延长部分（例如，图1所示类型的接地单元或馈电单元）被示出为形成弹簧82。当天线被安装到电路板附近时，弹簧部分82压着电路板30的上表面74上的传导迹线84。这形成在迹线84（其连接到图1的控制电路28）和辐射单元12之间的电接触。

如果希望，可使用弹簧加载的引脚来在辐射单元12和电路板30之间形成电接触。一般可获得的一种弹簧加载的引脚是所谓的pogo引脚。图17示出了弹簧加载的引脚86的截面侧视图。引脚86具有往复运动构件（reciprocatingmember）88，其具有在空心圆柱引脚的外壳98中往复运动的头部90。弹簧92顶住引脚外壳98的内表面94和头部90的上表面96。当构件88缩回外壳98中时，弹簧92被压缩并在方向100上对往复运动构件88施压。这迫使构件88的末端102顶着传导单元，诸如电路板或辐射单元的一部分。

图18示出其中利用焊料104将弹簧加载的引脚86焊接到辐射单元12的配置。引脚的末端102压着电路板30的表面上的导体。

在图19的配置中，弹簧加载的引脚86已经被焊接到电路板30，并且向上压着辐射单元12，因此往复运动构件88的末端102与辐射单元形成电接触。

图20示出一种配置，其中弹簧108已经被焊接到具有焊料106的电路板30。辐射单元12的部分112已经弯下来了。辐射单元12的部分112可在金属箔片冲压过程中形成（作为例子）。如图20所示，弹簧108被压缩并顶住所述部分112，从而在辐射单元12和电路板30之间形成电接触。

图21的配置类似于图20的配置，但是涉及的是形成到由柔性电路制成的辐射单元12的电连接。辐射单元12具有支柱110。如图21所示，已经被焊接到具有焊料106的电路板30的弹簧108顶住支柱110，以形成电接触。

图18、19、20和21的引脚和弹簧并不是必须被焊接到电路板或辐射单元12。其中连接的电结构没有被焊接的配置被称为浮置（floating）。图22和23示出浮置的引脚配置，其中引脚86在辐射单元12和电路板30之间形成电连接。在图22的配置中，引脚86的末端102压着辐射单元12。在图23的配置中，引脚86的末端102向下压着电路板30上的导体。

任意合适的电路结构都可用来使具有天线馈源的控制电路28和辐射单元12互相连接。

作为例子，考虑图24的配置。如图24所示，RF收发器集成电路114连接到地16。利用输入-输出数据路径115和由开关116形成的开关电路，RF收发器集成电路114还连接到两个天线馈源18和20。开关116可由PIN二极管、高速场效应晶体管（FET）、或任何合适的开关部件形成。用于各馈源的开关是互补的并且协同工作。每个开关的状态都与另一个开关相反。当开关SW1开启时，开关SW2关闭，并且第一天线端口为活动的，而第二天线端口为不活动的。当开关SW1关闭时，开关SW2开启，并且第一天线端口为不活动的，而第一天线端口为活动的。利用这种类型的配置，保证每次只有一个馈源是活动的。当开关SW1开启且开关SW2关闭时，馈源1是活动的而馈源2是不活动的。当开关SW2开启且开关SW1关闭时，馈源2是活动的而馈源1是不活动的。

图25的曲线图示出了辐射单元12在两种条件下的频率响应。实线示出当第一端口为活动的时，辐射单元在其基本工作频率范围的回波损耗。在这种配置下，天线被调谐以工作在频率f_a。图25中的虚线示出当第二端口为活动的时，辐射单元的回波损耗。在该配置下，天线被调谐以工作在频率f_b。

在图26的配置中，开关SW1可处理两个不同频带（f_a和f_b），而开关SW2可处理频带f_c。开关SW1具有三种状态。在第一状态，输入-输出信号路径118连接到馈源1，并且天线工作在频率f_a，如图27所示。在第二状态，输入-输出信号路径120连接到馈源1，并且天线工作在频率f_b。如同结合图24所描述的，只要开关SW1开启，开关SW2就关闭。当希望调谐天线时，控制电路28将开关SW1置于第三状态，其中线路118和120都从馈源1断开（即开关SW1关闭）。当开关SW1被关闭时，开关SW2被开启，从而天线工作在频移的基本频率f_c（图27）。

如图28和29所示，无源RF部件，诸如双工器和双信号耦合器，可用来将RF收发器114耦接到天线馈源。双工器可用于组合或分离位于相邻频带（例如，850MHz和900MHz）中的RF信号。双信号耦合器可用于组合或分离位于彼此远离的频带（例如850MHz和1800MHz）中的RF信号。

如图28所示，双工器122可耦接在数据路径118、120与开关SW1之间。开关SW2耦接在数据路径126和馈源2之间。当希望使用馈源1时，开启开关SW1并关闭开关SW2。这调谐天线以使其根据图29的实线来工作。在该状态，RF收发器114可利用路径118和120来发送并接收频带f_a或频带f_b，因为天线的辐射单元12被设计为在其基本工作频带范围内具有足够大的带宽以处理相邻频带f_a和f_b。当希望通过使用馈源2来调谐天线时，关闭开关SW1并开启开关SW2。在该状态，路径126连接到馈源2，并且收发器114可利用频带f_c发送并接收信号，如图29中的虚线所示。

在图30的配置中，使用双信号耦合器124来代替双工器。在这种情况下，辐射单元12被设计为在f_b具有谐波。因为使用双信号耦合器124，因此与图28中的双工器配置相比，与路径118和120相关联的信号必须分隔得更宽。如图31中的实线所示，当通过开启SW1并关闭SW2而切换成使用馈源1时，收发器114可利用路径118和120来发送和接收基本频带f_a或谐波频带f_b。当希望通过使用馈源2来调谐天线时，关闭开关SW1并开启开关SW2。在这种状态，路径126连接到馈源2，并且收发器114可利用频带f_c发送和接收信号，如图31中的虚线所示。

GSM通信中使用的频带分别具有两个子带，一个包含用于发送数据的信道，另一个包含用于接收数据的信道。如图32所示，可利用开关116来将适当的发送或接收数据路径连接到其相关联的馈源128。路径118a和118b连接到RF收发器。在GSM通信中，信号被发送或者被接收。不允许同时的发送和接收。当RF收发器有数据要发送时，开关116将发送线路118a连接到馈源128。在接收模式下，控制开关116以将馈源128连接到路径118b。当希望去激活馈源128时，开关116可被关闭。在图32的例子中，路径118a和118b被标记为850T（850MHz发送）和850R（850MHz接收）。对所有GSM频带应用相同的原理。为了避免使图过于复杂，图24、26、28和30中的连接到RF发送器114的输入-输出数据路径被显示为单个双向路径而不是分开的发送和接收路径。

图33示出其中可使用双工器122来将RF收发器耦接到馈源128的配置。当在馈源128上接收到进入的数据或者在正在发送外发的数据时，开关116开启。当希望通过使用不同馈源来调谐天线时，开关116关闭。双工器122是频率敏感的。进入的数据（例如在850R子带上）通过双工器122中的无源RF部件被路由到线路118b。当在线路118a上发送外发的数据时，双工器122通过开关116将那些信号路由到线路128。

当图24、26、28和30中示出的结构类型用于GSM类型的通信时，可使用图32所示类型的主动子带开关配置，或图33所示类型的被动子带路由配置。在任一种情况下，都用开关电路116来保证合适的天线馈源为活动的。

在某些通信协议中，诸如那些基于码分多址（CDMA）技术的通信协议，信号可同时发送和接收。因此，不需要开关来在发送和接收频带之间进行积极地切换。使用CDMA技术的通信方案的例子包括CDMA手机通信和在2170MHz频带上的3G数据通信（通常被称为UMTS或通用移动通信系统）。利用基于CDMA的配置，图33所示类型的双信号耦合器配置可用于将发送和接收频率彼此分离。

有些手持式设备需要覆盖许多频带。图34示出了可用于使用两端口天线来覆盖五个频带（例如四个GSM频带加上一个UMTS频带）的配置的例子。图35中示出了表示每个频带的布置的曲线图。天线被设计为基本工作频率范围128在大约850－900MHz，谐波工作频率范围130在大约1800－1900MHz。当开关SW1开启且开关SW2关闭时，馈源1为活动的，并且天线的响应如图35中的实线所示。天线被设计为在其基本和谐波功率频率处有相对较宽的带宽。结果，天线覆盖了在基本功率频率范围128中的850MHz和900MHzGSM频带，并利用谐波工作频率范围130覆盖1800MHz和1900MHzGSM频带。当开关SW2开启且开关SW1关闭时，馈源2为活动的，并且天线被调谐。这使得谐波工作频率范围130频移至较高的频率，以使其覆盖2170MHz处的UMTS频带。

图36示出了可用于使用两端口天线来覆盖四个频带（例如四个GSM频带）的配置的例子。使用双信号耦合器124来将RF收发器114耦接到开关电路116。一个双信号耦合器124处理850MHz和1800MHz频带，而另一个双信号耦合器124处理900MHz和1900MHz频带。图37示出了描绘每个频带的布置的曲线图。天线被设计为基本工作频率范围128在大约850MHz，而谐波工作频率范围130在大约1800MHz。当开关SW1开启且开关SW2关闭时，馈源1为活动的，并且天线的响应如图37中的实线所示。天线具有窄带宽，其在每个谐振频率处覆盖单个频带。

如图37中的实线所示，当使用馈源1时，天线可覆盖850MHz和1800MHz频带。当希望调谐天线时，调节开关116以使用馈源2。这使得基本工作频率范围128和谐波工作频率范围130都频移至较高的频率，从而分别覆盖900MHz和1900MHz频带，如图37中的虚线所示。

图38示出了可用于使用三端口天线来覆盖五个频带（例如四个GSM频带加上一个UTMS频带）的配置的例子。使用双信号耦合器124来将RF收发器114耦接到开关电路116。一个双信号耦合器124处理850MHz和1800MHz频带，而另一个双信号耦合器124处理900MHz和1900MHz频带。图39示出了描绘每个频带的布置的曲线图。当使用馈源1时，天线在大约850MHz处具有基本工作频率范围128，在大约1800MHz处具有谐波工作频率范围130。当开关SW1开启且开关SW2和SW3关闭时，馈源1为活动的，并且天线的响应如图39中的实线所示。

如图39中的实线所示，当使用馈源1时，天线可覆盖850MHz和1800MHz频带。由于天线相对较窄的带宽，不调谐的话就无法覆盖邻近的频带。当希望调谐天线以覆盖900MHz和1900MHz频带时，调节开关116以使用馈源2。这使得基本工作频率范围128和谐波工作频率范围130都频移至较高的频率，从而分别覆盖900MHz和1900MHz频带，如图39中的虚线所示。

当希望调谐天线以覆盖2170MHz频带时，调节开关116以切换成使用馈源3。结果，基本工作频率范围128和谐波工作频率范围130都频移至较高的频率。利用该天线调谐配置，谐波工作频率范围130覆盖2170MHz频带，如图39中的点划线所示。

图40示出图34中描述的其中利用两个天线端口覆盖五个频带（例如四个GSM频带和一个UMTS频带）的那种类型的配置的细节。

处理电路42可生成要发送的数据并可利用诸如路径140之类的路径将该数据提供给无线通信电路50中的RF模块132。手持式设备接收到的数据可从RF模块132通过路径142被路由到处理电路42。收发器114可通过馈源1、馈源2和地而耦接到天线模块134中的辐射单元12。开关电路116可用于控制哪个天线端口为活动的。开关SW1可用于选择所希望的GSM信号路径，以便在馈源1为活动的时连接到馈源1，并在馈源1为不活动的时将馈源1从RF发送器断开。开关SW2——其在SW1为不活动的时为开启——可用于选择性地激活馈源2。开关SW2可接收从RF收发器114发送的信号，并且可通过双工器122将接收到的信号传送至RF收发器114，其中该双工器122可处理2170MHzUMTS频带的发送和接收子带。

可使用功率放大器集成电路136来增强（boost）外发的信号电平。功率放大器集成电路136包括功率放大器138。如果希望，可提供功率放大器作为单独的集成电路。

图41示出了可用于在制作手持式设备38的过程期间校准RF模块132的测试配置。在测试期间，测试仪144可利用诸如路径147之类的路径，提供功率和控制信号给处理电路42。控制信号可指示处理电路42发送信号给天线模块134。可依次校准每个馈源。测试仪144具有电缆和测试探头，其可连接到RF开关连接器152（当电缆和探头位于线148所示的位置时）或RF开关连接器156（当电缆和探头位于线150所示的位置时）。在测试期间，探头接进本来要通过天线模块134发送的信号中。

RF开关连接器152和156具有两种工作条件。图42和43示出了示意性RF开关连接器166的截面。当没有插入测试探头时，如图42所示，输入端（input）160通过导体164连接到输出端（output）162。当测试探头168的末端插入开关连接器166时，导体164被压下，这使得导体164和输出端162之间的电路断开，并将输入端160电连接至测试探头168。

RF开关连接器152可用来接入正常情况下将从数据路径154通往馈源1的信号中，而RF开关连接器156可用来接入正常情况下将从数据路径158通往馈源2的信号中。在校准期间，测试仪144针对各种输出功率设置而测量在每个馈源上接收到的信号强度。利用曲线拟合技术，测试仪144确定哪些校准设置应当存储在电路10中。通过诸如路径146之类的路径将校准设置加载到诸如闪速存储器之类的非易失性存储器40中。之后，在正常工作期间，处理电路42利用所存储的校准设置来对RF模块132的输出信号电平进行校准调节。

图44示出测试和制作具有可调谐多端口天线的手持式设备所包括的示意性步骤。

在步骤170，可制作包含RF模块132和天线模块134的电路板组件。

在步骤172，图41的测试仪144可通过路径147发送控制信号给处理电路42。控制信号指示处理电路42利用收发器114和开关电路116来发送适当的测试信号给馈源18和20上的天线。各个馈源是单独工作的。为了保证准确的测量，可利用几个不同的功率设置来发送测试信号，同时测试仪144收集相关联的测试的测量结果。

在步骤174，测试仪144可处理测试的测量结果（例如利用曲线拟合程序）并生成相应的校准设置。校准设置指示在正常工作期间RF模块132需要进行什么样的调节来保证所发送的RF功率电平是准确的。

在步骤176，测试仪144可将校准信息存储在存储器40中。在一种适当的配置下，校准信息被存储在诸如闪速存储器之类的非易失性存储器中，以保证在手持式电子设备38没有电力时也将保留校准信息。

在步骤178和180期间，用户可利用手持式电子设备38来打手机电话、通过3G链路上载或下载数据、或无线地发送和接收数据。

在步骤178期间，处理电路42（图41）从存储器40中检索校准设置数据，并利用检索到的校准设置来调节手持式设备的功率输出，从而校准输出功率。处理电路42分别校准每个端口，因此无论在使用哪个天线端口，输出功率都是准确的。

在步骤180期间，用户可利用天线来发送和接收数据。处理电路42通过利用开关电路116选择合适的天线馈源，来根据需要调谐天线。

前面所述的仅仅是示意本发明的原理，本领域技术人员可以作出各种修改而不背离本发明的范围和精神。

Claims

1.一种电子设备，包括：

天线辐射单元；

通过在所述天线辐射单元上的第一位置处的第一天线馈源和在所述天线辐射单元上的与所述第一位置不同的第二位置处的第二天线馈源耦合到所述天线辐射单元的射频收发器电路，其中所述第二天线馈源包括弹簧连接器；

耦合在所述射频收发器电路和所述第一天线馈源之间的双信号耦合器电路；

耦合在所述双信号耦合器电路和所述第一天线馈源之间的开关电路；以及

耦合在所述射频收发器电路和所述第二天线馈源之间的附加开关电路。

2.如权利要求1所述的电子设备，其中所述天线辐射单元包括在不同于所述第一位置和所述第二位置的第三位置处的接地端子。

3.如权利要求2所述的电子设备，还包括：

接地平面，其中所述接地平面通过所述接地端子电连接到所述天线辐射单元。

4.如权利要求1所述的电子设备，其中所述开关电路被配置成调谐所述天线辐射单元。

5.如权利要求4所述的电子设备，其中所述开关电路包括开关。

6.如权利要求5所述的电子设备，其中所述射频收发器电路被配置成发送射频信号，其中所述射频收发器电路被配置成在所述开关断开时发送第一频带中的射频信号，并且其中所述射频收发器电路被配置成在所述开关接通时发送第二频带中的射频信号。

7.如权利要求1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双信号耦合器电路之间的第一和第二数据路径。

8.如权利要求7所述的电子设备，其中所述第一数据路径被配置成发送第一通信频带的射频信号，并且其中所述第二数据路径被配置成接收所述第一通信频带的射频信号。

9.如权利要求8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馈源之间的第三数据路径。

10.如权利要求9所述的电子设备，其中所述第三数据路径被配置成接收第二通信频带的射频信号，所述第二通信频带不同于所述第一通信频带。

11.如权利要求1所述的电子设备，其中所述弹簧连接器包括弹簧加载的引脚。

12.一种无线电子设备，包括：

天线辐射单元；

通过第一天线馈电端子耦合到所述天线辐射单元并且耦合到第二天线馈电端子的射频收发器电路，其中所述第一天线馈电端子位于所述天线辐射单元上的第一位置，并且所述第二天线馈电端子位于所述天线辐射单元上的与所述第一位置不同的第二位置；

耦合在所述射频收发器电路和所述第一天线馈电端子之间的双工器电路；

耦合在所述双工器电路和所述第一天线馈电端子之间的开关电路；以及

接地电连接结构，所述接地电连接结构在不同于所述第一位置和所述第二位置的第三位置处将接地传导路径连接到所述天线辐射单元。

13.如权利要求12所述的无线电子设备，其中所述接地传导路径被形成在电路板上，所述电路板包括第一天线馈电传导路径和第二天线馈电传导路径，其中所述开关电路通过所述第一天线馈电传导路径耦合到所述第一天线馈电端子，并且其中所述射频收发器电路通过所述第二天线馈电传导路径耦合到所述第二天线馈电端子。

14.如权利要求13所述的无线电子设备，其中所述接地电连接结构用作为所述天线辐射单元的接地端子。

15.如权利要求14所述的无线电子设备，还包括：

耦合在所述射频收发器电路和所述双工器电路之间的第一和第二数据路径，其中所述第一数据路径被配置成发送第一通信频带的射频信号，并且其中所述第二数据路径被配置成接收所述第一通信频带的射频信号。

16.如权利要求15所述的无线电子设备，还包括：

耦合在所述射频收发器电路和所述第二天线馈电端子之间的第三数据路径，其中所述第三数据路径被配置成接收第二通信频带的射频信号，所述第二通信频带不同于所述第一通信频带。

17.一种电子设备，包括：

天线辐射单元；

耦合到第一路径和第二路径的射频收发器电路，其中所述第一路径处理第一通信频带中的射频信号，并且所述第二路径处理第二通信频带中的射频信号；

用于组合所述第一和第二通信频带中的射频信号的电路，所述电路耦合在所述第一和第二路径与在所述天线辐射单元上的第一位置处的第一天线馈源之间；

耦合在所述电路和所述第一天线馈源之间的开关电路；

耦合在所述射频收发器电路和第二天线馈源之间的第三路径，所述第二天线馈源位于所述天线辐射单元上的与所述第一位置不同的第二位置处；

耦合在所述第三路径和所述第二天线馈源之间的开关；以及

耦合在所述射频收发器电路和第三天线馈源之间的第四路径，所述第三天线馈源位于所述天线辐射单元上的与所述第一和第二位置不同的第三位置。

18.如权利要求17所述的电子设备，其中所述第三路径处理第三通信频带中的射频信号，并且其中所述开关电路被配置成调谐所述天线辐射单元。

19.如权利要求17所述的电子设备，其中所述用于组合所述第一和第二通信频带中的射频信号的电路包括双工器电路。

20.如权利要求17所述的电子设备，其中所述用于组合所述第一和第二通信频带中的射频信号的电路包括双信号耦合器电路。