CN106058432A - 具有单片金属壳体的超薄设备的天线链接 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有单片金属壳体的超薄设备的天线链接。增强型便携式通信设备包括具有一体化天线的单片金属背板。在实施例中，单片金属背板包括四个一体化天线，在设备的每一端处形成天线对。该设备的印刷电路板(PCB)被配置成电容地或在实施例中经由直接馈电驱动天线中的一个或多个。

Description

具有单片金属壳体的超薄设备的天线链接

技术领域

本公开一般地涉及移动电子设备结构，并且更具体地，涉及用于链接到具有一体化天线的单片金属壳体设计的设备中的一个或多个天线的系统和方法。

背景技术

为了向消费者提供更优质的电子设备，蜂窝电话制造商越来越多地使用由金属合金制造的外部装饰壳体。然而，在于高性能电话或“智能电话”中将金属用于外部壳体，当前需要复杂的制造技术。例如，一种用于在保持当前天线技术所需要的电气隔离的同时提供金属外壳的技术需要制造商形成具有多个片的分段金属壳体，该多个片通过塑料树脂连在一起。具体地，金属中的塑料分隔件(plastic division)允许单独的外部金属片用作天线，同时保持彼此之间和/或与接地金属片的分离。

尽管该技术可以提供所需要的电气隔离，但是这是以设备的完整性为代价的。需要有效的金属与塑料联锁几何结构来保持塑料和金属不分离，并且多个金属分隔件在装饰方面是不期望的。此外，仅可以使用某些塑料牌号(grade)，因为塑料通常必须经受后续加工步骤，诸如模制模、阳极氧化等。该对可用塑料的局限性还可能限制设备的其他方面，诸如颜色。此外，当塑料分隔件穿过设备的整个宽度时，双壁部分(金属加塑料)对设备的厚度产生贡献。

最后，将认识到这些设备通常要求I/O(输入/输出)端口落在功能天线元件的中间。该布置不仅物理上破坏天线元件，而且还导致了在天线元件和端口之间的耦合，要求采用其他预防措施。

某些其他设备使用外围金属壳体来代替全金属后壳。然而，该结构没有解决上述缺陷。例如，这些设备中的壳体的角通常用作天线，并且因此，需要四个或更多个非导电材料的外围间隔件(separator)来隔离这四个天线。

尽管本公开针对能消除该背景部分中提到的一些缺点的系统，但是应当认识到，任何这些优点不是对所公开的原理或所附权利要求的范围的限制，除了在权利要求中明确指出的程度上。此外，该背景技术部分中的技术的论述反映了发明人自己的观察、考虑和想法，并且绝不旨在准确地列入或全面概述现有技术。这样，关于所述的细节，发明人明确地否认该部分为对于所讨论的细节的公认或假定的现有技术。此外，本文对动作的期望过程的认识反映了发明人自己的观察和想法，而不应当假定指示本领域公认的愿望。

附图说明

尽管所附权利要求具体阐述了本技术的特征，但是可以从下述结合附图的详细描述，更好地理解这些技术以及其目的和优点：

图1是有关可以实现本公开的原理的实施例的示例性组件集的简化示意图；

图2是在实现所述原理的实施例中可使用的单片金属背板的平面图；

图3是根据所述原理的实施例的进一步包括天线间隔物(spacer)的图2的单片金属背板的平面图；

图4是根据所述原理的实施例的进一步包括其他元件的图2和图3的单片金属背板的平面图；

图5是根据所公开的原理的实施例的进一步包括加强肋的图2-4的单片金属背板的立体图；

图6是根据所公开的原理的实施例的图2-4的单片金属背板以及组装之前的主印刷电路板和平板天线载体的立体图；

图7是根据所公开的原理的实施例的安装有印刷电路板和电池的图2-4的单片金属背板的立体图；

图8是进一步示出根据所公开的原理的实施例的安装的平板天线载体的图7的组件的立体图；

图9是示出印刷电路板上的天线耦合迹线的实施例中的印刷电路板的角的放大视图；

图10是示出根据所公开的原理的实施例的定位特征的背板和印刷电路板的部分立体图；

图11是根据所公开的原理的实施例的直接天线连接机制的立体图和耦合截面图；

图12是示出根据所公开的原理的实施例的平板天线载体的安装的部分立体图的集合；以及

图13是示出根据所公开的原理的实施例的卡扣到壳体中的平板天线载体的部分截面图。

具体实施方式

在呈现所公开的原理的实施例的详细讨论之前，给出特定实施例的概述以帮助读者理解稍后的讨论。如上所述，将金属用于无线通信设备的外部通常伴随影响设备功能性和美观的折衷。例如，金属壳体必须被划分以电气地隔离特定部分以用作天线。这导致了不雅观的塑料接合部分，并且当通过天线元件定位I/O端口时，需要格外小心。

由此，发明人先前已经想到采用具有多个臂的单片金属外部壳体。这些臂能够用作完整设备中的天线。在包括四个这样的臂的示例中，壳体可以由处于壳体的一端的两个臂和处于壳体的相对端的两个臂来配置。

使用诸如本文描述的全金属壳体允许独特和有效的天线链接策略，以确保小型设备内的最有效的天线性能。在实施例中，提供直接和间接链接。在实施例中，印刷电路板(PCB)被配置和定位成安置在金属壳体的背面的内侧，以将天线信号承载到移动芯片组并且从移动芯片组承载天线信号。

使能用于使用单片金属壳体的一部分作为功能天线的若干不同方法。在一个实施例中，提供从PCB到壳体的天线部分的直接接触。在替代实施例中，提供从PCB到其上具有平板天线元件的内部塑料载体的直接接触，使得平板元件然后电容地耦合到金属壳体的天线部分。在平板天线元件和金属壳体之间不发生物理接触。

此外，提供非接触解决方案，其中，在PCB上或PCB中建立天线元件，使得其基本上平行地延伸到金属壳体的天线部分，由此在PCB上的天线迹线与金属壳体的天线部分之间产生耦合效应。在金属PCB迹线和金属壳体之间不发生物理接触。

关于电容天线耦合，迹线与壳体臂的一致接近(consistentproximity)有利于促进最佳天线性能。为此，公开了用于确保关于电容耦合的实施例的一致接近的不同技术。

考虑到该概述，并且现在转到结合附图的更详细讨论，本公开的技术被图示为在适当的计算环境中实现。下述设备描述基于所公开的原理的实施例和示例，并且不应当视作限制关于在此未明确描述的替代实施例的权利要求。因此，例如，尽管图1图示了可以实现所公开的原理的实施例的示例性移动设备，但时将认识到，可以使用其他设备类型，包括但不限于个人计算机、平板计算机和其他设备。

图1的示意图示出了形成可以实现本公开的各方面的环境的一部分的示例性设备110。具体地，该示意图图示了包括若干示例性组件的用户设备110。将认识到，可以在给定实现中根据用户偏好、组件可用性、价位和其他考虑来使用其他或替代组件。

在所图示的实施例中，用户设备110的组件包括显示屏120、应用(例如，程序)130、处理器140、存储器150、诸如语音和文本输入设备的一个或多个输入组件160、以及诸如文本和可听输出设备的一个或多个输出组件170，例如，一个或多个扬声器。

处理器140可以是微处理器、微计算机、专用集成电路等中的任何一个。例如，处理器140可以通过任何期望的系列或制造商的一个或多个微处理器或控制器来实现。类似地，存储器150可以位于与处理器140相同的集成电路上。此外或替代地，可以经由网络，例如经由基于云的存储来访问存储器150。存储器150可以包括随机存取存储器(即，同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRM)或任何其他类型的随机存取存储器设备)。此外或替代地，存储器150可以包括只读存储器(即，硬驱动、闪速存储器或任何其他期望类型的存储器设备)。

存储在存储器150中的信息可以包括与一个或多个操作系统或应用相关联的程序代码以及信息数据，例如，程序参数、过程数据等。操作系统和应用通常经由存储在非易失性计算机可读介质(例如存储器150)中的、用于控制电子设备110的基本功能的可执行指令来实现。这样的功能可以包括，例如，各种内部组件之间的交互以及向和从存储器150存储和检索应用和数据。

此外，关于应用，这些通常利用操作系统来提供更具体的功能，诸如文件系统服务和存储在存储器150中的受保护和不受保护数据的处理。虽然许多应用可以提供用户设备110的标准或要求的功能，但是在其他情况下，应用提供可选或专用功能，并且可以由第三方供应商或设备制造商来提供。

最后，关于信息数据，例如程序参数和过程数据，该不可执行信息可以由操作系统或应用引用、操纵或写入。这样的信息数据可以包括例如在制造期间被预编程到设备中的数据、由设备创建或由用户添加的数据、或各种类型的信息中的任何一个，其被上传到设备在其进行的操作期间与之进行通信的服务器或其他设备、从该服务器或其他设备下载或者以其他方式在该服务器或其他设备处被访问。

设备110包括软件和硬件联网组件180，以允许经由天线(图1中未示出)的向和从设备的通信。这样的联网组件180将提供无线联网功能，但是还可以支持有线联网。

在实施例中，包括诸如蓄电池或燃料电池的电源190，用于向设备110及其组件提供电力。所有或一些内部组件通过一个或多个共享或专用内部通信链路195(诸如内部总线)来彼此进行通信。将认识到，实际上，如上所述，在PCB上支持并且通过PCB链接一些或全部组件110。

在实施例中，设备110被编程为使得处理器140和存储器150与设备110的其他组件进行交互以执行各种功能。处理器140可以包括或实现各种模块，并且执行用于发起不同活动的程序，诸如启动应用、传输数据和在各种图形用户界面对象中切换(例如，在链接到可执行应用的各种显示图标中切换)。

转到图2，该图示出了用于诸如具有图1中所示的组件的便携式通信设备的金属背板201。在图示的示例中，形成具有第一开口203和第二开口205的金属背板201，其中，第一开口203位于金属背板201的上半部分中，并且第二开口205位于金属背板201的下半部分中。

此外，断裂部(break)207位于金属背板201的顶部，使开口203不闭合。类似地，断裂部209位于金属背板201的底部，使开口205不闭合。第一开口203、第二开口205、第一断裂部207和第二断裂部209的结果是使得一对天线臂在金属背板201的顶部和底部处形成。具体地，在金属背板201的顶部形成一对天线臂211、213，并且在金属背板201的底部形成另一对天线臂215、217。金属背板201的剩余部分在此称为金属背板201的主体219。

图3图示了其上具有其他结构的图2的金属背板201。具体地，如图3所示的金属背板201包括桥接在天线臂211、213之间的间隙的第一间隔物301。间隔物由塑料或其他非导电材料制成，并且在开口203内包括用于稳定间隔物301并且隔离其他元件的材料。

类似地，金属背板201中的底部开口205包括在一对天线臂215、217之间的间隙。在图3所示的实施例中，经由在天线臂215、217之间的第二间隔物303来桥接该间隙。如第一间隔物，第二间隔物由塑料或其他非导电材料制成，并且在开口205内包括用于稳定间隔物303并且隔离其他元件的材料。

接着，图4图示了具有填充有非导电材料401、403的开口203、205的金属背板201。该材料401、403封闭金属背板201，并且允许面向外部的设备的安装。例如，在图示的实施例中，金属背板201的顶部部分中的非导电材料401填料用作用于相机405和附属闪光灯407的底座。将认识到，可以在金属背板201的顶部或底部处的非导电材料401、403中安装其他或替代设备。事实上，完全不需要在任一位置中安装任何设备。

图5是示出第一加强肋501和第二加强肋503的布置的金属背板201的前立体图。每个肋501、503与单片金属背板201成一体，并且延伸出单片金属背板201的主体219的主平面。如稍后所提到的，肋还可以用作间隔件和附接点。

虽然在该视图中没有示出内部设备组件，但是可以通过将肋定位在诸如电池、PCB、舱口(hatch)等的内部设备组件之间，来保持设备的薄度。此外，肋501、503不需要是直的，而是可以包括允许肋通过内部设备组件的转角、角度、凹口和其他特征。

在图示的示例中，肋501和肋503都没有整个横跨单片金属背板201，并且第一加强肋501是拼合的而不是匀直的。在所述的原理的实现中，这些形状被配置为直接容纳电池和印刷电路板，如将参考后续附图更全面描述的。

虽然为了示例的目的，所示实施例利用两个肋，但是本领域的技术人员将理解，可以将更多或更少数目的肋用作加固件。此外，尽管肋501、503通常被示为横跨单片金属背板201的主轴505，并且尽管在每个肋中期望某个横向元件，但是肋501、503中的一个或二者可以以使其实际不接触主轴505的方式被引导或形成。

转到图6，该图图示了在所公开的原理的实施例中的具有全金属壳体201的设备的主要模块。具体地，除壳体201本身外，所示的模块包括平板天线载体601和主PCB 603。在稍后的图中，将更详细地示出平板天线载体601。主PCB 603包括被成形以接纳电池的开口605。

图7示出了在电池701(例如，图1的电源190)被安装在开口605中的情况下的组装的壳体201和主PCB 603。类似地，图8示出了在还安装了平板天线载体601的图7的组装。天线载体601包括PCB603上的触点进行与稍后描述的金属迹线的电连接的馈电点。

代替平板天线载体601，设备天线耦合可以经由主PCB 603上的一个或多个导电迹线来实现，如图9所示。更具体地，天线迹线901以导电金属的长度的形式被形成在主PCB 603上。在实施例中，以与PCB 603上的其他迹线相同的方式，例如，经由金属层的选择性移除或经由金属印刷技术，来使天线迹线901被形成为表层迹线。

天线迹线901可以替代地在内部，例如，在主PCB 603的不同层之间。在任一情况下，通过保持天线迹线901处于距金属天线臂213的设定距离处来确保天线耦合的一致性。这允许以与天线213一致的方式，使板上的天线迹线901电容耦合。

为此，可以使用定位系统来确保主PCB 603相对于壳体201的一致位置。在图10中示出了示例性定位系统。所示的实施例利用在壳体201的内侧的安装表面上的一个或多个定位销1001和一个或多个定位键1003。定位销1001和定位键1003可以被加工、模制或钉入壳体201中。

主PCB 603具有在板603中形成或钻的一个或多个孔1005、以及紧密控制PCB 603相对于壳体201的位置和旋转的一个或多个槽1007。主PCB 603中的一个或多个孔1005和一个或多个槽1007的空间布局与在壳体201上的一个或多个定位销1001和一个或多个定位键1003的空间布局成镜像。

如前所述，用于从主PCB 603耦合到天线的另一技术是从PCB 603直接连接到一个或多个天线。图11图示了根据所公开的原理的实施例的用于这样的直接连接的配置。在所示实施例中，在壳体201的天线221上形成插片(tab)1101。当PCB 603位于其安装位置时，使主PCB603上的配对弹簧触点1103偏向而与插片1101接触。

关于平板天线载体601附接到金属背板201中，图12图示了模制或加工成包覆成型的金属壳体的金属和塑料区域的卡袋(snap pocket)的系统。在所示的实施例中，在平板天线载体601的塑料部分中形成的一对槽1201允许平板天线载体601的外围以槽1201偏转，并且然后接合到金属壳体201中的配对袋(packet)1203。

在图13中更详细地示出了平板天线载体601接合壳体201的方式。在所示实施例中，锁件1301以槽1201位于平板天线载体601的外围，并且与配对袋1203相对。类似地，平板天线载体601的上外围包括与配对袋1305相对的钩件1303。肋503的布置使得平板天线载体601压向金属天线臂215，防止在平板天线载体601和天线臂215之间的相对距离的任何改变。这提供了在迹线和天线215之间的可靠的可重复耦合。

关于天线和金属迹线901的具体配置，本领域的技术人员从上文将认识到，元件的间隔、形状和定向可以被修改以影响天线的调整。例如，虽然天线臂211、213、215、217被示为直的物体，但是在实施例中，天线臂中的任何一个或所有的末端被调整为朝着壳体201的主体219延伸，以延长天线臂211、213、215、217，并且有效地调整天线臂211、213、215、217的共振。

本领域的技术人员将进一步认识到，与不同天线臂相关联的金属迹线可以是不同长度和宽度，使得天线臂在预定频率范围上具有不同固有共振响应。例如，预定频率范围可以是低频范围，并且可以包括对于每天线不同的低频带共振。类似地，预定频率范围可以是高频范围，并且可以包括对于每个天线不同的高频带共振。

此外，虽然在所示的实施例中，平行于天线211、213、215、217的天线迹线901的引脚位于PCB 603的平面中，但是不同定向是可能的。例如，与天线臂211、213、215、217中的任何一个或全部相关联的天线迹线901可以被定向为使得其宽度平行于天线臂211、213、215、217的宽度。虽然未示出，但是可以结合现有天线迹线901来使用另一金属迹线，以还促进天线调整。在实施例中，接地金属迹线被定向为平行于但不接触耦合到天线臂211、213、215、217的天线迹线901的长度，使得天线迹线901在另一金属迹线和天线臂之间。

如上所述，在给定的设备设计中，I/O(输入/输出)端口可以落在天线臂之间。所公开的设计的益处是包括接地金属护套的I/O端口(诸如端口1205)可以在不会由于其存在或由于将输入/输出电缆插入到输入/输出端口1205中而不利地影响两个天线臂的性能的情况下，贯穿在天线臂之间的间隙中的非导电材料。

将认识到，本文公开了用于在具有单片金属后背板的便携式通信设备中的天线耦合的新的系统和方法。然而，鉴于可以应用本公开的原理的许多可能的实施例，应当认识到，本文关于附图描述的实施例仅是示例性的，而不应当视作限制权利要求的范围。因此，本文描述的技术包含可以落入以下权利要求及其等同物的范围内的所有这样的实施例。

Claims (30)

1.一种便携式电子设备，包括：

单片金属壳体部，所述单片金属壳体部具有主体并且具有外围，所述外围具有在所述外围中形成的一个或多个天线臂，每个天线臂包括金属壳体部的条，所述金属壳体部的条在一端电连接到所述金属壳体部的主体并且延伸到末端，部分地围住所述壳体中的开口；

非导电材料，所述非导电材料被配置和定位为围住所述一个或多个天线臂没有围住的所述壳体中的开口的剩余部分；以及

金属迹线，所述金属迹线被定位为与所述一个或多个天线臂平行，以电容地耦合到所述一个或多个天线臂。

2.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中，所述便携式电子设备进一步包括设置在所述单片金属壳体部内的印刷电路板(PCB)。

3.根据权利要求2所述的便携式电子设备，其中，所述壳体和所述PCB包括定位元件，所述定位元件用于保持所述PCB处于相对于所述一个或多个天线臂的固定位置。

4.根据权利要求2所述的便携式电子设备，其中，在所述PCB上或所述PCB中形成所述金属轨迹。

5.根据权利要求2所述的便携式电子设备，其中，所述金属轨迹位于天线载体上，并且当处于安装状态时，电连接到所述PCB。

6.根据权利要求2所述的便携式电子设备，其中，所述天线臂中的至少一个天线臂的末端被调整为朝着所述单片金属壳体的主体延伸，以便延长所述天线臂，并且调整所述天线臂的共振。

7.根据权利要求5所述的便携式电子设备，其中，所述天线载体包括所述PCB上的触点与所述金属迹线电连接的馈电点。

8.根据权利要求6所述的便携式电子设备，其中，所述金属迹线被电镀在所述天线载体上，并且包括两个引脚，所述两个引脚包括第一引脚和第二引脚，所述第一引脚从所述馈电点横跨到最接近第一天线臂的所述天线载体的边缘，所述第二引脚被连接到所述第一引脚的端部并且平行于所述第一天线臂横跨预定长度。

9.根据权利要求8所述的便携式电子设备，其中，所述金属迹线的第二引脚还具有由第一面和第二面定义的厚度以及定义第一边缘和第二边缘的大于所述厚度的宽度，所述第二引脚被定向为使得所述第一面和所述第二面中的一个面向所述第一天线臂。

10.根据权利要求8所述的便携式电子设备，进一步包括第二金属迹线，所述第二金属迹线被定向为平行于但不接触所述第二引脚，并且被定位为使得所述第二引脚在所述第二金属迹线和所述第一天线臂之间。

11.根据权利要求8所述的便携式电子设备，进一步包括与所述壳体一体的至少一个肋，其中，所述至少一个肋被形成为在安装状态中锁定所述天线载体。

12.根据权利要求2所述的便携式电子设备，其中，第二天线臂包括被定位和配置为与外部触点配合的馈点，其中，所述PCB具有焊接触点，当所述PCB处于安装状况时，所述焊接触点与所述馈点接触。

13.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中，所述一个或多个天线臂包括两个天线臂，所述两个天线臂部分地围住所述壳体中的开口并且在其相应的末端之间具有间隙，并且其中，所述非导电材料被配置和定位为封闭在所述相应的末端之间的间隙。

14.根据权利要求13所述的便携式电子设备，进一步包括贯穿所述间隙中的所述非导电材料的接地金属区域，所述接地金属区域包含输入/输出连接器，所述输入/输出连接器被配置和定位为使得在将输入/输出电缆插入所述输入/输出连接器中时，不降低所述两个天线臂的性能。

15.根据权利要求13所述的便携式电子设备，进一步包括电容地耦合到所述两个天线臂中的每一个的金属迹线，其中，与所述两个天线臂中的第一天线臂相关联的金属迹线具有第一长度和第一宽度，并且其中，与所述两个天线臂的第二天线臂相关联的金属迹线具有不同于所述第一长度和所述第一宽度的第二长度和第二宽度，使得所述第一天线臂和所述第二天线臂在预定频率范围上具有不同的固有共振响应。

16.根据权利要求15所述的便携式电子设备，其中，所述预定频率范围包括对于每个天线臂不同的低频带共振。

17.根据权利要求15所述的便携式电子设备，其中，所述预定频率范围包括对于每个天线臂不同的高频带共振。

18.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中，所述壳体包括两个开口，每个开口由两个天线臂部分地围边，所述两个臂在其末端之间具有间隙，每个间隙由非导电材料封闭。

19.根据权利要求18所述的便携式电子设备，其中，所述两个开口位于所述壳体的相对端处。

20.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中，所述非导电材料被模制在所述壳体上。

21.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中，所述非导电材料被组装到所述壳体上。

22.一种便携式电子设备，包括：

单片导电壳体，所述单片导电壳体在其中形成有一个或多个天线臂，所述单片导电壳体具有内表面和外表面；

金属迹线，所述金属迹线在所述单片导电壳体的内表面内并且与所述单片导电壳体的内表面相邻；以及

在所述金属迹线和所述天线臂中的一个之间的电容链接。

23.根据权利要求22所述的便携式电子设备，进一步包括一个或多个定位元件，所述一个或多个定位元件用于保持所述金属迹线处于与所述一个或多个天线的固定空间关系。

24.根据权利要求23所述的便携式电子设备，其中，所述金属迹线位于天线载体上。

25.根据权利要求23所述的便携式电子设备，其中，所述金属迹线被制造为印刷电路板(PCB)的一部分。

26.根据权利要求24所述的便携式电子设备，其中，所述天线载体上的金属迹线被链接到所述便携式电子设备中的PCB。

27.根据权利要求22所述的便携式电子设备，其中，所述天线臂中的至少一个被调整为朝着所述设备的内部延伸，以便延长所述天线臂并且调整所述天线臂的共振。

28.根据权利要求22所述的便携式电子设备，其中，所述金属迹线具有在第一面和第二面之间的厚度以及大于所述厚度的宽度，并且其中，所述第一面和所述第二面中的一个面向所述天线臂。

29.根据权利要求22所述的便携式电子设备，进一步包括其他金属迹线，所述其他金属迹线平行于但不接触所述金属迹线，使得所述金属迹线在所述其他金属迹线和所述天线臂之间。

30.一种用于便携式电子设备的天线系统，所述天线系统包括：

大致矩形的导电材料单板，所述大致矩形的导电材料单板在其每个端部处具有开口，每个开口由一对导电材料条部分地围边，使得在每对条的端部之间具有间隙，每个条形成天线；

非导电分隔件，所述非导电分隔件填充所述每对条的端部之间的间隙；以及

金属迹线，所述金属迹线被配置和定位为电容地耦合到所述天线中的至少一个。