CN110235303A

CN110235303A - 薄设备中的天线

Info

Publication number: CN110235303A
Application number: CN201780084885.XA
Authority: CN
Inventors: 洪冠荣; 简智宏; 莊闵旭
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2019-09-13
Also published as: EP3560031A4; EP3560031A1; EP3560031B1; US11296399B2; US20210280958A1; WO2019013803A1

Abstract

公开了一种包括集成通信天线的计算机设备。在所述计算机设备中，第一天线被布置于膝上型计算机的铰链之上部分中的显示面板的上方，并且第二天线被布置于所述显示面板的下方。信号分离器电路耦接至射频模块，其中所述信号分离器电路被配置为经由平面印刷电路射频(FPC RF)电缆将第一频率范围发送至所述第一天线，并且将第二频率范围发送至所述第二天线。

Description

薄设备中的天线

背景技术

膝上型计算机被设计为将部件放置在最优位置。例如，放置于上部壳体(case)或铰链之上部分(hinge-up portion)中的显示面板顶部之上的天线可以提供最好的通信信号。这些天线可以通过从下部壳体引出的、显示面板后面的同轴电缆连接至电路。然而，当前研发及销售的膝上型计算机具有非常薄的铰链之上部分。随着铰链之上部分已逐渐变得更薄，同轴电缆已过厚而难以用于显示面板后面。

附图说明

在以下详细描述中参考附图描述了一些示例，在附图中：

图1是具有通信天线的计算设备的示例的附图，所述通信天线位于计算设备的铰链之上部分中的显示面板的上方和下方；

图2是计算设备的铰链之上部分的示例的附图，展示了用于不同天线的分开的馈源的示例；

图3是计算设备的铰链之上部分的示例的附图，展示了被分割以对分开的天线进行馈电的单个馈源的示例；

图4是从单个馈源对分开的天线进行馈电的方法的示例的过程流程图；以及

图5是可以存在于计算设备中以用于从单个馈源对分开的天线进行馈电的部件的示例的框图。

具体实施方式

本文所述的示例提供具有用于射频通信的集成天线的计算设备，本文也称为计算机设备。所述天线可以覆盖用于无线局域网(WLAN)通信和无线广域网(WWAN)通信等的频带。所述计算设备可以包括个人计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机或智能电话等。在许多系统中，天线可以位于显示面板下方，例如，膝上型计算机的铰链之上部分的下部区域中。然而，在铰链之上部分中的显示器下方用于多个天线的空间有限。此外，在此位置使用多个天线可能会导致天线之间的隔离问题。

在本文所描述的示例中，天线位于显示面板的上方和下方两者，以允许使用多个天线，同时最小化串扰和其他干扰。天线可以通过同轴电缆连接到收发器电路。然而，随着计算设备的某些部分(例如在膝上型计算机中保持显示器的铰链之上部分)变得更薄，显示器后面的空间变得过于有限而难以使用同轴电缆。例如，当机盖和显示面板之间的间隙小于约0.3mm时，0.64毫米(mm)外径(O.D.)的RF同轴电缆过大而难以安装在显示面板后面。

可以使用能够运载射频(RF)的平面印刷电路电缆(FPC)，但其在较高频率处可能会造成显著的信号损失。为了解决这个问题，本文描述的示例将较低频率的天线放置在显示器上方，并且将较高频率的天线放置在显示器下方。使用信号分路器(splitter)(例如一系列带通滤波器或阻抗匹配电路)以分割来自收发器电路的单个信号，通过FPC RF电缆将较低频率的信号发送到显示器上方的天线，而将较高频率的信号发送到显示器下方的天线。

图1是计算设备100的示例的图，其具有位于计算设备100的铰链之上部分108中的显示面板106的上方和下方的通信天线102和104。例如从计算设备100的下部部分112中的电路板通过铰链馈电的同轴电缆110可以将下部部分112中的收发器耦接到铰链之上部分108中的分路电路(splitting circuit)114。这两个天线102和104可以形成用于双频带通信的天线结构。

所述分路电路114可以通过FPC RF电缆116耦接至显示器上方的第一天线102。第二天线104可以通过同轴电缆118或通过短FPC RF电缆耦接到分路电路114。短FPC RF电缆中的信号损耗对于应用可以是可接受的。

对于具有13英寸显示器的膝上型计算机，所述FPC RF电缆116可以约为200mm或更长。与0.64mm O.D的相同长度的同轴电缆相比，所述FPC RF电缆在大约699兆赫(MHz)至大约2170MHz范围中将会造成大约1.0dB的额外插入损耗，在大约2300MHz至大约2690MHz范围中将会造成大约1.0至1.5dB的额外插入损耗，在大约3400MHz至大约3800MHz范围中将会造成大约1.5dB的额外插入损耗，以及在5150MHz到大约5850MHz范围中将会造成大约3.0dB的额外插入损耗。这些频率范围对应于如下表1所示的频带。

表1：频带的频率范围

分路电路114可以包括将低频信号发送到第一天线102的低带通滤波器和将高频信号发送到第二天线104的高带通滤波器的组合。如本文所使用的，低频信号是频率小于约3000MHz的信号，例如LB、MB和HB频带，高频信号是频率大于约3000MHz的信号，例如UHB和LAA/LTE-U频带。

在一些示例中，分路电路114可以是阻抗匹配电路。阻抗匹配电路可以具有比带通滤波器更低的插入损耗。可以使用的阻抗匹配电路的一个示例是0805WLAN双讯器(dieplexer)，可以从美国南卡罗来纳州方廷因市的AVX公司获得。可以使用其他商业可获得的阻抗匹配电路。

图2是计算设备200的铰链之上部分108的示例的图，其展示了用于不同天线102和104的分开的馈源的示例。附图标记相同的项目如关于图1所描述。在本示例中，没有使用分路电路。来自计算设备200中的收发器电路的同轴电缆202耦接到FPC RF电缆116，以将低频信号运载到第一天线102。来自计算设备200中的收发器电路的第二同轴电缆204将高频信号运载到第二天线104。第二同轴电缆204可以直接耦接到第二天线104，或者可以通过同轴电缆的短段(short segment)206耦接。在一些示例中，同轴电缆的短段206可以被短FPC RF电缆取代。

图3是计算设备300的铰链之上部分108的示例的图，其展示了被分割以对分开的天线102和104进行馈电的单个馈源的示例。附图标记相同的项目如关于图1与图2所描述。

利用这两个天线102和104可以使用许多频率组合。例如，第一天线102可以被调谐以覆盖约690MHz至约3000MHz的频率范围，而第二天线104被调谐以覆盖约3000MHz至约5850MHz的频率范围。

相应地，对于WWAN天线应用(例如在LTE和LTE-U频带中)，第一天线102可以被调谐以覆盖约690MHz至约2690MHz的频率范围，而第二天线104被调谐以覆盖约3400MHz至约5925MHz的频率范围。可以使用用于WWAN应用的其他频率组合，例如将第一天线102调谐以覆盖约690MHz到约3800MHz的频率范围，而将第二天线104调谐以覆盖约5150MHz到约5925MHz的频率范围。

所述天线也可以用于WLAN天线应用，例如2.4千兆赫兹(GHz)/5GHz双频带Wi-Fi连接。例如，第一天线102可以被调谐以覆盖约2400MHz至约2500MHz的频率范围，而第二天线104被调谐以覆盖约5150MHz至约5850MHz的频率范围。

相应地，由于FPC RF电缆116的使用，因此使用由在铰链之上部分108中的显示面板106分开的两个天线可以是可行的，即使在壳体中的间隙非常低，如0.3mm厚时，所述FPCRF电缆116也允许至第一天线102的信号在显示面板106后面被运载。使用用于低频的第一天线102使FPC RF电缆116中的损耗更易于管理。

图4是用于从单个馈源对分开的天线进行馈电的方法400的示例的过程流程图。所述方法开始于方框402，在方框402处，信号例如通过穿过(threaded through)铰链的同轴电缆而从电子设备中的收发器被发送到天线集群，所述铰链将膝上型计算机的下部部分连接至膝上型计算机的上部部分或铰链之上部分。

在方框404处，信号被分为较低的频带成分如LB、MB和HB频带，以及较高的频带成分如UHB和LAA/LTE-U频带。如本文所述，这可以通过带通滤波器的组合和阻抗匹配电路或其两者的组合来执行。

在方框406处，较高频带成分可以被发送至例如上部部分中的显示器的下方的下部天线。这可以通过同轴电缆或FPC RF电缆来执行。由于到下部天线的距离相对较短，例如1或2厘米(cm)，因此对于较高频带成分，FPC RF电缆中的损耗可以是可接受的。

在方框408处，较低频带成分可以被发送至例如上部部分中的显示器的上方的上部天线。这可以通过FPC RF电缆来执行。即使从信号分离器电路到上部天线的距离可能大于或等于20cm，对于较低频带成分的FPC RF电缆中的损耗也可以是可接受的。

图5是可以存在于计算设备500中的用于从单个馈源对分开的天线进行馈电的部件的示例的框图。计算设备500可以是膝上型计算机、平板计算机、智能电话或任何数量的其他设备。计算装置500可以包括处理器502，其可以是微处理器、单核处理器、多核处理器、多线程处理器、超低电压处理器、嵌入式处理器或任何其他类型的处理器。处理器502可以是芯片上系统(SoC)的一部分，在芯片上系统(SoC)中，处理器502和其他部件被形成为单个集成电路或单个电路板。

处理器502可以通过总线506与系统存储器(memory)504通信。可以使用任何数量的存储器设备来提供给定数量的系统存储器，包括随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态RAM(DRAM)等。

大容量存储装置(storage)508也可以经由总线506耦接到处理器502。可以包括所述大容量存储装置508以提供信息和数据的持久存储。大容量存储装置508可以经由固态驱动器(SSD)实施。可用于大容量存储装置508的其他设备包括只读存储器(ROM)、闪存存储器、微型硬盘驱动器、硬盘驱动器等。

部件可以通过总线506进行通信。总线506可以包括任何数量的技术，包括工业标准体系结构(ISA)、扩展的ISA(EISA)、外围部件互连(PCI)、外围部件互连扩展(PCIx)、PCIExpress(PCIe)或任何数量的其他技术。总线506可以是专有总线，其例如用于基于SoC的系统中，例如智能电话、平板计算机等中。可以包括其他总线系统，例如点对点接口和电源总线等。

总线506可以将处理器502耦接到收发器510或射频模块，以便与云512通信，所述云512例如是局域网、广域网或因特网。收发器510可以使用任何数量的频率和协议，例如关于表1所描述的那些。所述频率和协议可以包括例如使用由蓝牙技术联盟(BluetoothSpecial Interest Group)定义的蓝牙低能耗(BLE)标准进行的IEEE 802.15.4标准下的2.4GHz传输。所述频率和协议还可以包括用于根据电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准实施Wi-Fi^TM通信的WLAN频带。此外，还可以经由WWAN单元发生例如根据LTE、3G或其他蜂窝或无线广域协议进行的无线广域通信。

收发器510可包括任何数量的RF收发器IC，例如选自可从加利福尼亚州圣何塞市的Maxim Integrated公司获得的MAX2828/MAX2829系列的单/双频带802.11a/b/g世界频带收发器IC。另一个示例包括LTE双频带前端模块，例如可从马萨诸塞州沃本市的SkyworksSolutions公司获得的SKY68000-31等。可以使用本领域已知的任何数量的其他收发器模块和芯片。

来自收发器510的信号可以例如经由本文所述的同轴电缆被发送到分路器电路514。如本文所述，分路器电路514可包括带通滤波器的组合，和阻抗匹配电路，或其两者的组合。

低频信号可以例如通过FPC RF电缆518被发送到低频带天线516。如本文所述，所述低频带天线可以置于显示面板上方。高频信号可以例如通过同轴电缆522或通过FPC RF电缆的短段被发送到高频带天线520。

随后，计算设备500可使用来自高频带天线520的高频信号524或来自低频带天线516的低频信号526与云512通信。计算装置500不限于一组天线，而是取决于所需的频带可以包括两组或甚至三组天线。

计算设备500还可以包括网络接口控制器(NIC)526，以提供到云512的有线通信链路。有线通信链路可以提供以太网协议连接，或者可以提供基于其他类型的网络和接口协议的有线通信链路。

电池518可以为计算设备500供电，尽管计算设备500可以使用直接耦接到电网的电源。电池518可以是锂离子电池、金属空气电池或镍镉电池等。计算设备500中可以包括电池监视器/充电器520以对电池518充电、监视电池516的充电以及监视电池516的充电状态。

电源块522可与电池监视器/充电器520耦接以对电池518充电。在一些示例中，可以用无线电力接收器替换电源块522以无线方式提供电力，例如，通过计算设备500中的环形天线提供电力。

总线506可以将处理器502耦接到显示设备524。显示设备524可以置于计算设备500中，例如膝上型计算机的铰链之上部分中的显示面板，或平板计算机或智能电话中的显示器。在其他示例中，显示设备524可以是通过接口耦接到计算设备500的外部设备。

输入设备526可通过总线506耦接到处理器502。输入设备526可以是与显示设备524关联的触摸屏面板、置于计算设备500中的键盘、置于计算设备500中的触摸板、外部指向设备例如连接至计算设备500的键盘或鼠标，或其任何组合。

大容量存储装置508可以包括实施功能的代码模块。引导(boot)模块528可以包括引导处理器502的启动代码。可以包括操作系统530以提供用户和计算设备500之间的接口，并在计算设备500内提供基本操作。可包括应用532以提供功能，诸如通信应用、字处理应用等。

RC电路控制模块534可以用于控制通过收发器510的射频通信。RC电路控制模块534可以被配置为监视串扰和干扰以控制通信。

虽然本技术可能经受各种变型和替代形式，但以上讨论的示例仅以示例的形式示出。应理解的是，该技术不意图限于本文所公开的特定示例。实际上，本技术包括落入本技术范围内的所有备选方案、变型和等同方案。

Claims

1.一种用于膝上型计算机的天线结构，所述天线结构包括：

第一天线，所述第一天线布置于所述膝上型计算机的铰链之上部分中的显示面板的上方；

第二天线，所述第二天线布置于所述显示面板的下方；以及

信号分离器电路，所述信号分离器电路耦接至射频模块，其中，所述信号分离器电路被配置为经由平面印刷电路射频(FPC RF)电缆将第一频率范围发送至所述第一天线，并且将第二频率范围发送至所述第二天线。

2.如权利要求1所述的天线结构，其中：

所述第一天线被调谐至低于大约3000兆赫兹(MHz)的频率；并且

所述第二天线被调谐至高于大约3000MHz的频率。

3.如权利要求1所述的天线结构，其中：

所述第一天线被调谐至低于大约2690兆赫兹(MHz)的频率；并且

所述第二天线被调谐至高于大约3400MHz的频率。

4.如权利要求1所述的天线结构，其中：

所述第一天线被调谐至低于大约3800兆赫兹(MHz)的频率；并且

所述第二天线被调谐至高于大约5100MHz的频率。

5.如权利要求1所述的天线结构，其中所述信号分离器电路包括阻抗匹配电路。

6.如权利要求1所述的天线结构，其中所述信号分离器电路包括低带通滤波器和高带通滤波器。

7.一种用于改善的射频通信的方法，包括：

接收来自射频模块的信号；

将所述信号分为第一频带和第二频带；

经由平面印刷电路射频(FPC RF)电缆将所述第一频带发送至第一天线；以及

将所述第二频带发送至第二天线。

8.如权利要求7所述的方法，包括使用低带通滤波器从所述信号中滤除所述第二频带，而保留所述第一频带。

9.如权利要求7所述的方法，包括使用高带通滤波器从所述信号中滤除所述第一频带，而保留所述第二频带。

10.如权利要求7所述的方法，包括通过同轴电缆将所述第二频带发送至所述第二天线。

11.如权利要求7所述的方法，包括经由穿过铰链的同轴电缆将所述信号从膝上型计算机的下部壳体中的射频模块发送至膝上型计算机的上部壳体中的信号分离器电路。

12.一种具有用于通信的天线结构的膝上型计算机，所述天线结构包括：

第一天线，所述第一天线安装在显示面板上方的、膝上型计算机的上部壳体内部；

第二天线，所述第二天线安装在所述显示面板下方的所述上部壳体内部；

信号分离器电路，所述信号分离器电路安装在所述显示面板下方的所述上部壳体中；

印刷电路射频(FPC RF)电缆，所述印刷电路射频(FPC RF)电缆将信号分离器电路耦接至所述第一天线；

电缆，所述电缆将所述信号分离器电路耦接至所述第二天线；以及

同轴电缆，所述同轴电缆将所述信号分离器电路耦接至所述膝上型计算机的下部壳体中的射频模块。

13.如权利要求12所述的膝上型计算机，其中所述第一天线被调谐至大约699MHz至大约2690MHz的频带；并且所述第二天线被调谐至大约3400MHz至大约5925MHz的频带。

14.如权利要求12所述的膝上型计算机，其中所述第一天线被调谐至大约2400MHz至大约2500MHz的频带；并且所述第二天线被调谐至大约5150MHz至大约5850MHz的频带。

15.如权利要求12所述的膝上型计算机，其中所述电缆包括同轴电缆。