CN110268579A - 电子设备中的天线 - Google Patents

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Abstract

本主题描述了电子设备中的天线。在示例实现中，电子设备包括：第一天线，其耦合到高频带无线广域网(WWAN)主信号处理器，其中第一天线要收发高频带WWAN信号；以及第二天线，其耦合到全球定位系统(GPS)信号处理器和第一无线局域网(WLAN)信号处理器，其中第二天线要收发GPS信号和WLAN信号。

Description

电子设备中的天线
背景技术
诸如膝上型电脑、蜂窝电话和平板电脑之类的电子设备包括用于无线通信的天线。这种天线可以安装在电子设备的外壳(enclosure)或壳体中。这些天线使得能够实现电子设备与无线网络和卫星导航系统之间的通信。
附图说明
以下详细描述参考附图，其中：
图1例示了根据本主题的示例实现的电子设备的外壳的示意性表示；
图2例示了根据本主题的另一示例实现的电子设备的外壳的示意性表示；
图3例示了根据本主题的示例实现的电子设备；以及
图4例示了根据本主题的示例实现的另一电子设备。
具体实施方式
电子设备具有外壳或壳体，在所述外壳或壳体中存在诸如处理器、存储器、电源、冷却风扇、I/O端口、天线等的电子组件。电子设备的外壳还容纳无线电收发器电路，该无线电收发器电路可以包括多个信号处理器，以用于处理不同射频信道上的各种通信信号。一个或多个信号处理器可以耦合到内置天线以用于收发信号。信号处理器可以生成用于传输的通信信号，并且还可以处理和解码接收到的通信信号。信号处理器可以是既能生成用于传输的信号又能解码接收到的信号的主信号处理器；或者是能够解码接收到的信号的辅信号处理器。
在无线电收发器电路中，一般而言，将低频带无线广域网(WWAN)主信号处理器的输入/输出(I/O)端口、中频带WWAN主信号处理器的I/O端口以及高频带WWAN主信号处理器的I/O端口一起复用(multiplex)到连接到第一天线的单个端口。这种复用通常通过使用两个双工器来实现。该第一天线收发低频带、中频带和高频带上的WWAN信号。此外，将WWAN辅信号处理器的I/O端口和全球定位系统(GPS)信号处理器的I/O端口一起复用到连接到第二天线的单个端口。使用另一双工器来复用WWAN辅信号处理器的I/O端口和GPS信号处理器的I/O端口。该第二天线接收WWAN信号和GPS信号。
无线电收发器电路中的双工器增加了插入损耗，并且因此降低了信号强度并会影响信号质量。而且，具有无线电收发器电路的电子设备一般来说实质上较为紧凑。无线电收发器电路中的双工器可能会利用更多空间，因而对电子设备的紧凑性有不利影响。
本主题涉及电子设备中的天线的配置和布置。根据本主题，单独的天线耦合到高频带无线广域网(WWAN)主信号处理器；并且单个天线耦合到全球定位系统(GPS)信号处理器和无线局域网(WLAN)信号处理器。
在示例实现中，第一天线耦合到高频带WWAN主信号处理器。第一天线要收发高频带WWAN信号。第二天线耦合到GPS信号处理器和WLAN信号处理器。第二天线要收发GPS信号和WLAN信号。
因此，利用所提出的主题，通过单独的天线来收发高频带WWAN信号，而在RF收发器电路中原本不是这种情况。因此，不将高频带WWAN主信号处理器的I/O端口与中频带和低频带WWAN主信号处理器的I/O端口一起复用，从而使无线电收发器电路中的双工器数量减少一个。由于从无线电收发器电路中消除了该双工器，可以降低插入损耗，从而提高信号强度。
此外，在所提出的主题中，单个天线耦合到GPS信号处理器和WLAN信号处理器。为此，将GPS信号处理器的I/O端口与WLAN信号处理器的I/O端口一起复用，而不像在其他系统中那样与WWAN辅信号处理器的I/O端口一起复用。比起将GPS信号处理器的I/O端口与WWAN辅信号处理器的I/O端口一起复用的双工器处的插入损耗，将GPS信号处理器的I/O端口与WLAN信号处理器的I/O端口一起复用的双工器处的插入损耗更小。这是因为当GPS信号和WWAN信号通过双工器时，由于GPS和WWAN信号的工作频率之差较小(即，约100-200兆赫兹(MHz))，因此双工器消耗更大的功率来复用/解复用GPS和WWAN信号。然而，当GPS信号和WLAN信号通过双工器时，由于GPS和WLAN信号的工作频率之差相对较大(即，约900MHz至1千兆赫兹(GHz))，因此双工器消耗更少的功率来复用/解复用GPS和WLAN信号。因此，利用本主题的天线配置，插入损耗进一步降低，这提供了提高的信号强度和更好的信号质量。
以下详细描述参考附图。只要可能，就在附图和以下描述中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。虽然在说明书中描述了若干示例，但是修改、改编和其他实现是可能的。因此，以下详细描述不限制所公开的示例。相反，所公开示例的适当范围可以由所附权利要求书来限定。
图1例示了根据本主题的示例实现的电子设备的外壳100。在示例实现中，外壳100可以由金属、塑料、金属塑料复合材料及其组合形成。外壳100可以通过模制工艺形成，并且可以包括用于安装容纳在外壳100内的不同电子组件的槽(未示出)。
在示例实现中，外壳100包括容纳在外壳100内的第一天线102和第二天线104。在示例实现中，第一和第二天线102和104可以是狭缝天线、环形天线、平面倒F天线、空腔天线和混合狭缝天线。
外壳100还包括高频带无线广域网(WWAN)主信号处理器106、无线局域网(WLAN)信号处理器108和全球定位系统(GPS)信号处理器110。在示例实现中，高频带WWAN主信号处理器106、WLAN信号处理器108和GPS信号处理器110可以包括在与外壳100相关联的电子设备的射频(RF)前端电路中，所述电子设备诸如平板电脑、膝上型电脑、智能手机等。RF前端电路是指天线与信号处理器之间的电路，并且包括信号处理器。在示例实现中，信号处理器可以包括RF滤波器、RF放大器、混频器、振荡器、调制器/解调器、低噪声转换器等。
高频带WWAN主信号处理器106可以生成用于传输的高频带WWAN信号，并且可以解码接收到的高频带WWAN信号。在示例实现中，高频带WWAN信号在2.3GHz至2.69GHz的频率范围内操作。WLAN信号处理器108可以生成用于传输的WLAN信号并解码接收到的WLAN信号。在示例实现中，WLAN信号在2.4GHz和5GHz之一的频带中操作。WLAN信号处理器108也称为第一WLAN信号处理器108。在示例实现中，第一WLAN信号处理器108可以是可在2.4GHz和5GHz频带二者上操作的双频带信号处理器。在另一示例实现中，第一WLAN信号处理器108可以可在单个频带上操作，比如2.4GHz或5GHz。GPS信号处理器110可以解码接收到的GPS信号。在示例实现中，GPS信号在大约1.5GHz的频率下操作。
在示例实现中，如图1中所示，第一天线102耦合到高频带WWAN主信号处理器106，并且可操作以收发高频带WWAN信号。在示例实现中，第一天线102的辐射元件可以通过同轴电缆耦合到高频带WWAN主信号处理器106。第二天线104耦合到GPS信号处理器110和第一WLAN信号处理器108，并且可操作以收发GPS信号和WLAN信号。在示例实现中，第二天线104的辐射元件可以通过同轴电缆耦合到GPS信号处理器110和第一WLAN信号处理器108。
图2例示了根据本主题的示例实现的电子设备的外壳200。电子设备的示例包括平板电脑、膝上型电脑、智能手机等。外壳200包括RF电路202。在示例实现中，RF电路202是RF前端电路，并且包括用于处理不同通信信道上的信号的信号处理器。外壳200包括容纳在外壳100内的所有组件以及其他附加组件。因此，如从图2中可以看到的，外壳200包括第一天线102和第二天线104。在示例实现中，第一天线102可以是立方形空腔天线，并且可以具有约15mm的长度“L1”、约11mm的宽度“B”和约2.5mm的高度“H”。在示例实现中，第二天线104可以是立方形空腔天线，并且可以具有约20mm的长度“L2”、约11mm的宽度“B”和约2.5mm的高度“H”。
外壳200还包括第一双工器204。第一双工器204位于RF电路202中。第二天线104通过第一双工器204耦合到第一WLAN信号处理器108和GPS信号处理器110。第一双工器204具有第一端口206、第二端口208和第三端口210。第一、第二和第三端口206、208和210是用于在第一双工器204与天线、信号处理器和其他电子组件之间建立电连接的接触点。第一双工器204将第一端口206和第二端口208复用到第三端口210上。
第一双工器204的第一端口206耦合到GPS信号处理器110，第一双工器204的第二端口208耦合到第一WLAN信号处理器108，并且第一双工器204的第三端口210耦合到第二天线104。由第二天线104接收到的WLAN信号和GPS信号可以通过第三端口210传输到第一双工器204。第一双工器204可以将接收到的WLAN信号与GPS信号分离，并将WLAN信号转发到WLAN辅信号处理器108，并且将GPS信号转发到GPS信号处理器110。因此，接收到的信号通过第一双工器204被分离并转发到相应的信号处理器。
外壳200还包括第三天线212。第三天线212耦合到低频带WWAN主信号处理器214和中频带WWAN主信号处理器216。低频带WWAN主信号处理器214可以生成用于传输的低频带WWAN信号，并且可以解码接收到的低频带WWAN信号。在示例实现中，低频带WWAN信号在690兆赫兹(MHz)至960兆赫兹(MHz)的频率范围内操作。中频带WWAN主信号处理器216可以生成用于传输的中频带WWAN信号，并且可以解码接收到的中频带WWAN信号。在示例实现中，中频带WWAN信号在1.7GHz至2.2GHz的频率范围内操作。在示例实现中，第三天线212可以是立方形空腔天线，并且可以具有约80mm的长度“L3”、约11mm的宽度“B”和约2.5mm的高度(未示出)。
如图2中所示，外壳200包括第二双工器218。第二双工器218位于RF电路202中。第三天线212通过第二双工器218耦合到低频带WWAN主信号处理器214和中频带WWAN主信号处理器216。第二双工器218具有第四端口220、第五端口222和第六端口224。第四、第五和第六端口220、222和224是用于在第二双工器218与天线、信号处理器和其他电子组件之间建立电连接的接触点。第二双工器218将第四端口220和第五端口222复用到第六端口224上。
第二双工器218的第四端口220耦合到低频带WWAN主信号处理器214，第二双工器218的第五端口222耦合到中频带WWAN主信号处理器216，并且第二双工器218的第六端口224耦合到第三天线212。第二双工器218可以组合和分离低频带WWAN信号与中频带WWAN信号。因此，第二双工器218使得能够将由低频带WWAN主信号处理器214生成的信号和由中频带WWAN主信号处理器216生成的信号复用并转发到第三天线212以进行传输。类似地，由第三天线212接收到的信号被分离并转发到相应的信号处理器。
外壳200还包括第四天线226。第四天线226耦合到WWAN辅信号处理器228，并且可操作以接收WWAN信号。WWAN辅信号处理器228包括在RF电路202中，并且可以解码在第四天线226处接收到的WWAN信号。在示例实现中，在第四天线226处接收到的WWAN信号处于690MHz至2.69GHz的频率范围内。在示例实现中，中频带WWAN信号在1.7GHz至2.2GHz的频率范围内操作。在示例实现中，第四天线226可以是立方形空腔天线，并且可以具有约50mm的长度“L4”、约11mm的宽度“B”和约2.5mm的高度(未示出)。
外壳200还包括第五天线230。第五天线230耦合到第二WLAN信号处理器232，并且可操作以收发WLAN信号。第二WLAN信号处理器232位于RF电路202中。第二WLAN信号处理器232可以生成用于通过第五天线230进行传输的WLAN信号，并且可以解码在第五天线230处接收到的WLAN信号。在示例实现中，在第五天线230处接收到的WLAN信号可以在2.4GHz和5GHz之一的频带中操作。在示例实现中，第五天线230可以是立方形空腔天线，并且可以具有约50mm的长度“L5”、约11mm的宽度“B”和约2.5mm的高度(未示出)。
图3例示了根据本主题的示例实现的电子设备300的示意性表示。电子设备300的示例包括膝上型电脑、笔记本电脑等。电子设备300具有外壳302。外壳302包括与如通过图1和图2例示的容纳在外壳100或外壳200内的组件类似的组件。因此，如图3中所示，电子设备300包括第一天线102、第二天线104、高频带WWAN主信号处理器104、WLAN辅信号处理器108和GPS信号处理器110。
电子设备300包括第三天线304。在示例实现中，第三天线304可操作以收发低频带无线广域网(WWAN)信号和中频带WWAN信号。在示例实现中，第三天线304与图2的第三天线212相同，并且执行与第三天线212的功能相同的功能。在示例实现中，电子设备300还可以包括与图2的第四天线226相同的第四天线(未示出)和与图2的第五天线230相同的第五天线230。
电子设备300包括容纳在外壳302中的RF前端电路306。在示例实现中，RF前端电路306可以容纳在电子设备300的显示面板的壳体内。高频带WWAN主信号处理器104、第一WLAN信号处理器108和GPS信号处理器110包括在RF前端电路306内。RF前端电路306还包括低频带WWAN主信号处理器308和中频带WWAN主信号处理器310。在示例实现中，低频带WWAN主信号处理器308与图2的低频带WWAN主信号处理器214相同，并且中频带WWAN主信号处理器310与图2的中频带WWAN主信号处理器216相同。
RF前端电路306还包括第一双工器312。第一双工器312将第一WLAN信号处理器108和GPS信号处理器110耦合到第二天线104。在示例实现中，第一双工器312与图2的第一双工器204相同，并且执行与第一双工器204的功能相同的功能。
RF前端电路306还包括第二双工器314。第二双工器314将低频带WWAN主信号处理器308和中频带WWAN主信号处理器310耦合到第三天线304。在示例实现中，第二双工器314与图2的第二双工器218相同，并且执行与第二双工器218的功能相同的功能。
在示例实现中，RF前端电路306还可以包括类似于图2的WWAN辅信号处理器228的WWAN辅信号处理器(图3中未示出)和类似于图2的WLAN主信号处理器232的WLAN主信号处理器。WWAN辅信号处理器可以耦合到第四天线，并且WLAN主信号处理器可以耦合到第五天线。
图4例示了根据本主题的示例实现的电子设备400的示意性表示。电子设备400的示例包括手持设备，诸如平板电脑、智能电话等。电子设备400具有外壳402。外壳402可以容纳电子设备400的电子组件。电子设备400还包括安装在外壳402的前侧上的显示面板404。通过箭头A来描绘前侧。显示单元404可以在前侧呈现视觉内容。在示例实现中，显示单元404可以是触敏显示器并且可以接收基于触摸的用户输入。
图4中示出了外壳402的分解图。在示例实现中，外壳402包括与容纳在如通过图1、图2和图3例示的外壳100、200和302内的组件类似的组件。因此，如图4中所示，外壳402包括位于前侧上的第一天线102、位于前侧上的第二天线104、高频带WWAN主信号处理器104、第一WLAN信号处理器108以及GPS信号处理器110。
外壳402包括第三天线406。在示例实现中，第三天线406可操作以收发低频带无线广域网(WWAN)信号和中频带WWAN信号。在示例实现中，第三天线406与图2的第三天线212相同，并且执行与第三天线212的功能相同的功能。在示例实现中，电子设备400的外壳402还可以包括与图2的第四天线226相同的第四天线(未示出)和与图2的第五天线230相同的第五天线(未示出)。
如图4中所示，外壳402还包括低频带WWAN主信号处理器408和中频带WWAN主信号处理器410。在示例实现中，低频带WWAN主信号处理器408与图2的低频带WWAN主信号处理器214相同，并且中频带WWAN主信号处理器410与图2的中频带WWAN主信号处理器216相同。
外壳402还包括第一双工器412。第一WLAN信号处理器108和GPS信号处理器110通过第一双工器412耦合到第二天线104。在示例实现中，第一双工器412与图2的第一双工器204相同，并且执行与第一双工器204的功能相同的功能。
外壳402还包括第二双工器414。低频带WWAN主信号处理器408和中频带WWAN主信号处理器410通过第二双工器414耦合到第三天线406。在示例实现中，第二双工器414与图2的第二双工器218相同，并且执行与第二双工器218的功能相同的功能。
在示例实现中，外壳402还可以包括类似于图2的WWAN辅信号处理器228的WWAN辅信号处理器(图4中未示出)和类似于图2的第二WLAN信号处理器232的第二WLAN信号处理器(图4中未示出)。WWAN辅信号处理器可以耦合到第四天线，并且第二WLAN信号处理器可以耦合到第五天线。
外壳402还包括两个接近传感器416和418。接近传感器416称为第一接近传感器416，并且接近传感器418称为第二接近传感器418。接近传感器416和418被布置在电子设备400的前侧上。从图4中可以看出，第一天线102和第三天线406架设(span)在两个接近传感器416和418之间。接近传感器416和418检测用户的身体部位距第一和第二天线102和406的距离，并且接近传感器根据检测到的距离来生成用于调节第一和第三天线102和406的传输信号强度的控制信号。这有助于控制使用电子设备400的用户的比吸收率(SAR)。在示例实现中，外壳402可以包括RF前端电路，诸如图3的RF前端电路306。
尽管用特定于方法和/或结构特征的语言描述了电子设备的外壳和具有这种外壳的电子设备的实现，但是要理解的是，本主题不限于所描述的特定方法或特征。相反，方法和特定特征被公开和解释为电子设备的外壳和具有这种外壳的电子设备的示例实现。

Claims (15)

1.一种用于电子设备的外壳，包括：
第一天线，其耦合到高频带无线广域网(WWAN)主信号处理器，其中第一天线要收发高频带WWAN信号；以及
第二天线，其耦合到全球定位系统(GPS)信号处理器和第一无线局域网(WLAN)信号处理器，其中第二天线要收发GPS信号和WLAN信号。
2.根据权利要求1所述的外壳，还包括第一双工器，其具有：
第一端口；
第二端口；以及
第三端口，其中第一双工器将第一和第二端口复用到第三端口上，第一端口耦合到所述GPS信号处理器，第二端口耦合到第一WLAN信号处理器，并且第三端口耦合到第二天线。
3.根据权利要求1所述的外壳，还包括第三天线，其耦合到低频带WWAN主信号处理器和中频带WWAN主信号处理器，其中第三天线要收发低频带WWAN信号和中频带WWAN信号。
4.根据权利要求3所述的外壳，还包括第二双工器，其具有：
第四端口；
第五端口；以及
第六端口，其中第二双工器将第四和第五端口复用到第六端口上，第四端口耦合到所述低频带WWAN主信号处理器，第五端口耦合到所述中频带WWAN主信号处理器，并且第六端口耦合到第三天线。
5.根据权利要求1所述的外壳，还包括第四天线，其耦合到WWAN辅信号处理器，其中第四天线要接收WWAN信号。
6.根据权利要求1所述的外壳，还包括第五天线，其耦合到第二WLAN信号处理器，其中第五天线要收发WLAN信号。
7.一种电子设备，包括：
第一天线，其要收发高频带WWAN信号；
第二天线，其要收发全球定位系统(GPS)信号和无线局域网(WLAN)信号；以及
第三天线，其要收发低频带无线广域网(WWAN)信号和中频带WWAN信号；
射频(RF)前端电路，包括：
高频带WWAN主信号处理器，其耦合到第一天线；
GPS信号处理器；
第一WLAN信号处理器；
第一双工器，其要将所述GPS信号处理器和第一WLAN信号处理器耦合到第二天线；
低频带WWAN主信号处理器；
中频带WWAN主信号处理器；以及
第二双工器，其要将所述中频带WWAN主信号处理器和所述低频带WWAN主信号处理器耦合到第三天线。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其中第一双工器包括：
第一端口；
第二端口；以及
第三端口，其中第一双工器将第一和第二端口复用到第三端口上，第一端口耦合到所述GPS信号处理器，第二端口耦合到第一WLAN信号处理器，并且第三端口耦合到第三天线。
9.根据权利要求7所述的电子设备，其中第二双工器包括：
第四端口；
第五端口；以及
第六端口，其中第一双工器将第四和第五端口复用到第六端口上，第四端口耦合到所述低频带WWAN主信号处理器，第五端口耦合到所述中频带WWAN主信号处理器，并且第六端口耦合到第三天线。
10.根据权利要求7所述的电子设备，还包括第四天线，其要接收WWAN信号，其中所述RF前端电路包括耦合到第四天线的WWAN辅信号处理器。
11.根据权利要求7所述的电子设备，还包括第五天线，其要收发WLAN信号，其中所述RF前端电路包括耦合到第五天线的第二WLAN信号处理器。
12.一种电子设备，包括：
外壳；以及
显示面板，其安装在所述外壳的前侧上，其中所述外壳包括：
两个接近传感器，其被布置在所述前侧上；
第一天线，其位于所述前侧上，第一天线耦合到高频带WWAN主信号处理器，其中第一天线要收发高频带WWAN信号；
第二天线，其位于所述前侧上，第二天线通过第一双工器耦合到全球定位系统(GPS)信号处理器和第一WLAN信号处理器，其中第二天线要收发GPS信号和WLAN信号；以及
第三天线，其位于所述前侧上，邻接所述两个接近传感器中的一个，第一天线和第三天线架设在所述两个接近传感器之间，第三天线通过第二双工器耦合到低频带无线广域网(WWAN)主信号处理器和中频带WWAN主信号处理器，其中第三天线要收发低频带WWAN信号和中频带WWAN信号。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其中第一双工器包括：
第一端口；
第二端口；以及
第三端口，其中第一双工器将第一和第二端口复用到第三端口上，第一端口耦合到所述GPS信号处理器，第二端口耦合到第一WLAN信号处理器，并且第三端口耦合到第二天线。
14.根据权利要求12所述的电子设备，其中第二双工器包括：
第四端口；
第五端口；以及
第六端口，其中第二双工器将第四和第五端口复用到第六端口上，第四端口耦合到所述低频带WWAN主信号处理器，第五端口耦合到所述中频带WWAN主信号处理器，并且第六端口耦合到第三天线。
15.根据权利要求12所述的电子设备，其中，所述外壳还包括第四天线，其耦合到WWAN辅信号处理器，其中第四天线要接收WWAN信号。
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