CN105144484A - 嵌入到移动设备的装饰性饰边中的多频带单极天线 - Google Patents

Abstract

公开了用于移动设备的多频带单极天线，该天线可以在四分之一波长单极天线和半波长折叠式单极天线之间动态地切换。在一个实施例中，可以将辐射器元件嵌入到移动设备的外壳上的装饰性饰边的至少一部分。被嵌入到辐射器元件的电路元件可以将辐射器元件末梢与装饰性饰边的接地部分电连接或断开。在某些实施例中，电路元件可以是开关或无源滤波器元件，诸如基于电感器/电容的滤波器。在其他实施例中，电路元件可以是其阻抗可以动态地改变的可调谐滤波器电路。

Description

嵌入到移动设备的装饰性饰边中的多频带单极天线

背景技术

在移动设备中，随着对新特点的需求的增大，以及数据吞吐量越来越高，受支持的频带的数量也持续增大。新特点的一些示例包括多个语音/数据通信链路——GSM、CDMA、WCDMA、LTE、EVDO——每一个都有多个频带、近距离通信链路(蓝牙、UWB)、广播介质接收(MediaFLO、DVB-H)、高速因特网访问(UMB、HSPA、802.11、EVDO)，以及定位技术(GPS，伽利略)。支持多个频带会导致复杂性增大以及设计挑战。常常，以性能为代价，作出折衷，以支持多个频带。

发明内容

提供本发明内容是为了以精简的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

公开了用于移动设备的多频带单极天线，该天线可以在四分之一波长单极天线和半波长折叠式单极天线之间动态地切换。在一个实施例中，可以将辐射器元件嵌入到移动设备的外壳上的装饰性饰边(trim)的至少一部分。被嵌入到辐射器元件的电路元件可以将辐射器元件末梢(tip)与装饰性饰边的接地部分电连接或断开。

在某些实施例中，电路元件可以是开关或无源滤波器元件，诸如基于电感器/电容器的滤波器。在其他实施例中，电路元件可以是其阻抗可以动态地改变的可调谐滤波器电路。

通过使用嵌入式电路元件，可以为多个天线配置使用相同辐射器结构，节省移动设备的总的空间。

通过下面的结合附图对本发明进行的详细描述，本发明的前述和其他目标、特点和优点将变得更加显而易见。

附图简述

图1是包括多频带单极天线的移动设备的系统图。

图2是去除了外壳以查看多频带单极天线的隐藏部分的移动电话的三维视图。

图3是根据另一实施例的包括带有可动态地配置的阻抗匹配的多频带单极天线的移动电话的俯视图。

图4是电路元件(是无源滤波器)的实施例。

图5包括示出了天线效率对照频率以及天线的反射系数的图形。

图6是用于操作单极天线的方法的流程图。

具体实施方式

在一个实施例中，使用在移动设备的外周边周围延伸的导电边框(rim)，形成辐射器。由于其对用户可见性，边框可以被视为电话的装饰性饰边。此边框可以沿着边缘部分连接到印刷电路板(PCB)接地，并在设备的天线部分附近，与PCB接地断开连接。通过电气断开边框的一部分，结构充当相对低频率平面颠倒的F天线(PIFA)，具有差不多四分之一的共振波长的总长度。当边框被电连接时，结构充当相对高频率的折叠式单极天线，具有差不多共振波长的二分之一的总长度。在低频带(例如，700MHz)的操作可以利用断裂的边框实现。

该天线可以具有多个优点：可以实现天线尺寸缩小，假定相同共振器结构可以充当用于不同的频率的辐射元件；由于在多个频带之间不存在折衷，天线性能可以改善(更高的QoS，较低的掉线，更高的电池续航时间)；可以在更加“攻击性的”空间(例如，更靠近PCB接地面)中分配天线，这可以得益于手/头部解调效果和调节的人体组织吸收的能量(特定吸收率，SAR)。

图1是描绘了包括一般在102示出的各种可选硬件和软件组件的示例性移动设备100的系统图。移动设备中的任何组件102都可以与任何其他组件进行通信，虽然为便于说明并非示出所有连接。移动设备可以是各种计算设备(例如，手机、智能电话、手持式计算机、个人数字助理(PDA)、平板电脑等等)中的任何一种，并可以允许与一种或多种移动通信网络104(诸如蜂窝或卫星网络)的无线双向通信。

所示出的移动设备100可包括控制器或处理器110(例如，信号处理器、微处理器、ASIC，或其他控制和处理逻辑电路)，用于执行诸如信号译码、数据处理、输入/输出处理、功率控制，和/或其他功能之类的任务。操作系统112可以控制组件102的分配和使用，并支持一个或多个应用程序114。应用程序可包括常见的移动计算应用程序(例如，电子邮件应用程序、日历、联系人管理器、web浏览器、消息应用程序)，或任何其他计算应用程序。

所示出的移动设备100可包括存储器120。存储器120可包括不可移动存储器122和/或可移动存储器124。不可移动存储器122可包括RAM、ROM、闪存、硬盘，或其他已知的存储器技术。可移动存储器124可包括闪存或在GSM通信系统中已知的用户标识模块(SIM)卡，或其他已知的存储器技术，诸如“智能卡”。存储器120可以用于存储用于运行操作系统112和应用程序114的数据和/或代码。示例数据可包括网页、文本、图像、声音文件、视频数据，或要通过一种或多种有线或无线网络，向一种或多种网络服务器或其他设备发送和/或从它们接收的其他数据集。可以使用存储器120来存储用户标识符，诸如国际移动用户身份(IMSI)，以及设备标识符，诸如国际移动设备标识符(IMEI)。可以向网络服务器传输这样的标识符，以标识用户和设备。

移动设备100可以支持一种或多种输入设备130，诸如触摸屏132、麦克风134、摄像机136、物理键盘138、轨迹球140，和/或接近度传感器142，以及一种或多种输出设备150，诸如扬声器152和显示器154。其他可能的输出设备(未示出)可包括压电或其他触觉输出设备。某些设备可以提供一个以上的输入/输出功能。例如，触摸屏132和显示器154可以被组合在单一输入/输出设备中。输入设备130可包括自然用户接口(NUI)。NUI是使用户能以“自然”方式与设备进行交互的任何接口技术，其不受到由诸如鼠标、键盘、遥控器等等之类的输入设备所施加的人为限制的影响。NUI方法的示例包括依赖于语音识别、触摸和指示笔识别、屏幕上的以及与屏幕相邻的手势识别、悬浮手势，头部和眼睛跟踪、语音和话音、视觉、触摸，手势，以及机器智能的那些。NUI的其他示例包括使用加速度计/陀螺仪的运动姿势检测、面部识别、3D显示器、头部、眼睛，以及注视跟踪、沉浸式增强的现实以及虚拟现实系统，所有的这些都提供比较自然的接口，以及用于使用电场感应电极来感应大脑活动的技术(EEG以及相关联的方法)。如此，在一个具体示例中，操作系统112或应用程序114可以包括语言识别软件，作为允许用户通过语音命令来操作设备100的语音用户接口的一部分。进一步，设备100可以包括输入设备和允许通过用户的空间手势来进行用户交互的软件，诸如检测并解释向游戏应用程序提供输入的手势。

无线调制解调器160可以耦合到可重新配置的单极天线170，并可以支持处理器110和外部设备之间的双向通信，如当前技术很好地理解的。调制解调器160被一般地示出，并可包括用于与移动通信网络104进行通信的蜂窝调制解调器和/或其他基于无线电的调制解调器(例如，蓝牙164或Wi-Fi162)。无线调制解调器160通常被配置成与一种或多种蜂窝网络，诸如用于在单一蜂窝网络内、在蜂窝网络之间，或在移动设备和公用交换电话网(PSTN)之间进行数据和语音通信的GSM网络，进行通信。一个或多个调制解调器可以通过一个或多个开关172与天线170进行通信(传输与接收)，开关172用于配置天线以用于多个频带的操作，如下面所进一步描述的。可以由调制解调器，基于要使用的最佳频带，自动地控制开关172，或可以通过输入设备130中的一个，接收输入，以选择所希望的频带。在替换实施例中，不必使用开关172。相反，可重新配置的单极天线170可包括基于输入信号的频率来重新配置天线170的无源电路元件。更进一步，天线170可包括可调谐元件。例如，可以使用接近度传感器142来检测用户的头部靠近电话，这会产生多余的阻抗。作为响应，可以调谐可调谐元件，以确保维持阻抗匹配。在任何情况下，天线170都可以是可选择地并编程地可配置的。

移动设备还可以包括至少一个输入/输出端口180、电源182、卫星导航系统接收器184，诸如全球定位系统(GPS)接收器、加速度计186，和/或物理连接器190，该物理连接器190可以是USB端口、IEEE1394(火线)端口，和/或RS-232端口。所示出的组件102不是必需的或一切包括在内的，因为任何组件都可以被删除，并可以添加其他组件。

图2是示出了外壳的大部分被去除以暴露内部组件的示例移动设备200的三维视图。然而，是外壳的一部分的装饰性饰边210(如在外壳在适当位置的情况下对用户可见的)被示为在移动设备的外周边周围延伸。装饰性饰边可以用各种导电材料中的任何一种(诸如金属)制成，并在某些实施例中，可以充当移动电话的侧壁。接地面220可以耦合到装饰性饰边210，其大小被确定为与外周边的大部分作共同延伸。电缆230可以在接地面220上延伸，并在馈电点240连接到天线的辐射器元件250，如在260一般性地示出。装饰性饰边的阻抗匹配部分266可以在一端耦合到馈电点240，并在另一端，耦合到接地面220(在“接地点1”处用箭头表示)。阻抗匹配部分266用于阻抗匹配，以便可以在馈电点240维持，例如，50欧姆。应认识到，辐射器元件250和阻抗匹配部分266可以作为装饰性饰边210的一部分，整体形成。电路元件270可以被嵌入到辐射器元件250中靠近辐射器末梢280，在辐射器末梢和装饰性饰边210的接地部分之间(在“接地点2”用箭头表示)。如此，辐射器元件250可以从馈电点240延伸到辐射器末梢280。电路元件270可以有效地电连接或断开天线260的辐射器末梢280与装饰性饰边的接地部分。如理解的，电路元件可以是有源或无源电路元件。例如，电路元件270可以是响应于控制信号(未示出)打开或关闭的开关(例如，单极、单掷或多极，多掷)。可另选地，电路元件可以是阻止以不同频率传输的滤波器电路(例如，电感器和电容器电路)。无论是有源还是无源的情况，电路元件都会有效地电连接或断开辐射器末梢与接地装饰性饰边。

可以理解，电缆230在与馈电点240相反的一端耦合到调制解调器(未示出)。电缆230可以被替换为PCB上的连接调制解调器与馈电点的迹线。另外，在某些实施例中，诸如图2所示出的，馈电点240可以被定位在移动电话200的与电路元件270不同的一侧的一侧。将馈电点和电路元件定位在不同的两侧允许辐射器元件对于大多数应用足够长。

如此，天线可包括使用设备结构充当辐射器的嵌入式电路元件。天线260可以生成高(例如，2GHz)和低频率(例如，700MHz)频带行为，其中这两种频带都能够通过嵌入式电路元件被独立地调整。在电路元件是可调谐元件的情况下，它可以由电感器和电容器制成，这可使天线表现为由相同物理结构支持的两个电气不同的拓扑。可另选地，可以使用RF开关来打开或关闭回路，以支持多个频率。谐振电路被设计成在低频带中充当高阻抗，并在较高频带中充当低阻抗。如此，可以实现组合了中断的和不中断的拓扑的行为的行为。这样的电路与两个在物理上不同的放射状结构的组合的性能一致。

图3是根据另一实施例的移动设备300的顶视图。在此实施例中，调制解调器310被示为使用迹线342(位于接地面下面的PCB上)耦合到馈电点340，并使用PCB迹线371耦合到电路元件370。可以使用接地面320来将周边边框322接地。天线360是使用边框322形成的，但是，在与接地面320断开连接的位置。具体而言，辐射器元件350由边框322形成，并包括辐射器末梢380。辐射器末梢380耦合到电路元件370。示出了可以检测用户的头部靠近移动设备300的接近度传感器372。响应于这样的检测，接近度传感器372可以向调制解调器310发送信号，该信号可以相应地控制电路元件382以调整天线360的阻抗。电路元件382被示为沿着装饰性饰边的阻抗匹配部分366，但是，可以根据特定设计，被定位在任何所需的位置。电路元件370可以是可调谐元件，以便可以通过让天线的阻抗被动态地匹配，补偿用户的头部的电容影响。在其他实施例中，可以由馈电点处的元件动态地检测阻抗，该元件测量入射和反射功率，以便确定阻抗。作为响应，调制解调器310可以调谐电路元件中的一个或多个，以便具有所希望的匹配阻抗。

图4示出了可以用于前面的各实施例中的电路元件400的示例。在此实施例中，电路元件是无源滤波器，包括并行地耦合在辐射器末梢和接地装饰性饰边之间的电感器410和电容器420。可以使用其他电容/电感的/电阻性的电路，如本领域所理解的。

图5是在图4的电路中使用27nH电感和1.2pF电容所生成的示例图形。顶部图形示出了天线效率(以为dB单位)对照频率。底部图形示出了天线的反射系数(以dB为单位)，这是由天线反射的功率的度量。理想值具有大于3dB的高效率，和小于6dB的低反射系数。行510具有开放的边框的物理和电的配置。行512具有闭合的边框的物理和电的配置。行514具有开放的边框的物理配置，以及在低频时开放的边框以及在高频率时闭合的边框的电的配置。

图6是用于操作多频带单极天线的方法的流程图。在过程方框610中，可以提供嵌入到装饰性外壳中的辐射器元件，诸如移动设备的周边周围的边框。在过程方框612中，辐射器末梢可以与装饰性饰边的接地部分耦合或去耦合。为了电耦合或去耦合辐射器末梢，调制解调器可以控制电路元件以有选择地打开或关闭开关。可另选地，调制解调器可以有选择地调谐可调谐滤波器电路元件，以便动态地改变阻抗。更进一步，接近度传感器可以有选择地检测用户的头部与移动设备的接近度，并基于该接近度，动态地改变阻抗。更进一步，可以使用电路元件来通过检测入射和反射功率，检测阻抗。基于检测到的阻抗，可以通过被插入到辐射器元件中的可调谐电路元件，来改变阻抗。

所公开的方法中的任何一个都可以具有若干个方面，这些方面被实现为存储在一个或多个计算机可读取的存储介质(例如，一个或多个光学介质盘、易失性存储器组件(诸如DRAM或SRAM)，或非易失性存储器组件(诸如闪存或硬盘驱动器))中并在计算机(例如，任何市场上销售的计算机，包括智能电话或包括计算硬件的其他移动设备)上执行的计算机可执行指令。应该容易地理解，术语“计算机可读取的存储介质”不包括诸如已调制数据信号之类的通信连接。用于实现所公开的技术的计算机可执行指令中的任何一个以及在实现所公开的各实施例过程中创建并使用的任何数据都可以存储在一个或多个计算机可读介质上。计算机可执行指令可以是，例如，专用的软件应用程序或通过web浏览器或其他软件应用程序(诸如远程计算应用程序)访问或下载的软件应用程序的一部分。这样的软件可以，例如，在单一本地计算机(例如，任何合适的市场上销售的计算机)上或在使用一个或多个网络计算机的网络环境(例如，通过因特网、广域网、局域网、客户端-服务器网络(诸如云计算网络)，或其他这样的网络)中来执行。

还应该理解，此处所描述的任何功能都可以，至少部分地，由一个或多个硬件逻辑组件，代替软件，来执行。例如，但不仅限于，可以使用的硬件逻辑组件的说明性类型包括现场可编程门阵列(FPGA)、程序特定的集成电路(ASIC)、程序特定的标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)，等等。

此外，还可以通过合适的通信手段，上传、下载或远程访问基于软件的各实施例中的任何一个(包括，例如，用于导致计算机执行所公开的方法中的任何一个的计算机可执行指令)。这样的合适的通信手段包括，例如，因特网、万维网、内联网、软件应用程序、电缆(包括光缆)、磁性通信、电磁波通信(包括RF、微波，以及红外通信)、电子通信，或其他这样的通信手段。

所公开的方法、设备，以及系统不应该被解释为以任何方式作出限制。相反，本公开涉及各种所公开的实施例的所有新颖的并且非明显的特征以及方面，单独地以及以各种组合以及子组合。所公开的方法、设备，以及系统不仅限于任何特定方面或特征或其组合，所公开的各实施例也不要求任何一个或多个特定优点存在或问题被解决。

考虑到所公开的发明的原理可以应用到的许多可能的实施例，应该认识到，所示出的各实施例只是本发明的首选示例，不应该被当作限制本发明的范围。相反，本发明的范围由下列权利要求进行定义。因此，我们声明归入这些权利要求范围之内的所有的都是我们的发明。

Claims (10)

1.一种用于移动设备的多频带单极天线，包括：

辐射器元件，所述辐射器元件是所述移动设备的外壳上的装饰性饰边的至少一部分，所述辐射器元件具有耦合到馈电点的第一端和是所述辐射器元件的末梢的第二端；以及

位于所述辐射器元件和所述装饰性饰边之间的电路元件，用于有效地电连接或断开所述辐射器末梢与所述装饰性饰边的被用作接地的一部分。

2.如权利要求1所述的多频带单极天线，进一步包括具有耦合到所述馈电点的第一端和耦合到设备接地的第二端的所述装饰性饰边的阻抗匹配部分。

3.如权利要求1所述的多频带单极天线，其特征在于，所述电路元件是具有耦合到用于有选择地打开或关闭所述开关的调制解调器的控制线的开关。

4.如权利要求3所述的多频带单极天线，其特征在于，所述开关是多极、多掷开关。

5.如权利要求1所述的多频带单极天线，其特征在于，所述电路元件是包括电感器和电容器的组合的无源滤波器。

6.如权利要求1所述的多频带单极天线，其特征在于，所述馈电点在所述移动设备的第一侧耦合到所述辐射器元件，而所述电路元件位于所述移动设备的不同于所述第一侧的第二侧。

7.如权利要求1所述的多频带单极天线，其特征在于，所述电路元件是其阻抗基于来自调制解调器的控制信号可改变的可调谐滤波器电路。

8.如权利要求1所述的多频带单极天线，其特征在于，基于所述电路元件的所述状态，所述多频带单极天线可在四分之一波长和半波长天线之间切换。

9.一种操作多频带单极天线的方法，包括：

提供辐射器元件，所述辐射器元件被嵌入到所述移动设备的外壳上的装饰性饰边的至少一部分，所述辐射器元件在一端耦合到馈电点，在相反的一端，耦合到辐射器末梢；以及

使用位于所述辐射器末梢和所述装饰性饰边之间的电路元件，电耦合或或断开所述辐射器末梢与所述装饰性饰边的接地部分。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电路元件是具有耦合到调制解调器的控制线的开关，所述方法包括使用所述调制解调器，有选择地打开或关闭所述开关。