CN107636899A - 具有用作辐射体的导电体的无线便携式电子设备 - Google Patents

Abstract

提供了诸如无线便携式电子设备的装置，其包括由导电材料形成的本体。本体限定了内腔和开口。无线便携式电子设备还包括设置在内腔内并与本体电磁耦合的接地平面。无线便携式电子设备另外包括设置在内腔内并与本体电磁耦合的天线，例如环形天线或单极天线，使得本体用作辐射体。无线便携式电子设备还包括设置在内腔内的三维接地平面延伸部，使得三维接地平面延伸部的至少一部分叠置在天线上。三维接地平面延伸部电流耦合到接地平面并电磁耦合到本体。

Description

具有用作辐射体的导电体的无线便携式电子设备

技术领域

示例性实施例总体上涉及无线便携式电子设备，并且更具体地，涉及具有由导电材料形成的用作辐射体的本体的装置，诸如无线便携式电子设备。

背景技术

无线便携式电子设备正在越来越多地被设计成具有由诸如金属的导电材料形成的诸如外壳的本体。无线便携式电子设备由于各种原因(包括美学目的)而被设计成具有导电体。许多无线便携式电子设备还包括用于与例如其他设备、传感器、网络等通信的一个或多个天线。天线通常设置在无线便携式电子设备的本体内。然而，形成无线便携式电子设备的本体的导电材料可能实质地损害天线的通信性能。因此，由导电材料形成无线便携式电子设备本体的设计趋势可能与便携式电子设备的天线的性能要求相冲突。

另外，至少一些无线便携式电子设备被设计成具有较小的形状因子，例如具有智能手表的形状因子。因此，这种用于天线的较小的便携式电子设备内可用的容积相应地减小。此外，天线可以与这种较小的便携式电子设备的导电体间隔开的程度通常也受到限制。因此，与维持与容纳在这种较小的便携式电子设备内的天线的可接受的通信性能相关的挑战可能会加剧。此外，由于电磁(EM)吸收，非常靠近人体的辐射可能产生大的损失，因而也限制了通信性能。

发明内容

根据示例性实施例，提供了一种装置，例如无线便携式电子设备，其具有由导电材料形成的容纳天线的本体，但是以增强天线在导电体内的性能的方式来进行。就这一点而言，示例性实施例的无线便携式电子设备被配置为使得天线电磁耦合到本体，其中导电体本身用作辐射体。因此，示例性实施例的无线便携式电子设备可以发送和/或接收具有改进的性能特性的信号，即使无线便携式电子设备提供了由导电材料(例如金属材料)形成的本体的诸如在美学方面的优点并且在一些情况下具有小的形状因子，例如手表的形状因子。

在示例性实施例中，提供了一种装置，例如无线便携式电子设备，其包括由导电材料构成的本体。本体限定了内腔和开口。该装置还包括设置在内腔内并与本体电磁耦合的接地平面。该装置另外包括设置在内腔内并与本体电磁耦合的天线，例如环形天线或单极天线，使得本体用作辐射体。该装置还包括设置在内腔内的三维接地平面延伸部，使得三维接地平面延伸部的至少一部分覆盖天线。三维接地平面延伸部电流耦合到接地平面并电磁耦合到本体。

示例性实施例的三维接地平面延伸部包括叠置在天线上的第一部分和从第一部分朝向接地平面延伸的第二部分。示例性实施例的三维接地平面延伸部位于天线和由本体限定的开口之间。示例性实施例的装置还包括设置在内腔内并且电流耦合到接地平面和三维接地平面延伸部两者的导电构件。该示例性实施例的导电构件位于接地平面和由本体限定的开口之间。该示例性实施例的导电构件包括底部和从底部沿远离接地平面的方向向外延伸的边缘部分。

在另一示例性实施例中，提供了一种装置，例如无线便携式电子设备，其包括由导电材料构成的本体。本体限定了内腔和开口。该装置还包括设置在内腔内的接地平面。该装置另外包括设置在内腔内并与本体电磁耦合的天线，例如环形天线或单极天线，使得本体用作辐射体。该示例性实施例的装置还包括设置在内腔内的三维接地平面延伸部，使得三维接地平面延伸部的至少一部分叠置在天线上。三维接地平面延伸部包括叠置在天线上的第一部分和从第一部分朝接地平面延伸的第二部分。三维接地平面延伸部的第一部分构造成用作装置的另一部件的机械支撑结构。

示例性实施例的三维接地平面延伸部位于天线和由本体限定的开口之间。示例性实施例的装置还包括设置在内腔内并且电流耦合到接地平面和三维接地平面延伸部两者的导电构件。该示例性实施例的导电构件位于接地平面与由本体限定的开口之间。该示例性实施例的导电构件包括底部和从底部沿远离接地平面的方向向外延伸的边缘部分。

在另一示例性实施例中，提供了一种装置，例如无线便携式电子设备，其包括由导电材料构成的本体。本体限定了内腔和开口。该装置还包括设置在内腔内的接地平面。该装置进一步包括设置在内腔内并且电磁耦合到本体的天线，例如环形天线或单极天线，使得本体用作辐射体。该装置另外包括设置在内腔内的三维接地平面延伸部，使得三维接地平面延伸部的至少一部分叠置在天线上。该装置进一步包括设置在内腔内并且电流耦合到接地平面和三维接接地平面延伸部两者的导电构件。

示例性实施例的三维接地平面延伸部包括叠置在天线上的第一部分和从第一部分朝向接地平面延伸的第二部分。该示例性实施例的三维接地平面延伸部电流耦合到接地平面，并且三维接地平面延伸部的第一部分构造成用作装置的另一个部件的机械支撑结构。示例性实施例的三维接地平面延伸部位于天线和由本体限定的开口之间。示例性实施例的导电构件位于接地平面和由本体限定的开口之间。示例性实施例的导电构件包括底部和从底部沿远离接地平面的方向向外延伸的边缘部分。

附图说明

已经以一般术语描述了本公开的某些示例性实施例，下文中将参照附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：

图1是根据本发明的示例性实施例的无线便携式电子设备的横截面图；

图2是根据本发明的示例性实施例的图1的无线便携式电子设备的某些部件的分解立体图；

图3示出了可以替代地被本发明的示例性实施例的无线便携式电子设备使用的接地平面和环形天线形式的激励天线；

图4A-4D分别示出了沿着图1的线4A-4A、4B-4B、4C-4C和4D-4D截取的无线便携式电子设备的视图；

图5以图形方式表示对于根据本发明示例性实施例的包括不同部件组合的无线便携式电子设备，在自由空间中的频率范围内的S参数响应(S11-回波损耗，dB)；

图6是史密斯图(Smith Chart)，其示出了对于根据本发明示例性实施例的具有不同部件组合的无线便携式电子设备，在自由空间中的从0到3GHz的频率范围内的S参数响应(S11-复阻抗，欧姆)；

图7以图形方式表示对于根据本发明示例性实施例的包括不同部件组合的无线便携式电子设备，在自由空间中的频率范围内的辐射效率响应(dB)；以及

图8以图形方式表示对于根据本发明的示例性实施例的包括不同部件组合的无线便携式电子设备，在自由空间中的频率范围内的总效率响应(dB)。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明的一些实施例，在附图中示出了本发明的一些但不是全部的实施例。事实上，本发明的各种实施例可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使得本公开将满足适用的法律要求。相同的附图标记始终指代相同的元件。如本文所使用的，术语“数据”、“内容”、“信息”以及类似的术语可以互换地使用，以指代根据本发明的实施例的能够被发送、接收和/或存储的数据。因此，任何这样的术语的使用都不应被理解为限制本发明的实施例的精神和范围。

根据示例性实施例，提供了一种无线便携式电子设备10，该无线便携式电子设备10包括由诸如不锈钢之类的金属材料的导电材料形成的本体12，如外壳、盖、盖部分等。在一些实施例中，本体可以由非导电材料例如模制塑料制成，并且具有通过金属化技术例如MID(模制互连设备)、塑料上的热熔金属(heat staked metal on plastic)、二次注塑、溅射、导电墨、三维(3D)印刷、电镀、附着于非导电支撑体的粘合剂背衬的导电片等制成为导电的一个或多个部分。就这一点而言，下文描述为导电的无线便携式电子设备的其他部件(例如，内部部件)可以替代地由非导电材料形成，所述非导电材料被制造为包括通过金属化技术制造成导电的一个或多个部分。无线便携式电子设备还包括一个或多个天线22，天线22设置在导电体内并被配置为支持便携式电子设备与其他设备、网络等之间的通信。尽管这里描述的天线可以被配置为支持包括长距离通信技术和诸如蜂窝通信技术的协议的多种类型的通信，但是示例性实施例的天线被配置为支持短距离通信，例如蓝牙^TM通信或其他基于邻近(proximity based)的通信技术。如下所述，无线便携式电子设备被配置为使得导电外壳诸如通过用作辐射体而支持通信。结果，无线便携式电子设备可以包括诸如导电外壳之类的导电体——这对于包括美学目的在内的各种目的是期望的，同时仍然支持与布置在导电体内的天线的通信。

无线便携式电子设备10可以实施为各种不同类型的设备，包括可佩戴或绑在用户身体的一部分上的可佩戴设备，例如手表、个人健身设备、音乐播放器、医疗设备、音频/视频(AV)设备、导航设备、具有诸如但不限于无线电通信、音频、视频、导航、手表、医疗/身体传感器的功能的组合的可佩戴设备等。然而，无线便携式电子设备也可以实施为多种其他类型的移动终端，包括例如个人数字助理(PDA)、移动电话、智能电话、陪伴设备、寻呼机、移动电视、游戏设备、笔记本电脑、相机、平板电脑、便携式计算机、触摸表面、录像机、音频/视频播放器、收音机、电子书、导航设备或上述设备的任何组合以及其他类型的语音和文本通信系统。

不管实施无线便携式电子设备10的方式如何，示例性实施例的便携式电子设备在图1中以横截面示出。如图所示，无线便携式电子设备包括由诸如金属材料(例如不锈钢)的导电材料形成的本体12，诸如外壳。在示例性实施例中，导电体具有圆筒形形状，其具有圆形底部14和从底部向外延伸的圆柱形壁16。因此，该示例性实施例的无线便携式电子设备可以具有适合于手表的形状因子。然而，无线便携式电子设备，更具体地说，是这种便携式电子设备的导电体可以具有其他形状和尺寸，这取决于将要构建的便携式电子设备的类型。

导电体12限定了内腔13和来自内腔的至少一个开口15，例如穿过本体的主表面的开口。在图1的示例性实施例中，导电体限定了圆筒形导电体的敞开的顶部。尽管在图1中未示出，但是在其他实施例中，导电体可以限定一个或多个附加的开口。例如，在无线便携式电子设备被实施为手表的实施例中，导电体可以包括铰链(如一对铰链)或以其他方式与铰链相关联，以用于将带或箍附接到导电体，从而将手表固定到用户的手腕上。在该示例性实施例中，导电体可以限定靠近铰链的附加开口，例如狭缝形式的开口。例如，在狭缝位于天线下方的实施例中，狭缝能够用于进一步改善天线性能，因为狭缝增加了从激励元件到附近的导电元件的相对距离。因此，可以利用诸如位于天线下方的狭缝来减小整体产品尺寸。

尽管图1的实施例的导电体12的顶部被示出为是敞开的，但是由导电体限定的开口通常被无线便携式电子设备10的另一个部件覆盖，使得示例性实施例的本体是防水和/或防尘的。所述另一个部件一般不是由导电材料构成，至少不完全是由导电材料构成，使得开口在未被导电材料覆盖的情况下保持开放。例如，在无线便携式电子设备被实施为手表的实施例中，图1的圆筒形导电体的敞开的顶部可以覆盖有触摸屏显示器、小键盘等，以便于用户与便携式电子设备的交互。在图1中未描绘覆盖由导电体限定的开口的触摸屏显示器或其他部件，因为只有那些与用于支持无线便携式电子设备的通信的天线22相关联的部件才被描绘，其中为了清楚起见，省略了提供其他功能的多个其他部件。

如图1所示，无线便携式电子设备10包括多个部件，这些部件设置在由导电体12限定的内腔内并且如下所述耦合在一起以便支持无线便携式电子设备的通信。如此处所使用的，部件的耦合指的是电流连接或电磁连接(电容和/或电感耦合)。就这一点而言，便携式电子设备包括设置在内腔内并且与本体12电磁耦合的接地平面18以及设置在内腔内并与本体电磁耦合的天线22；在一个示例性实施例中，天线22与接地平面和本体两者都电磁耦合。就这一点而言，在天线是单极天线的实施例中，可能仅需要天线和RF电路之间的馈电，而不需要天线和接地平面之间的连接。但是，如果天线是不同类型的，例如平面倒F型天线(PIFA)，那么也可能需要至少一个与接地平面的耦合。由于接地平面可以电磁耦合到天线和本体两者，因此接地平面可以具有多种形状中的任一种。尽管可以以各种方式配置接地平面，但是示例性实施例的接地平面由印刷线路板20提供。印刷线路板包括多个电气部件，用于执行由绝缘材料形成的基板所承载的无线便携式电子设备的各种功能。另外，该示例性实施例的印刷线路板包括接地平面，诸如可以设置在印刷线路板的与印刷线路板的承载多个电气部件的表面相对的表面(例如绝缘基板的相对表面)上。印刷线路板和接地平面可以以对称的方式设置在本体内或者以不对称的方式设置，并且接地平面和印刷线路板可以具有各种尺寸和形状，而不会不利地影响无线便携式电子设备的天线效率。

如图1所示，示例性实施例的接地平面18与本体12(例如本体的底部14)间隔开。在一个示例性实施例中，接地平面可以间隔开不同的距离，例如大约2mm。如果接地平面太靠近底部，例如1mm或更小的间隔，则一些实施例的无线便携式电子设备10的天线效率可能降低。在导电体限定有附加开口(例如天线下方的狭缝)的实施例中，开口可以进一步改善天线性能，因为开口增大了从激励元件到附近的导电元件的相对距离。根据天线的工作频率，狭缝还可以向天线添加一个或多个“槽(slot)”谐振，并且在一些情况下可以扩大由天线单独产生的自然带宽的带宽。在这种情况下，狭缝变成与天线紧密耦合的寄生谐振器，以扩大由馈送天线和寄生狭缝的组合产生的总体带宽。

在所示的实施例中，天线22由印刷线路板20机械地支撑，并且例如以悬臂方式从印刷线路板向外延伸。如图1的实施例所示，例如，天线从印刷线路板向外延伸，例如在向外和向上的方向上延伸。这样，天线可以比印刷线路板和由其承载的接地平面18更远离导电体12的底部14定位。在无线便携式电子设备10被配置成例如由用户佩戴的实施例中(例如是手表)，天线与导电体的底部之间的间隔有利地将RF信号的传输和接收的主要位置与用户隔开，例如与用户的手腕隔开。天线可以以不同的方式配置。如图2的分解立体图所示，例如，天线可以是单极天线，例如顶部装载的单极天线。可替代地，天线可以由诸如图3所示的单环天线之类的环形天线来实施。在任一实施例中，天线都从印刷线路板向外延伸，以便定位在导电体附近，例如导电体的壁16附近，同时保持与其间隔开。

无线便携式电子设备10还包括通过各种类型的RF耦合装置(例如印刷传输线、同轴电缆、金属带等)的任意个耦合至天线22的导电馈电元件的射频(RF)电路。这样，RF信号可以由RF电路发射到天线以便从天线发射，并且由天线接收的RF信号又可以被RF电路接收。尽管RF电路可以以多种方式来实施，但是示例性实施例的RF电路也由印刷线路板20提供。在一些实施例中，例如可以由印刷线路板承载的接地平面18也可以例如经由RF滤波器(例如，范围从5nH到56nH的线圈)或者由线圈(约6nH)和电容器(约2pF)组成的罐式滤波器(tank filter)电流耦合到本体12，以解决静电放电。

如图1所示，无线便携式电子设备10还包括三维接地平面延伸部30。三维接地平面延伸部可以由诸如不锈钢的导电材料形成。三维接地平面延伸部也设置在由导电体12限定的内腔内，并且定位成使得三维接接地平面延伸部的至少一部分叠置在天线22上。因此，三维接地平面延伸部位于天线和由本体限定的开口之间。三维接地平面延伸部电流耦合到接地平面18，并且还电磁耦合到本体。在一个示例性实施例中，三维接地平面延伸部被配置为是RF浮置的。就这一点而言，并且如上面关于接地平面18所述，三维接地平面延伸部也可以例如经由RF滤波器电流耦合到本体；作为非限制性示例，RF滤波器可以包括电感器，以解决静电放电。

如在图2的分解立体图中更详细地示出的，三维接地平面延伸部30包括定位成叠置在天线22上的第一部分32，例如半圆形平面部分。三维接地平面延伸部可以与天线间隔开各种量，其中天线和接地平面延伸部之间的距离被调节为提供电容耦合而不影响天线辐射效率。就这一点而言，构成整个辐射体的所有部件(包括接地平面)的尺寸(例如长度、宽度和/或厚度)、相对位置和相互间隔限定了所需的谐振频率、带宽和辐射效率。在一个示例性实施例中，三维接地平面延伸部的第一部分与天线隔开λ/50，其中在2.4GHz的自由空间中λ是125mm。

该示例性实施例的三维接地平面延伸部30还包括从第一部分32朝向接地平面18延伸的第二部分34，例如延伸到与印刷线路板20接触的远端边缘。三维接地平面延伸部的第二部分因此在天线22的内部，使得天线位于三维接地平面延伸部的第二部分和本体12之间。由于三维接地平面延伸部的第二部分例如在与接地平面正交地延伸的Z方向上的定向，三维接地平面延伸部的第二部分提供了与本体(例如本体的壁16)的更精确的耦合，因为具有电容性耦合和电容性电抗的范围的改善的控制。因此，可以改善用于使接地平面与本体匹配的可能阻抗的范围。从机械设计的观点来看，三维接地平面延伸部的第一部分32可以被设计成使得机械尺寸公差减小或最小化，从而能够获得对在第一部分32与本体的壁16之间产生的电容的精确控制。对在第一部分32与本体的壁之间产生的电容的这种控制有利于这些部件的大量制造期间的批次间控制。机械尺寸公差的减小或最小化可以通过选择要使用的具体材料来实现，例如基于由于其制造技术和/或其天然材料公差而产生的固有公差来选择。例如，一些材料(具有较低的尺寸公差)不会随着温度的升高而在很大程度上改变尺寸，但是其他材料(其具有较大的尺寸公差)却会。此外，部件的物理布置为设计者提供了在电容耦合器的设计中考虑制造和材料特性的更多自由度。尽管三维接地平面延伸部的第一部分和第二部分可以以各种方式配置，但是示例性实施例的三维接地平面延伸部的第一部分和第二部分相互垂直以形成L形横截面，其中第二部分从第一部分的边缘朝向接地平面延伸。

在一个示例性实施例中，三维接地平面延伸部30以及特别是三维接地平面延伸部的第一部分32可以被配置为用作无线便携电子设备10的另一部件的机械支撑结构。这样，其他部件例如与天线22发射和接收RF信号无关的部件可以由三维接地平面延伸部的第一部分机械地支撑。就这一点而言，可以由三维接地平面延伸部的第一部分机械地支撑的各种其他部件包括例如电路板、时钟机构、扬声器、显示器、输入设备(例如键盘或触摸屏)、连接器插座、开关等。

由于天线22以及接地平面18和三维接地平面延伸部30均与无线便携式电子设备10的导电体12的电磁耦合，导电体不会破坏性地干扰天线所发射和接收的信号。相反，天线以及接地平面和三维接地平面延伸部与导电体的电磁耦合使得导电体用作辐射体，例如在示例性实施例中具有容易匹配的50欧姆输入阻抗响应。就这一点而言，天线不直接与本体限定的开口耦合，而是在电磁耦合点处例如经由与开口正交的电场耦合与本体相互作用，其中该电磁耦合点可以与开口间隔开以便模拟λ槽，从而在感兴趣的频率处提供期望的辐射效率。因此，由天线发射的信号由无线便携式电子设备的导电体辐射，以支持便携式电子设备例如与其他设备的通信。类似地，由无线便携式电子设备接收的信号可以从导电体辐射到天线，以改善天线的通信性能特性。

为了进一步改善与示例性实施例的无线便携式电子设备10的天线22相关联的性能特性，便携式电子设备还可以包括布置在内腔内并且电流耦合到接地平面18和三维接地平面延伸部30两者的导电构件24，其中电磁耦合由三维接地平面延伸部30在天线上的延伸控制。尽管三维接地平面延伸部可以是相对于导电构件的底部26和边缘部分28的单独部件，但是示例性实施例的导电构件可以与三维接地平面延伸部成一体，使得三维接地平面延伸部、导电构件的底部和边缘部分可以作为单个部件制造。由于与本体12的壁16的近场电容性电磁耦合，导电构件可以提供电容性电抗响应。导电构件可以由诸如不锈钢的金属形成。如图1所示，并且更详细地，在图2的分解立体图中，示例性实施例的导电构件定位在接地平面(例如印刷线路板20)与由本体限定的开口之间。就这一点而言，示例性实施例的导电构件可以靠近于(例如紧邻于)承载接地平面的印刷线路板，使得导电构件叠置在包括接地平面的印刷线路板上并与其电流耦合。可替代地，接地平面可以位于诸如印刷线路板之类的导电构件与由本体限定的开口之间。如上所述，如图1所示，例如通过在其远端边缘处接触三维接地平面延伸部，导电构件也电流耦合到三维接地平面延伸部。

尽管导电构件24可以被构造成具有各种形状和尺寸，并且因此可以是对称的或不对称的，但是示例性实施例的导电构件包括底部26和从底部沿远离接地平面18的方向向外延伸(例如向上延伸)的边缘部分28。就这一点而言，边缘部分可以从底部的边缘向外延伸。如图2所示，边缘部分不围绕底部的整个圆周延伸，而是从底部的大部分边缘向外延伸。导电构件的边缘部分可以从底部向外延伸任何各种距离。尽管不是天线的正常运行所要需要，但是示例性实施例的导电构件的边缘部分可以从底部向外延伸，使得边缘部分的远端与三维接地平面延伸部30的第一部分32对齐。换句话说，导电构件的边缘部分的顶部与图1的实施例中的三维接地平面延伸部的第一部分对齐。边缘部分28也可以有助于诸如印刷线路板之类的接地平面与本体的侧壁16之间的电容性耦合。可以通过相应地设计边缘部分的高度(和/或厚度或其他结构特性)和相对于壁16的距离来控制耦合量。边缘部分28在一些实施例中可以沿着其长度具有不同的高度，这取决于期望的电容耦合效应。就这一点而言，在一些实施例中，通过相应地设计边缘部分28而提供的沿导电构件24的周边的任何点处的电容性耦合的控制可能是有利的。

图4A-4D进一步示出了根据示例性实施例的无线便携式电子设备10的前述部件。就这一点而言，沿图1的线4A-4A截取的图4A描绘了承载接地平面18的印刷电路板20，其中印刷电路板20与导电体12一起布置。沿图1的线4B-4B截取的图4B描绘了放置在印刷电路板上的导电构件24，而沿着图1的线4C-4C截取的图4C再次描绘了放置在印刷电路板上的导电构件，但却是沿着也示出了从印刷电路板向外延伸的天线22的平面截取的。此外，沿着图1的线4D-4D截取的图4D描绘了三维接地平面延伸部30，其定位成使得三维接接地平面延伸部的至少一部分叠置在天线上。

由无线便携式电子设备10的导电体12限定的内腔还可以包括用于执行便携式电子设备10的其他功能的多个其他部件。然而，为了清楚起见，这些其他部件在附图中未被示出。另外，由无线便携式电子设备的导电体限定的内腔的其余部分可以填充有例如空气或其他填充物，并且不限于诸如塑料的介电材料(非导电)。无线便携式电子设备还可以包括各种机械部件，诸如由塑料或其他非导电材料形成的部件，以将图1的实施例中描绘的部件例如印刷线路板18、导电构件24和三维接地平面延伸部30相对于无线便携式电子设备的导电体固定在其相对位置。图中同样未描绘出这些机械部件以确保有助于经由天线22进行通信的部件被清楚地示出。

描绘了包括印刷线路板20(其包括接地平面18并且支撑天线22，但没有导电构件24和三维接地平面延伸部30)的无线便携式电子设备10的示例性实施例的作为图5-8中的情形1的性能，以与无线便携式电子设备的其他配置进行比较。关于图5至图8的图形表示，情形2的无线便携式电子设备包括印刷线路板，该印刷线路板包括接地平面并且支撑天线以及导电构件(但是没有三维接地平面延伸部)，而情形3的无线便携式电子设备包括印刷线路板和三维接地平面延伸部，该印刷线路板包括接接地平面并且支撑天线(但是没有导电构件)，并且情形4的无线便携式电子设备包括印刷线路板以及导电构件和三维接地平面延伸部两者，该印刷线路板包括接地平面并且支撑天线。

如图5所示，自由空间中的S参数(S11-回波损耗，dB)对于情形1而言在2GHz到4GHz的频率范围内相对平坦，尽管有轻微的倾斜，情形1中无线便携电子设备10仅包括印刷线路板20，该印刷线路板20包括接地平面18并且承载天线22。然而，在分别包括导电构件24、三维接地平面延伸部30以及导电构件和三维接地平面延伸部两者的情形2、3和4中，S参数显著变化，其中S参数对于特定谐振频率具有极小的大小，例如对于情形2为约3.3GHz，对于情形3为约2.55GHz，对于情形4为约2.45GHz。如本文所用，自由空间是指围绕设备的体积仅由自由空间相对介电常数和磁导率介质构成的情况。类似地，如上限定的情形1、2、3和4的S参数的另一个比较由图6的史密斯图(S11-复数阻抗，欧姆)在自由空间(如具有实心圆的曲线的端部所表示)中的0GHz(如具有开口圆的曲线的端部所表示)到3GHz的频率范围内提供。

图7描绘了对于如上限定的情形1、2、3和4，在从2GHz到3GHz的频率范围内在自由空间中的辐射效率(dB)。如图所示，无线便携式电子设备10的频率范围内的辐射效率对于情形1是相对平坦和几乎线性的，但对于情形3和4，在处于相应的配置的谐振频率处或谐振频率附近是峰值。情形2的辐射效率在2GHz到3GHz的频率范围内通常遵循情形1的辐射效率，但是由于情形2的谐振频率，将在中心约为3.3GHz附近具有与情形3和4所显示的类似的峰值。另外，图8相应地描绘了对于四种情形中的每一种，在相同的频率范围内(即从2GHz到3GHz)的自由空间中的总效率(dB)。相对于在频率范围内仅有略微变化的情形1的总效率，与情形3和情形4相关的总效率再次在其各自的谐振频率处达到峰值，而在2GHz到3GHz的频率范围内变化相对较小的情形2的总效率将类似地在其大约3.3GHz的谐振频率附近达到峰值。

尽管图5至图8示出了无线便携式电子设备10的某些示例性实施例的性能，但是便携式电子设备可以被配置为提供不同的性能，例如在其他实施例中不同的谐振频率。例如，天线22和本体12之间的电场耦合至少部分地限定谐振响应。这样，电场耦合可以被修改，并且相应地，包括谐振频率在内的谐振响应可以被修改高达100MHz。在另一个实施例中，天线22可以是多谐振的，以便产生多于一个不同的工作频带。另外，设备10可以在天线的馈电处利用传统的阻抗匹配技术来进一步调谐和/或微调谐振频率。

因此，示例性实施例的无线便携式电子设备10通过将天线22、接地平面18和三维接地平面延伸部30与导电体12电磁耦合以使得导电体用作辐射体，提供了改善的通信性能。因此，示例性实施例的无线便携式电子设备出于美学和其他原因提供了具有诸如金属体的导电体以及提供期望的通信性能的优点。此外，无线便携式电子设备在便携式电子设备的形状因子减小的情况下(例如用于手表或其他相对较小的便携式电子设备)允许导电体和期望的通信性能的有利组合。

在受益于前面的描述和相关附图中给出的教导的情况下，在这里阐述的本发明的许多修改和其他实施例将会被这些发明所属领域的技术人员想到。因此，应该理解的是，本发明不限于所公开的具体实施例，并且修改和其他实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管前面的描述和相关附图在元件和/或功能的某些示例性组合的上下文中描述了示例性实施例，但是应该理解的是，可以通过替代实施例来提供元件和/或功能的不同组合，而不脱离所附权利要求的范围。就这一点而言，例如，除了以上明确描述的元件和/或功能以外的元件和/或功能的不同组合也可以想到，如同可能在一些所附权利要求中进行了阐述。虽然在此使用了特定的术语，但是它们仅以在一般的描述性意义上使用，而不是为了限制的目的。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

由导电材料构成的本体，其中所述本体限定了内腔和开口；

设置在所述内腔内并与所述本体电磁耦合的接地平面；

天线，所述天线设置在所述内腔内并与所述本体电磁耦合，使得所述本体用作辐射体；以及

三维接地平面延伸部，所述三维接地平面延伸部设置在所述内腔内，使得所述三维接地平面延伸部的至少一部分叠置在所述天线上，其中所述三维接地平面延伸部电流耦合到所述接地平面并且电磁耦合到所述本体。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述三维接地平面延伸部包括叠置在所述天线上的第一部分和从所述第一部分朝向所述接地平面延伸的第二部分。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述三维接地平面延伸部位于所述天线和由所述本体限定的所述开口之间。

4.根据权利要求1所述的装置，还包括设置在所述内腔内并且电流耦合到所述接地平面和所述三维接地平面延伸部两者的导电构件。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述导电构件位于所述接地平面和由所述本体限定的开口之间。

6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述导电构件包括底部和从所述底部沿远离所述接地平面的方向向外延伸的边缘部分。

7.一种无线便携式电子设备，包括根据权利要求1所述的装置。

8.一种装置，包括：

由导电材料构成的本体，所述本体限定了内腔和开口；

设置在所述内腔内的接地平面；

天线，所述天线设置在所述内腔内并且电磁耦合到所述本体，使得所述本体用作辐射体；以及

三维接地平面延伸部，所述三维接地平面延伸部设置在所述内腔内，使得所述三维接地平面延伸部的至少一部分叠置在激励天线上，其中所述三维接地平面延伸部包括叠置在所述天线上的第一部分和从所述第一部分朝向所述接地平面延伸的第二部分，并且其中所述三维接地平面延伸部的所述第一部分被配置成用作所述装置的另一部件的机械支撑结构。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述三维接地平面延伸部位于所述天线和由所述本体限定的所述开口之间。

10.根据权利要求8所述的装置，还包括设置在所述内腔内并且电流耦合到所述接地平面和所述三维接地平面延伸部两者的导电构件。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述导电构件位于所述接地平面和由所述本体限定的所述开口之间。

12.根据权利要求10所述的设备装置，其中，所述导电构件包括底部和从所述底部沿远离所述接地平面的方向向外延伸的边缘部分。

13.一种无线便携式电子设备，包括根据权利要求8所述的装置。

14.一种装置，包括：

由导电材料构成的本体，所述本体限定了内腔和开口；

设置在所述内腔内的接地平面；

天线，所述天线设置在所述内腔内并且电磁耦合到所述本体，使得所述本体用作辐射体；以及

三维接地平面延伸部，所述三维接地平面延伸部设置在所述内腔内，使得所述三维接地平面延伸部的至少一部分叠置在所述天线上；以及

导电构件，所述导电构件设置在所述内腔内并且电流耦合到所述接地平面和所述三维接地平面延伸部两者。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述三维接地平面延伸部包括叠置在所述天线上的第一部分和从所述第一部分朝向所述接地平面延伸的第二部分。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述三维接地平面延伸部电流耦合到所述接地平面，并且其中所述三维接地平面延伸部的所述第一部分被配置成用作所述装置的另一部件的机械支撑结构。

17.根据权利要求14所述的装置，其中，所述三维接地平面延伸部位于所述天线和由所述本体限定的所述开口之间。

18.根据权利要求14所述的装置，其中，所述导电构件位于所述接地平面和由所述本体限定的所述开口之间。

19.根据权利要求14所述的装置，其中，所述导电构件包括底部和从所述底部沿远离所述接地平面的方向向外延伸的边缘部分。

20.一种无线便携式电子设备，包括根据权利要求14所述的装置。