CN105940550B - 具有共享天线结构和平衡-不平衡转换器的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电子设备，该电子设备可具有可用于形成近场通信天线(诸如环形天线)和非近场通信天线(诸如倒F形天线)两者的共享天线结构。该天线结构可包括导电结构，诸如印刷电路或其他电介质基板上的金属迹线、内部金属外壳结构、或其他导电电子设备外壳结构。可通过开口将主谐振元件臂与天线接地部分开。非近场通信天线返回路径和天线馈电路径可跨越该开口。平衡‑不平衡转换器可具有电磁耦接的第一电感器和第二电感器。该第二电感器可具有耦接在近场通信收发器中的差分信号端子两端的端子。该第一电感器可形成近场通信环形天线的一部分。

Description

具有共享天线结构和平衡-不平衡转换器的电子设备
本专利申请要求于2014年3月3日提交的美国专利申请14/195,130的优先权，该美国专利申请据此全文以引用方式并入本文。
背景技术
本发明整体涉及电子设备，并且更具体地涉及用于具有无线通信电路的电子设备的天线。
电子设备诸如便携式计算机和蜂窝电话通常具有无线通信能力。例如，电子设备可使用远程无线通信电路诸如蜂窝电话电路使用蜂窝电话频带进行通信。电子设备可使用短程无线通信电路诸如无线局域网通信电路来处理与附近设备的通信。电子设备也可具有卫星导航系统接收器和其他无线电路诸如近场通信电路。近场通信方案涉及在短距离(通常为20cm或更短)内的电磁耦接通信。
为了满足消费者对小型化无线设备的需求，制造商一直在不懈地努力来实现使用紧凑结构的无线通信电路诸如天线部件。同时，期望无线设备覆盖数量更多的通信频带。例如，可能期望无线设备覆盖近场通信频带，同时覆盖附加非近场(远场)频带，诸如蜂窝电话频带、无线局域网频带、以及卫星导航系统频带。
由于天线可能彼此干扰并且可能干扰无线设备中的部件，所以在将天线装入电子设备时必须小心。此外，必须小心确保设备中的天线和无线电路能够在一系列工作频率范围内表现出令人满意的性能。
因此，希望能够为无线电子设备提供改善的无线通信电路。
发明内容
电子设备可具有形成近场通信天线(诸如环形天线)和非近场通信天线(诸如倒F形天线)两者的天线结构。非近场通信电路诸如蜂窝电话收发器、无线局域网收发器、或其他非近场通信收发器可使用非近场通信天线进行无线通信。近场通信收发器可使用近场通信天线进行无线通信。通过在非近场通信天线和近场通信天线之间共享天线结构的部分可节省电子设备中的空间。
该天线结构可包括导电结构诸如印刷电路或其他电介质基板上的金属迹线、内部金属外壳结构、或导电周边电子设备外壳结构。可通过开口将主谐振元件臂与天线接地部分开。非近场通信天线返回路径和天线馈电路径可跨越该开口。主谐振元件臂、返回路径、馈电路径、以及天线接地部可形成非近场通信天线诸如倒F形天线。非近场通信收发器可耦接到倒F形天线的天线馈电路径。
平衡-不平衡转换器可具有电磁耦接的第一电感器和第二电感器。该第二电感器可具有耦接在近场通信收发器中的差分信号端子两端的端子。该第一电感器可形成近场通信环形天线的一部分，使得平衡-不平衡转换器将非近场通信收发器耦接到环形天线。该环形天线可包括天线接地部的部分、非近场通信天线中的天线谐振元件臂的部分、非近场通信天线中的天线返回路径的部分、非近场通信天线中的天线馈电部的部分、非近场通信天线中的天线调谐路径的部分、或天线结构中的其他信号路径。
附图说明
图1为根据实施方案的具有无线通信电路的示例性电子设备的透视图。
图2为根据实施方案的具有无线通信电路的示例性电子设备的示意图。
图3为根据实施方案的系统的图示，在该系统中，电子设备中的天线结构正被用于使用近场通信和非近场通信与外部电子设备进行无线通信。
图4是根据实施方案的具有天线结构的示例性电子设备的图示。
图5是根据实施方案的具有天线结构的电子设备的图示，该天线结构可用于处理非近场通信和近场通信两者，并且包括以平行于周边导电外壳构件延伸的信号路径耦接到天线返回路径的平衡-不平衡转换器。
图6是根据实施方案的具有天线结构的电子设备的图示，该天线结构可用于处理非近场通信和近场通信两者，并且包括耦接到天线结构中的导电周边电子设备外壳结构的平衡-不平衡转换器。
图7是根据实施方案的具有天线结构的电子设备的图示，该天线结构可用于处理非近场通信和近场通信两者，并且包括耦接到天线返回路径的平衡-不平衡转换器。
图8是根据实施方案的具有天线结构的电子设备的图示，该天线结构可用于处理非近场通信和近场通信两者，并且包括耦接到天线馈电路径的平衡-不平衡转换器。
图9是根据实施方案的具有天线结构的电子设备的图示，该天线结构可用于处理非近场通信和近场通信两者，并且包括耦接到天线调谐路径的平衡-不平衡转换器。
具体实施方式
电子设备可具有无线电路。该无线电路可包括近场通信电路。例如，近场通信发射器-接收机(“收发器”)可使用近场通信天线来发射和接收诸如13.56MHz的频率下的近场电磁信号。近场通信方案涉及间隔开相对短距离(例如20cm或更短)的近场天线之间的近场电磁耦接。该近场通信天线可为环形天线。该无线电路还可包括蜂窝网络收发器电路、无线局域网收发器电路、卫星导航系统电路、或其他非近场通信电路。该非近场通信电路可使用天线来处理700MHz至2700MHz、5GHz的频率或其他适当频率的射频信号。
为了节省电子设备内的空间，近场通信天线和非近场通信天线可由共享天线结构形成。例如，导电电子设备外壳结构、印刷电路和其他基板上的金属迹线、以及电子设备中的其他导电结构可被配置为充当非近场天线和近场天线两者。
图1为可配备有具有在近场通信电路和非近场通信电路之间共享的天线结构的无线电路的类型的示例性电子设备的透视图。该无线通信电路可用于支持多个无线通信频带中的无线通信。该无线通信电路可包括具有环形天线、倒F形天线、带状天线、平面倒F形天线、隙缝天线、包括多于一种类型天线结构的混合天线、或其他合适的天线的天线结构。
如果需要，天线结构可由导电电子设备结构形成。该导电电子设备结构可包括导电外壳结构。该外壳结构可包括围绕电子设备的周边延伸的周边导电构件或其他导电周边电子设备外壳结构。该周边导电外壳结构可充当用于平面结构诸如显示器的框，和/或可形成用于设备的竖直侧壁。
该天线结构可被配置为处理近场通信(例如近场通信频带诸如13.56MHz频带或其他近场通信频带中的通信)和非近场通信(有时被称为远场通信)(诸如蜂窝电话通信、无线局域网通信、和卫星导航系统通信)两者。近场通信通常涉及小于约20cm的通信距离，并且涉及近场天线诸如环形天线之间的磁(电磁)近场耦接。远场通信通常涉及几米或几英里的通信距离。
电子设备10可为便携式电子设备或其他适当的电子设备。例如，电子设备10可为膝上型计算机、平板电脑、稍小的设备(诸如腕表设备、挂件设备、耳机设备、听筒设备或其他可穿戴设备或微型设备)、蜂窝电话或媒体播放器。设备10也可以是电视机、机顶盒、台式计算机、计算机已集成到其中的计算机监视器、电视机、计算机监视器、或其他合适的电子设备。
设备10可包括外壳诸如外壳12。外壳12(有时可被称为壳体)可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料或这些材料的组合形成。在一些情况下，外壳12的部分可由电介质材料或其他低导电率材料形成。在其他情况下，外壳12或构成外壳12的结构中的至少一部分可由金属元件形成。
如果需要，设备10可具有显示器诸如显示器14。显示器14可例如是包含电容式触摸电极的触摸屏。显示器14可包括由发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、等离子单元、电润湿像素、电泳像素、液晶显示器(LCD)部件或其他合适的图像像素结构形成的图像像素。显示器覆盖层诸如覆盖玻璃层或透光塑料层可覆盖显示器14的表面。按钮诸如按钮19可穿过显示器覆盖层或显示器14中的其他外层中的开口。覆盖玻璃还可具有其他开口，诸如用于扬声器端口26的开口。
外壳12可包括周边导电外壳结构16，诸如金属构件或其他导电构件。周边导电外壳结构16可围绕设备10和显示器14的周边延伸。在设备10和显示器14具有矩形形状的构型中，周边导电外壳结构16可具有矩形环形状(作为一个实例)。周边导电外壳结构16或周边导电外壳结构16的一部分可充当显示器14的框(例如，环绕显示器14的所有四个侧面和/或帮助将显示器14固定到设备10的修形装饰(cosmetic trim))。如果需要，周边导电外壳结构16还可形成设备10的侧壁结构(例如，通过形成具有竖直侧壁的带、通过形成具有倒圆侧壁的带等)。如果需要，周边导电外壳结构16诸如外壳侧壁可被形成为是设备10的金属背面外壳壁的集成部分(即，外壳12的背面和边缘可由导电材料诸如金属形成)。
周边导电外壳结构16可包括周边导电构件诸如周边金属构件、周边金属外壳带、或其他周边导电外壳构件，可包括金属显示器框，可包括金属外壳侧壁，或者可包括其他周边导电外壳结构。周边导电外壳结构16(例如金属构件)可由金属诸如不锈钢、铝或其他适当的材料形成。在形成周边导电外壳构件时可使用一个、两个、三个、或多于三个单独的结构，或者金属侧壁可被分成一个、两个、三个或多于三个侧壁区段。
周边导电外壳结构16不一定具有均匀横截面。例如，如果需要，周边导电外壳结构16的顶部(正面)可具有有助于将显示器14保持在适当位置的向内突起的唇缘。如果需要，周边导电外壳结构16的底部部分还可具有加大的唇缘(例如，在设备10的背面的平面内)。在图1的实例中，结构16具有基本上笔直的竖直侧壁。这仅是示例性的。外壳12中的侧壁可为弯曲的或可具有任何其他适当的形状。在一些构型中(例如，在结构16充当显示器14的框的情况下)，结构16可围绕外壳12的唇缘延伸(即，结构16可仅覆盖外壳12的环绕显示器14的边缘，而不覆盖外壳12的侧壁的外壳12的后边缘)。
显示器14可包括导电结构，诸如电容式触摸传感器电极阵列、用于寻址显示像素元件的导电线路、驱动电路等。外壳12可包括内部结构，诸如金属框架构件、跨越外壳12的壁的平面金属片外壳部件(有时被称为中间板)(即，焊接或以其他方式连接在结构16的相对侧之间的基本上呈矩形的构件)、印刷电路板、和其他内部导电结构。这些导电结构可位于显示器14下的外壳12的中心(作为一个实例)。
在区域22和20中，开口(间隙)可在设备10的导电结构内形成(例如，在周边导电外壳结构16和相可形成天线接地部的对的导电结构(诸如导电外壳结构、与印刷电路板相关联的导电接地层、和设备10中的导电电气部件)之间)。这些开口可利用空气、塑料和其他电介质进行填充。设备10中的导电外壳结构和其他导电结构可充当设备10中的天线的接地层。区域20和22中的开口可充当开放式或封闭式隙缝天线中的隙缝，可充当被环形天线中的材料的导电路径环绕的中心电介质区域，可充当将天线谐振元件(例如带状天线谐振元件或倒F形天线谐振元件臂)与接地层分开的间隔，或可以其他方式充当在区域20和22中形成的天线结构的一部分。
一般来讲，设备10可包括任何适当数量的天线(例如，一个或多个、两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个，等等)。设备10中的天线可沿设备外壳的一个或多个边缘定位于伸长的设备外壳的相对的第一端部和第二端部处、定位于设备外壳的中心、定位于其他适当位置、定或位于这些位置中的一个或多个位置。图1中的布置仅为示例性的。
周边导电外壳结构16的部分可具有间隙结构。例如，周边导电外壳结构16可具有一个或多个间隙诸如间隙18，如图1所示的。间隙可利用电介质诸如聚合物、陶瓷、玻璃、空气、其他电介质材料或这些材料的组合进行填充。间隙18可将周边导电外壳结构16分为一个或多个周边导电外壳结构(构件)区段。例如，可存在周边导电外壳构件或其他周边导电外壳结构16的两个区段(例如，在具有两个间隙的布置中)、三个区段(例如，在具有三个间隙的布置中)、四个区段(例如，在具有四个间隙的布置中，等等)。通过这种方式形成的周边导电外壳构件或其他周边导电外壳结构的区段可形成设备10中的天线的部分。
如果需要，设备10可具有上部天线和下部天线(作为一个实例)。例如，上部天线可在区域22中的设备10的上端处形成。例如，下部天线可在区域20中的设备10的下端处形成。这些天线可分别用于覆盖相同的通信频带、重叠的通信频带、或独立的通信频带。该天线可用于实现天线分集方案或多输入多输出(MIMO)天线方案。
设备10中的天线可用于支持感兴趣的任何通信频带。例如，设备10可包括用于支持非近场通信的天线结构，该非近场通信诸如局域网通信、语音和数据蜂窝电话通信、全球定位系统(GPS)通信或其他卫星导航系统通信、
Figure BDA0001063445160000061
通信等。设备10可将相同天线结构的至少一部分用于支持近场通信(例如13.56MHz的通信)。
图2中示出了可用于电子设备10的示例性配置的示意图。如图2所示，电子设备10可包括控制电路诸如存储和处理电路28。存储和处理电路28可包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)，等等。存储和处理电路28中的处理电路可用于控制设备10的操作。该处理电路可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、电源管理单元、音频编解码芯片、专用集成电路等。
存储和处理电路28可用于在设备10上运行软件，诸如互联网浏览应用程序、互联网语音协议(VOIP)电话呼叫应用程序、电子邮件应用程序、媒体回放应用程序、操作系统功能等。为了支持与外部设备进行交互，存储和处理电路28可用于实施通信协议。可使用存储和处理电路28实施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—有时被称为
Figure BDA0001063445160000071
)、用于其他短程无线通信链路的协议(诸如
Figure BDA0001063445160000072
协议、蜂窝电话协议、近场通信协议，等等)。
电路28可被配置为实现对设备10中的天线的使用进行控制的控制算法。例如，电路28可执行信号质量监测操作、传感器监测操作和其他数据采集操作，并且可响应于所采集到的数据和信息(在设备10中将对这些数据和信息使用通信频带)来控制设备10中的哪些天线结构被用于接收和处理数据和/或可调节一个或多个开关、可调谐元件、或设备10中的其他可调节电路，从而调节天线性能。例如，电路28可控制两个或更多个天线中的哪一个天线被用于接收传入射频信号，可控制两个或更多个天线中的哪一个天线被用于发射射频信号，可控制通过设备10中的两个或更多个天线并行地对传入数据流进行路由的过程，可对天线进行调谐以覆盖所需的通信频带，可执行时分复用操作以在近场通信电路和非近场通信电路之间共享天线结构，等等。在执行这些控制操作的过程中，电路28可打开和关闭开关，可开启和关断接收器和发射器，可调节阻抗匹配电路，可配置插入射频收发器电路和天线结构之间的前端模块(FEM)射频电路(例如，用于阻抗匹配和信号路由的过滤和切换电路)中的开关，可调节开关、可调谐电路和被形成为天线的一部分或耦接到天线或与天线相关联的信号路径的其他可调节电路元件，并且可以其他方式来控制和调节设备10的部件。
输入输出电路30可用于允许将数据提供至设备10，并且允许将数据从设备10提供至外部设备。输入输出电路30可包括输入输出设备32。输入输出设备32可包括触摸屏、按钮、操纵杆、点击式转盘、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、扬声器、音频发生器、振动器、相机、传感器、发光二极管和其他状态指示器、数据端口等。用户可通过经由输入输出设备32提供命令来控制设备10的操作，并且可使用输入输出设备32的输出资源从设备10接收状态信息和其他输出。
无线通信电路34可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、无源射频(RF)部件、一个或多个天线以及用于处理RF无线信号的其他电路形成的RF收发器电路。无线信号也可使用光(例如，使用红外通信)而被发送。
无线通信电路34可包括卫星导航系统接收器电路，诸如全球定位系统(GPS)接收器电路35(例如，用于接收1575MHz的卫星定位信号)、或与其他卫星导航系统相关联的卫星导航系统接收器电路。
无线通信电路34中的无线局域网收发器电路36可处理用于
Figure BDA0001063445160000081
(IEEE 802.11)通信的2.4GHz和5GHz频带，并且可处理2.4GHz
Figure BDA0001063445160000082
通信频带。
电路34可使用蜂窝电话收发器电路38来处理蜂窝电话频带(诸如在约700MHz至约2700MHz的频率范围内的频带或更高或更低频率的频带)中的无线通信。
无线通信电路34可包括近场通信电路42。该近场通信电路42可处理频率诸如13.56MHz近场通信频率或感兴趣的其他近场通信频率下的近场通信。
不涉及近场通信的电路44诸如卫星导航系统接收器电路35、无线局域网收发器电路36、和蜂窝电话收发器电路38有时可被称为非近场通信电路或远场通信电路。
天线结构40可由非近场通信电路44和近场通信电路42共享。
如果需要，通信电路34可包括用于其他短程无线链路和长程无线链路的电路。例如，无线通信电路34可包括用于接收广播信号和电视信号的无线电路、寻呼电路等等。在近场通信中，无线信号通常在短于20cm的距离上传输。在
Figure BDA0001063445160000083
和
Figure BDA0001063445160000084
链路以及其他短程无线链路中，无线信号通常用于在几十或几百英尺范围内传输数据。在蜂窝电话链路和其他远程链路中，无线信号通常用于在几千英尺或英里范围内传送数据。
无线通信电路34可包括天线结构40。天线结构40可包括一个或多个天线。可使用任何合适的天线类型来形成天线结构40。例如，天线结构40可包括具有谐振元件的天线，该天线由环形天线结构、贴片天线结构、倒F形天线结构、封闭式和开放式隙缝天线结构、平面倒F形天线结构、螺旋形天线结构、带状天线、单极天线、偶极天线以及这些设计的混合形式等形成。不同类型的天线可用于不同的频带和频带的组合。例如，一种类型的天线可用于形成本地无线链路天线，而另一种类型的天线可用于形成远程无线链路。
为了将近场通信容纳在设备外壳12的可能局促的界限内，天线结构40可在非近场通信电路44和近场通信电路42之间共享。当例如期望发射和接收蜂窝电话信号或其他非近场通信时，天线结构40可由蜂窝电话收发器电路38或其他非近场收发器电路44使用。当期望发射和接收近场通信信号时，天线结构40可由近场通信电路42使用。
图3是示出天线结构40可如何被近场通信电路42和非近场通信电路44共享的示意图。如图3所示，电子设备10包括控制电路28和输入输出设备32。控制电路28可使用输入输出设备32来向用户提供输出以及接收输入。控制电路28可使用无线收发器电路50和天线结构40来通过包括用于非近场通信和近场通信的频带的一个或多个无线通信频带与外部设备进行通信。
近场通信电路42和非近场通信电路44可耦接到天线结构40。近场通信电路42(例如近场通信收发器)使用天线结构40来通过近场通信链路64与外部近场通信设备58进行通信。非近场通信电路诸如射频收发器电路44使用天线结构40来通过非近场通信无线链路56与蜂窝电话网络、无线局域网、或其他远场(非近场)无线网络设备54进行通信。
外部设备诸如外部设备58可经由磁感应来与近场通信电路42进行通信。设备58可包括受控制电路60控制的环形天线诸如环形天线62。环形天线62和由天线结构40形成的环形天线可在环形天线62与结构40中的环形天线彼此处于适当的近距离内诸如20cm或更近时电磁耦接以支持近场无线通信，如图3的近场通信信号64所示的。
设备10可使用近场通信电路42和天线结构40(例如天线结构40的近场通信环形天线部分)来使用被动通信或主动通信与外部近场通信设备58进行通信。在被动通信中，设备10可使用近场通信电路42和天线结构40来对来自设备58的电磁信号64进行调制。在主动通信中，近场通信电路42和天线结构40可向外部设备58发射射频电磁信号64。
为了为天线结构40提供覆盖感兴趣的通信频率的能力，天线结构40可配备有电路诸如滤波器电路(例如一个或多个被动滤波器和/或一个或多个可调谐滤波器电路)。分立部件诸如电容器、电感器、和电阻器可并入到滤波器电路中。电容结构、电感结构、和电阻结构也可由图案化的金属结构(例如天线的一部分)形成。
如果需要，天线结构40可配备有可调节电路诸如可调谐电路52。可调谐电路52可由来自控制电路28的控制信号控制。例如，只要期望对天线结构40进行调谐以覆盖所期望的通信频带(例如所期望的非近场通信频带)，控制电路28便可在设备10的操作期间经由控制路径66向可调谐电路52供应控制信号。路径68可用于在控制电路28和收发器电路50之间传送数据。
天线结构40中的被动滤波器电路可帮助天线结构40在感兴趣的通信频带中表现出天线谐振(例如，天线结构40中的被动滤波器电路可将天线结构40的不同部分短接在一起和/或可在天线结构40的不同部分之间形成开路或其他阻抗通路，以确保产生所期望的天线谐振)。
收发器电路50可通过信号路径诸如信号路径70和72耦接到天线结构40。信号路径70和72可包括传输线、导电外壳结构的部分、接地层结构、印刷电路上的迹线、或其他导电路径。
由部件诸如电感器、电阻器、和电容器形成的阻抗匹配电路可用于将天线结构40的阻抗匹配到耦接到天线结构40的传输线结构的阻抗。滤波器电路也可提供于传输线结构和/或天线结构40中。匹配网络部件可作为分立部件(例如表面安装技术部件)来提供，或者可由外壳结构、印刷电路板结构、塑料载体上的迹线等等形成。诸如这些部件也可用于形成天线结构40中的被动滤波器电路和天线结构40中的可调谐电路52。
传输线可耦接在收发器44和与天线结构40相关联的天线馈电结构之间。例如，天线结构40可形成非近场通信天线，诸如具有天线馈电部的倒F形天线，该天线馈电部具有正天线馈电端子和接地天线馈电端子。正传输线导体可耦接到正天线馈电端子，并且接地传输线导体可耦接到接地天线馈电端子。如果需要，可使用其他类型的天线馈电布置结构来将非近场通信收发器44耦接到天线结构40。
近场通信电路42可使用平衡-不平衡转换器耦接到天线结构40。近场通信电路42可具有差分输出。平衡-不平衡转换器可将来自电路42的差分输出(以彼此为参照的信号)转换为单端信号(以地为参照的信号)，以用于对由天线结构40形成的近场通信天线进行馈电。
可调谐电路52可由一个或多个可调谐电路诸如基于电容器、电阻器、电感器、和开关的电路形成。可调谐电路52和天线结构40中的滤波器电路可使用被安装到印刷电路的分立部件来实施，该印刷电路诸如刚性印刷电路板(例如由玻璃充填的环氧树脂形成的印刷电路板)或由聚酰亚胺片或其他柔性聚合物层、塑料载体、玻璃载体、陶瓷载体、或其他电介质基板形成的柔性印刷电路。在设备10的操作期间，控制电路28可在路径66上发出命令来调节可调谐电路52中的开关、可变部件、和其他可调节电路，由此对天线结构40进行调谐。如果需要，可调谐电路52可包括一个或多个电感器。可使用开关电路来选择性地将所期望数量的电感器切换为处于使用中。通过这样改变可调谐电路52的电感，可将天线结构40调谐为覆盖所期望的通信频带。可调谐电路52还可包括利用切换电路选择性地被切换为处于使用中以对天线结构40进行调谐的一个或多个电容器。可使用具有可调节电容器和电感器的可调谐电路来进行电容调节和电感调节，和/或可在对天线结构40进行调谐时过程中使用可单独调节的电容器电路和电感器电路。
天线结构40可用于形成基于倒F形天线设计的非近场天线或者具有其他设计的天线结构。图4示出了结合倒F形天线结构40的电子设备10的示例性配置。如图4所示，天线结构40可包括倒F形天线谐振元件76和天线接地部88。天线接地部88可由柔性印刷电路上的地线、刚性印刷电路板上的地线、其他电介质载体上的金属迹线、电子设备外壳的部分诸如金属中间板结构或内部框架结构、导电结构诸如设备10中电气部件的金属部分、或其他导电结构形成。倒F形天线谐振元件76可由周边导电外壳结构16的区段(例如围绕显示器14的金属带或其他金属构件的区段等等)、其他金属外壳结构、设备10中的电子部件的金属部分、印刷电路基板、塑料载体或其他电介质基板上的金属迹线、或其他导电结构形成。
天线谐振元件76可包括主天线谐振元件臂78(例如相应周边导电外壳结构间隙诸如间隙18-1和18-2之间的周边导电外壳结构16的区段)。主天线谐振元件臂78可具有一个或多个分支。例如，臂78可具有用于产生低通信频带谐振的低频带臂LB和用于产生高通信频带谐振的高频带臂HB。高频带分支HB的末端部分94可通过间隙18-2与接地层88分开，并且可具有相关联的电容C2。低频带分支LB的末端部分92可通过间隙18-1与接地层88分开，并且可具有相关联的电容C1。邻接间隙18-1和18-2的金属结构的尺寸和形状可被配置为调节C1和C2的值，并由此调节天线性能。如果需要，可选的电感器可跨越间隙18-1和18-2(例如以调节天线频率响应和/或提供用于形成近场通信环形天线的电流路径)。
臂78可通过电介质填充的开口诸如间隙90与接地层88分开。间隙90可包含塑料、玻璃、陶瓷、空气、或其他电介质材料。天线结构40的非近场通信天线中的非近场通信天线返回路径80可桥接间隙90。非近场通信天线馈电路径82可与返回路径80并行地桥接间隙90。天线馈电端子诸如正天线馈电端子84和接地天线馈电端子86可在天线馈电路径82内形成非近场通信天线馈电部。天线返回路径80和天线馈电路径82的导电结构可由印刷电路上的金属迹线、塑料载体上的金属迹线、导电外壳结构、或设备10中的其他导电结构形成。
图3的阻抗匹配电路、滤波器电路、和调谐电路52可插入桥接间隙90的路径诸如路径80、馈电路径82、或一个或多个并行的调谐路径中，可桥接天线谐振元件76的主天线谐振元件臂78的末端处的间隙诸如间隙18-1和18-2，可形成在天线谐振元件76的其他部分中，和/或可并入到接地结构诸如天线接地部88中。
为了在设备10中支持近场通信，设备10优选包括近场通信天线。可通过将一些或全部天线结构40充当蜂窝电话天线或其他非近场通信天线和近场通信天线两者来节省空间。例如，设备10的近场通信天线(例如图2的近场通信电路42用于支持通过链路64与外部设备58进行通信的天线)可利用图4的天线结构的部分诸如天线谐振元件76和天线接地部88的部分来形成。通过在近场天线和非近场天线之间共享导电天线结构可使重复的导电结构最小化并且可节省设备10内的天线体积。
图5示出了可在设备10中用于允许天线结构40充当近场通信天线和非近场通信天线两者的示例性构型。在图5所示的示例性构型中，天线结构40包括天线谐振元件76和天线接地部88。天线谐振元件76的天线谐振元件臂78通过间隙90与天线接地部88分开。路径80与天线馈电路径82并行地跨越间隙90。正天线馈电端子84和接地天线馈电端子86形成耦接到非近场通信电路44(例如非近场通信收发器，诸如蜂窝电话收发器、无线局域网收发器等)的天线馈电部。接地天线馈电端子86耦接到天线接地部88。如果需要，电路诸如阻抗匹配电路102和滤波器100可并入到天线结构40中(例如并入到天线馈电路径82中或者结构40中的其他地方)。当期望用天线结构40发射和/或接收非近场通信信号时，天线谐振元件臂78、天线返回路径80、天线馈电路径82、和天线接地部88(并且如果需要，还有其他结构)充当由非近场通信电路44使用的非近场通信天线(即倒F形天线)。
近场通信电路42(例如工作于13.56MHz或其他适当的近场通信频率下的近场通信收发器)可使用平衡-不平衡转换器108耦接到天线结构40。近场通信电路42可具有耦接到天线接地部88的接地端子120。电路42的端子116和118形成一对差分信号端子。该差分信号端子耦接到平衡-不平衡转换器108。
该平衡-不平衡转换器108可包含耦接的电感器114和112。电感器114和112可通过近场电磁耦接来耦接(即电感器114和112形成变压器并且进行磁耦接)。电感器114可具有耦接到近场通信电路42的正端子116(+V)的第一端子，并且可具有耦接到近场通信电路42的负端子118(-V)的第二端子。电感器112可具有耦接到天线接地部88的第一端子诸如端子110。电感器112还可具有将电感器112耦接到可选的匹配电路106和电感器104的第二端子诸如端子122。匹配电路106可用于阻抗匹配。电感器104可用于在充当近场通信天线时帮助对天线结构40的性能进行调谐。导电路径98(例如平行于臂78而延伸和/或包括臂78的部分的路径)用于将电感器104耦接到天线返回路径80上的节点96。
在近场通信电路42的操作期间，由包括电感器112、电路106和104、路径98、返回路径80、和天线接地部88的信号路径形成的近场通信天线发射和接收端子116和118上的差分信号。该信号路径形成支持天线电流的回路。因此，图5的近场通信天线有时被称为环形天线。在近场通信期间，环形天线携带回路电流，如由回路电流124所示的。该回路电流与近场电磁信号(参见例如图3的无线信号64)相关联。平衡-不平衡转换器108充当差分－单端转换器将出现在差分端子116和118两端的差分信号转换为流过天线结构40中的近场通信天线的单端回路电流信号124(即由平衡-不平衡转换器电感器112、可选的匹配电路106和可选的滤波器电路100、路径98、返回路径80、和天线接地部88形成的回路)。
如图5的实例所示，天线结构40的部分诸如返回路径80以及天线接地部88和其他结构40的部分可在非近场通信天线(例如倒F形天线)和近场通信天线(例如环形天线)之间共享，由此帮助使设备10的天线体积最小化。
图6示出了允许天线结构40充当非近场通信天线(诸如倒F形天线)和近场通信天线(诸如环形天线)两者的天线结构40的另一种示例性构型。在图6的示例性布置结构中，非近场通信电路38耦接到由天线谐振元件76和天线接地部88形成的倒F形天线的天线馈电路径82中的天线馈电端子84和86。这允许天线结构40在期望利用电路44发射和接收非近场通信信号时充当非近场通信天线。近场通信电路42使用平衡-不平衡转换器108耦接到天线结构40。平衡-不平衡转换器108包括电感器114和112。电感器114连接到电路42中的一对差分信号端子。电感器112的端子110耦接到天线接地部88。电感器112还具有耦接到节点128的相对端子。电容器136或用于对天线结构40的响应进行调谐的其他电路可耦接在节点128和端子130之间。端子130可连接到天线接地部88。电感器132或用于对天线结构40的响应进行调谐的其他电路可耦接在节点128和天线谐振元件臂78上的端子134之间。天线谐振元件臂78可由周边导电外壳结构16的区段形成。当使用近场通信电路42工作于近场通信模式中时，图6的天线结构40形成处理近场通信信号诸如回路电流124的环形天线。环形天线由包括平衡-不平衡转换器电感器112、电感器132、端子134与返回路径80之间的臂78的区段(例如端子134与返回路径80之间的周边导电外壳结构16的区段)、返回路径80、和天线接地部88的环形信号路径形成。
在图7的示例性构型中，平衡-不平衡转换器108用于在非近场通信天线返回路径80中将近场通信电路42耦接到天线结构40。如图7所示，平衡-不平衡转换器108包括耦接在近场通信电路42的差分信号端子上的电感器114，并且包括插入返回路径80中且电磁耦接到电感器114的电感器112。电感器140具有在节点142处耦接到天线谐振元件臂78(例如周边导电外壳结构16)的第一端子和在节点144处耦接到天线接地部88的第二端子。电感器140跨越间隙18-1。在非近场通信频率下，电感器140的阻抗高(即电感器140形成开路)。在较低频率诸如与近场通信相关联的那些频率下，电感器140形成电耦接节点142和144的短路。
当期望使用近场通信电路42利用天线结构40发射和/或接收近场通信信号时，回路电流诸如回路电流124流过由电感器112、返回路径80、返回路径80与节点142之间的臂78的一部分、跨越间隙18-1的电感器140、和天线接地部88的一部分形成的近场通信环形天线。当期望使用非近场通信电路44利用天线结构40发射和/或接收非近场通信信号时，可使用非近场通信天线馈电路径82中的端子84和86对结构40进行馈电。
图8是示出可用于天线结构40的示例性构型的电子设备10的图示，其中平衡-不平衡转换器108将近场通信电路42耦接到馈电路径82。如图8所示，近场通信天线诸如倒F形天线的天线谐振元件76可由天线谐振元件臂78、非近场通信天线返回路径80、和非近场通信天线馈电路径82形成。非近场通信电路44可耦接到由天线馈电路径82中的正天线馈电端子84和接地天线馈电端子86形成的天线馈电部。
图8的平衡-不平衡转换器108可包括耦接在近场通信电路42中的一对差分信号端子(+V,-V)两端的电感器114。平衡-不平衡转换器108还可包括电感器112。电感器112和114可被电磁耦接。如图8所示，平衡-不平衡转换器108的电感器112可插入天线馈电路径82内。特别地，电感器112可跨越天线馈电端子84和86。电感器112的第一端子可耦接到正天线馈电端子84，并且电感器112的第二端子可耦接到接地天线馈电端子86。
在相对较高的非近场通信频率(例如在蜂窝频率、无线局域网频率等)下，电感器112的阻抗将会较高，并且将在端子84和86之间形成开路。这允许天线结构40充当非近场通信天线(即由谐振元件76和天线接地部88形成的倒F形天线)，以用于处理与非近场通信电路44相关联的无线通信。在较低频率诸如与近场通信频率相关联的那些频率下，电感器112的阻抗将会较低，从而在端子84和86之间形成短路。这允许结构40形成近场通信环形天线，以用于处理使用近场通信电路42发射和/或接收的近场通信信号。环形天线可支持回路电流诸如回路电流124A和/或126A。例如，环形天线可由电感器112、天线馈电路径82、臂78的部分、返回路径80、和天线接地部88形成以支持回路电流124A，和/或环形天线可由电感器112、天线馈电路径82、臂78的部分、跨越间隙18-1的可选的电感器140、和天线接地部88形成。
如果需要，平衡-不平衡转换器108可用于使用天线调谐路径诸如图9的天线调谐路径150的部分将近场通信电路42耦接到天线结构40。在图9所示的示例性构型中，天线结构40包括天线谐振元件76和天线接地部88。非近场通信电路44耦接到天线馈电路径82中的端子84和86。近场通信电路42使用平衡-不平衡转换器108耦接到天线结构40。平衡-不平衡转换器108包括具有耦接在近场通信电路42中的一对差分信号端子两端的端子的电感器诸如电感器114。平衡-不平衡转换器108还具有电磁耦接到电感器114的电感器诸如电感器112。在图9的实例中，电感器112具有耦接到天线接地部88的第一端子和耦接到天线调谐路径150中的可调谐电路152的第二端子。
在工作于非近场通信模式期间，天线结构40使用倒F形天线谐振元件76和天线接地部88形成倒F形天线。路径80在倒F形天线谐振元件76的主谐振元件臂78和天线接地部88之间形成倒F形天线返回路径。天线馈电路径82与返回路径80并行地耦接在间隙90两端。天线调谐路径150包括可调谐电路152(例如可调谐电感器、电容器等)。可调谐电路152可由控制电路28调谐，以实时地调节倒F形天线的性能(例如对倒F形天线的谐振进行调谐以覆盖感兴趣的通信频带)。在图9的实例中，天线调谐路径150与返回路径80和馈电路径82并行地耦接在间隙90上。这仅是示例性的。如果需要，可调谐电路152可被并入在天线结构40内的其他地方。
在工作于近场通信模式期间，天线结构40形成用于支持近场通信信号的环形天线。环形天线可由调谐路径150(即电感器112和可调谐电路152)、谐振元件臂78、返回路径80、和天线接地部88形成，如回路电流路径124A所示，和/或可由调谐路径150(即电感器112和可调谐电路152)、臂78、跨越间隙18-1的电感器140、和天线接地部88形成，如回路电流路径124B所示。环形天线也可由调谐路径150(即电感器112和可调谐电路152)、臂78、馈电路径82、和天线接地部88形成(例如通过将电感器并入到路径82中跨在端子84和86上，如结合图8所述)。也可使用支持形成在非近场通信天线馈电端子84和86处耦接到非近场通信电路44的非近场通信天线并且支持形成通过平衡-不平衡转换器108耦接到近场通信电路42的近场通信环形天线的天线结构40的其他构型。图5、6、7、8和9的构型仅为示例性的。此外，如果需要，可将附加电路部件(例如固定的和/或可调谐的电容器和电感器等)插入天线结构40中。
根据一个实施方案，提供了一种电子设备，其包括天线结构、耦接到天线结构的非近场通信电路、近场通信电路、以及将近场通信电路耦接到天线结构的平衡-不平衡转换器。
根据另一实施方案，天线结构包括倒F形天线谐振元件臂和天线接地部。
根据另一实施方案，近场通信电路使用由天线结构形成的环形天线来处理近场通信，并且环形天线包括天线接地部的一部分。
根据另一实施方案，非近场通信电路使用由倒F形天线谐振元件臂和天线接地部形成的倒F形天线来处理非近场通信。
根据另一实施方案，倒F形天线包括耦接在倒F形天线谐振元件臂和天线接地部之间的天线馈电路径，并且包括耦接在倒F形天线谐振元件臂和天线接地部之间的天线返回路径。
根据另一实施方案，环形天线包括倒F形天线谐振元件臂的一部分。
根据另一实施方案，环形天线包括天线返回路径的一部分。
根据另一实施方案，环形天线包括天线馈电路径的一部分。
根据另一实施方案，天线馈电路径具有由正天线馈电端子和接地天线馈电端子形成的天线馈电部，并且电感器耦接在正天线馈电端子和接地天线馈电端子之间。
根据另一实施方案，平衡-不平衡转换器具有电磁耦接的第一电感器和第二电感器，并且耦接在正天线馈电端子和接地天线馈电端子之间的电感器是第一电感器。
根据另一实施方案，近场通信电路具有第一差分信号端子和第二差分信号端子，并且第二电感器耦接在第一差分信号端子和第二差分信号端子之间。
根据另一实施方案，所限定的电子设备包括倒F形天线中的对倒F形天线进行调谐的天线调谐路径，环形天线包括该调谐路径的一部分。
根据另一实施方案，电子设备包括周边导电外壳结构，倒F形天线谐振元件臂由周边导电外壳结构的一部分形成。
根据另一实施方案，周边导电外壳结构通过开口与天线接地部分开，该开口被将倒F形天线谐振元件臂连接到天线接地部的天线返回路径跨越，并且天线谐振元件臂具有通过周边导电外壳结构中的间隙与天线接地部分开的末端。
根据一个实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括形成非近场通信天线的天线谐振元件和天线接地部、耦接到非近场通信天线的非近场通信电路、近场通信电路、和耦接到近场通信电路的平衡-不平衡转换器，该非近场通信电路使用非近场通信天线进行无线通信，该平衡-不平衡转换器包括电感器，该近场通信电路使用近场通信天线进行无线通信，并且近场通信天线由电感器、天线谐振元件的一部分、和天线接地部的一部分形成。
根据另一实施方案，天线谐振元件包括倒F形天线谐振元件。
根据另一实施方案，电子设备包括导电电子设备外壳结构，天线谐振元件至少部分地由导电电子设备外壳结构形成。
根据另一实施方案，电感器插入耦接在天线接地部与天线谐振元件中的谐振元件臂之间的天线返回路径中。
根据另一实施方案，电感器插入连接到天线返回路径的路径中，并且天线返回路径耦接在天线接地部与天线谐振元件中的谐振元件臂之间。
根据另一实施方案，电感器耦接在天线谐振元件中的包含可调节天线调谐电路的路径中。
根据另一实施方案，非近场通信电路包括蜂窝电话收发器，并且非近场通信天线包括耦接到蜂窝电话收发器的天线馈电部。
根据一个实施方案，提供了一种装置，该装置包括天线接地部、通过开口与接地部分开的导电周边电子设备外壳结构、跨越开口的非近场通信天线返回路径、跨越开口的非近场通信天线馈电路径、具有第一电感器并且具有电磁耦接到第一电感器的第二电感器的平衡-不平衡转换器、和包括第一电感器和天线接地部的近场通信环形天线，该天线接地部、导电周边电子设备外壳结构、非近场通信天线返回路径、和非近场通信天线馈电路径形成非近场通信天线。
根据另一实施方案，该装置包括耦接到非近场通信天线馈电路径的蜂窝电话收发器、以及具有耦接到第二电感器的相应第一端子和第二端子的第一差分信号端子和第二差分信号端子的近场通信收发器。
以上内容仅仅是说明性的，本领域的技术人员可以在不脱离所述实施方案的范围和实质的情况下作出各种修改。上述实施方案可单独实施或可以任意组合实施。

Claims (17)

1.一种电子设备，包括：
天线结构，包括倒F形天线，所述倒F形天线具有谐振元件臂、天线接地部、天线馈电路径以及耦接在所述谐振元件臂和所述天线接地部之间的天线返回路径；
耦接到所述天线结构的非近场通信电路；
近场通信电路，其中所述近场通信电路使用由所述天线结构形成的环形天线来处理近场通信，所述环形天线包括所述倒F形天线的所述天线返回路径的一部分；和
将所述近场通信电路耦接到所述天线结构的平衡-不平衡转换器。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述环形天线还包括所述天线接地部的一部分。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述非近场通信电路使用所述倒F形天线来处理非近场通信。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述天线馈电路径耦接在所述谐振元件臂和所述天线接地部之间。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述环形天线还包括所述倒F形天线的所述谐振元件臂的一部分。
6.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述环形天线还包括所述天线馈电路径的一部分。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其中所述天线馈电路径具有由正天线馈电端子和接地天线馈电端子形成的天线馈电部，并且其中电感器耦接在所述正天线馈电端子和所述接地天线馈电端子之间，其中所述平衡-不平衡转换器具有电磁耦接的第一电感器和第二电感器，并且其中耦接在所述正天线馈电端子和所述接地天线馈电端子之间的电感器为所述第一电感器，其中所述近场通信电路具有第一差分信号端子和第二差分信号端子，并且其中所述第二电感器耦接在所述第一差分信号端子和所述第二差分信号端子之间。
8.根据权利要求4所述的电子设备，还包括所述倒F形天线中的对所述倒F形天线进行调谐的天线调谐路径，其中所述环形天线包括所述调谐路径的一部分。
9.根据权利要求1所述的电子设备，还包括周边导电外壳结构，其中所述倒F形天线的所述谐振元件臂由所述周边导电外壳结构的一部分形成，其中所述周边导电外壳结构通过开口与所述天线接地部分开，所述开口被将所述倒F形天线的所述谐振元件臂连接到所述天线接地部的天线返回路径跨越，并且其中所述谐振元件臂具有通过所述周边导电外壳结构中的间隙与所述天线接地部分开的末端。
10.一种电子设备，包括：
形成非近场通信天线的天线谐振元件和天线接地部，其中所述天线谐振元件包括倒F形天线谐振元件，并且所述倒F形天线谐振元件包括谐振元件臂以及耦接在所述谐振元件臂与所述天线接地部之间的天线返回路径；
耦接到所述非近场通信天线的非近场通信电路，其中所述非近场通信电路使用所述非近场通信天线进行无线通信；
近场通信电路；和
耦接到所述近场通信电路的平衡-不平衡转换器，其中所述平衡-不平衡转换器包括电感器，其中所述近场通信电路使用近场通信天线进行无线通信，并且其中所述近场通信天线由所述电感器、所述倒F形天线谐振元件的所述天线返回路径的一部分、以及所述天线接地部的一部分形成。
11.根据权利要求10所述的电子设备，还包括导电电子设备外壳结构，其中所述天线谐振元件至少部分地由所述导电电子设备外壳结构形成。
12.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述电感器插入在所述天线返回路径中。
13.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述电感器插入在连接到天线返回路径的路径中。
14.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述电感器耦接在所述天线谐振元件中的包含可调节天线调谐电路的路径中。
15.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述非近场通信电路包括蜂窝电话收发器，并且其中所述非近场通信天线包括耦接到所述蜂窝电话收发器的天线馈电部。
16.一种电子装置，包括：
天线接地部，
通过开口与所述天线接地部分开的导电周边电子设备外壳结构，其中所述导电周边电子设备外壳结构形成天线谐振元件臂的至少一部分；
跨越所述开口的非近场通信天线返回路径，其中所述非近场通信天线返回路径耦接在所述天线接地部与所述导电周边电子设备外壳结构之间；
跨越所述开口的非近场通信天线馈电路径，其中所述天线接地部、所述导电周边电子设备外壳结构、所述非近场通信天线返回路径、和所述非近场通信天线馈电路径形成非近场通信天线；
具有第一电感器并且具有电磁耦接到所述第一电感器的第二电感器的平衡-不平衡转换器；和
包括所述第一电感器、所述非近场通信天线返回路径的一部分和所述天线接地部的近场通信环形天线。
17.根据权利要求16所述的电子装置，还包括：
耦接到所述非近场通信天线馈电路径的蜂窝电话收发器；和
具有耦接到所述第二电感器的相应第一端子和第二端子的第一差分信号端子和第二差分信号端子的近场通信收发器。
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