CN1497775A - 用于具有无线通信单元的电子设备的天线结构 - Google Patents

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Abstract

这里披露了一种电子设备(1)，它具有一种由三个天线(20－22)构成的分集型天线单元，并且包括一种双频带无线通信功能。该天线单元具有两个适用于不同频带中的每一个的发送－接收天线(20，21)和一个接收专用天线(22)。

Description

用于具有无线通信单元的电子设备的天线结构
技术领域
本发明大体上涉及具有无线通信功能的电子设备，并且具体涉及一种分集型天线技术。
背景技术
近来已经开发出各种例如应用在无线LAN(局域网)上的具有无线通信功能的电子设备。更具体地说，这些电子设备包括便携式信息终端(或者PDA)、个人计算机或者其它数字设备。
在这些电子设备中，在所谓分集型天线中的天线正在受到关注，试图获得空间分集效果和极化分集效果(例如，参照日本专利申请公开KOKAINo.2000-114848)。另外，已经研制出配有多个天线的电子设备以便在不同无线通信方法中履行无线通信功能(例如，参照日本专利申请KOKAI公开No.2002-73210)。
顺便说一下，例如，在基于由IEEE802.11委员会创建的标准的基础上构建的无线LAN中，需要双频带电子设备，它们适用于按照委员会标准11a在5GHz频带中的无线通信功能和按照委员会标准11b(或11g)在2.4GHz频带中的通信功能。
通常将一种在接收模式中采用分集天线的天线结构应用于这些双频带电子设备。这是一种具有总共四个天线的天线结构，即包括适用于5GHz频带的一个发送-接收天线和分集结构中的接收天线的两个天线，以及两个适用于2.4GHz频带的天线。
但是，在小型电子设备例如笔记本大小的个人计算机和便携式信息终端中，由于在安装部件中的严格限制所以难以安装四个天线。
发明概述
根据本发明的一个实施方案，提供一种电子设备，它具有一种分集型天线单元，该单元具有两个分别适用于不同频带的发送-接收天线和一个接收专用天线。
该电子设备包括：两个分别适用于不同频带的发送-接收天线；一个用于这些频带的接收天线，该天线与所述发送-接收天线一起形成两个分集天线；以及与所述发送-接收天线和接收天线连接的无线通信单元，该单元在每个频带中进行无线通信。
附图的简要说明
结合在说明书中并且构成其一部分的附图显示出本发明的实施方案，并且与上面给出的概述和下面给出的实施方案的详细说明一起用来说明本发明的原理。
图1为一方框图，显示出根据本发明第一实施方案的电子设备的基本部件；
图2为与第二实施方案相关的方框图；
图3为与第三实施方案相关的方框图；并且
图4显示出作为与第一实施方案相关的电子设备的一具体实施例的个人计算机的外观。
优选实施方案的详细说明
下面将参照这些附图对本发明的实施方案进行说明。
图1为一方框图，显示出具有与本发明第一实施方案相关的分集型天线单元的电子设备的基本部件。
(电子设备的结构)
电子设备1例如是一种笔记本型个人计算机或便携式信息终端(或PDA)，它具有内置无线通信单元，该单元在无线LAN中在两种频带中实现无线通信功能。
这里，这两种频带指的是按照例如标准IEEE802.11a(下面可以被称为HF)在5GHz频带中的无线LAN和按照例如在相对较低频率上的标准IEEE802.11b在2.4GHz频带中的无线LAN(这在下面可以被称为LF)的规范。应该注意的是，LF无线LAN的规范可以例如基于标准IEEE802.11g。
无线通信单元一般具有在2.4GHz频带中的RF(射频)电路和在5GHz频带中的RF电路，并且构建在例如无线LAN电路模块基底上。在2.4GHz频带中的RF电路包括一LF发送单元10和一LF接收单元11。在5GHz频带中的RF电路包括一HF发送单元12和一HF接收单元13。
在2.4GHz中的RF电路包括一发送-接收开关电路14和一分集(DIV)开关电路15。在5GHz频带中的RF电路包括一发送-接收开关电路16、一分集(DIV)开关电路17和高通滤波器(HPF)18。
另一方面，该电子设备1包括一天线单元，该单元具有一LF发送-接收天线20、一HF发送-接收天线21以及作为LF和HF所共用的双频带天线的接收专用天线22。如将在下面所述一样，该天线单元具有一种适用于LF和HF频带的分集型天线结构。这是一种能够在接收模式中获得适用于每种频带的分集效果的天线结构。
LF发送-接收天线20通过同轴电缆200与发送-接收开关电路14连接。该发送-接收开关电路14在发送模式中从LF发送单元10将发送信号传送给LF发送-接收天线20。另外，发送-接收开关电路14在接收模式中通过DIV开关电路15将由LF发送-接收天线20接收到的信号传送给LF接收单元11。
HF发送-接收天线21通过同轴电缆221与发送-接收开关电路16连接。该发送-接收开关电路16在发送模式中从HF发送单元12将发送信号传送给HF发送-接收天线21。另外，发送-接收开关电路16在接收模式中通过DIV开关电路17将由HF发送-接收天线21接收到的信号传送给HF接收单元13。
另一方面，接收专用天线22通过同轴电缆222与DIV开关电路15连接。该接收专用天线22还通过同轴电缆222与HPF18连接。该HPF18与DIV开关电路17连接。
在接收模式中，DIV开关电路15将LF发送-接收天线20的接收功率与接收专用天线22的功率进行比较，以便切换至表现为更高电平的天线侧(20或22)。另外，在接收模式中，DIV开关电路17将HF发送-接收天线21的接收功率与接收专用天线22的功率进行比较，以便切换至表现为更高电平的天线侧(21或22)。
(天线21或22)
本发明的天线单元具有这样一种天线结构，其中LF发送-接收天线20和HF发送-接收天线21布置在离接收专用天线22预定距离DL、DH处，如在图1中所示一样。
这里，如果在2.4GHz LF频带中的波长为λb，则将LF发送-接收天线20设置在离接收专用天线22距离为DL＝“(2n+1)*λb/4(其中，n＝1，2，3，…)”处。
另外，如果在5GHz HF频带中的波长为λa，则将HF发送-接收天线21设置在离接收专用天线22距离为DH＝“(2n+1)*λa/4(其中，n＝1，2，3，…)”处。
在这三个天线中的这种布置关系使得能够实现一种适用于LF和HF频带的天线结构，并且能够在接收模式中获得有利的分集效果。
(实施方案的功能效果)
例如，在LF无线LAN的发送模式中，发送-接收开关电路14使得从LF发送单元10输出的RF信号能够作为无线电波从LF发送-接收天线20中发送出。另外，在HF无线LAN的发送模式中，发送-接收开关电路16使得从HF发送单元12输出的RF信号能够作为无线电波从HF发送-接收天线21中发送出。
另一方面，在LF无线LAN的接收模式中，发送-接收开关电路14使得由LF发送-接收天线20接收的RF信号能够被传送给DIV开关电路15。同时，该RF信号也由接收专用天线22接收以被传送给DIV开关电路15。该DIV开关电路15将LF发送-接收天线20的接收功率与接收专用天线22的接收功率进行比较，以便将由表现出更高电平的天线侧接收的RF信号传送给LF接收单元11。
另外，在HF无线LAN的接收模式中，发送-接收开关电路16使得由HF发送-接收天线21所接收的RF信号能够被传送给DIV开关电路17。同时，该RF信号也由接收专用天线22接收以被传送给DIV开关电路17。
在这里，HPF18只从由接收专用天线22接收的RF信号中提取在5GHz频带(为HF)中的RF信号，以便将它发送给DIV开关电路17。该DIV开关电路17将HF发送-接收天线21的接收功率与接收专用天线22的接收功率进行比较，以便将由表现出更高电平的天线侧所接收的RF信号传送给HF接收单元13。
如上所述，简要地说，本实施方案的电子设备可以通过具有总共三个天线的天线结构来实现该分集天线，该天线结构包括两个适用于LF和HF频带的发送-接收天线20、21以及一个适用于每个频带并且因此是共用的接收专用天线22。换句话说，可以实现这样一种无线通信功能，它能够获得具有适用于LF和HF频带的双频带的分集效果。
该分集天线通常需要一种四天线结构，但是因为可以消除一个天线部件，所以可以节省在该电子设备中的天线安装空间。因此这在其用于安装部件的空间有限的小型电子设备例如小型笔记本大小的个人计算机和便携式信息终端中尤为有效。
另外，本实施方案的无线通信单元具有这样一种结构，其中HPF使由接收专用天线22接收的RF信号分开。因此，不是特别需要复杂的RF开关电路等，因此可以实现接收损耗较小并且电路简单的双频带通信功能。
(天线单元的安装结构)
下面将参照图4在假设该电子设备1例如为笔记本大小的个人计算机40的条件下对在本实施方案中的天线单元的安装结构进行说明。
该个人计算机40在外观上包括一计算机主部件41和通过铰链42铰接在计算机41上的显示装置43。
该计算机主部件41除了其上安装有CPU等部件的主电路板和键盘之外还具有其上安装有上述无线通信单元的电路板60。例如在2.4GHz频带中的RF电路组61和例如在5GHz频带中的RF电路组(包括HPF18等)62安装在电路板60上。
该显示装置43由保持着液晶显示板44的外壳构成。如在图4中所示一样，该显示装置43在液晶显示板44的背面上在外壳的上部中具有其上安装着上述两个发送-接收天线20、21和一个接收专用天线22的天线基底45、46、47。这些天线基底45、46、47为电路板，其一侧面由例如玻璃环氧树脂材料制成。应该注意的是，天线20-22布置成伸向液晶显示板44的显示表面侧。
另外，这些发送-接收天线20、21设置在例如离液晶显示板44的边缘3mm或更远的位置处。这种结构使得显示装置43的外壳能够保持较薄。而且，可以获得全方向的辐射特性，而不会对该液晶显示板44的显示表面侧或背面中任一个偏斜。另外，这些天线20-22可以设置在相对较高的位置，从而可以获得对周围环境影响较小的发送-接收环境。
在这里，如在图1中所示的情况中一样，接收专用天线22设置在位于发送接收天线20、21之间的液晶显示板的上部中心附近。在这三个天线间的位置关系中实现了这样一种天线结构，它适用于LF和HF频带并且可以在接收模式中获得有利的分集效果。
更具体地说，如果在2.4GHz LF频带中的波长为λb，则LF发送-接收天线20设置在距离接收专用天线22“(2n+1)*λb/4(其中，n＝1，2，3，…)”的位置处。在这里，在笔记本大小的个人计算机40中，两个天线应该最好尽可能相互分开，更具体地说，相互间隔如此的距离，从而导致例如“n＝2”以便降低这些天线之间的干扰。具体地说，由于在LF波带中的波长λb，这些天线20和22以如在图4中所示的大约为160mm的距离布置。
另一方面，如果在5GHz HF频带中的波长为λa，则HF发送-接收天线21设置在距离接收专用天线22“(2n+1)*λa/4(其中，n＝1，2，3，…)”的位置处。由于在HF波带中的波长λa，这两个天线21和22布置成相互间隔大约105mm，具体地说相互间隔如此的距离，从而例如导致如在图4中所示的“n＝3”。
另外，三个天线20、21、22分别通过同轴电缆50、51、52与构建在计算机主部件41中的无线通信单元的电路板60连接。该无线通信单元包括如在图1中所示一样的电路。
在这样一种安装结构中，假设电子设备1例如为笔记本型个人计算机40，在尤其利用其上部空间的显示装置43的情况中可以实现一种分集效果优异的天线结构。具体地说，可以减少在这些天线之间的干扰或者寄生效应。另外，由于其中这些天线伸向液晶显示板44的显示表面侧的结构，所以显示装置43的外壳的厚度可以被保留，并且可以在显示表面侧和背面上获得平衡良好的辐射特性。
(第二实施方案)
图2显示出第二实施方案。
在本实施方案的电子设备中，接收专用天线22通过同轴电缆222与无线通信单元中的带通滤波器(BPF)180a、180b连接。
该BPF180a与DIV开关电路15连接以从由接收专用天线22接收的射频信号中提取适用于LF频带的频率信号。另一方面，该BPF180b与DIV开关电路17连接以从由接收专用天线22接收的射频信号中提取适用于HF频带的频率信号。
与前面的实施方案类似，这种结构也可以实现适用于LF和HF频带的分集型天线结构。应该注意的是，其它部件的结构与在图1中所示的第一实施方案中的一样，并且将不进行说明。
(第三实施方案)
图3显示出第三实施方案。
在本实施方案的电子设备1中，接收专用天线22通过同轴电缆222与DIV开关电路17直接连接。该接收专用天线22还通过同轴电缆222与低通滤波器(LPF)181连接。该LPF181与DIV开关电路15连接以从由接收专用天线22接收的射频信号中提取适用于LF频带的频率信号。
与前面的实施方案类似，这种结构也可以实现适用于LF和HF频带的分集型天线结构。应该注意的是，其它部件的结构与在图1中所示的第一实施方案中的一样，并且将不进行说明。
另外，该无线通信单元的结构并不限于在第一实施方案和改进方案中的结构，并且该无线通信单元可以具有其它结构。更具体地说，可以有这样一种结构，其中接收专用天线22通过LPF181与DIV开关电路15连接，并且还通过HPF18与DIV开关电路17连接。另外，还可以有这样一种结构，其中RF电路组和LF电路组通过开关电路与接收专用天线22连接。在该情况中，DIV开关电路15、17可以构成为具有用于与每种频带相适应的滤波电路。
如上面所详细描述的一样，这些实施方案可以降低安装天线所需的空间，并且因此可以提供一种小型且高性能的电子设备。更具体地说，与在普通四天线结构中相比可以减少更多的天线部件，这在其用于安装部件的空间有限的小型电子设备中尤为有效。
本领域普通技术很容易想到其它优点和改进方案。因此，本发明在其广义方面并不限于在这里所述和所示的具体细节和代表性实施方案。因此，在不脱离由所附权利要求和其等同方案所限定的总体发明构思的精神和范围的情况下可以对本发明作出各种改变。

Claims (13)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：
两个分别适用于不同频带的发送-接收天线(20，21)；
一个用于这些频带的接收天线(22)，该天线与所述发送-接收天线一起形成两个分集天线；以及
与所述发送-接收天线和接收天线连接的无线通信单元(10至13)，该单元在每个频带中进行无线通信。
2.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述接收天线(22)设在发送-接收天线之间。
3.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，
所述发送-接收天线包括适用于相对较高频带的第一发送-接收天线(21)和适用于相对较低频带的第二发送-接收天线(20)；并且
所述接收天线(22)设置在距离第一和第二发送-接收天线预定距离(DL，DH)的位置，由此构成适用于每个频带的分集天线。
4.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，
所述发送-接收天线包括适用于基于波长λa的第一频带的第一发送-接收天线(21)和适用于基于波长λb的第二频带的第二发送-接收天线(20)；并且
所述接收天线(22)设置在距离第一发送-接收天线“(2n+1)*λa/4(其中，n＝1，2，3，…)”的位置处，并且设置在距离第二发送-接收天线“(2n+1)*λb/4(其中，n＝1，2，3，…)”的位置处。
5.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述无线通信单元(11，13)包括一滤波电路，用于将由接收专用天线(22)接收的射频信号分成在相应频带中的信号。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
一显示单元(43)，它保持着一显示板(44)；
一天线单元，它包括三个设置在显示单元的一部分处的天线(20-22)；以及
一无线通信单元(60)，它与这些天线连接并且在第一和第二频带中实现无线通信功能，
其中所述天线单元具有：
两个分别适用于第一和第二频带的发送-接收天线(20，21)；以及
一个用于这些频带的接收天线(22)，该天线设置在离每个发送-接收天线预定距离的位置处，由此构成适用于这些频带的分集天线。
7.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述接收天线(22)设在两个发送-接收天线(20，21)之间。
8.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，
所述天线单元在显示单元的一部分处设在与所述显示板相对的侧面上；
所述发送-接收天线包括适用于基于波长λa的第一频带的第一发送-接收天线和适用于基于λb的第二频带的第二发送-接收天线；并且
所述接收天线(22)设置在距离第一发送-接收天线“(2n+1)*λa/4(其中，n＝1，2，3，…)”的位置处，并且设置在距离第二发送-接收天线“(2n+1)*λb/4(其中，n＝1，2，3，…)”的位置处。
9.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，
所述发送-接收天线包括适用于基于波长λa的第一频带的第一发送-接收天线和适用于基于λb的第二频带的第二发送-接收天线；
所述接收天线(22)被配置为设置在距离第一发送-接收天线“(2n+1)*λa/4(其中，n＝1，2，3，…)”的位置处，并且设置在距离第二发送-接收天线“(2n+1)*λb/4(其中，n＝1，2，3，…)”的位置处；并且
所述天线单元设在显示单元(43)的一部分处，以实现空间分集效果和极化分集效果。
10.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述无线通信单元(60)包括一滤波电路(61，62)，用于将由接收专用天线接收的射频信号分成在相应频带中的信号。
11.一种用于在不同频带即第一和第二频带中实现无线通信功能的天线单元，该天线单元其特征在于，包括：
适用于所述第一频带的第一发送-接收天线(20)；
适用于所述第二频带的第二发送-接收天线(21)；
用于所述第一和第二频带的一接收天线(22)，它设置在离第一和第二发送-接收天线中的每一个预定距离的位置处，由此构成适用于这些频带的分集天线。
12.如权利要求11所述的电子设备，其特征在于
第一天线(22)设在第一和第二发送-接收天线(20，21)之间。
13.如权利要求11所述的电子设备，其特征在于，
当在第一频带中的波长为λa，并且在第二频带中的波长为λb，
所述接收专用天线(22)设置在距离第一发送-接收天线“(2n+1)*λa/4(其中，n＝1，2，3，…)”的位置处，并且设置在距离第二发送-接收天线(21)“(2n+1)*λb/4(其中，n＝1，2，3，…)”的位置处。
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