CN108140476B - 组合天线模块和包括其的便携式电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组合天线模块和包括其的便携式电子装置。本发明提供了一种组合天线模块，其包括天线单元和切换单元。所述天线单元包括电路板、第一无线电力传输天线和第二无线电力传输天线，所述第二无线电力传输天线的方式不同于所述第一无线电力传输天线的方式。所述切换单元包括被并联至所述第二无线电力传输天线的第一电容器和第二电容器，以及被设置在所述第一电容器和所述第二电容器之间以基于所述天线单元的操作模式断开或闭合的开关。所述第二天线和所述第二电容器形成闭合环路，其在断开所述开关时与所述第一天线相联接。

Description

组合天线模块和包括其的便携式电子装置

技术领域

本发明涉及一种天线模块，且更特别地涉及一种组合天线模块和包括其的便携式电子装置，其能够扩展无线电力传输或无线通信的范围，以及根据操作模式提高无线电力传输或无线通信的效率和性能。

背景技术

最近，包括移动电话、平板PC等的便携式电子装置配备有各种无线通信功能和使用无线电力传输的无线充电功能。在这里，由于每个无线通信和无线电力传输根据每个应用使用不同的频率，因此有必要为每个频率或应用提供天线。因此，在便携式电子装置中设有的天线数量增加了。

由于增加了可用天线的种类，诸如用于无线通信的近场通信(NFC)天线和磁力安全传输(MST)天线，或用于无线电力传输的无线电力传输(WPC)天线，电力事业联盟(PMA)天线和无线电力联盟(A4WP)天线，因此看起来天线是以组合形式进行应用的。

WPC和PMA天线是以经磁场将电流从一个线圈感应至另一个线圈的磁感应方式执行无线电力传输的，而A4WPC天线则是通过将具有相同共振频率的线圈彼此联接起来而以传输能量的磁共振方式执行无线电力传输的。

磁感应方式对线圈之间的距离和相对位置非常敏感，以使得传输效率可能急剧下降。另一方面，在磁共振方式中，即使线圈之间的距离彼此不接近，也可以无线地传输电力。然而，存在有下列问题：传输效率可能由于大的电力损失而很低，且可能在宽范围内产生电磁波。

因此，新近的便携式电子装置采用了磁感应方式和磁共振方式，以弥补无线电力传输功能的不足并根据需要选择性地使用其。

同时，环状天线的电感可以依赖于每个应用的通信频率和无线电力传输频率进行确定。

例如，在NFC天线的情况下，需要1至2μH的电感以实现13.56MHz的频率，在A4WP天线的情况下，需要1至2μH的电感以实现6.78MHz的频率，在WPC或PMA天线的情况下，需要6至12μH的电感以实现100至350kHz的频率，且在MST天线的情况下，需要10至40μH的电感以实现100kHz或更低的频率。

即，用于磁共振方式的无线电力传输的NFC天线或A4WP天线需要相对低的电感，这是因为所使用的频率高于用于磁共振方式的无线电力传输的MST天线或WPC和PMA天线的。

因此，考虑到无线电力传输器(Tx)和无线电力接收器(Rx)之间的无线电力充电范围和无线电力传输的强度和效率，通常磁共振方式的无线电力传输(WPC或PMA)天线被设置在天线单元的中心部分处。特别地，在组合天线中，WPC或PMA天线通常被设置在天线单元的中心部分处，且MST天线被设置在天线单元的外周处。

具有相对低电感的NFC或A4WP天线被设置在组合天线的外周处，这是因为随着天线区域越大，性能越好。因此，对于NFC或A4WP天线而言，在天线单元的内部区域中提供附加图案以扩展无线电力传输或无线电力通信的范围，且提高无线电力传输或无线通信的效率和性能。

然而，由于具有多个天线的组合天线在天线单元的中心处设有天线，诸如WPC、PMA或MST天线，因此不容易实现NFC或A4WP天线的附加图案。

因此，需要开发一种能够增加NFC或A4WP天线的区域而不影响被设置在天线单元中的天线，诸如WPC、PMA或MST的技术。

发明内容

为了解决上述问题和缺点，本发明的一个目的是提供一种组合天线模块，其能够通过根据天线单元的操作模式进行切换来使用另一种模式的天线来提高无线电力传输或无线通信的范围、效率和性能。

此外，本发明的另一个目的是提供一种便携式电子装置，其具有能够提高无线电力传输或无线通信的范围、效率和性能的无线电力传输功能，这是通过使用包括能够根据天线单元的操作模式进行切换的两个天线的组合天线模块实现的。

为了实现本发明上述和其他目的，提供了一种组合天线模块，其包括天线单元和切换单元。天线单元包括电路板，用于无线电力传输的第一天线和其方式不同于第一天线的用于无线电力传输的第二天线。切换单元包括被并联至第二天线的第一电容器和第二电容器，以及被设置在第一电容器和第二电容器之间以基于天线单元的操作模式断开或闭合的开关。第二天线和第二电容器形成闭合环路，其在断开开关时与第一天线相联接。

根据本发明的一个优选实施例，第一天线可以被设置在电路板的外部，且第二天线可以被设置在电路板的第一天线的内部。

在本发明的一个实施例中，电路板可以由柔性材料制成。

在本发明的一个实施例中，第一天线可以是磁共振方式的无线电力传输天线，且第二天线可以是磁感应方式的无线电力传输天线。

在本发明的一个实施例中，当天线单元的操作模式为磁共振方式的无线电力传输模式时，可以断开开关。

在本发明的一个实施例中，当通过第一天线的无线电力传输的性能等于或小于参考值时，可以断开开关。

在本发明的一个实施例中，无线电力传输的性能可以是无线电力传输或接收的强度。

在本发明的一个实施例中，当天线单元的操作模式为磁感应方式的无线电力传输模式时，可以闭合开关。

在本发明的一个实施例中，组合天线模块还可以包括被设置在天线单元的表面上以屏蔽磁场的屏蔽单元。

为了实现本发明上述和其他目的，提供了一种组合天线模块，其包括天线单元和多个切换单元。天线单元包括电路板和多个具有彼此不同的操作频率的天线。多个切换单元包括被并联至多个天线中的任一个的第一电容器和第二电容器，以及被设置在第一电容器和第二电容器之间以基于天线单元的操作模式断开或闭合的开关。当断开开关时，任一个天线和第二电容器形成与另一个天线相联接的闭合环路。

在本发明的一个实施例中，天线单元包括被设置在电路板的最外部分处的第一天线；被设置在电路板的中心区域上的第二天线；以及被设置在第一天线和第二天线之间的至少一个第三天线。

在本发明的一个实施例中，第二天线的操作频率可以低于第一天线的且高于第三天线的。

在本发明的一个实施例中，第一天线可以包括磁共振方式的无线电力传输天线和NFC天线中的任一个，第二天线可以是磁感应方式的无线电力传输天线且第三天线可以是MST天线。

在本发明的一个实施例中，当天线单元在使用第一天线的操作模式中时，多个切换单元中的至少一个切换单元可以是断开的。

此外，当通过第一天线的无线电力或无线电力传输或无线通信的性能等于或小于参考值时，多个切换单元中的至少一个可以是断开的。

在本发明的一个实施例中，当天线单元在未使用第一天线的操作模式中时，多个切换单元中的所有均可以是闭合的。

为了实现本发明的上述和其他目的，提供了一种便携式电子装置，其包括组合天线模块，分别与多个天线联接的多个无线模块以及用于确定正在操作多个无线模块中的哪一个模块以及用于控制组合天线模块的切换的模式确定单元。

根据本发明的一个优选实施例，多个无线模块中的任一个可以无线地传输或接收电力。

在本发明的一个实施例中，多个无线模块中的任一个可以无线地进行通信。

为了实现本发明上述和其他目的，提供了一种便携式电子装置，其包括组合天线模块、多个切换单元、多个无线模块和模式确定单元。组合天线单元包括具有电路板和多个具有彼此不同的操作频率的天线的天线单元和被设置在天线单元的表面上以屏蔽磁场的屏蔽单元。多个切换单元包括被并联至多个天线中的任一个的第一电容器和第二电容器，以及被设置在第一电容器和第二电容器之间以基于天线单元的操作模式断开或闭合的开关，其中当断开开关时，任一个天线和第二电容器形成与另一个天线相联接的闭合环路。多个无线模块与多个天线联接。模式确定单元用于确定正在操作多个无线模块中的哪一个模块以及用于控制组合天线模块的切换。

根据本发明，通过基于天线单元的操作模式的天线切换而形成使用另一种模式的天线的闭合环路，额外地形成单独的共振电路并将其联接至闭合环路，从而提高无线电力传输或无线通信的范围、效率和性能。

此外，通过形成闭合环路以将使用低频率的天线与使用高频率的天线相联接，可以提高无线电力传输或无线通信的范围、效率和性能，而无需单独提供额外的内部图案。因此，能够实现具有多个天线的组合天线模块的小型化。

此外，通过将组合天线模块应用至便携式电子装置，可以通过基于操作模式进行切换来提高无线电力传输或无线通信的范围、效率和性能，从而增强便携式电子装置的用户的便利性和满意度。

附图说明

图1为根据本发明的一个示例性实施例的组合天线模块的示意图。

图2为示意性地示出根据本发明的一个示例性实施例的组合天线模块的操作状态的实例的方框图。

图3为图2的等效电路图。

图4为示意性地示出根据本发明的一个示例性实施例的组合天线模块的操作状态的另一个实例的图。

图5为图4的等效电路图。

图6为示意性地示出根据本发明的一个示例性实施例的组合天线模块的立体图。

图7为示出图6的屏蔽单元的实例的横截面视图。

图8为根据本发明的一个示例性实施例的具有无线电力传输功能的便携式电子装置的示意性方框图。

图9为示意性地示出根据本发明的另一个示例性实施例的组合天线模块的图。

图10为示意性地示出根据本发明的另一个示例性实施例的组合天线模块的操作状态的实例的图。

图11为图10的等效电路图。

图12为示意性地示出根据本发明的另一个实施例的组合天线模块的操作状态的另一个实例的图。

图13为图12的等效电路图。

图14为示意性地示出根据本发明的另一个示例性实施例的组合天线模块的立体图。

图15为根据本发明的另一个示例性实施例的便携式电子装置的示意性方框图。

具体实施方式

将根据附图详细地描述本发明的示例性实施例，这对于可以实践本发明的本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。本发明可以按许多不同的形式进行具体化且不限于本文所述的实施例。在附图中，没有详细描述公知的方法、程序、组件、电路和网络，以免不必要地模糊实施例的方面，且在整个说明书中相同或类似的组件分配有相同的参考数字。

如在图1中所示，根据本发明的一个示例性实施例，组合天线模块100包括天线单元110和切换单元120。

天线单元110可以用于从便携式电子装置，诸如移动电话、PDA、PMP、平板电脑、多媒体装置等接收无线信号。天线单元110可以包括执行不同角色的多个天线且特别是用于无线电力传输的多个天线。如在图1和6中所示，天线单元110可以包括电路板111、第一天线112和第二天线114。

电路板111可以是具有至少一个天线或可选地形成在其上表面上的电路单元的基板。电路板111可以由具有耐热性、耐压性和柔性的材料制成。考虑到这种材料的物理特性，热固性聚合物膜，诸如由聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等制成的膜可以被用作电路板111。特别地，PI膜能够承受400℃以上的高温和-269℃的低温，即具有超耐热性和超低温耐受性。此外，PI膜薄且柔，并具有很强的耐化学性和耐磨性。出于这些原因，PI膜可以被广泛地用于在恶劣的环境中提供稳定的性能。

此外，用于与电子装置电连接的电路单元(未示出)或连接端子可以在电路板111的一侧上由多个天线提供。

第一天线112可以被设置在电路板111的外侧上。第一天线112可以是磁共振方式的无线电力传输天线，例如可以是A4WP天线。

第二天线114可以是不同于第一天线112的方式的无线电力传输天线。第二天线114可以被设置在电路板111的第一天线112的内部且可以是磁感应方式的无线电力传输天线，例如，可以是WPC或PMA天线。

如在图6中所示，第一天线112和第二天线114可以由沿顺时针方向或逆时针方向缠绕的扁平线圈形成。缠绕的扁平线圈可以具有圆形、椭圆形、螺旋形或多边形，诸如四边形。在这里，第一天线112和第二天线114可以用作用于无线电力传输的接收线圈(Rx线圈)或传输线圈(Tx线圈)。

尽管这里未示出，当以扁平线圈的形式提供多个天线112和114中的所有时，连接端子中的每一个可以被电连接至外部装置，而无需通过电路板。在这种情况下，能够完全消除电路板，以使得能够进一步地减少生产成本。

根据天线单元110的操作模式，切换单元120可以被连接至天线单元110的第二天线114并进行切换以形成与第一天线112相联接的闭合环路。

切换单元120可以包括被并联至第二天线114的第一电容器C1和第二电容器C2，以及被设置在第一电容器C1和第二电容器C2之间的开关SW。

在这里，第一电容器C1和第二电容器C2可以根据开关SW的断开或闭合来彼此连接或断开。即，当断开开关SW时，第二天线114和第二电容器C2可以形成闭合环路。

在这种情况下，开关SW的一侧端可以被连接至第二天线114的两端。此外，开关SW的另一端可以被连接至与第二天线114相联接的第二无线电力模块16。

结果，第一电容器C1可以被直接连接至第二无线电力模块16，且第二电容器C2可以被直接连接至第二天线114。

在这里，当闭合切换单元120时，第一天线112和第二天线114可以单独操作。

例如，如在图2中所示，切换单元120的开关SW可以使第一电容器C1与第二电容器C2相连接。

此时，能够通过第二天线114执行磁感应方式的无线电力传输。在这种情况下，第一天线112可以不进行操作，这是因为第一天线112具有不同于第二天线114的频率。

在这种情况下，如在图3中所示，第二天线114可以与切换单元120的两个电容器C1和C2相并联。第二天线114的第一操作频率fant21可以通过下列等式(1)计算。

[等式1]

在这里，L2为第二天线114的电感，且C1和C2为切换单元120的第一电容器C1和第二电容器C2的电容。

如在图4中所示，当断开切换单元120时，第二天线114与和第二天线114相联接的第二无线电力模块16断开，且第二天线114和第二电容器C2可以形成闭合环路。

即，如在图5中所示，第二天线114可以与切换单元120的第二电容器C2一起形成闭合环路并构成独立的共振电路。此时，能够通过下列等式(2)计算出由共振电路形成的共振频率，即，第二天线114的第二操作频率fant22。

[等式2]

如果共振频率fant22与第一天线112的操作频率相一致，独立的共振电路则能够与第一天线112相联接。即，当通过第一天线112传输无线电力时，例如在磁共振方式的无线电力传输期间，由与第一天线112相分离的第二天线114形成的共振电路还可以进行操作以传输或接收无线电力。同时，由第二天线114形成的共振电路可以与第一天线112相联接。

结果，通过与由第二天线114形成的共振电路相联接，第一天线112能够进行操作，就好像将单独的天线添加至第一天线112的一样。

在这里，通过调整第一和第二电容器C1和C2的电容和天线的电感L2，第二天线114可以具有用于执行磁感应方式的无线电力传输的第一操作频率fant21和用于与第一天线112相联接的第二操作频率fant22。

就这点而言，由第二天线114形成的闭合环路与第一天线112一起能够像一个天线一样操作。即，能够通过第一天线112和与第一天线相联接的第二天线114的闭合环路进行磁共振方式的无线电力传输。

因此，通过形成与第一天线112相联接的闭合环路，能够额外地使用被设置在电路板111内部的第二天线114。

结果，在磁共振方式的无线电力传输中使用的天线范围不仅可以扩展到电路板111的外部，而且还可以扩展到电路板111的中央部分。因此，可以增加磁共振方式的无线电力传输的有效距离且可以扩大无线电力传输的范围。同时，由于在更宽的范围上执行无线电力传输，因此能够提高无线电力传输的效率。

此外，通过切换操作来选择性地使用被设置在第一天线112内部的第二天线114，可以提高无线电力传输的效率，而无需提供单独的天线或图案。因此，可以相关于相同的效率来使组合天线模块100小型化。

当天线单元110的操作模式为其中使用第一天线112的操作模式时，例如，当由磁共振方式或由第一天线112执行无线电力传输时，第二天线114可以形成闭合环路以与第一天线112相联接。

替代地，当通过第一天线112的无线电力传输性能等于或小于参考值时，切换单元120可以使第二天线114形成闭合环路以与第一天线112相联接。当通过磁共振方式或通过第一天线112执行无线电力传输时，切换单元120可以无条件地不执行用于形成闭合环路的切换操作。可以仅在特定的情况下，诸如在这种操作期间当无线电力传输的效率等于或低于参考值时选择性地执行切换单元120的切换操作。此时，无线电力传输的性能可以是无线电力传输或接收的强度。

当天线单元110的操作模式为其中不使用第一天线112的操作模式时，例如，当由磁感应方式或由第二天线114执行无线电力传输时，切换单元120的开关SW可以是闭合的。

在本实施例中，组合天线模块100可以包括切换单元120，但本发明不限于此。可以与天线单元110相分离地提供切换单元120。例如，当将组合天线模块100应用于便携式电子装置时，切换单元120可以与天线单元110相分离地设置在主电路板上。

同时，如在图6中所示，组合天线模块100还可以包括被设置在天线单元110的一侧上以屏蔽磁场的屏蔽单元130。

屏蔽单元130由具有预定面积的板形构件形成，且天线单元110被固定在屏蔽单元130的表面上。

屏蔽单元130可以屏蔽由天线单元110产生的磁场且增加磁场的聚集速率，从而增强在预定的频带中进行操作的天线单元110的性能。

即，当在100至350kHz的频带中按磁感应方式传输无线电力时，或当在6.78MHz的频率中按磁共振方式传输无线电力时，屏蔽单元130用于增强在相应频带中进行操作的天线单元110的性能。

为此，屏蔽单元130可以由磁性材料制成，以便屏蔽从天线单元110产生的磁场。

此时，当天线单元110在低频带中以100至350kHz的频带进行操作时，屏蔽单元130可以由具有导磁率，例如在300至3500Wb/A.m的范围中的材料制成。当天线单元110以6.78MHz的频率进行操作时，屏蔽单元130可以由具有导磁率，例如在100至350Wb/A.m的范围中的材料制成。

例如，屏蔽单元130可以由在100至350kHz的低频带中具有2000至3500Wb/A.m的导磁率的Mn-Zn铁氧体片材、非晶合金或纳米晶合金的带状片材、聚合物片材等制成。屏蔽单元130可以由在100至350kHz的低频带中具有300至1500Wb/A.m的导磁率的Mn-Zn铁氧体片材、非晶合金或纳米晶合金的带状片材、聚合物片材等制成。

此外，屏蔽单元130可以是在6.78MHz的频率下具有100至350Wb/A.m的导磁率的Mn-Zn铁氧体片材、非晶合金或纳米晶合金的带状片材、聚合物片材等制成。

在这里，非晶合金或纳米晶合金可以是铁基或钴基磁性合金。非晶合金或纳米晶合金可以包括三元合金或五元合金。例如，三元合金可以包括Fe、Si和B，且五元合金可以包括Fe、Si、B、Cu和Nb。

如在图7中所示，屏蔽单元130’可以是多层带状片材，其可以通过将多个非晶合金或纳米晶合金的带状片材131a、131b和131c堆叠成两个以上的层而形成的多层带状片材。

此外，屏蔽单元130可以包括多个分离的细片，以便抑制涡电流的产生，且多个细片可以全部或部分地与相邻的其他细片相绝缘。

多个细片可以具有1μm至3mm的大小，且每一片可以具有不规则的形状。

当磁场屏蔽片材130’是通过堆叠包括分割的细片的多个屏蔽片材131a、131b和131c来构成的时候，包括非导电组件的粘合层131d可以被设置在相邻的屏蔽片材之间。由此，在彼此堆叠的每一对屏蔽片材之间的粘合层131d的部分或全部可以在构成每个片材的多个细片之间渗透，且从而可以使相邻的细片彼此绝缘。在这里，粘合层131d可以由粘合剂制成，或可以按可以将粘合剂施加至膜型基板的一侧或两侧的形式进行提供。

此时，屏蔽单元130或130’可以在上表面和下表面中的至少一个表面上设有单独的保护膜(未示出)。当屏蔽单元130或130’被分割成细片时，通过将保护膜(未示出)经粘合层附接至屏蔽单元130，粘合层可以在多个细片之间渗透并使相邻的细片彼此绝缘。在这里，粘合层131d可以由粘合剂制成，或可以按可以将粘合剂施加至膜型基板的一侧或两侧的形式进行提供。

根据本发明的一个示例性实施例，组合天线模块100可以被施加至便携式电子装置10。

如在图8中所示，便携式电子装置10可以包括组合天线模块100、模式确定单元12、第一无线电力模块14和第二无线电力模块16。

模式确定单元12可以确定正操作第一无线电力模块14和第二无线电力模块16中的哪一个并基于该确定控制组合天线模块100的切换。例如，模式确定单元12可以基于通过组合天线模块100的每个天线接收的无线电力的强度来确定操作状态。

替代地，模式确定单元12可以确定仅在特定情况中进行切换，而不是使切换单元120无条件地根据第一无线电力模块14和第二无线电力模块16的操作模式执行切换操作的条件。

例如，在通过被设置在电路板111的外部上的第一天线112按磁共振方式进行的无线电力传输期间，当无线电力传输的性能等于或小于参考值时，便携式电子装置10可以控制切换单元120的切换操作，以使得第二天线114形成闭合环路以与第一天线112相联接以提高效率。

此时，模式确定单元12可以确定用于切换该切换单元120的特定条件。例如，模式确定单元12可以基于无线电力传输或接收的强度来确定无线电力传输性能是否等于或小于参考值。

模式确定单元12可以确定用于切换组合天线模块100的各种条件，且本发明的实施例可以不特别地限于该类条件或确定方法。

第一无线电力模块14可以结合第一天线112执行磁共振方式的无线电力传输。第一无线电力模块14可以无线地传输或接收电力。即，第一无线电力模块14可以包括无线电力传输模块和无线电力接收模块中的任一个或两个。

第二无线电力模块16可以结合第二天线114执行磁感应方式的无线电力传输。第二无线电力模块16可以无线地传输或接收电力。即，第二无线电力模块16可以包括无线电力传输模块和无线电力接收模块中的任一个或两个。

在这里，当第一无线电力模块14和第二无线电力模块16充当无线电力传输模块时，便携式电子装置可以包括逆变器(未示出)，其将从便携式电子装置10的电源供给的直流(DC)电力转换成交流(AC)电力并将AC电力供给至第一天线112和第二天线114。

而且，当第一无线电力模块14和第二无线电力模块16充当无线电力接收模块时，便携式电子装置可以包括整流器(未示出)，其用于将从第一天线112和第二天线114接收的无线AC电力整流成DC电力；以及DC-DC转换器(未示出)，其用于将整流的DC电力转换成适于对便携式电子装置10的电池或内部电源进行充电的另一个DC电源。

此外，当第一无线电力模块14和第二无线电力模块16充当无线电力接收模块和无线电力传输模块时，便携式电子装置可以包括逆变器(未示出)、整流器和DC-DC转换器。

如上所述，由于根据本发明的实施例的组合天线模块100被设置于便携式电子装置10中，无线电力传输范围和效率能够通过基于操作模式的切换操作来进行改进。因此，能够改进对于便携式电子装置10的用户的便利性和满意度。

在本发明的一个示例性实施例中，组合天线模块100包括在上述说明中的切换单元120。然而，本发明并不限于此。可以与天线单元110相分离地提供切换单元120。例如，当将组合天线模块100应用于便携式电子装置时，切换单元120可以与天线单元110相分离地设置在便携式电子装置的主电路板上。

在本发明的一个示例性实施例中，天线单元110包括用于无线电力传输的两个天线112和114。然而，本发明不限于此，且天线单元还可以包括无线通信天线，诸如NFC或MST天线。

如在图9和14中所示，天线单元110’可以包括电路板111、第一天线112、第二天线114和第三天线116。

第一天线112可以被设置在电路板111的最外部分处。第一天线112可以具有大于几MHz的操作频带。

此时，第一天线112可以是在6.78MHz的频率下的磁共振方式的无线电力传输天线，且例如可以是A4WP天线。而且，第一天线112可以是使用13.56MHz的频率的通信天线，且例如可以是NFC天线。

第二天线114可以被设置在电路板111的第一天线112的内侧上，特别是在电路板111的中央区域上。第二天线114可以具有低于第一天线112的且高于第三天线116的操作频率。例如，第二天线114可以具有几百kHz的操作频率。

在这种情况下，第二天线114可以是使用100至350kHz的频带的磁感应方式的无线电力传输天线，且例如可以是WPC或PMA天线。此外，第二天线114可以是使用100至350kHz的频带的通信天线，无线电力接收天线或无线电力传输天线。

第三天线116可以被设置在电路板111上的第一天线112和第二天线114之间。第三天线116可以具有低于第一天线112的操作频率。例如，第三天线116可以具有100kHz或更小的操作频带。

此时，第三天线116可以是使用100kHz或更小频带的通信天线，且例如可以是MST天线。此外，第三天线116可以是使用100kHz或更小频带的无线电力传输天线。

虽然第三天线116被示为设置在第一天线112和第二天线114之间的一个天线，但本发明并不限于此。第三天线116可以是多个天线，其被设置在被设置在电路板的最外部区域上的第一天线112和被设置在电路板的中央区域上的第二天线114之间且具有彼此不同的操作频率。

如在图14中所示，第一天线114、第二天线114和第三天线116可以由沿顺时针方向或逆时针方向缠绕的扁平线圈形成。缠绕的扁平线圈可以具有圆形、椭圆形、螺旋形或多边形，诸如四边形。在这里，第一天线112和第二天线114可以用作用于无线电力传输的接收线圈(Rx线圈)或传输线圈(Tx线圈)。

尽管在图中未示出，当以扁平线圈的形式提供多个天线112和114中的所有时，连接端子中的每一个可以被电连接至外部装置，而无需通过电路板。在这种情况下，可以不采用电路板，以使得能够进一步地减少生产成本。

在这里，基于天线单元110’的操作模式，多个切换单元120’可以被连接至天线单元110’的多个天线中的任一个并进行切换以形成与其他天线相联接的闭合环路。在这里，多个切换单元120’的数量可以比天线单元110’的天线数量少至少一个。即，多个切换单元120’可以被分别连接至天线单元110’的多个天线中除了被设置在最外部分处的第一天线112的剩余天线。

在此之后，将描述其中天线单元110’的天线数量为三且切换单元120’的数量为二的情况。在这里，多个切换单元120’可以包括第一切换单元122和第二切换单元124。

第一切换单元122可以包括被并联至除了被设置在天线单元110’的最外部分处的第一天线112之外的天线中的任一个，例如，第二天线114的第一电容器C11和第二电容器C12，以及被设置在第一电容器C11和第二电容器C12之间的第一开关SW1。

在这里，第一电容器C11和第二电容器C12可以根据第一开关SW1的断开或闭合来彼此连接或断开。即，当断开第一开关SW1时，第二天线114和第二电容器C12形成闭合环路。

在这种情况下，开关SW1的一侧端可以被连接至第二天线114的两端。此外，开关SW1的另一端可以被连接至与第二天线114相联接的第二无线电力模块16。

结果，第一电容器C11可以被直接连接至第二无线模块16，且第二电容器C12可以被直接连接至第二天线114。

第二切换单元124可以包括被并联至除了被设置在天线单元110’的最外部分处的第一天线112之外的天线中的任一个，例如，第三天线116的第三电容器C21和第四电容器C22，以及被设置在第三电容器C21和第四电容器C22之间的第二开关SW2。

在这里，第三电容器C21和第四电容器C22可以根据第二开关SW2的断开或闭合来彼此连接或断开。即，当断开第二开关SW2时，第三天线116和第四电容器C22可以形成闭合环路。

此时，第二开关SW2的一侧端可以被连接至第三天线116的两端。此外，第二开关SW2的另一端可以被连接至与第三天线116相联接的第三无线电力模块18。

结果，第三电容器C21可以被直接连接至第三无线电力模块18，且第四电容器C22可以被直接连接至第三天线116。

在这里，当多个切换单元120’都是闭合的时候，第一天线112、第二天线114和第三天线可以单独操作。

例如，如在图10中所示，第一切换单元122的第一开关SW1可以使第一电容器C11与第二电容器C12相连接。第二切换单元124的第二开关SW2可以使第三电容器C21与第四电容器C22相连接。

此时，无线电力传输和无线通信能够通过第二天线114或第三天线116中的任一个执行。例如，可以执行磁感应方式的无线电力传输或MST通信。在这种情况下，第一天线112不进行操作，这是因为第一天线112具有不同于第二天线114或第三天线116的频率。

在这种情况下，如在图10中所示，第二天线114可以与被连接至第一切换单元122的两个电容器C11和C12相并联，且第三天线116可以与被连接至第二切换单元124的两个电容器C21和C22相并联。此时，能够通过下列等式(3)计算出第二天线114的第一操作频率fant21和第三天线116的第一操作频率fant31。

[等式3]

在这里，L2和L3分别为第二天线114和第三天线116的电感。C11和C12分别为第一切换单元122的第一电容器C11和第二电容器C12的电容。C21和C22分别为第二切换单元124的第三电容器C21和第四电容器C22的电容。

如在图12中所示，当多个切换单元120’中的至少一个为断开的时候，第二天线114和第三天线116中的至少一个可以与分别和第二天线114和第三天线116相联接的第二无线电力模块16和第三无线电力模块18中的至少一个断开。相关的天线和第二和第四电容器C12和C22中的至少一个可以形成闭合环路。

如在图13中所示，第二天线114和第三天线116中的每一个可以与第一切换单元122和第二切换单元124的电容器C12和C22中的每一个形成闭合环路，且闭合环路可以充当独立的共振电路。可以通过下列等式(4)表示共振电路中的每一个的共振频率，即，第二天线114的第二操作频率fant22和第三天线116的第二操作频率fant32。

[等式4]

如果每个共振频率fant22或fant32与第一天线112的操作频率相一致，这些独立的共振电路则能够被联接至第一天线112。因此，在通过第一天线112的无线电力传输或无线通信期间，例如，在磁共振方式的无线电力传输或NFC通信期间，由第二天线114和第三天线116中的至少一个形成的共振电路可以与第一天线112相分离地执行无线电力传输/接收或无线通信。同时，由第二天线114和第三天线116中的至少一个形成的共振电路可以与第一天线112相联接。

结果，通过与由第二天线114和第三天线116中的至少一个形成的共振电路相联接，第一天线112可以像添加单独的天线一样进行操作。

通过调整电容器C11、C21、C12和C22的电容和天线的电感L2和L3，第二天线114和第三天线116可以具有用于分别执行其自身功能的第一操作频率fant21和fant31，以及用于与另一个天线，例如，第一天线112相联接的第二操作频率fant22和fant32。

以这种方式，由第二天线114和第三天线116中的至少一个形成的闭合环路可以与第一天线112一起作为一个天线进行操作。即，在这种情况下，可以通过磁共振方式执行无线电力传输或可以执行通过第一天线112进行的NFC通信以及与第一天线112相联接的闭合环路。

因此，由于第二天线114和第三天线116中的至少一个形成了闭合环路以与第一天线112相联接，被设置在电路板111内部的第二天线114和第三天线116中的至少一个可以被额外地用作天线。

结果，用于磁共振方式的无线电力传输的天线范围不仅能够扩展到电路板111的外部，而且还能够扩展到电路板111的中央部分。因此，可以增加无线信号能够有效达到的距离，且从而能够放大无线电力传输或无线通信的覆盖范围。同时，由于能够在更宽的范围执行无线电力传输或无线通信，因此能够增强无线电力传输的效率或无线通信的性能。

此外，通过切换来选择性地使用被设置在第一天线112内部的第二天线114和第三天线116中的至少一个，可以提高无线电力传输的效率或无线通信的性能，而无需提供单独的天线或图案。因此，能够相关于相同的效率/性能来使组合天线模块100’小型化。

就这点而言，当天线单元110’的操作模式处于使用第一天线112的操作模式中时，例如，当由磁共振方式执行无线电力传输时，当执行NFC通信时，或当通过第一天线112执行无线电力传输或无线通信时，多个切换单元120’可以使第二天线114和第三天线116中的至少一个形成与第一天线112相联接的闭合环路。

替代地，当通过第一天线112的无线电力传输性能等于或小于参考值时，第二天线114和第三天线116中的至少一个可以形成闭合环路以与第一天线112相联接。即，当通过磁共振方式执行无线电力传输或通过第一天线112执行NFC通信时，切换单元120’可以无条件地不执行切换操作，但却仅在特定情况下，诸如在这种无线电力传输或通信操作期间当效率/性能等于或低于参考值时选择性地执行切换操作。此时，无线性能可以是无线传输或接收的强度，例如，无线通信的强度或无线电力传输或接收的强度。

当天线单元110’的操作模式处于未使用第一天线112的操作模式中时，例如，当无线电力传输采用磁共振方式，或通过第二天线114或第三天线116执行MST通信时，多个切换单元120’的所有开关SW1和SW2均可以是闭合的。

在这种情况下，虽然是第二天线114和第三天线116中的至少一个可以形成闭合环路以与第一天线112相联接的情况，但本发明并不限于此。至少一个其他天线可以形成闭合环路以与天线中的任一个相联接。

让我们考虑在100至350kHz的频带中通过磁共振方式传输无线电力的情况，在6.78MHz的频率下通过磁共振方式传输无线电力的情况，在100kHz或更小的频带中执行MST通信的情况，或在13.56MHz的频率下执行NFC通信的情况。在这些情况中，屏蔽单元130用于增强在相关频率或频带中操作的天线单元110’的性能。

在这里，没有具体描述屏蔽单元130，但是与参考图6和7所述的那些相同的技术特性也能够是适用的。

根据本发明的另一个实施例的这种组合天线模块100’能够被应用于便携式电子装置10’。

如在图15中所示，根据本发明的另一个实施例的便携式电子装置10’可以包括组合天线模块100’、模式确定单元12、多个无线模块14、16和18。

模式确定单元12确定正在操作多个无线电力模块14、16和18中的哪一个模块以及控制组合天线模块100’的切换。此时，模式确定单元12可以基于通过组合天线模块100’的每个天线接收的无线电力的强度来确定操作状态。

替代地，模式确定单元12可以确定其中切换单元120’不是根据多个无线模块14、16和18的操作模式来无条件地执行切换操作，但却是仅在特定情况下执行切换操作的条件。

例如，让我们考虑当通过被设置在电路板111的最外部分处的第一天线112以磁共振方式传输无线电力时无线电力传输效率等于或小于参考值的情况，或在NFC通信期间无线通信性能等于或小于参考值的另一个情况。为了增强电力传输效率或通信性能，切换单元120’可以执行切换操作，以使第二天线114和第三天线116中的至少一个形成闭合环路以与第一天线112相联接。

此时，模式确定单元12可以确定用于切换该切换单元120’的特定条件。例如，模式确定单元12可以基于无线传输或接收信号的强度来确定无线传输性能是否低于参考值。即，模式确定单元12可以根据无线通信的传输或接收信号的强度或无线电力传输或接收的强度来确定无线传输性能。

模式确定单元12可以确定用于切换组合天线模块100’的各种条件，且本发明的实施例可以不特别地限于该确定条件的种类或方法。

多个无线电力模块可以包括第一无线电力模块14、第二无线电力模块16和第三无线电力模块18。

第一无线电力模块14可以结合第一天线112执行磁共振方式的无线电力传输或执行NFC通信。即，第一无线电力模块14能够无线地传输或接收电力。例如，第一无线电力模块14可以包括无线电力传输模块和无线电力接收模块中的一个或两个。此外，第一无线电力模块14可以无线地通信、接收或传输且可以包括无线接收模块和无线传输模块中的任一个或两个。

第二无线电力模块16可以结合第二天线114执行磁感应方式的无线电力传输或无线通信。即，第二无线电力模块16可以无线地传输或接收电力。例如，第二无线电力模块16可以包括无线电力传输模块和无线电力接收模块中的一个或两个。此外，第一无线电力模块14可以无线地通信、接收或传输。例如，第一无线电力模块14可以包括无线接收模块和无线传输模块中的任一个或两个。

第三无线电力模块18可以结合第三天线116执行MST通信或无线电力传输。即，第三无线电力模块18可以无线地通信、接收或传输且可以包括无线接收模块和无线传输模块中的任一个或所有。此外，第三无线电力模块18可以无线地传输或接收电力。例如，第三无线电力模块18可以包括无线电力传输模块和无线电力接收模块中的一个或两个。

在这里，尽管未具体地描述第一无线模块14、第二无线模块16和第三无线模块18，但与参考图8所述相同的技术特性也可以是适用的。

如上所述，根据本发明的实施例的组合天线模块100’可以被应用于便携式电子装置10’。相应地，能够改进无线电力传输或无线通信的范围、效率和性能。能够增强对于便携式电子装置10’的用户的便利性和满意度。

虽然已经参考本发明的示例性实施例示出和描述了本发明，但要理解的是本发明不限于所公开的示例性实施例，本领域的技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节的各种改变。

Claims (20)

1.一种组合天线模块，其包括：

天线单元，其包括电路板，用于无线电力传输的第一天线和无线电力传输的方式不同于所述第一天线的第二天线，所述第一天线具有操作频率；以及

切换单元，其包括被并联至所述第二天线的第一电容器和第二电容器，以及被设置在所述第一电容器和所述第二电容器之间以基于所述天线单元的操作模式断开或闭合的开关，

其中当闭合所述开关时，所述第二天线与所述第一电容器和所述第二电容器形成具有第一操作频率的闭合环路，所述第一操作频率不同于所述第一天线的操作频率；当断开所述开关时，所述第二天线和所述第二电容器形成具有第二操作频率的闭合环路，所述第二操作频率与所述第一天线的操作频率一致，使得所述闭合环路与所述第一天线相联接。

2.根据权利要求1所述的组合天线模块，其中所述第一天线被设置在所述电路板的外部，且所述第二天线被设置在所述电路板的所述第一天线的内部。

3.根据权利要求1所述的组合天线模块，其中所述电路板由柔性材料制成。

4.根据权利要求1所述的组合天线模块，其中所述第一天线为磁共振方式的无线电力传输天线，且其中所述第二天线为磁感应方式的无线电力传输天线。

5.根据权利要求4所述的组合天线模块，其中当所述天线单元的所述操作模式为所述磁共振方式的无线电力传输模式时，所述开关为闭合的。

6.根据权利要求1所述的组合天线模块，其中当通过所述第一天线的无线电力传输的性能等于或小于参考值时，所述开关是断开的。

7.根据权利要求6所述的组合天线模块，其中无线电力传输的所述性能为所述无线电力传输或接收的强度。

8.根据权利要求4所述的组合天线模块，其中当所述天线单元的操作模式为所述磁感应方式的所述无线电力传输模式时，所述开关为闭合的。

9.根据权利要求1所述的组合天线模块，其中所述组合天线模块还包括被设置在所述天线单元的表面上以屏蔽磁场的屏蔽单元。

10.一种组合天线模块，其包括：

天线单元，其包括电路板和多个具有彼此不同的操作频率的天线；以及

多个切换单元，其包括被并联至所述多个天线中的任一个的第一电容器和第二电容器，以及被设置在所述第一电容器和所述第二电容器之间以基于所述天线单元的操作模式断开或闭合的开关，

其中当闭合所述开关时，所述任一个天线与所述第一电容器和所述第二电容器形成具有第一操作频率的闭合环路，所述第一操作频率不同于另一个天线的操作频率；当断开所述开关时，所述任一个天线和所述第二电容器形成具有第二操作频率的闭合环路，所述第二操作频率与所述另一个天线的操作频率一致，使得所述闭合环路与所述另一个天线相联接。

11.根据权利要求10所述的组合天线模块，其中所述天线单元包括被设置在所述电路板的最外部分处的第一天线；被设置在所述电路板的中心区域上的第二天线；以及被设置在所述第一天线和所述第二天线之间的至少一个第三天线。

12.根据权利要求11所述的组合天线模块，其中所述第二天线的所述第一操作频率低于所述第一天线的操作频率且高于所述第三天线的第一操作频率。

13.根据权利要求11所述的组合天线模块，其中所述第一天线包括磁共振方式的无线电力传输天线和近场通信(NFC)天线中的任一个，且其中所述第二天线为磁感应方式的无线电力传输天线，且所述第三天线为磁力安全传输(MST)天线。

14.根据权利要求11所述的组合天线模块，其中当所述天线单元在使用所述第一天线的操作模式中时，所述多个切换单元中的至少一个切换单元是断开的。

15.根据权利要求11所述的组合天线模块，其中当所述天线单元在未使用所述第一天线的操作模式中时，所述多个切换单元都是闭合的。

16.根据权利要求11所述的组合天线模块，其中当通过所述第一天线的无线电力或无线电力传输或无线通信的性能等于或小于参考值时，所述多个切换单元中的至少一个是断开的。

17.一种便携式电子装置，其包括：

根据权利要求1至16中的任一项所述的组合天线模块；

多个无线模块，其分别与所述多个天线联接；以及

模式确定单元，其用于确定正在操作所述多个无线模块中的哪一个模块以及用于控制所述组合天线模块的切换。

18.根据权利要求17所述的便携式电子装置，其中所述多个无线模块中的任一个无线传输或接收电力。

19.根据权利要求17所述的便携式电子装置，其中所述多个无线模块中的任一个进行无线通信。

20.一种便携式电子装置，其包括：

组合天线模块，其包括具有电路板和多个具有彼此不同的操作频率的天线的天线单元；和被设置在所述天线单元的表面上以屏蔽磁场的屏蔽单元；

多个切换单元，其包括被并联至所述多个天线中的任一个的第一电容器和第二电容器，以及被设置在所述第一电容器和所述第二电容器之间以基于所述天线单元的操作模式断开或闭合的开关，其中当闭合所述开关时，任一个天线与所述第一电容器和所述第二电容器形成具有第一操作频率的闭合环路，所述第一操作频率不同于另一个天线的操作频率；当断开所述开关时，所述任一个天线和所述第二电容器形成具有第二操作频率的闭合环路，所述第二操作频率与所述另一个天线的操作频率一致，使得所述闭合环路与所述另一个天线相联接；以及

模式确定单元，其用于确定正在操作所述多个无线模块中的哪一个模块以及用于控制所述组合天线模块的切换。

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