CN108461902B - 三宽带混合lte隙缝天线 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及三宽带混合LTE隙缝天线。公开了便携式电子设备的天线装置。天线装置包括具有边缘的导电接地面和在接地面的边缘中形成的基本上矩形的凹部。凹部具有底部、与底部相对的开口边缘和从底部延伸的至少第一侧。第一导体元件跨凹部的开口边缘延伸，第一导体元件的第一端在凹部的第一侧处连接到接地面。第一导体元件在凹部的边缘处留下至少一个间隙，使得第一导体元件、凹部的第一侧和凹部的底部一起界定在接地面中的隙缝，以及至少一个间隙界定在隙缝中的至少一个槽口。第二导电元件设置在凹部内并被连接或配置以与接地面耦合。天线装置还包括用于连接到RF馈电头的馈电臂，馈电臂基本上设置在隙缝的覆盖区内。

Description

三宽带混合LTE隙缝天线
本公开涉及具有三宽带性能的混合LET隙缝天线。第一单极子表面导体结合调谐隙缝元件的受控匹配，允许独立于中-高频带隙缝性能而控制低频带。
背景
首先，将定义在主要的详细描述中使用的一些术语以确保读者能够充分理解其中所述的概念。
在本申请的上下文中，“平衡天线”是具有在不同的、例如相反或正交的方向上远离中央馈电点延伸的一对辐射臂的天线。平衡天线的例子包括偶极子天线和环形天线。在平衡天线中，辐射臂对着彼此而不是对着接地面进行馈电。在很多平衡天线中，两个辐射臂实质上相对于彼此是对称的，虽然一些平衡天线可具有相对于其他臂更长、更宽或以其他方式被不同地配置的一个臂。平衡天线通常通过平衡馈电方式进行馈电。
相反，“不平衡天线”是对着接地面馈电的天线，接地面用作平衡(counterpoise)。不平衡天线可采用在一端处馈电的单极子天线的形式，或可被配置为中央馈电单极子或其它形式。不平衡天线可被配置为底盘天线，其中天线在天线所附着到的设备的底盘(一般是设备的接地面)中产生电流。在底盘或接地面中产生的电流导致参与RF信号的传输/接收的辐射模式。不平衡天线通常通过不平衡馈电方式进行馈电。
平衡-不平衡转换器可用于将平衡馈电转换成不平衡馈电，反之亦然。
可重配天线是能够以受控和可逆的方式动态地修改它的频率和辐射特性的天线。为了提供动态响应，可重配天线集成内部机构(例如RF开关、变容二极管、机械致动器或可调谐材料)，其使RF电流能够有意重分布在天线表面之上并产生优于它的特性的可逆修改。可重配天线不同于智能天线，因为可重配机构位于天线内部而不是在外部波束形成网络中。可重配天线的可重配能力用于最大化在变化的情形中的天线性能或满足变化的操作需要。
本公开的简要概述
本申请人提出了混合三宽带LTE隙缝天线，其包括在主隙缝导电构件的区域中的馈电臂和在不平衡表面元件的第一端处的受控匹配电路。
从第一方面来看，提供了便携式电子设备的天线装置，天线装置包括：
具有边缘的导电接地面；
在接地面的边缘中形成的实质上矩形的凹部，凹部具有底部、与底部相对的开口边缘和从底部延伸的至少第一侧；
第一导体元件，其跨凹部的开口边缘延伸，第一导体元件的第一端部在凹部的第一侧处连接到接地面，第一导体元件在凹部的边缘处留下至少一个间隙，使得第一导体元件、凹部的第一侧和凹部的底部一起界定在接地面中的隙缝，以及至少一个间隙界定在隙缝中的至少一个槽口；
至少第二导体元件，其设置在凹部内并被连接或配置以与接地面耦合；以及
馈电臂，其用于连接到RF馈电头，馈电臂基本上设置在隙缝的覆盖区内。
本公开的实施方式可提供混合隙缝天线，在通过第二导体元件和隙缝支持的第一较高频带和第二较高频带中操作，以及在通过充当不平衡天线的第一导体元件支持的第三较低频带中操作。
一些实施方式还可包括设置在凹部内并被连接或配置以与接地面耦合的第三导体元件。
在一些实施方式中，第二导体元件和/或第三导体元件电连接到接地面。然而，第二导体元件和第三导体元件中的一个或另一个或两者也可能相对于RF地浮动(即不电连接到接地面)，并替代地与接地面电磁地耦合以实现类似的结果。
第二导体元件和/或第三导体元件可以是蛇状的或具有蜿蜒配置。在其它实施方式中，第二导体元件和/或第三导体元件可具有其它形状，例如矩形补片形状。
在一些实施方式中，第二导体元件包括连接到接地面并在凹部的底部处从接地面朝着开口边缘延伸的第一部分和远离凹部的第一侧从相应的第一部分延伸的第二横向部分。
在被提供的情况下，第三导体元件还可包括连接到接地面并在凹部的底部处从接地面朝着开口边缘延伸的第一部分和从相应的第一部分朝着凹部的第一侧延伸的第二横向部分，使得导体元件的第二横向部分在凹部内远离彼此延伸。
第二导体元件和第三导体元件在这个实施方式中可被考虑为具有对反配置。
馈电臂的第一部分可沿着第二导体元件和/或第三导体元件中的一者的第二横向部分的边进行设置，以便与其耦合。例如，馈电臂的第一部分可基本上平行于并接近于第二导体元件或第三导体元件的第二横向部分延伸，以便允许在其之间的强耦合。
馈电臂的第一部分可沿着第二导体元件的第二横向部分的边进行设置，以便与其耦合，以及第三导体元件在被提供的情况下可以比第二导体元件更接近于凹部的第一侧。例如，馈电臂的第一部分可基本上平行于并接近于第二导体元件的第二横向部分延伸，以便允许在其之间的强耦合。
馈电臂可位于沿着第二导体元件或第三导体元件的第二横向部分的路线的大约三分之二处。
馈电臂的第二部分可沿着第一导体元件的边进行设置，以便与其耦合。
馈电臂可配置成与第二导体元件和第一导体元件都强耦合。
在第一元件和第二元件之间、例如在馈电臂与第一导体元件、第二导体元件或第三导体元件中的一个或更多个之间的强耦合在本文有下面的意义：在第一元件中的电激励产生在第二元件中的电激励，使得第一元件相对于第二元件的位置和配置影响激励的强度，如在本领域中已知的。实现强耦合的手段将是技术人员已知的，但在一系列实施方式中，当下面项中的一个或多个为真时，可认为强耦合存在：第一元件接近于第二元件，例如具有小于10mm的间隔；第一元件的边界的一部分与第二元件的边界的一部分相邻并间隔开，例如边界部分是平行的；第一元件和第二元件具有在表面上的相似几何布局，例如包括彼此相邻并间隔开的一个或更多个线性部分；第一元件和第二元件通过材料(例如衬底)分开一段距离，例如在公共衬底的第一相对的面和第二相对的面上；第一元件和第二元件在两个单独的衬底上彼此间隔开，元件跨在衬底之间的间隙面向彼此。
如果可在第一元件和第二元件之间激发谐振条件，则可认为强耦合存在。谐振的强度可指示耦合的强度。第一元件和第二元件可在第一频带中强耦合，并在不同的频带中较不强烈地或虚弱地耦合。
第一导体元件、第二导体元件和第三导体元件中的至少一个可包括从包括下列项的组中选择的至少一个集总无源部件：电感器、电容器和电阻器。集总无源部件允许相应的导体元件的电气长度被改变或调节而不必改变相应的导体元件的物理长度。这可以使优化天线更容易以实现最佳性能。例如，在第一导体元件中在其第一端附近包括集总电感器被发现导致最小的插入损耗和第一导体元件的电气长度的最有效的变化。
第一导体元件可被配置为基本上平面的条，条的平面基本上正交于接地面。这可帮助第一导体元件支持与由其它天线部件产生的辐射图案基本上正交的辐射图案，因而帮助提高隔离。
第一导体元件可被配置为便携式电子设备的外壳或边框的部分。例如，第一导体元件可在外壳的内表面上形成。这可通过激光直接成型(LDS)或通过将导电条印刷或粘贴到外壳的内部来实现。可选地，在外壳具有外部金属边框的情况下，边框的部分可被配置为第一导体元件。也可使用其它更传统的制造方法；这些包括：在印刷电路板(例如FR-4)上或在柔性电路衬底上提供导体元件以及被卷绕在介质载体结构上。
第一导体元件可提供有切换和/或匹配电路。例如，可在第一导体元件的第一端和接地面之间连接阻抗匹配电路。在一些实施方式中，RF开关被提供在第一导体元件的第一端和接地面之间，允许在不同的匹配电路之间的选择。例如，可在第一导体元件的第一端和接地面之间提供至少两个不同的匹配电路，匹配电路包括不同的集总部件，例如电容器和/或电感器和可选的电阻器。通过操作RF开关以在不同的匹配电路之间切换，第一导体元件的有效电气长度可被调节或动态地改变，而不需要改变导体元件的物理长度。
在一些实施方式中，还可提供跨凹部的开口边缘朝着第一导体元件的第二端在凹部的第二边缘处从接地面延伸的第四导体元件，其中间隙被界定在第一导体元件和第四导体元件的相互相邻的端部之间，以及其中第一导体元件和第四导体元件一起形成跨凹部的开口边缘的耦合线。第四导体元件可充当第一导体元件的耦合线延伸部分，并允许界定隙缝中的槽口的间隙位于沿着凹部的开口边缘的任何期望位置处。这允许优化天线装置，并可通过例如增加在低频带中的质量因子来延长天线装置的带宽。第四导体元件也可设置有切换和/或匹配电路。切换和/或匹配电路可被提供在离间隙最远的第四导体元件的端部处。
在一些实施方式中，馈电臂设置有切换和/或匹配电路。
馈电臂可被设置在基本上平行于接地面和凹部的平面中。
可在印刷电路板(PCB)中或其上形成接地面。可在PCB的一个表面上形成第二导体元件和第三导体元件(在被提供的情况下)，且可在PCB的相对表面上形成馈电臂。例如，接地面和第二导体元件和第三导体元件都可在PCB的一个表面上形成，以及馈电臂可在PCB的相对表面上形成。在适当的情况下，各种切换和/或匹配电路也可设置在PCB上。PCB可以是多层PCB。
馈电臂可具有从包括下列项的组中选择的形状或配置：L形、Π形和U形。在某些实施方式中，馈电臂具有：横向部分，其沿着第一导体元件和/或第二导体元件和/或第三导体元件的相应横向部分的边延伸或与这些横向部分重叠，以便允许在其之间的强耦合；以及在横向部分之间或在RF馈电头和横向部分之间的连接部分，连接部分基本上正交于横向部分，以便减小或避免在连接部分和横向部分和/或导体元件之间的耦合。
在一些实施方式中，天线装置还可包括接近度传感器，例如以检测人体部分的接近。如果确定人体部分接近于天线装置，则到RF馈电头的功率可被调节，以便将比吸收率(SAR)减小到可接受的水平，和/或调节天线装置，以便补偿人体部分的存在。
在一些实施方式中，凹部可具有从底部延伸的第二侧，第二侧与第一侧相对。在这些实施方式中，凹部在三侧上由接地面划界。
在其它实施方式中，凹部可以在与第一侧相对的侧面上是开口的或基本上开口的。在这些实施方式中，凹部只在两个相邻侧上由接地面划界。
天线装置可配置成使得第二导体元件和第三导体元件一起在中或高频带中操作，第一(和可选的第四)导体元件在低频带中操作(术语低、中和高在这里简单地用作描述相对频带频率的方便标记)。在第二导体元件耦合到馈电臂的情况下，第三导体元件可与第二导体元件和/或与隙缝的谐振耦合，以便扩大跨较宽带宽的响应。这可帮助提供在中和高频带上的宽带性能。
第二导体元件和第三导体元件可界定在由凹部和第一(和可选的第四)导体元件形成的隙缝中的通道，并可因此界定至少一个开口隙缝天线。第二导体元件可以起作用来形成RF隙缝路径，以及第三导体元件可与其耦合以充当宽带化元件。
在一些实施方式中，天线装置可在混合模式中操作，由于第一(和可选的第四)导体元件和在凹部的边缘周围的接地面中的导体路径而提供来自开口隙缝配置和也来自耦合环形配置的谐振，作为不平衡辐射体来操作。
可在接地面的边缘上或在接地面的不同边缘上提供本公开的两个或更多个天线装置。例如，接地面可由移动电话手机的主PCB或由膝上型计算机的屏幕部分的主PCB界定。
本公开的实施方式可支持MIMO或波束形成操作。
某些实施方式对接地面尺寸不敏感。某些实施方式不需要在馈电头上的复杂匹配电路，因此尺寸可减小。某些实施方式具有覆盖未来的额外低频带的能力。可改变较低的频带而不影响中和高频带。
此外，为了在设备外壳内实现，某些实施方式具有减小的尺寸，这在技术上是方便的且在美学上是令人愉快的。一些实施方式允许减小的部件计数和因而较便宜的制造。
附图说明
在下文中参考附图进一步描述本发明的实施方式，其中：
图1是从前侧看的根据第一实施方式的三宽带混合LTE隙缝天线的示意图；
图2示出由于图1的实施方式的第二导体元件和第三导体元件引起的中和高谐振，表面电流在插图部分中示出；
图3是图1的实施方式的可选的示意图，显示了开关位置和表面电流；
图4示出在第一导体元件和接地面之间的受控匹配和切换电路的示意图，显示了简单的CMC布置；
图5示出可如何通过使用图4的受控匹配和切换电路来调节谐振，显示了电容切换和谐振；
图6示出图1和3的实施方式的可选的示意图，显示了馈电臂位置；
图7示出与一对WLAN天线一起的图1和3的实施方式的一对天线；
图8是从前侧看的第二实施方式的示意图；
图9是从后侧看的图8的实施方式的示意图；以及
图10是安装在膝上型计算机的屏幕的边缘部分中的图8和9的实施方式的可选的示意图。
详细描述
随着在移动电信设备(例如平板计算机、膝上型计算机和智能电话)中的技术的当前进步，趋势是朝着支持更多的无线标准以及更薄和更在美学上富有魅力的。
当前的无线服务包括使用4G LTE，用于作为WWAN(无线广域网)而联网的快速蜂窝数据服务。这类似于WLAN(无线局域网)操作，但利用快速蜂窝数据协议，例如4G LTE或甚至5G作为数据回程。
对较薄的设备的期望常常需要使用金属硬壳式壳体，金属硬壳式壳体不提供来自天线的RF信号的良好通道。这基本上是WWAN频率的问题，并与其他天线耦合且放置成与其极接近和/或在母板上的电子部件耦合来提供对任何天线设计的挑战以在多个频带上工作。
已知在金属盖或壳体中使用塑料窗口，以便使RF信号可容易穿过，但这可阻止设备的美学设计且有时与在一定范围内的低溢价模型相关。其它解决方案包括在外壳周围的边缘中创建绝缘隙缝，以例如在
Figure BDA0001580734040000081
上创建偶极子或单极子天线元件。然而，这些通过在使用期间用手或手指跨元件短路而特别易受用户干预，这导致信号的降级。
另一解决方案是使用隙缝天线装置。这些类型的天线利用由金属元件或接地面划界的自由空间的隙缝来创建盒子；并具有在外壳中的小开口或槽口。由盒子中的辐射体元件划界的自由空间路径的形状、尺寸和数量限定将出现的特定谐振和因而产生的设备在其上进行操作的频率。
这个解决方案一般较不易受到阻挡隙缝或槽口的手指或手的外部干预，并允许谐振结构的更复杂的设计在外壳后面实现，这对使用外壳作为辐射元件的单极子或偶极子不是可行的。该解决方案作为对隙缝(其要求绝缘)的要求看起来也是在美学上令人愉快的，且因此具有与以前的设计不同的外观、颜色或对金属的感觉。
在现有技术中的文献描述了使用特定的金属结构被添加到主隙缝中，以便使特定的频带可被覆盖且调谐电路也可被添加到馈电臂，以便加宽跨有源频带的响应。这两种技术都允许隙缝天线满足对在用于LTE的低、中和高频带中的有挑战性的操作的要求。然而，复杂的调谐电路可添加到天线的覆盖区且因此需要美学设备的边框、边框或边缘大于理想所需的。
因此提出可克服前面所述的问题的混合开口隙缝天线设计，因为它可在移动设备中的大部分当前的薄金属外壳中实现，较不易受到用户干预导致的RF信号的降级，不在装饰性外壳中产生大隙缝或间隙，具有小覆盖区，并可在宽范围的频率上操作。
本公开的第一实施方式提供了三宽带混合LTE隙缝天线的设计。天线在图1中示出，图1示出便携式电子设备(未示出)的PCB 1的边缘的一部分。PCB 1合并导电接地面2和在接地面2中形成的凹部3。凹部3具有第一4和第二相对侧5、底部6和与底部6相对的开口边缘7。第一导体元件12朝着但不接触凹部3的第二侧5从凹部3的第一侧4跨开口边缘7延伸，留下间隙13。第二L形导体元件10从接地面2的底部6延伸并具有朝着但不接触凹部3的第二侧5延伸的横向臂11。第三L形导体元件8从接地面2的底部6延伸并具有朝着但不接触凹部3的第一侧4延伸的横向臂9。
接地面2的底部6、凹部3的第一侧和第二侧4、5以及第一导体元件12一起界定在接地面2中的主隙缝14。馈电臂15连接到RF馈电头16并基本上设置在由主隙缝14界定的覆盖区内。馈电臂15包括配置成在天线的操作期间分别与第二L形导体10的横向臂11和第一导体元件12耦合的横向部分17、18。
第一导体元件12可在凹部3的第一侧4处直接连接到接地面2，或可有利地通过受控匹配电路19连接到接地面2。间隙13配置成界定在主隙缝14中的槽口。
可形成便携式电子设备的外部金属外壳的部分的第一导体元件12是主要负责在低频带中的谐振的导电元件。第二导体元件和第三导体元件10、8是主要负责中和高频带的导电元件，由此，元件8在元件10的响应中提供宽带化效应，从而提供在中和高频带中的较宽频率响应。总之，这个结构是混合隙缝天线，中和高频带的特性由元件8、10和主隙缝14支持；以及较低频带由导电元件12所创建的不平衡(在这种情况下是单极子PIFA)天线支持。在这个例子中，元件8和10直接连接到接地面2，但它们可以是浮动的并与接地面2电磁地耦合以具有相似的结果。此外，虽然元件8和10被示为基本上是L形的，但是它们可以是其它形状，例如矩形补片或蛇状长度或提供所需的隙缝响应以在三频带LTE频率范围内操作的任何形状。
如已经讨论的，先前的解决方案需要在馈电臂上的复杂匹配电路或存在于主隙缝中的复杂导体形状，以便精确地匹配LTE频率范围，然而这并不特别适合于小形状因子。本公开的实施方式通过在主隙缝14中添加宽带化元件8来实现所需频率响应，这产生负责在中和高频带中的性能的额外谐振。这在图2中示出。
图2示出导电元件8和10对中和高频率谐振的作用，插图是表面电流分布。在101和102处的谐振是来自导电元件10，以及额外的谐振103通过将导电元件8添加到隙缝14而产生。这给出在中和高频带中的更可靠的1.6-2.8GHz响应。
天线的更简单的设计可省略导电元件8。这可导致最高操作频率被移除，然而这样的结构可能在不需要覆盖LTE频带的更高频率的WLAN(Wi-Fi)频率范围内是有用的。
在馈电臂15上不需要复杂的电路。然而，负责低频带的第一导电元件12可设置有受控匹配电路19。这可被配置为小形状因子无源电路19，并允许使用具有低部件计数的简单电路来改变导电元件12的有效电气长度。因此，低频带响应可被加宽并潜在地包括还没有被相关标准机构批准的频带，以用于未来适用。
如在图1中所指示的，受控匹配电路19可位于接地面2和第一导电元件12的第一端(左到右)之间。在最远离馈电臂15和第二导电元件10的端部处的这个位置在一些实施方式中是最有效的。在低频率响应中的表面电流大部分聚集在这个区域中，且因此在受控匹配电路19中的电容或电感(或组合)的改变可更有效地改变第一元件12的有效长度。在图3中示出低频带谐振的表面电流分布。
图3还示出在某些实施方式中，第一导体元件12可布置成基本上正交于接地面2的平面。在所示实施方式中，第一导体元件12具有[]或L形横截面。这可帮助促进正交于由混合天线的其它部分产生的其它辐射图案的辐射图案，因而提高隔离。接地面2的边缘部分20也可与接地面2的主平面正交地成一角度，如所示。
在图4中示出本发明的实施方式的简单的受控匹配电路19的布置，图4示出在一侧上连接到低频带第一导电元件12并经由链路RF1-RF4连接到四个不同的电容C1到C4的单刀四掷(SP4T)RF开关21。可以用电感或被实现为可变电容或包括任一部件的网络电路的布置代替电容。可使用其它类型的RF开关，例如两个单刀双掷(SPDT)等，取决于可用性或成本或其它因素。更宽泛的说，这个元件可被看作存在于顶部或第一导电元件12上的受控匹配电路19。
切换装置也需要在接地面2附近或其上，因为它需要由数字控制线处理并需要电压供应。所有这些要求意味着导体或电线需要被布线到设备，且这在接地面2之上被最好地完成，使得将不出现与天线本身中的元件的耦合。
在图5中示出当开关控制电容时第一导体元件12的响应，从而示出有效电气长度和响应。
这个特定的例子在四个不同的电容之间切换：当电容增加时，电气长度增加且因此谐振的频率降低。下面的表1概述所使用的电容和因而产生的谐振频率。
电容 谐振
68pF 699MHz
14pF 746MHz
7pF 880MHz
3pF 960MHz
表1：谐振与电容
类似地，如果电感被使用，则电感越高，导电元件12的有效电气长度越长，且因此谐振频率越低。这个特性是隙缝天线的混合性质的结果，较低的频带可改变而不影响中或高频带。开关连接到控制处理器。控制处理器可采用来自特定的RF模块的信息，例如接收信号强度指示(RSSI)或从模块基带处理器得到的其它度量，以便控制切换过程。这个设计使天线能够通过调节与开关一起使用的电容(或其它部件)覆盖当被批准在低频带制度中使用的未来的频带。
关于在天线设计中的馈电臂15，这可设置在第二层中，第二层不同于形成接地面2和导电元件8、10、12的层。馈电臂15需要与第二导电元件和第一导电元件10和12以及在特定位置上的主隙缝14耦合，以便产生中和高频带的最佳覆盖。馈电臂15在这个实施方式中基本上是π或U形的，但它可以是其它形状，例如L形或简单的补片，或提供与导电元件10、12和隙缝14的交互作用以实现所需的宽带谐振的任何合理的形状。
实验表明，为了良好的性能，馈电臂15可放置在沿着第一导电元件12的路线的大约三分之二处。馈电臂15需要与导电元件10和12都交互作用，且不应定位成太靠近导电元件10的接地点。优选地，RF馈电头16和/或馈电臂15位于远离受控匹配电路19所位于的凹部3的端部处。
在图6中概述了这个概念。对馈电臂15和RF馈电头16的要求是X>Y，以及在一些实施方式中X≈2Y。将理解，这个关系可由在隙缝14中的导电元件8、10、12的形状和馈电臂15的形状或在中和高频带中调谐的特定频率改变。
天线设计可例如嵌在具有薄金属边框和外壳的高端膝上型计算机屏幕的顶边缘中。这样的元件的阵列可被包括以支持MIMO和波束形成，并被包括沿着配置成在其它频率(例如WLAN(Wi-Fi))下操作的其它类似的隙缝设计天线元件的边。
图7示出本公开的两个混合天线22的布置可如何被布置并通过包括类似的隙缝型WLAN天线元件23来补充。
此外，响应于关于对无线设备的比吸收率(SAR)的限制的国际法律，技术用于主动管理被引导到人类组织内的辐射的数量。一种这样的技术使用传感器来检测人类组织是否接近RF发射器并主动关闭特定的发射器或减小输出功率。这样的传感器可从光学、红外(热)、电容或其它方式中选择以提供接近和从天线到人体的距离的可靠指示。
当前的系统可在有电容传感器的情况下使用位于附近区域中或甚至形成天线结构的部分的接近度传感器或P传感器。传感器连接到控制处理器，使得响应于特定的值或阈值，对天线元件的数字控制可被改变，以便实现下列项中的一个或全部：1.辐射元件配置改变；2.从RF前端传送的功率降低；和/或3.天线元件被完全断开。这响应于在附近环境中的人类组织而使动态功率、辐射图案和有源天线元件重新配置成为可能。
上面概述的实施方式使得所有导电元件8、10和12在与接地面2相同的层中，馈电臂15在第二层中。然而，其它实施方式可使用多层设计，由此，在隙缝14中的导电元件8、10、12中的一个或更多个位于第二层中，以及馈电臂15在第一层上(接地面2位于其中)。在层设计中的变化允许馈电臂15全部设置在隙缝14内且没有任何突出的部分，特别是当它在与接地面2相同的层上而不是在它上方时。
众所周知，在试验台上设计、模拟和优化的天线设备一旦被引入到现实世界移动设备内就将具有稍微不同的行为。这可能是由于未预见的因素，例如更多的金属底盘部件、电缆布线、具有与所预期的不同的电磁特性的材料和来自附近电子部件的噪声。
在本公开的实施方式的最近实现中，天线系统设计成存在于薄形状因子超极本型膝上型计算机的非常紧凑的屏幕边框中。在这样的有挑战性的环境中维护性能的随后的优化导致下面的实施方式。
参考图8，添加一些额外的特征以提高性能。可看到，在这个实施方式中，凹部3只在两个相邻侧上由接地面2、即在第一侧4处并沿着底部6划界，保持隙缝14在图8中的右手端处开口。第一导体元件12比在前面所述的实施方式中的更短，终止而不足凹部3的全长度。第四导体元件30设置成相邻于第一导体元件12的端部，留下间隙13。第四导体元件30与第一导体元件12一起形成耦合线。第四导体元件30可在凹部3的右手端的角落周围延伸，如以33所指示的，因而在小的可用空间的限制内提供耦合线的额外长度。这允许界定在主隙缝14中的槽口的间隙13远离凹部3的右手端移动，如在图8中观看的。这可增强低频带谐振，且间隙13的位置可被优化，第四导体元件30形成延伸的耦合元件，其与第一导体元件12耦合并充当宽带化特征以增加低频带的质量因子Q。
可添加集总部件31以调节第一导体元件12的电气长度。集总部件31可以根据需要是电感、电容或任何其它无源部件或这样的部件的组合。集总部件31不是必不可少的，但可能是有用的，取决于天线的特定频率要求，且使操作特性能够被优化而不物理地改变第一导体元件12的尺寸或长度。恰好位于受控匹配电路19之后的集总部件31的位置通过实验被发现是最佳的，并提供最少的插入损耗和第一导体元件12的电气长度的最有效的变化。
对LTE的多个低频带调谐的接口、馈电和切换电路位于接地面2上。例如，受控匹配电路19可安装在所示的位置处，且相关电路和无源部件可安装在接地面2上的PCB上。
图8还示出第二导体元件和第三导体元件10、8从凹部3的底部6延伸，连接到接地面2。
图9示出图8的布置的后视图，示出了在与接地面2不同的平面中的馈电臂15以及第二导体元件和第三导体元件10、8。馈电臂15被修改以包括额外的臂或延伸部分32。由延伸部分32提供的额外长度对较高频率5GHz LAA频带有帮助。馈电臂15的布置配置成使得U形臂沿着第一(低频带)导体元件12和第二(中-高频带)导体元件10(位于PCB的正面上)的边延伸并与其耦合。通过将该耦合延伸到第二导体元件10，可在高频带性能方面做出改进。
图10示出安装在紧凑的超极本型膝上型计算机的屏幕40的顶部边框中的天线设备。整个组件在高度上只有6.5-7.5mm的覆盖区。这个视图示出包含馈电臂15的后部PCB，且可看到垂直的第一导体元件12构件连同在左边的耦合线第四导体元件30。在组件的右边可看到安装在大接地面2上的PCB 41，其具有连接器、无源部件和开关19以匹配在低频带中的第一导体元件12。在右手角落中的是形成对LTE和WLAN功能的安装的部分的相关WLAN天线42。
在整个描述和该说明书的权利要求中，词“包括”和“包含”以及它们的变形意指“包括但不限于”，且它们并不意欲(且不)排除其它部分、添加物、部件、整数或步骤。在整个描述和该说明书的权利要求中，单数包括复数，除非上下文有另外的需求说明。特别是，在不定冠词被使用的场合，说明书应被理解为设想复数以及单数，除非上下文有另外的需求说明。
结合本发明的特定方面、实施方式或例子所述的特征、整数、特性、化合物、化学部分或组应被理解为可应用于在本文所述的任何其它方面、实施方式或例子，除非与本文不兼容。在本说明书(包括任何附随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或这样公开的任何方法或过程的所有步骤可在任何组合中被组合，除了至少一些这样的特征和/或步骤是相互排他的组合。本发明不限于任何前述实施方式的细节。本发明扩展到在本说明书(包括任何附随的权利要求、摘要和附图)中公开的任何新颖的特征或特征的任何新颖的组合或扩展到这样公开的任何方法或过程的任何新颖的步骤或步骤的任何新颖的组合。
读者的注意力指向结合本申请与本说明书一起同时或之前提交的且对本说明书的公众查询开放的所有论文和文档，以及所有这样的论文和文档的内容都通过引用被并入本文。

Claims (25)

1.一种用于便携式电子设备的天线装置，所述天线装置包括：
导电接地面，其具有边缘；
基本上矩形的凹部，其在所述接地面的所述边缘中形成，所述凹部具有底部、与所述底部相对的开口边缘和从所述底部延伸的至少第一侧；
第一导体元件，其跨所述凹部的所述开口边缘延伸，所述第一导体元件的第一端部在所述凹部的所述第一侧处连接到所述接地面，所述第一导体元件在所述凹部的边缘处留下至少一个间隙，使得所述第一导体元件、所述凹部的所述第一侧和所述凹部的所述底部一起界定在所述接地面中的隙缝，以及所述至少一个间隙界定在所述隙缝中的至少一个槽口；
第二导体元件，其设置在所述凹部内并被连接或配置以与所述接地面耦合；
第三导体元件，其设置在所述凹部内并被连接或配置以与所述接地面耦合；以及
馈电臂，其用于连接到RF馈电头，所述馈电臂基本上设置在所述隙缝的覆盖区内；
其中，所述第二导体元件包括连接到所述接地面并在所述凹部的所述底部处从所述接地面朝着所述开口边缘延伸的第一部分和远离所述凹部的所述第一侧从所述第一部分延伸的第二横向部分；
其中，所述第三导体元件包括连接到所述接地面并在所述凹部的所述底部处从所述接地面朝着所述开口边缘延伸的第一部分和从所述第一部分朝着所述凹部的所述第一侧延伸的第二横向部分，使得所述第二导体元件和第三导体元件的所述第二横向部分在所述凹部内远离彼此延伸；
其中，所述馈电臂配置成通过与所述第一导体元件和所述第二导体元件耦合来驱动所述天线装置；并且
其中，所述凹部被配置成作为隙缝天线来操作。
2.如权利要求1所述的天线装置，其中，所述第二导体元件和/或第三导体元件是蛇状的或具有蜿蜒配置。
3.如权利要求1所述的天线装置，其中，所述馈电臂的第一部分沿着所述第二导体元件和/或第三导体元件中的一者的所述第二横向部分的边进行设置，以便与所述第二导体元件和/或第三导体元件中的一者的所述第二横向部分耦合。
4.如权利要求3所述的天线装置，其中，所述馈电臂的所述第一部分沿着所述第二导体元件的所述第二横向部分的边进行设置，以便与其耦合，以及其中，所述第三导体元件相比于所述第二导体元件更接近于所述凹部的所述第一侧。
5.如权利要求3所述的天线装置，其中，所述馈电臂的第二部分沿着所述第一导体元件的边进行设置，以便与所述第一导体元件耦合。
6.如权利要求4所述的天线装置，其中，所述馈电臂的第二部分沿着所述第一导体元件的边进行设置，以便与所述第一导体元件耦合。
7.如权利要求6所述的天线装置，其中，所述馈电臂配置成与所述第二导体元件和所述第一导体元件都强耦合。
8.如权利要求1到7中的任一项所述的天线装置，其中，所述第一导体元件、第二导体元件和第三导体元件中的至少一个包括从包括下列项的组中选择的至少一个集总无源部件：电感器、电容器和电阻器。
9.如权利要求1到7中的任一项所述的天线装置，其中，所述第一导体元件被配置为基本上平面的条，以及其中，所述条的平面基本上正交于所述接地面。
10.如权利要求1到7中的任一项所述的天线装置，其中，所述第一导体元件具有L形横截面。
11.如权利要求1到7中的任一项所述的天线装置，其中，所述第一导体元件被配置为所述便携式电子设备的外壳或边框的部分。
12.如权利要求1到7中的任一项所述的天线装置，其中，所述第一导体元件设置有切换和/或匹配电路。
13.如权利要求1到7中的任一项所述的天线装置，还包括跨所述凹部的所述开口边缘延伸的第四导体元件，其中，所述间隙被界定在所述第一导体元件和第四导体元件的相互相邻的端部之间，以及其中，所述第一导体元件和第四导体元件一起形成跨所述凹部的所述开口边缘的耦合线。
14.如权利要求13所述的天线装置，其中，所述第四导体元件设置有切换和/或匹配电路。
15.如权利要求13所述的天线装置，其中，所述第一导体元件设置有切换和/或匹配电路，所述切换和/或匹配电路包括配置成允许在不同电容之间连接所述第一导体元件或所述第四导体元件的RF开关。
16.如权利要求14所述的天线装置，其中，所述切换和/或匹配电路包括配置成允许在不同电容之间连接所述第一导体元件或所述第四导体元件的RF开关。
17.如权利要求1到7、14到16中的任一项所述的天线装置，其中，所述馈电臂设置有切换和/或匹配电路。
18.如权利要求1到7、14到16中的任一项所述的天线装置，其中，所述馈电臂设置在基本上平行于所述接地面和所述凹部的平面中。
19.如权利要求1到7、14到16中的任一项所述的天线装置，其中，所述接地面在印刷电路板PCB中或在印刷电路板PCB上形成。
20.如权利要求19所述的天线装置，其中，所述第二导体元件和第三导体元件在所述PCB的一个表面上形成，且其中，所述馈电臂在所述PCB的相对表面上形成。
21.如权利要求1到7、14到16、20中的任一项所述的天线装置，其中，所述馈电臂具有从包括下列项的组中选择的配置：L形、Π形和U形。
22.如权利要求1到7、14到16、20中的任一项所述的天线装置，还包括检测人类组织的接近的传感器。
23.如权利要求22所述的天线装置，还包括控制电路以响应于由所述传感器检测到人类组织的接近而减小所述天线装置的辐射功率。
24.如权利要求1到7、14到16、20、23中的任一项所述的天线装置，其中，所述凹部具有从所述底部延伸的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对。
25.如权利要求1到7、14到16、20、23中的任一项所述的天线装置，其中，所述凹部在与所述第一侧相对的侧上是开口的。
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