CN105720381A - 多频带缝隙天线系统和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多频带缝隙天线系统和装置。一种装置包括天线接地平面；导电侧部元件；第一天线谐振元件；第二天线谐振元件；以及在导电侧部元件与导电外壳元件之间的由缝隙结构所形成的基于缝隙的天线元件，其中缝隙结构具有缝隙开口端。该装置进一步包括被加载具有多个接地块状负载的至少两个射频(RF)开关。

Description

多频带缝隙天线系统和装置
技术领域
本发明涉及天线结构，并且特别涉及在移动装置中使用的多频带内部缝隙天线。
背景技术
诸如移动电话、平板计算机和个人计算机之类的便携式装置对于高速数据接入具有不断增长的需求。此外，装置的天线系统可以被布置为在多种不同的操作无线电频带中并且经由多种不同的协议进行操作。例如，这些不同的频带和协议可以包括(但不限于)长期演进(LTE)700(US)(698.0-716.0MHz,728.0-746.0MHz)、LTE1500(日本)(1427.9-1452.9MHz,1475.9-1500.9MHz)、LTE2600(欧洲)(2500-2570MHz,2620-2690MHz)；调幅(AM)无线电(0.535-1.705MHz)；调频(FM)无线电(76-108MHz)；蓝牙(2400-2483.5MHz)；无线局域网(WLAN)(2400-2483.5MHz)；螺旋型局域网(HLAN)(5150-5850MHz)；全球定位系统(GPS)(1570.42-1580.42MHz)；美国全球移动通信系统(US-GSM)850(824-894MHz)；欧洲全球移动通信系统(EGSM)600(880-960MHz)；欧洲宽带码分多址(EU-WCDMA)600(880-960MHz)；个人通信网络(PCN/DCS)1800(1710-1880MHz)；美国宽带码分多址(US-WCDMA)1600(1850-1990MHz)；宽带码分多址(WCDMA)2100(Tx:1920-1980MHz,Rx:2110-2180MHz)；个人通信服务(PCS)1600(1850-1990MHz)；超宽带较低频(UWB)(3100-4600MHz)；UWB较高频(6000-10600MHz)；数字视频广播-手持(DVB-H)(470-702MHz)；DVB-HUS(1670-1675MHz)；世界数字无线电(DRM)(0.15-30MHz)；全球微波接入互操作性(WiMax)(2300-2400MHz,2305-2360MHz,2496-2690MHz,3300-3400MHz,3400-3800MHz,5250-5875MHz)；数字音频广播(DAB)(174.928-239.2MHz,1452.96-1490.62MHz)；射频识别低频(RFIDLF)(0.125-0.134MHz)；射频识别高频(RFIDHF)(13.56-13.56MHz)；射频识别超高频(RFIDUHF)(433MHz,865-956MHz,2450MHz)。
随着在移动设备上对于高速数据接入不断增长的需求，已经在这些设备上适配并使用了多频带天线以便能够提供所要求的数据速率。
此外，当尝试使得天线在金属设备壳体下良好工作时，尤其是在天线需要具有高度隔离并且在多个频带中进行操作时，存在着进一步的挑战。此外，天线可能被放置在不利的地方，例如处于移动电话的侧面。
缝隙天线是一种包括金属表面的天线类型，该金属表面通常为平板，具有切割出的开孔或缝隙。当该板被驱动频率所驱动而作为天线时，该缝隙辐射出电磁波。该缝隙的形状和大小以及该驱动频率决定了辐射分布型式(distributionpattern)。
缝隙天线已经被使用在诸如蓝牙(2.4GHz)和WLAN(2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz)之类的无线电电信中。缝隙天线的主要优点是低成本、易于与其他电路集成，低剖面(lowprofile)以及小体积。然而，它们通常在单个频带进行操作。当前的多频带无线电电信系统驱动了对于多频带天线的需求。能够使用分离的天线来促进多频带功能，但是这在空间使用方面是低效的。
存在有双频带缝隙天线，其包括有在其中提供了不同长度的两个平行缝隙的导电天线主体。另外，提供了具有T型连接的单个微带馈电，T型连接的每个分支向相应的缝隙馈电。这些缝隙被配置为生成不同的谐振频率，由此促进双频带功能。然而，在导电天线主体中提供双缝隙以促进双频带功能、以及随之而来的对于与双缝隙有关的分支化的功率馈电的需求，导致了天线显著地比单频带四分之一波长天线更大并且因此并不适合用于在一些无线通信应用中使用。
因此，需要一种天线系统和装置来提供多频带缝隙天线，该多频带缝隙天线可操作为移动装置的具有改进的性能和适合大小的内部天线。
发明内容
根据本发明的第一示例方面，提供了一种装置，包括：天线接地平面；导电侧部元件；第一天线谐振元件；第二天线谐振元件；与导电侧部元件邻近的由缝隙结构所形成的基于缝隙的天线元件，其中缝隙结构具有缝隙开口端；被加载具有多个接地块状负载的至少两个射频(RF)开关，这些开关横跨基于缝隙的天线元件而被定位并且将基于缝隙的天线元件划分为从第一缝隙开口端延伸至第一开关的第一分段、从第一开关延伸至第二开关的第二分段、以及从第二开关延伸至第二缝隙开口端的第三分段；其中第一天线谐振元件电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件的第一分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件一起形成操作在第一频率处的第一天线；第二天线谐振元件电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件的第三分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件一起形成操作在第二频率处的第二天线；并且其中第一和第二频率被配置为基于由第一和第二射频(RF)开关进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。
在一个实施例中，基于缝隙的天线元件进一步被划分为从第二缝隙开口端延伸至缝隙闭合端的第四分段；并且第二天线谐振元件电容性地耦合至基于缝隙的天线元件的第四分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件一起形成操作在第三频率处的第三天线。
在一个实施例中，第一开关连接至零电抗负载；第一天线谐振元件电容性地耦合至基于缝隙的天线元件的第一分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件一起形成操作在第一频率处的第一天线；并且第二天线谐振元件电容性地耦合至基于缝隙的天线元件的第二和第三分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件一起形成操作在第二频率处的第二天线；其中第二频率被配置为基于由第二射频(RF)开关进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。
在一个实施例中，第二开关连接至零电抗负载；并且第一天线谐振元件电容性地耦合至基于缝隙的天线元件的第一和第二分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件一起形成操作在第一频率处的第一天线；其中第一频率被配置为基于由第一射频(RF)开关进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处；并且第二天线谐振元件电容性地耦合至基于缝隙的天线元件的第三和第四分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件一起形成操作在第二和第三频率处的第二天线。
在一个实施例中，第一和第二天线谐振元件之间的耦合通过改变块状负载的电抗而被优化。
根据本发明的第二示例方面，提供了一种电子设备，包括：天线接地平面；导电侧部元件；第一天线谐振元件；第二天线谐振元件；与导电侧部元件邻近的由缝隙结构所形成的基于缝隙的天线元件，其中缝隙结构具有缝隙开口端；被加载具有多个接地块状负载的至少两个射频(RF)开关，这些开关横跨基于缝隙的天线元件而被定位并且将基于缝隙的天线元件划分为从第一缝隙开口端延伸至第一开关的第一分段、从第一开关延伸至第二开关的第二分段、以及从第二开关延伸至第二缝隙开口端的第三分段；其中第一天线谐振元件电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件的第一分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件一起形成操作在第一频率处的第一天线；第二天线谐振元件电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件的第三分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件一起形成操作在第二频率处的第二天线；并且其中第一和第二频率被配置为基于由第一和第二射频(RF)开关进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。
在一个实施例中，该设备进一步包括支撑元件，该支撑元件包括电路板或者该设备的主体部分。
在一个实施例中，该设备进一步包括外壳，该外壳包括连接至天线接地平面的导电外壳元件。
在一个实施例中，导电外壳元件包括被配置为提供该设备的外表面的部分的细长的导电外壳元件。
在一个实施例中，支撑元件连接至天线接地平面。
在一个实施例中，支撑元件被布置在天线接地平面上方。
在一个实施例中，第一和第二天线谐振元件包括细长的天线谐振元件。
在一个实施例中，细长的天线谐振元件彼此平行。
在一个实施例中，细长的天线谐振元件平行于细长的导电外壳元件。
在一个实施例中，第一和第二天线谐振元件附接至支撑元件。
在一个实施例中，支撑元件包括用于对第一天线谐振元件进行馈电的第一馈电点和用于对第二天线谐振元件进行馈电的第二馈电点。
在一个实施例中，第一和第二天线谐振元件附接至支撑元件的边缘区域。
在一个实施例中，导电外壳元件包括该设备的由金属制成的横杆或者侧部框架。
在一个实施例中，基于缝隙的天线元件进一步被划分为从第二缝隙开口端延伸至缝隙闭合端的第四分段；第二天线谐振元件电容性地耦合至基于缝隙的天线元件的第四分段，并且与天线接地平面一起形成操作在第三频率处的第三天线；并且金属后盖部被放置于基于缝隙的天线元件的第四分段上方。
在一个实施例中，显示器、触摸传感器和信号轨线被放置于基于缝隙的天线元件的内侧，以减少与基于缝隙的天线元件的干扰。
前文中已经说明了本发明的不同的非约束性的示例方面和实施例。上面的实施例仅被用来解释可以在本发明的实施方式中被利用的所选择的方面或步骤。一些实施例可以仅参考本发明的某些示例方面而被提出。应当意识到，对应的实施例也可以应用到其他的示例方面。
附图说明
将参考附图通过仅为示例的方式对本发明进行描述，其中：
图1示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的多频带缝隙天线系统的一些细节；
图2示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的具有不同块状负载的RF开关的一些细节；
图3呈现了本发明的各种实施例可以被应用在其中的用于多频带缝隙天线系统的天线谐振元件的示意性视图；
图4呈现了本发明的各种实施例可以被应用在其中的电子设备内的天线系统和装置的示意性视图；
图5呈现了本发明的各种实施例可以被应用在其中的装置电子设备的示意性视图；
图6呈现了本发明的各种实施例可以被应用在其中的电子设备的示例框图；
图7示出了根据本发明的示例实施例的装置中的操作；
图8示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的多频带缝隙天线系统和装置的一些进一步的细节；
图9示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的具有不同块状负载组件的射频(RF)开关的一些进一步的细节；
图10示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的多频带、多馈电、频率可重配置的缝隙天线系统和装置的一些进一步的细节；以及
图11示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的多频带、多馈电、频率可重配置的缝隙天线系统和装置的一些进一步的细节。
具体实施方式
在以下的描述中，相似的标号标示相似的元件。
图1示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的多频带缝隙天线系统和装置100的一些细节。
在一个实施例中，装置100包括天线接地平面109。接地平面109在图1中被图示为矩形元件，但是它能够具有任意形状。接地平面109并不需要被实施在装置100的内侧，而是该接地平面可以包括装置100或者其外壳的任何导电部分。在图1中，天线接地平面109例如可以被布置作为支撑元件113最低层，诸如电路板。
在一个实施例中，导电外壳元件110、111也可以被配置为用作天线接地平面。
导电外壳元件110、111例如可以是电子设备的金属框架、导电机架或框架。装置100进一步包括第一天线谐振元件120和第二天线谐振元件130。
由缝隙结构所形成的基于缝隙的天线元件140邻近于导电侧部元件112而被定位，其中缝隙结构具有缝隙开口端141、142。例如，该基于缝隙的天线元件140的缝隙结构可以被定位在导电侧部元件112与至少一个导电外壳元件110、111之间、和/或在导电侧部元件112与诸如电路板的支撑元件113之间。
此外，提供了被加载具有多个接地块状负载(lumpload)的至少两个射频(RF)开关151、152。开关151、152横跨基于缝隙的天线元件140而被定位并且将该基于缝隙的天线元件划分为从第一缝隙开口端141延伸至第一开关151的第一分段161、从第一开关151延伸至第二开关152的第二分段162、以及从第二开关152延伸至第二缝隙开口端142的第三分段163。此外，可以提供从第二缝隙开口端142延伸至缝隙闭合端的第四分段164。射频(RF)开关151、152连接在天线接地平面109与导电侧部元件112之间。
第一天线谐振元件120电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件140的第一分段161，并且与天线接地平面109和导电侧部元件112一起形成操作在第一频率处的第一天线。
第二天线谐振元件130电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件140的第三分段163，并且与天线接地平面109和导电侧部元件112一起形成操作在第二频率处的第二天线。
第一和第二频率被配置为基于由第一和第二射频(RF)开关151、152进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。因此，实现了具有可调谐频率的多频带天线。
在一个实施例中，第二天线谐振元件130电容性地耦合至基于缝隙的天线元件140的第四分段164，并且与天线接地平面109和导电侧部元件112一起形成操作在第三频率处的第三天线。
多频带缝隙天线系统100可以进一步包括进一步的支撑元件113，诸如装置的印刷电路板(PCB)、主体部分、机架、载体、框架或盖部部分。
在一个实施例中，可以使用塑料载体用于将天线120、130附接在设备外壳内侧的所期望位置。该塑料载体也可以与印刷电路板(PCB)一起被用来增强对天线120、130的附接和定位。
第一和第二天线120、130可以相隔某个距离平行于支撑元件113而被附接。
在一个实施例中，不同元件的示例性尺寸可以如下。第一天线元件120被布置为在长度上是64mm，并且第二天线元件130被布置为在长度上是18mm。缝隙分段161-164的长度可以取决于RF开关151-152的放置而变化。
在一个实施例中，不同缝隙分段的示例性尺寸可以如下。从第一缝隙开口端141延伸至第一开关151的第一分段161是32mm长。从第一开关151延伸至第二开关152的第二分段162也是32mm长。然而，第一和第二分段并非必须是相同的长度。从第二开关152延伸至第二缝隙开口端142的第三分段163是14mm长。从第二缝隙开口端142延伸至缝隙闭合端的第四分段是2.5mm长。
在一个实施例中，如果将RF开关151放置在第一天线元件120的中间，并且将以下的块状负载组件布置到RF开关151，则例如通过第一天线元件120(低频带)达到以下的低频带频率(LB)。
图2示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的具有不同块状负载的射频(RF)开关200的一些细节。
在一个实施例中，射频(RF)开关200包括切换元件210，其被配置为将不同的块状负载220切换至天线接地平面(例如，图1的接地平面109或者接地元件110、111)。块状负载220可以包括不同的电抗负载，这些电抗负载能够经由切换元件210选择性地被切换至天线接地平面。
例如，块状负载220可以包括不同的固定值电感器和电容器。在一个实施例中，如通过电感器和电容器负载220所图示的，多个电感器和电容器可以并联地被耦合。可以并联地耦合足够多的电感器和电容器以例如提供4个或更多的离散值。电感器和电容器由切换元件210中的相应开关进行电气地且个体地切换。在一个实施例中，在p型掺杂的半导电分区与n型掺杂的半导电分区之间具有大的固有分区的二极管—后文中被称作PIN二极管—可以被用来提供该切换功能。在第二实施例中，开关电路210例如由RF继电器所组成。
在一个实施例中，电子设备被配置为控制两个开关的块状负载。因此，多频带天线系统本质上可以是动态的，并且所使用的频率带可以基于电子设备内的服务需求进行控制。
图3呈现了本发明的各种实施例可以被应用在其中的用于多频带缝隙天线系统的天线谐振元件的示意性视图。该天线系统可以包括多个如图1中所图示的天线谐振元件。
在一个实施例中，天线谐振元件包括连接至馈电点311的细长天线谐振元件310，其包括被配置为在至少一个频率带中进行谐振的辐射体312。
图4呈现了本发明的各种实施例可以被应用在其中的电子设备400内的天线系统和装置的示意性视图。
在图4中，该设备的仅所选择的部分被示出以澄清该实施例。此外，元件的相对大小并非必然与现实生活相对应。
电子设备400包括外壳部分409、410、411，它们包括至少一个被配置为用作天线接地平面的导电外壳元件409。被外壳409-411所包括的可以是支撑元件420。例如，支撑元件420可以是印刷电路板(PCB)、机架、框架、载体或者板。此外，取决于支撑元件420所使用的材料，支撑元件420可以被使用作为天线接地平面。然而，印刷电路板(PCB)并非是必然需要的，而是例如被载体、框架或者板所替代。
在一个实施例中，导电外壳部分410、411被配置为用作天线接地平面409。
在一个实施例中，诸如塑料机架的塑料载体421可以被使用用于对谐振元件430、440的附接。
在一个实施例中，在支撑元件420上存在包括第一天线馈电431的第一天线谐振元件430。此外，包括第二天线馈电441的第二天线谐振元件440被布置在支撑元件420上。支撑元件420具有非导电材料以使得改进的天线性能成为可能。
尽管外壳元件409-411在图4中被绘制为分离的元件，但是它们也可以被组合并且形成仅一个元件或者两个元件。
在一个实施例中，至少一个外壳元件409是导电外壳元件。
在一个实施例中，外壳元件409-411一起形成导电外壳元件。
基于缝隙的天线元件450由与导电侧部元件412邻近的缝隙结构所形成，其中缝隙结构具有缝隙开口端451、452。缝隙结构的至少一端可以仍然延伸超出缝隙开口端451、452中的至少一个，其被图示为延伸超出缝隙开口端452的封闭端缝隙。
在一个实施例中，基于缝隙的天线元件450及其缝隙结构也可以被定位在导电侧部元件412与导电外壳元件409、410、411中的至少一个之间。
在一个实施例中，基于缝隙的天线元件450及其缝隙结构也可以被定位在导电侧部元件412与支撑元件420之间。
在一个实施例中，至少两个射频(RF)开关460、470横跨基于缝隙的天线元件450进行布置，并且将基于缝隙的天线元件450划分为从第一缝隙开口端451延伸至第一开关460的第一分段481、从第一开关460延伸至第二开关470的第二分段482、以及从第二开关470延伸至第二缝隙开口端452的第三分段483。此外，第四分段可以被布置并且从第二缝隙开口端452延伸至缝隙结构450的末端。两个开关460、470都可以被加载具有多个接地块状负载，这些接地块状负载能够个体地或者按群组地连接至接地。如图4中所示出的，两个开关460、470也都可以通过缝隙450连接至导电元件412。
在一个实施例中，第一天线谐振元件430电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件450的第一分段481，并且与天线接地平面409和导电侧部元件412一起形成操作在第一频率处的第一天线。
在一个实施例中，第二天线谐振元件440电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件450的第三分段483，并且与天线接地平面409和导电侧部元件412一起形成操作在第二频率处的第二天线。
在一个实施例中，第一和第二频率被配置为基于由第一和第二射频(RF)开关460、470进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。
第一和第二天线元件430、440平行于支撑元件420而被附接。在图4的实施例中，第一天线元件430被定位在支撑元件420的右端并且与第二元件440相比在下部。第二天线元件也被定位在支撑元件420的右端并且与第一元件430相比在上部。替换地，可以使用支撑元件420的左端并且可以改变上部位置和下部位置。当在支撑元件420中将天线元件尽可能远地进行放置时，空间分集可以被改进。
细长的导电侧部元件412经由RF开关460、470连接至接地电平409、410、411。细长的导电元件412可以平行于第一和第二细长的天线元件430、440。设备400的显示器、触摸传感器及其信号轨线(未示出)可以被放置于缝隙450的内侧，从而它们不与缝隙450干扰。天线系统可以包括多个支撑元件420。例如，天线元件430、440可以被附接至设备400的印刷电路板，并且导电侧部元件412例如可以被附接至设备400的盖部部分。
在一个实施例中，系统中可以包括多个细长的导电元件410-411。
在一个实施例中，第一和第二天线元件430、440的第一和第二馈电点431、441可以分别被定位在第一和第二细长天线元件的第一端。
在一个实施例中，细长的导电侧部元件412可以包括金属制成的横杆(rail)或框架构件并且提供设备400的外表面，诸如侧部框架。
天线辐射体类型可以是四分之一波长辐射体，举例而言，例如倒L型天线(ILA)、单极平面倒F型天线(PIFA)、倒F型天线(IFA)。
在一个实施例中，四分之一波长辐射体的馈电被放置在接地平面与辐射体的一个末端之间。电压在辐射体的与该馈电相连接的一个末端处最小，并且在另一末端处最大。
两个天线元件430、440可以分别被放置在印刷电路板(PCB)420的相同边缘区域处。用于每个天线元件的馈电点431、441可以被定位在该装置的印刷电路板(PCB)420的相同侧。天线辐射体可以接地、未接地或者部分接地。
图5呈现了本发明的各种实施例可以被应用在其中的电子设备500的示意性视图。
在一个实施例中，设备500可以包括移动电话、智能电话、平板计算机、膝上型计算机或者任何其他的便携式装置。该设备包括至少一个盖部部分510，以用于向设备500的组件提供保护并且为设备500创建所期望的外观(outlook)和外部设计。盖部部分510可以包括若干分离的盖部部分，诸如前盖和后盖以及侧部框架。设备500进一步包括用户接口520、530，用户接口520、530包括至少一个显示器520。显示器520可以是用于检测用户手势并且提供针对设备500的反馈的触摸敏感显示器。例如，设备500还可以包括用户输入设备530，诸如小键盘或触摸板。此外，设备500可以包括摄像头540。尽管所描述的元件510、520、530、540被示出在设备500的相同侧，但是它们能够被定位在设备500的任何一侧。
在一个实施例中，例如，设备元件510、520、530、540中的至少一个包括导电元件，诸如金属横杆或薄片。盖部部分510可以包括金属元件，诸如金属涂层，用来为该设备提供好看的、坚固的且耐划伤的表面。显示器520可以包括金属元件，诸如显示器框架或层，用来为显示器提供坚固的主体。在触摸板的情况下，类似于显示器，用户输入设备可以包括金属元件，并且在传统小键盘的情况下类似于用于小键盘的盖部部分。摄像头540例如可以包括光学元件，诸如保护性盖部或主体。
在一个实施例中，盖部部分510包括导电侧部元件(例如，图1的112，或者图4的412)。
在一个实施例中，盖部部分510可以进一步包括导电元件(例如，图1的110、111或者图4的410、411)。
盖部部分510可以包括用于便携式通信设备的壳体以用于接纳引擎或者图1-4的多频带缝隙天线系统用于设备的操作，该壳体包括：作为金属导电元件的表面层，其被安装在外壳的与该表面层一起定义出针对该外壳的至少一个层的所定义的区域上；以及用于将基板的暴露区域与外壳进行接合的装置(means)。金属层还可以粘附到基板。该粘附例如可以是UV固化粘合剂。
在本发明的实施例中，金属层可以提供该设备的操作面。这为设计工程师给出了远为更大的自由度来设计出具有合意外观的设备。该操作面可以被提供具有用户输入元件530，例如按键或者这样的元件的阵列。该壳体可以是常规的一体式壳体或者蛤壳式(clamshell)、或者其他的两个或更多部分的布置，其中用户输入元件530或按键可以被定位在与显示器520不同的面上。
图6呈现了本发明的各种实施例可以被应用在其中的电子设备600的示例框图。设备600可以是用户设备(UE)、用户器件或装置，诸如移动终端、智能电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、平板计算机或者其他通信设备。
设备600的一般结构包括：用户接口640、包括平行附接的至少两个细长天线元件的通信接口650、处理器610、摄像头670、以及耦合到处理器610的存储器620。设备600进一步包括：被存储在存储器620中并且可操作为被加载到处理器610中并在处理器610中被执行的软件630。软件630可以包括一个或多个软件模块并且能够采用计算机程序产品的形式。设备600进一步包括导电侧部元件660，其被布置到设备600的外壳。导电侧部元件660也可以被集成到设备600的另一元件，例如被集成到盖部部分、主体部分、电路板、用户接口640、或者摄像头670。
处理器610例如可以是中央处理单元(CPU)、微处理器、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元，等等。图6示出了一个处理器610，但是设备600可以包括多个处理器。
存储器620例如可以是非易失性或者易失性存储器，诸如只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、随机访问存储器(RAM)、闪存、数据盘、光学存贮器、磁性存贮器、智能卡，等等。设备600可以包括多个存储器。存储器620可以被构造为设备600的一部分，或者其可以被用户插入到设备600的插槽、端口等之中。例如，存储器620可以服务于存储数据的唯一目的，或者其可以被构造作为设备的服务于其他目的的一部分，诸如处理数据和控制RF开关的块状负载。
用户接口640可以包括用于例如经由键盘、用户设备600的显示器上所示出的图形用户界面、话音辨识电路、或者诸如耳机之类的附属设备从设备600的用户接收输入、并且用于例如经由图形用户界面或扬声器向用户提供输出的电路。用户接口640的显示器可以包括触摸敏感显示器。
通信接口模块650实施至少一部分的无线电传输。通信接口模块650例如可以包括无线接口模块。无线接口可以包括诸如近场通信(NFC)、WLAN、蓝牙、红外(IR)、射频识别(RFID)、GSM/GPRS、CDMA、WCDMA或LTE(长期演进)无线电模块。通信接口模块650可以被集成到用户设备600之中，或者被集成到适配器、卡等之中，卡等可以被插入到设备600的适合插槽或端口之中。通信接口模块650可以支持一种无线电接口技术或者多种技术。设备600可以包括多个通信接口模块650。通信接口模块650包括天线接地平面、第一天线谐振元件、第二天线谐振元件、由与导电侧部元件660邻近的缝隙结构所形成的基于缝隙的天线元件，其中缝隙结构具有缝隙开口端。模块650进一步包括被加载具有多个接地块状负载的至少两个射频(RF)开关，这些开关横跨该基于缝隙的天线元件而被定位并且将该基于缝隙的天线元件划分为从第一缝隙开口端延伸至第一开关的第一分段、从第一开关延伸至第二开关的第二分段、以及从第二开关延伸至第二缝隙开口端的第三分段。第一天线谐振元件电容性地至少耦合至该基于缝隙的天线元件的第一分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件660一起形成操作在第一频率处的第一天线。第二天线谐振元件电容性地至少耦合至该基于缝隙的天线元件的第三分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件660一起形成操作在第二频率处的第二天线。第一和第二频率被配置为基于由第一和第二射频(RF)开关进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。能够使用处理器610、存储器620和程序代码630来完成对开关的控制以选择块状负载。因此，可以对不同的缝隙分段进行调谐，并且此外，设备600的天线系统可以通过改变射频(RF)开关的块状负载而被调谐为在不同的频率处进行操作。设备600在不同频率和系统中的性能和互操作性因此被改进。
本领域的技术人员意识到，除了图6中所示出的元件之外，设备600可以包括其他元件，诸如麦克风、显示器、以及附加电路，诸如输入/输出(I/O)电路、存储器芯片、专用集成电路(ASIC)、用于具体目的的处理电路，诸如源编码/解码电路、信道编码/解码电路、加密/解密电路，等等。另外，设备600可以包括一次性(disposable)或者可充电的电池(未示出)以用于在没有外部电源可用时进行供电。此外，并不是图6的所有元件都强制性地被实施在设备600内，诸如摄像头670。
图7示出了根据本发明的示例实施例的设备中的操作。
在步骤700中，一种用于提供多频带缝隙天线系统、装置和设备的方法开始。在步骤710中，提供天线接地平面。在步骤720中，提供第一天线谐振元件。在步骤730中，提供第二天线谐振元件。在步骤740中，提供基于缝隙的天线元件以由与导电侧部元件邻近的缝隙结构来形成，其中缝隙结构具有缝隙开口端。在步骤750中，提供至少两个被加载具有多个接地块状负载的至少两个射频(RF)开关，这些开关横跨该基于缝隙的天线元件而被定位并且将该基于缝隙的天线元件划分为从第一缝隙开口端延伸至第一开关的第一分段、从第一开关延伸至第二开关的第二分段、以及从第二开关延伸至第二缝隙开口端的第三分段。
第一天线谐振元件电容性地至少耦合至该基于缝隙的天线元件的第一分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件一起形成操作在第一频率处的第一天线。第二天线谐振元件电容性地至少耦合至该基于缝隙的天线元件的第三分段，并且与天线接地平面和导电侧部元件一起形成操作在第二频率处的第二天线。
在步骤760中，第一和第二频率被配置为基于由第一和第二射频(RF)开关进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。在步骤770中，该方法结束。
图8示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的多频带缝隙天线系统和装置100的一些进一步的细节。
在一个实施例中，装置100包括导电外壳元件110，其被配置为用作天线接地平面。该导电外壳元件例如可以是电子设备的金属框架或者导电机架。装置100进一步包括第一天线谐振元件120和第二天线谐振元件130。
由缝隙结构所形成的基于缝隙的天线元件140邻近于细长的导电侧部元件112而被定位，其中缝隙结构具有缝隙开口端141、142。
此外，提供了被加载具有多个接地块状负载的至少两个射频(RF)开关151、152。如图1中所图示的，开关151、152横跨基于缝隙的天线元件140而被定位并且将基于缝隙的天线元件划分为不同分段。
第一天线谐振元件120电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件140的第一分段，并且与导电外壳元件110和导电侧部元件112一起形成操作在第一频率处的第一天线。
第二天线谐振元件130电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件140的第三分段，并且与导电外壳元件110和导电侧部元件112一起形成操作在第二频率处的第二天线。
第一和第二频率被配置为基于由第一和第二射频(RF)开关151、152进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。因此，实现了具有可调谐频率的多频带天线。
在一个实施例中，第二天线谐振元件130电容性地耦合至基于缝隙的天线元件140的第四分段，并且与天线接地平面110一起形成操作在第三频率处的第三天线。
图9示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的具有不同块状负载组件910的射频(RF)开关900的一些进一步的细节。
在一个实施例中，射频(RF)开关900包括被配置为将不同块状负载910切换至接地的切换元件920。块状负载910可以包括不同的电抗负载，这些电抗负载能够经由切换元件920而选择性地被切换至接地。
在一个实施例中，射频(RF)开关900被印刷电路板(PCB)930以及它的基板所支撑。PCB930可以包括诸如铜质层的导电层940，其例如被接地至电子设备的金属机架或者导电外壳。
例如，块状负载910可以包括不同的固定值电感器或电容器。此外，块状负载910可以包括通向接地铜质层940的短接电路。
尽管图9呈现了四个块状组件910，但是这些组件的数目可以变化。块状组件910的第一端连接至切换元件920，并且块状组件910的第二端通过PCB930中的通孔(未示出)而连接至底层处的铜质层940。
射频(RF)开关900进一步包括用于将开关900连接至基于缝隙的天线元件的连接元件950。
图10示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的多频带、多馈电、频率可重配置的缝隙天线系统和装置100的一些进一步的细节。
在一个实施例中，装置100包括天线接地平面110。该天线接地平面例如可以是导电外壳元件110。该导电外壳元件例如可以是电子设备的金属框架或者导电机架。装置100进一步包括第一天线谐振元件120、第二天线谐振元件130和第三天线谐振元件135。
在一个实施例中，天线接地平面可以如图1或图4中所图示的进行实施，其中接地平面被实施在设备内侧。这样的内部接地平面可以连接至导电外壳元件110并且一起或分离地被使用作为接地平面。
由缝隙结构所形成的基于缝隙的天线元件140邻近于细长的导电侧部元件112而被定位，其中缝隙结构具有缝隙开口端141、142。
此外，提供了被加载具有多个接地块状负载的至少两个射频(RF)开关151、152。如图1中所图示的，开关151、152横跨基于缝隙的天线元件140而被定位并且将该基于缝隙的天线元件划分为不同分段。
第一天线谐振元件120电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件140的第一分段，并且与用作天线接地平面的导电外壳元件110和导电侧部元件112一起形成操作在第一频率处的第一天线。第一天线可以是四分之一波长缝隙天线。
第二天线谐振元件130电容性地耦合至基于缝隙的天线元件140的第三和第四分段，并且与导电外壳元件110和导电侧部元件112一起形成操作在第二频率处的第二天线。第二天线可以是双频带四分之一波长缝隙天线。
第三天线谐振元件135电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件140的第二分段，并且与导电外壳元件110和导电侧部元件112一起形成操作在第三频率处的第三天线。第三天线可以是半波长缝隙天线。
第一、第二和第三频率被配置为基于由第一和第二射频(RF)开关151、152进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。因此，实现了具有可调谐频率的多频带天线。
在一个实施例中，两个开关151、152都连接至零电抗块状负载。
图11示出了本发明的各种实施例可以被应用在其中的多频带、多馈电、频率可重配置的缝隙天线系统和装置100的一些进一步的细节。
在一个实施例中，装置100包括导电外壳元件110，其被配置为用作天线接地平面。该导电外壳元件例如可以是电子设备的金属框架或者导电机架。装置100进一步包括第一天线谐振元件120、第二天线谐振元件130和第三天线谐振元件135。
由缝隙结构所形成的基于缝隙的天线元件140邻近于细长的导电侧部元件112而被定位，其中缝隙结构具有缝隙开口端141、142。
在一个实施例中，天线接地平面可以如图1或图4中所图示的进行实施，其中接地平面被实施在设备内侧。这样的内部接地平面可以连接至导电外壳元件110并且一起或分离地被使用作为接地平面。
此外，提供了被加载具有多个接地块状负载的至少五个射频(RF)开关151-155。开关151-155横跨基于缝隙的天线元件140而被定位并且将该基于缝隙的天线元件划分为不同分段。第一分段从第一缝隙开口端141延伸至第一开关151，第二分段从第一开关151延伸至第二开关152，并且第三分段从第二开关152延伸至第二缝隙开口端142。此外，可以提供从第二缝隙开口端142延伸至缝隙闭合端的第四分段。
第一天线谐振元件120电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件140的第一分段，并且与天线接地平面110(例如，导电外壳元件)和导电侧部元件112一起形成操作在第一频率处的第一天线。第一天线可以是四分之一波长缝隙天线。
第二天线谐振元件130电容性地耦合至基于缝隙的天线元件140的第三和第四分段，并且与天线接地平面110(例如，导电外壳元件)和导电侧部元件112一起形成操作在第二频率处的第二天线。第二天线可以是双频带四分之一波长缝隙天线。
第三天线谐振元件135电容性地至少耦合至基于缝隙的天线元件140的第二分段，并且与天线接地平面110(例如，导电外壳元件)和导电侧部元件112一起形成操作在第三频率处的第三天线。第三天线可以是半波长缝隙天线。
第一、第二和第三频率被配置为基于由射频(RF)开关151-155进行开关的块状负载而被调谐在不同的频率处。因此，实现了具有可调谐频率的多频带天线。
在一个实施例中，开关151、152连接至零电抗块状负载。开关153-155连接至所期望的块状负载以对缝隙140的第一、第三和第四分段进行调谐，并且因此也至少对第一天线120和第二天线130以及它们的频率进行调谐。
已经提出了各种实施例。应当意识到，在本文件中，词语“包括”、“包含”和“含有”每个都被使用作为不具有所意图的排他性的开放式表达。
前述描述已经通过本发明的特定实施方式和实施例的非限制性示例提供了发明人目前所预见到的用于执行本发明的最佳模式的完全且富含信息的描述。然而，对本领域的技术人员清楚的是，本发明并不被局限于上文所提出的实施例的细节，而是不偏离本发明的特性，能够在其他实施例中使用等同手段或者以实施例的不同组合来实施它。
此外，上文所公开的本发明的实施例的一些特征可以在没有对其他特征对应使用的情况下被使用。如此，前述描述应该被考虑为仅说明了本发明的原理而并非对其的限制。因此，本发明的范围仅由所附专利权利要求所限定。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
天线接地平面；
导电侧部元件；
第一天线谐振元件；
第二天线谐振元件；
与所述导电侧部元件邻近的由缝隙结构所形成的基于缝隙的天线元件，其中所述缝隙结构具有缝隙开口端；
被加载具有多个接地块状负载的至少两个射频(RF)开关，所述开关横跨所述基于缝隙的天线元件而被定位并且将所述基于缝隙的天线元件划分为从第一缝隙开口端延伸至第一开关的第一分段、从所述第一开关延伸至第二开关的第二分段、以及从所述第二开关延伸至第二缝隙开口端的第三分段；
其中所述第一天线谐振元件电容性地至少耦合至所述基于缝隙的天线元件的所述第一分段，并且与所述天线接地平面和所述导电侧部元件一起形成操作在第一频率处的第一天线；
所述第二天线谐振元件电容性地至少耦合至所述基于缝隙的天线元件的所述第三分段，并且与所述天线接地平面和所述导电侧部元件一起形成操作在第二频率处的第二天线；并且
其中所述第一频率和所述第二频率被配置为基于由所述第一射频(RF)开关和所述第二射频(RF)开关进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述基于缝隙的天线元件进一步被划分为从所述第二缝隙开口端延伸至缝隙闭合端的第四分段；并且
所述第二天线谐振元件电容性地耦合至所述基于缝隙的天线元件的所述第四分段，并且与所述天线接地平面一起形成操作在第三频率处的第三天线。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述第一开关连接至零电抗负载；
所述第一天线谐振元件电容性地耦合至所述基于缝隙的天线元件的第一分段，并且与所述天线接地平面和所述导电侧部元件一起形成操作在第一频率处的第一天线；并且
所述第二天线谐振元件电容性地耦合至所述基于缝隙的天线元件的所述第二分段和所述第三分段，并且与所述天线接地平面和所述导电侧部元件一起形成操作在第二频率处的第二天线；
其中所述第二频率被配置为基于由所述第二射频(RF)开关进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述第二开关连接至零电抗负载；并且
所述第一天线谐振元件电容性地耦合至所述基于缝隙的天线元件的所述第一分段和所述第二分段，并且与所述天线接地平面和所述导电侧部元件一起形成操作在第一频率处的第一天线；
其中所述第一频率被配置为基于由所述第一射频(RF)开关进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处；并且
所述第二天线谐振元件电容性地耦合至所述基于缝隙的天线元件的所述第三分段和所述第四分段，并且与所述天线接地平面和所述导电侧部元件一起形成操作在第二频率和第三频率处的第二天线。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一天线谐振元件与所述第二天线谐振元件之间的耦合通过改变所述块状负载的电抗而被优化。
6.一种电子设备，包括：
天线接地平面；
导电侧部元件；
第一天线谐振元件；
第二天线谐振元件；
与所述导电侧部元件邻近的由缝隙结构所形成的基于缝隙的天线元件，其中所述缝隙结构具有缝隙开口端；
被加载具有多个接地块状负载的至少两个射频(RF)开关，所述开关横跨所述基于缝隙的天线元件而被定位并且将所述基于缝隙的天线元件划分为从第一缝隙开口端延伸至第一开关的第一分段、从所述第一开关延伸至第二开关的第二分段、以及从所述第二开关延伸至第二缝隙开口端的第三分段；
其中所述第一天线谐振元件电容性地至少耦合至所述基于缝隙的天线元件的所述第一分段，并且与所述天线接地平面和所述导电侧部元件一起形成操作在第一频率处的第一天线；
所述第二天线谐振元件电容性地至少耦合至所述基于缝隙的天线元件的所述第三分段，并且与所述天线接地平面和所述导电侧部元件一起形成操作在第二频率处的第二天线；并且
其中所述第一频率和所述第二频率被配置为基于由所述第一射频(RF)开关和所述第二射频(RF)开关进行切换的块状负载而被调谐在不同的频率处。
7.根据权利要求6所述的设备，进一步包括支撑元件，所述支撑元件包括电路板或者所述设备的主体部分。
8.根据权利要求6或7所述的设备，进一步包括外壳，所述外壳包括连接至所述天线接地平面的导电外壳元件。
9.根据权利要求6所述的设备，其中所述导电外壳元件包括被配置为提供所述设备的外表面的部分的细长的外壳元件。
10.根据权利要求7所述的设备，其中所述支撑元件连接至所述天线接地平面。
11.根据权利要求7所述的设备，其中所述支撑元件被布置在所述天线接地平面上方。
12.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一天线谐振元件和所述第二天线谐振元件包括细长的天线谐振元件。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述细长的天线谐振元件彼此平行。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述细长的天线谐振元件平行于所述细长的导电外壳元件。
15.根据权利要求7所述的设备，其中所述第一天线谐振元件和所述第二天线谐振元件附接至所述支撑元件。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述支撑元件包括用于对所述第一天线谐振元件进行馈电的第一馈电点和用于对所述第二天线谐振元件进行馈电的第二馈电点。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的设备，其中所述第一天线谐振元件和所述第二天线谐振元件附接至所述支撑元件的边缘区域。
18.根据权利要求8所述的设备，其中所述导电外壳元件包括所述设备的由金属制成的横杆、机架、板或者侧部框架。
19.根据权利要求6或7所述的设备，其中所述基于缝隙的天线元件进一步被划分为从所述第二缝隙开口端延伸至缝隙闭合端的第四分段；
所述第二天线谐振元件电容性地耦合至所述基于缝隙的天线元件的所述第四分段，并且与所述天线接地平面一起形成操作在第三频率处的第三天线；并且
金属后盖部被放置于所述基于缝隙的天线元件的所述第四分段上方。
20.根据权利要求6或7所述的设备，其中显示器、触摸传感器和信号轨线被放置于所述基于缝隙的天线元件的内侧，以减少与所述基于缝隙的天线元件的干扰。
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