CN204760528U - 天线结构和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型可提供包含无线通信电路的电子设备。无线通信电路可包括射频收发器电路和天线结构。天线结构可包括导电外壳结构诸如外围导电外壳构件。天线结构可基于倒F形天线谐振元件或其他类型的天线谐振元件。电子设备可具有近场通信电路和非近场通信电路诸如蜂窝电话、卫星导航系统或无线局域网收发器电路。天线结构可被配置为处理与非近场通信电路相关联的信号。天线结构还可具有形成近场通信环形天线以用于处理与近场通信电路相关联的信号的部分。
Description
本专利申请要求于2012年11月19日提交的美国专利申请13/681,138的优先权,该专利申请全文以引用的方式并入本文。
背景技术
本发明整体涉及电子设备,并且更具体地涉及用于具有无线通信电路的电子设备的天线。
电子设备诸如便携式计算机和蜂窝电话通常具有无线通信能力。例如,电子设备可使用远程无线通信电路诸如蜂窝电话电路来使用蜂窝电话频带进行通信。电子设备可使用短程无线通信电路诸如无线局域网通信电路来处理与附近设备的通信。电子设备还可具有卫星导航系统接收器和其他无线电路诸如近场通信电路。近场通信方案涉及经短距离(通常20cm或更小)的电磁耦接通信。
为了满足消费者对小外形无线设备的需求,制造商一直努力实现使用紧凑结构的无线通信电路诸如天线部件。同时,期望无线设备覆盖越来越多的通信频带。例如,期望无线设备覆盖近场通信频带同时覆盖附加的非近场(远场)频带,诸如蜂窝电话频带、无线局域网频带和卫星导航系统频带。
因为天线具有与彼此以及无线设备中的部件干扰的可能性,所以在将天线结合到电子设备中时必须小心。此外,必须小心确保设备中的天线和无线电路能够在一系列工作频率范围内表现出令人满意的性能。
因此,希望能够为无线电子设备提供改善的无线通信电路。
实用新型内容
本发明可提供包含无线通信电路的电子设备。无线通信电路可包括射频收发器电路和天线结构。射频收发器电路可包括在近场通信频带中工作的近场通信电路。射频收发器电路还可包括非近场通信电路(远场通信电路)诸如蜂窝电话、卫星导航系统或无线局域网收发器电路。非近场通信电路可在一个或多个非近场通信频带中工作。
天线结构可包括导电外壳结构诸如外围导电外壳构件。天线结构可基于倒F形天线谐振元件或可具有其他类型的天线谐振元件。天线结构可被配置为处理与非近场通信电路相关联的信号诸如蜂窝电话信号、卫星导航系统信号或无线局域网信号。天线结构还可用于形成近场通信环形天线。近场通信环形天线可处理与近场通信电路相关联的信号。在近场和非近场应用之间共享天线结构允许设备尺寸最小化。
天线结构可具有形成环形天线的多个环形的路径。环路可形成在倒F形天线谐振元件内的不同位置处或者可为同心的。
天线结构可形成在电子设备的相对端处。组合电路可允许近场通信电路和非近场通信电路耦接至共用天线结构。在设备相对端处包括天线结构的电子设备的配置中,可在设备两端发送和接收近场通信信号。还可从电子设备的正面和背面发送近场通信信号。
根据一个方面,提供一种电子设备,包括:非近场通信电路,所述非近场通信电路被配置为处理非近场通信信号频带中的信号;近场通信电路,所述近场通信电路被配置为处理近场通信频带中的近场通信;和天线结构,所述天线结构耦接至所述非近场通信电路和所述近场通信电路,其中所述天线结构被配置为处理所述非近场通信信号频带和所述近场通信频带中的所述信号。
根据另一个方面,提供一种电子设备,包括:外壳;所述外壳中的近场通信电路,所述近场通信电路被配置为在近场通信频带中进行无线通信;和第一天线结构和第二天线结构,所述第一天线结构和所述第二天线结构耦接至所述近场通信电路以处理所述近场通信频带中的信号,其中所述第一天线结构和所述第二天线结构位于所述外壳的相对端。
根据另一个方面,提供一种天线结构,包括:倒F形天线谐振元件,所述倒F形天线谐振元件由金属结构形成;天线接地部;和天线馈电路径,所述天线馈电路径耦接至所述倒F形天线谐振元件,其中所述倒F形天线谐振元件和所述天线接地部被配置为在大于700MHz的通信频带中表现出天线谐振,并且其中所述金属结构的至少一部分形成被配置为发送近场通信频带中的近场通信信号的近场通信环形天线。
根据附图以及以下对优选实施例的详细描述,本发明的其他特征、本发明的实质以及各个优点将变得更加显而易见。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的一种具有无线通信电路的示例性电子设备的透视图。
图2为根据本发明的实施例的一种具有无线通信电路的示例性电子设备的示意图。
图3为根据本发明的实施例的示例性电子设备无线电路的图示。
图4为根据本发明的实施例的耦接至近场通信电路和非近场通信电路的示例性天线结构的图示。
图5为根据本发明的实施例的使用耦接电路例如双工器耦接至近场通信电路和非近场通信电路的示例性天线结构的图示。
图6为根据本发明的实施例的配置中的示例性天线结构的图示,在该配置中近场通信电路和非近场通信电路耦接至天线结构,并且其中当天线结构在近场通信频率处工作时在天线结构内的不同位置处形成多个环形。
图7为根据本发明的实施例的配置中的示例性天线结构的图示,在该配置中近场通信电路和非近场通信电路耦接至天线结构,并且其中当天线结构在近场通信频率处工作时形成多匝环形天线。
图8为根据本发明的实施例的示例性电子设备的图示,该示例性电子设备具有多个天线诸如定位在设备外壳的相对端处的天线并且具有允许近场通信电路和非近场通信电路使用该天线的电路。
图9为根据本发明的实施例的图8中所示类型的示例性电子设备的截面图,其示出了如何可从设备两端以及设备的正面和背面发射和接收天线信号。
具体实施方式
电子设备诸如图1的电子设备10可具有无线通信电路。无线通信电路可用于支持多个无线通信频带中的无线通信。无线通信电路可包括天线结构诸如包括环形天线、倒F形天线、带状天线、平面倒F形天线、缝隙天线、包括多于一种类型的天线结构的混合天线、或其他适合的天线的天线结构。
如果需要,天线结构可由导电电子设备结构形成。导电电子设备结构可包括导电外壳结构。外壳结构可包括围绕电子设备的周边延伸的外围导电构件。外围导电构件可用作平面结构诸如显示器的框和/或可形成设备的垂直侧壁。
天线结构可被配置为处理近场通信(例如,近场通信频带诸如13.56MHz频带中的通信)和非近场通信(有时称为远场通信)两者诸如蜂窝电话通信、无线局域网通信和卫星导航系统通信。近场通信通常涉及小于大约20cm的通信距离。远场通信通常涉及数米或英里的通信距离。
信号组合电路诸如双工器或切换电路可用于允许近场通信收发器和非近场通信收发器电路共享天线结构。通过减少或消除处理近场通信信号的独立近场通信天线结构的需要,在近场通信和非近场通信电路之间共享的天线结构可有助于使设备尺寸最小化。
电子设备10可为便携式电子设备或其他合适的电子设备。例如,电子设备10可为膝上型计算机、平板电脑、稍小的设备诸如腕表设备、挂式设备、耳机设备、听筒设备或其他可佩带的设备或微型设备、蜂窝电话或媒体播放器。设备10还可为电视机、机顶盒、台式计算机、计算机已集成到其中的计算机监视器、电视机、计算机监视器、或其他适合的电子装备。
设备10可包括外壳诸如外壳12。外壳12(有时可被称为壳体)可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如,不锈钢、铝等)、其他合适的材料或这些材料的组合来形成。在一些情况下,外壳12的部分可由电介质或其他低导电率材料形成。在其他情况下,外壳12或构成外壳12的结构中的至少一些结构可由金属元件形成。
如果需要,设备10可具有显示器诸如显示器14。显示器14可例如是结合电容触摸电极的触摸屏。显示器14可包括由发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、等离子单元、电润湿像素、电泳像素、液晶显示器(LCD)部件或其他合适的图像像素结构形成的图像像素。显示器覆盖层诸如覆盖玻璃层或透明塑料层可覆盖显示器14的表面。按钮诸如按钮19可穿过显示器覆盖层或显示器14中的其他外层中的开口。覆盖玻璃还可具有其他开口诸如扬声器端口26的开口。
外壳12可包括外围构件诸如构件16。构件16可围绕设备10和显示器14的周边延伸。在设备10和显示器14具有矩形形状的构型中,构件16可具有矩形环形状(作为实例)构件16或构件16的一部分可用作显示器14的框(例如,环绕显示器14的所有四个侧面和/或有助于保持设备10的显示器14的修形装饰(cosmetictrim))。如果需要,构件16还可形成设备10的侧壁结构(例如,通过形成具有垂直侧壁的带,通过形成具有圆形侧壁的带等)。
构件16可由导电材料形成,并且因此有时可称为外围导电构件或导电外壳结构。构件16可由金属诸如不锈钢、铝或其他适当的材料形成。一种、两种、三种或三种以上单独的结构可用于形成构件16。
构件16不一定具有均匀横截面。例如,如果需要,构件16的顶部可具有有助于将显示器14保持在适当的位置的向内突起的唇缘。如果需要,构件16的底部还可具有加大的唇缘(例如,在设备10的背面的平面内)。在图1的实例中,构件16具有基本上笔直的垂直侧壁。这仅是示例性的。构件16的侧壁还可为弯曲的或可具有任何其他适当的形状。在一些构型中(例如,当构件16用作显示器14的框时),构件16可围绕外壳12的唇缘延伸(即,构件16可仅覆盖外壳12的环绕显示器14的边缘,而不覆盖外壳12的侧壁的外壳12的后边缘)。
显示器14可包括导电结构诸如电容式电极阵列、寻址像素元件的导电线路、驱动器电路等。外壳12可包括内部结构诸如金属框构件、跨越外壳12的壁(即,焊接或以其他方式连接在构件16的相对端之间的大致矩形构件)的平面片材金属外壳结构(有时称为中间板)、印刷电路板和其他内部导电结构。这些导电结构可位于显示器14下的外壳12的中心(作为实例)。
在区域22和20中,开口(间隙)可形成在设备10的导电结构内(例如,在外围导电构件16和相对导电结构之间,诸如导电外壳结构、与印刷电路板相关联的导电接地层和设备10中的导电电子部件)。这些开口可用空气、塑料和其他电介质进行填充。设备10中的导电外壳结构和其他导电结构可用作设备10中的天线的接地层。区域20和22中的开口可用作开放或闭合缝隙天线中的缝隙,可用作由环形天线中材料的导电路径围绕的中心电介质区域,可用作将天线谐振元件诸如带状天线谐振元件或倒F形天线谐振元件臂与接地层分开的空间,或者另外可用作形成在区域20和22中的天线结构的部分。
一般来讲,设备10可包括任何适当数量的天线(例如,一个或多个两、个或更多个、三个或更多个、四个或更多个,等等)。设备10中的天线可沿设备外壳的一个或多个边缘位于伸长的设备外壳的相对的第一端部和第二端部处、位于设备外壳的中心、位于其他适当的位置、或位于这些位置中的一个或多个位置。图1中的布置仅为示例性的。
构件16的部分可具有间隙结构。例如,构件16可具有一个或多个间隙诸如如图1所示的间隙18。间隙可用电介质进行填充,该电介质诸如聚合物、陶瓷、玻璃、空气、其他电介质材料或这些材料的组合。间隙18可将构件16分为一个或多个外围导电构件段。例如,存在两段构件16(例如,在具有两个间隙的布置中)、三段构件16(例如,在具有三个间隙的布置中)、四段构件16(例如,在具有四个间隙的布置中,等等)。通过这种方式形成的外围导电构件16的段可形成设备10中的天线的一部分。
在典型的场景中,设备10可具有上部天线和下部天线(作为实例)。例如,上部天线可在区域22中的设备10的上端形成。例如,下部天线可在区域20中的设备10的下端形成。天线可独立用于覆盖相同通信频带、重叠的通信频带或独立的通信频带。天线可用于实现天线分集方案或多输入多输出(MIMO)天线方案。
设备10中的天线可用于支持感兴趣的任何通信频带。例如,设备10可包括用于支持非近场通信的天线结构,诸如局域网通信、语音和数据蜂窝电话通信、全球定位系统(GPS)通信或其他卫星导航系统通信、通信等。设备10可使用用于支持近场通信的相同天线结构的至少一部分(例如,13.56MHz处的通信)。
图2示出了可用于电子设备10的示例性配置的示意图。如图2所示,电子设备10可包括控制电路诸如存储和处理电路28。存储和处理电路28可包括存储装置诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如,被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如,静态或动态随机存取存储器)等等。存储和处理电路28中的处理电路可用于控制设备10的操作。处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频编解码芯片、专用集成电路等。
存储和处理电路28可用于运行设备10上的软件,诸如互联网浏览应用程序、互联网语音协议(VOIP)电话呼叫应用程序、电子邮件应用程序、媒体回放应用程序、操作系统功能等。为了支持与外部设备的交互,存储和处理电路28可用于实现通信协议。可使用存储和处理电路28来实现的通信协议包括互联网协议、无线局域网协议(例如IEEE802.11协议-有时称为)、用于其他短程无线通信链路的协议诸如协议、蜂窝电话协议、近场通信协议等等)。
电路28可被配置为实现对设备10中的天线的使用进行控制的控制算法。例如,电路28可执行信号质量监测操作、传感器监测操作和其他数据采集操作,并且可响应于采集到的数据和信息(在设备10中将对这些数据和信息使用通信频带),控制设备10内的哪些天线结构被用于接收和处理数据和/或可调节一个或多个开关、可调谐元件、或设备10中的其他可调节电路以调节天线性能。作为实例,电路28可控制两个或更多个天线中的哪个天线正被用于接收传入射频信号,可控制两个或更多个天线中的哪个天线正被用于发送射频信号,可并行控制通过设备10中的两个或更多个天线路由传入数据流的过程,可调谐天线来覆盖期望的通信频带,可执行时分复用操作来在近场和非近场通信电路之间共享天线结构等。在执行这些控制操作时,电路28可打开和关闭开关,可接通和断开接收器和发射器,可调节阻抗匹配电路、可配置插在射频收发器电路和天线结构之间的前端模块(FEM)射频电路中的开关(例如,用于阻抗匹配和信号路由的滤波和切换电路),可调节开关、可调谐电路和形成天线一部分或耦接至天线或与天线相关联的信号路径的其他可调节电路元件,以及可另外控制和调节设备10的部件。
输入输出电路30可用于允许将数据提供至设备10以及允许将数据从设备10提供至外部设备。输入输出电路30可包括输入输出设备32。输入输出设备32可包括触摸屏、按钮、操纵杆、点击轮、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、扬声器、音频发生器、振动器、照相机、传感器、发光二极管和其他状态指示器、数据端口等。用户可通过经由输入输出设备32提供命令来控制设备10的操作并且可使用输入输出设备32的输出资源从设备10接收状态信息和其他输出。
无线通信电路34可包括由一个或多个集成电路形成的射频(RF)收发器电路、功率放大器电路、低噪声输入放大器、无源RF部件、一个或多个天线以及用于处理RF无线信号的其他电路。也可使用光(例如,使用红外通信)来发送无线信号。
无线通信电路34可包括卫星导航系统接收器电路诸如全球定位系统(GPS)接收器电路35(例如,用于在1575MHz处接收卫星定位信号),或与其他卫星导航系统相关联的卫星导航系统接收器电路。
无线通信电路34中的无线局域网收发器电路36可处理(IEEE802.11)通信的2.4GHz和5GHz频带并且可处理2.4GHz的通信频带。
电路34可使用用于处理蜂窝电话频带的无线通信的蜂窝电话收发器电路38,该蜂窝电话频带诸如在约700MHz至约2700MHz的频率范围内的频带或更高或更低频率的频带。
无线通信电路34可包括近场通信电路42。近场通信电路42可处理不同频率处的近场通信,诸如13.56MHz的近场通信频率或感兴趣的其他近场通信频率。
电路44诸如卫星导航系统接收器电路35、无线局域网收发器电路36和不涉及近场通信的蜂窝电话收发器电路38可有时统称为非近场通信电路或远场通信电路。
可由非近场通信电路44和近场通信电路42共享天线结构40。
如果需要,通信电路34可包括用于其他短程和长程无线链路的电路。例如,无线通信电路34可包括寻呼电路、用于接收无线电和电视信号的无线电路等。在近场通信中,无线信号通常在小于20cm的距离上传送。在和链路和其他短程无线链路中,无线信号通常用于在数十或数百英尺上传送数据。在蜂窝电话链路和其他远程链路中,无线信号通常用于在几千英尺或英里上传送数据。
无线通信电路34可包括天线结构40。天线结构40可包括一个或多个天线。可使用任意适合的天线类型来形成天线结构40。例如,天线结构40可包括具有谐振元件的由环形天线结构、贴片天线结构、倒F形天线结构、闭合和开放缝隙天线结构、平面倒F形天线结构、螺旋形天线结构、带状天线、单极、双极、这些设计的混合形式等形成的天线。不同类型的天线可用于不同的频带和频带组合。例如,一种类型的天线可用于形成本地无线链路天线并且另一种类型的天线可用于形成远程无线链路。
为了适应设备外壳12的潜在紧张界限内的近场通信,可在非近场通信电路44和近场通信电路42之间共享天线结构40。例如,在期望发送和接收蜂窝电话信号或其他非近场通信时,可通过收发器电路38来使用天线结构40。在期望发送和接收近场通信信号时,天线结构40用于近场通信电路42。
图3为示出了如何可由近场通信电路42和非近场通信电路44共享天线结构40的示意图。如图3所示,近场通信电路42和非近场通信电路44可通过组合电路50耦接至天线结构40。组合电路50可包括电路诸如双工器电路或切换电路。组合电路50将来自近场通信电路42的所发送的近场通信信号路由到天线结构40以及将由天线结构接收的传入的近场通信信号路由到近场通信电路42。组合电路50还将由电路44所发送的非近场通信信号路由到天线结构40以及将从天线结构40接收的非近场通信信号路由到非近场通信电路44。组合电路50中的匹配电路可用于促进天线结构40、电路42、电路44和耦接这些电路的信号路径之间的阻抗匹配。
组合电路50允许天线结构40由近场通信电路42和非近场通信电路44两者使用。在用于基于主动切换电路的组合电路的配置中,控制电路28可对电路50和其他电路进行实时调整以确保近场通信信号和非近场通信信号被正确路由。在用于使用无源部件(例如,一个或多个部件诸如电感器、电容器、电阻器等的网络以形成双工器)实现的组合电路50的配置中,可基于信号频率在天线结构40和近场通信电路42和非近场通信电路44之间路由信号(例如,通过在天线结构40和近场通信电路42之间路由较低频率信号诸如13.56MHz处的信号并且在天线结构40和非近场通信收发器电路44之间路由较高频率信号诸如大于700MHz的信号)。
路径诸如路径54,52和56可用于在天线结构40和收发器电路42和44之间路由信号。
路径诸如路径54,52和56可包括成对的信号线。每对信号线可形成传输线或传输线的一部分。设备10中的传输线可由同轴电缆、微带传输线或由电介质衬底(例如,由柔性聚酰亚胺层或其他聚合物片材形成的柔性印刷电路衬底或由玻璃纤维填充的环氧树脂形成的刚性印刷电路板)上的金属迹线形成的其他传输线、或其他适合传输线结构形成。
如图3的实例所示,路径52可包括正信号线诸如正信号线52P和接地信号线诸如接地信号线52N。路径54可包括正信号线诸如正信号线54P和接地信号线诸如接地信号线54N。路径56可包括正信号线诸如正信号线56P和接地信号线诸如接地信号线56N。路径54可耦接至具有正天线馈电端子(+)和接地天线馈电端子(-)(即,路径54P可形成正天线馈电线路)的天线馈电部,或者如果需要,其他天线馈电部可用于馈送天线结构40。
如果需要,天线结构40可具有多个天线馈电部和/或主动调谐的部件(例如,由来自控制电路28的控制信号控制的开关)。由无源部件形成并且具有单个天线馈电部的天线结构40的配置在本文中有时作为实例进行描述。
图4为可由近场通信电路和非近场通信电路共享的类型的示例性天线结构的图示。如图4所示,组合电路50可具有耦接至天线结构40的天线馈电端口。组合电路50还可包括用于处理与近场通信电路42相关联的信号的近场通信端口,诸如通过路径52耦接至近场通信电路42的端口。阻抗匹配电路M1可用于有助于确保路径52为阻抗匹配的(例如,有助于创建电路50的与路径52的50欧姆阻抗匹配的50欧姆阻抗)。组合电路50可包括用于处理与非近场通信电路44相关联的信号的非近场通信端口,诸如通过路径56耦接至非近场通信电路44的端口。阻抗匹配电路M2可用于有助于确保路径56为阻抗匹配的(例如,有助于创建电路50的与路径56的50欧姆阻抗匹配的50欧姆阻抗)。
组合电路50可包括用于复用与近场通信电路42相关联的近场通信信号和与非近场通信电路44相关联的非近场通信信号的切换电路或无源电路。在图4的实例中,组合电路50包括基于信号频率执行复用(和解复用)操作的无源电路。具体地,组合电路50包括双工器58。
双工器58包括双工电路,诸如电感器70和电容器72。该电路允许双工器58基于信号频率在天线结构40和电路42和44之间路由信号。例如,电感器70的电感值可被选择使得电感器70在相对低频率诸如与近场通信电路42相关联的频率(例如,13.56MHz)处表现出低阻抗(即,短路状态)。因此电感器70允许这些信号在信号发送操作期间从近场通信电路42传送到天线结构40以及在信号接收操作期间从天线结构40传送到近场通信电路42。电容器72的电容值可被选择使得电容器72在相对低频率诸如与近场通信电路42相关联的频率(例如,13.56MHz)处表现出高阻抗(即,开路状态)并且从而防止近场通信信号传送到非近场通信电路44(即,电容器58防止近场通信信号干扰非近场通信电路44的操作)。
在高频诸如与非近场通信电路44的操作相关联的大于700MHz的频率处,电感器70将表现出高阻抗(即,电感器70将形成开路)。这将防止潜在干扰与电路44相关联的非近场通信信号到达近场通信电路42。在用于电路44的与非近场通信信号相关联的相对高频率处,电容器72将表现出相对低阻抗(即,电容器72将形成短路),使得电路44可使用天线结构40来发送和接收信号。
天线结构40可包括天线谐振元件和天线接地部。在图4的实例中,天线结构40包括倒F形天线谐振元件62和天线接地部60。如果需要,可使用用于天线结构40的其他天线配置。图4的实例仅是示例性的。
作为实例,倒F形天线谐振元件62可具有由图1的外围导电外壳构件16的段形成的在构件16中的间隙诸如间隙18之间延伸的主臂。接地部60可包括构件16的其他部分、内部印刷电路板结构、内部设备电路和结构,诸如射频屏蔽容器、安装结构、相机和其他部件的金属部分、金属支架等。如果需要,可使用用于形成天线结构40的其他配置。例如,天线结构40可使用刚性和/或柔性印刷电路上的图案化金属迹线形成或者由形成在塑料载体上的金属迹线形成。
天线谐振元件62可具有谐振元件臂部分诸如低频带支路B1以及高频带支路B2,该低频带支路B1服务于700-2700MHz蜂窝电话频谱(或其他适合频率)的较低部分中的天线谐振,该高频带支路B2服务于700-2700MHz频谱的较高部分中的天线谐振。天线谐振元件臂B1和B2可被配置为当天线结构40在倒F形天线模式中工作时表现出覆盖蜂窝电话频率、卫星导航系统频率、无线局域网频率或其他适合无线频率的谐振。
开口76位于天线接地部60和由支路B1和B2形成的主谐振元件臂结构之间。开口76可填充有电介质诸如空气和/或电介质(诸如塑料和与设备10的外壳和部件相关联的其他电介质材料)。短路路径64跨越开口76并且在天线接地部60和谐振元件62的主谐振元件臂之间形成返回路径。天线馈电路径54P跨越开口76并且耦接至双工器电路58中的节点74。节点74和馈电路径54P可形成用于组合电路50的天线馈电端口。
利用图4所示类型的共享配置,近场通信电路42和非近场通信电路44可单独或同时使用天线结构40。当使用天线结构40来处理与非近场通信电路44相关联的信号时,天线谐振元件臂B1可产生第一(例如,较低)通信频带中的天线谐振并且天线谐振元件臂B2可产生第二(较高)通信频带中的天线谐振(作为实例)。当使用天线结构40来处理与近场通信电路42相关联的近场通信信号时,回路电流信号诸如图4的回路电流66可在天线结构40中生成。
回路电流信号66例如可在由路径54P、谐振元件臂B1的段80、短路路径64和天线接地部60(接地到路径54中的接地路径54N)形成的天线环路中循环。当天线结构40暴露于来自外部设备82的传入近场通信信号84时,可在天线结构40中感生和/或可由近场通信电路42生成回路电流66。路径54P形成的结构的导电回路、谐振元件臂B1的段80、短路路径64和支持回路电流66的天线接地部60用作近场通信电路42的环形天线。
外部设备诸如外部设备82可经由磁感应与近场通信电路42通信。设备82可包括环形天线诸如由控制电路88控制的环形天线86。环形天线86和由天线结构40形成的环形天线电磁耦接,如图4的近场通信信号84所指示的。设备10可使用近场通信电路42和天线结构40(例如,天线结构40的近场通信环形天线部分)以使用无源或主动通信来与外部近场通信设备82进行通信。在无源通信中,设备10可使用近场通信电路42和天线结构40来调制来自设备82的电磁信号84。在主动通信中,近场通信电路42和天线结构40可将射频电磁信号84发送到外部设备82。
图5为一种配置中的设备10的图示,其中天线结构40已具有补充的环形模式返回路径诸如返回路径64-2。返回路径64-2有时可称为短路路径64-2,可跨越与返回路径64-1(有时称为短路路径64-1)平行的间隙76。电感器90可插入路径64-1内。电感器90可由高频(例如,大于700MHz的频率)处的高阻抗表征并且可由低频(例如,低于700MHz或低于100MHz的频率诸如13.56MHz的近场通信频率)处的低阻抗表征。电容器92可由高频(例如,大于700MHz的频率)处低阻抗表征并且可由低频(例如,低于700MHz或低于100MHz的频率诸如13.56MHz的近场通信频率)处高阻抗表征。
在大于700MHz的频率处的非近场通信电路44的操作期间,路径64-1形成跨越间隙76的短路并且在倒F形天线谐振元件62中的主天线谐振元件臂与接地部60之间形成返回路径(与图4的短路路径64一样),而路径64-2形成开路。在该场景下,路径64-2将不会主要服务于天线结构40的性能并且天线结构40将用作非近场通信电路44的双臂双频带倒F形天线。
在低于700MHz频率(例如,在低于100MHz的频率诸如在13.56MHz的近场通信频带处)处的近场通信电路42的操作期间,电容器92表现出高阻抗,使得路径64-1形成开路并且不涉及天线结构40的性能。电感器90表现出低阻抗,使得路径64-2将段80′短路至接地部60并且形成近场通信环形天线的部分。在该配置中,回路电流流经由馈电路径54P形成的环形天线结构、谐振元件62的主谐振元件臂的段80′、短路路径64-2和接地部60,如图5的回路电流66所指示的。
在图6的示例性配置中,天线结构40已具有跨越间隙76的平行路径90A和90B。路径64-1在大于700MHz的频率处在天线谐振元件62的主臂和接地部60之间形成短路返回路径(例如当使用非近场通信电路44时)。路径64-1在近场通信频率(例如,低于700MHz、低于100MHz、13.56MHz的频率等)处形成开路。
路径64-2A和64-2B跨越间隙76的相对端。如果需要,电感器90A和90B可跨越外壳带16中的间隙诸如图1的间隙18。路径64-2A中的电感器90A和路径64-B中的电感器90B可在低频(例如,低于700MHz、低于100MHz、13.56MHz的频率等)处表现出低阻抗,使得路径64-2A和64-2B形成用于近场通信电路42的返回路径。如图6所示,路径54P、主谐振元件臂的段80A、路径64-2A和接地部60可形成天线结构40内的第一环形天线结构(即,回路电流66A在其中循环的环形天线)。同时,路径54P、主谐振元件臂的段80B、路径64-2B和接地部60可形成天线结构40内的第二环形天线结构(即,回路电流66B在其中循环的环形天线)。使用天线结构40内的多个天线环路可提高近场通信效率(即,与单环路配置相比,天线结构40可表现出增强的近场通信环形天线效率)。
如果需要,天线结构40中的导电结构可被配置为形成多个重叠环路(即,多个环形天线中的多匝),如图7所示。在图7的天线结构40中,电容器92被插入路径100中,使得路径100在非近场通信频率(例如,大于700MHz的频率)处形成短路。电感器90′在这些频率处形成开路,使得路径102从天线结构40有效去除并且不影响与非近场通信电路44相关联的信号的天线性能。
在近场通信频率(例如,低于700MHz或低于100MHz的频率诸如13.56MHz的近场通信频带中的频率)处,电容器92可具有高阻抗并且路径100可形成开路。电感器90′可表现出低阻抗,使得路径102(与路径54P、谐振元件62中的主谐振元件臂的段80”以及接地部60结合)形成多个同心环。同心环形成天线结构40的近场通信环形天线部分。在图7的实例中,天线结构40的近场环形天线部分具有两个同心环。如果需要,可形成具有三个或更多个同心环的环形天线配置。
图8为设备10的图示,其示出了天线结构可如何形成在外壳12的相对端,如结合图1的天线区域20和22所述的。如图8所示,设备10可具有第一天线结构40A和第二天线结构40B。天线结构40A和40B可基于倒F形天线、环形天线、贴片天线、平面倒F形天线或其他适合天线。近场通信环形天线可形成在天线结构40A和40B内。分路器106可用于在近场通信电路42和天线结构40A和40B之间路由信号。可使用无源分路器电路和/或使用主动将天线结构40A或天线结构40B切换到使用状态的切换电路来实现分路器106。
如结合组合电路50所述的,组合电路50A和50B可用作复用电路,使得非近场通信电路44可与近场通信电路42共享天线结构40A和40B。切换电路108可用于将非近场通信电路44耦接至天线结构40A或天线结构40B(例如,天线结构40A或40B可基于信号强度准则、接近传感器信号或其他适合的天线选择准则切换到使用状态)。
天线结构40A和40B可各自包括形成如结合图4,5,6和7所述的近场通信的环形天线部分的结构。组合电路50A可用于将近场通信电路42(经由分路器106)耦接至天线结构40A,同时将非近场通信电路44(经由切换电路108)耦接至天线结构40A。组合电路50B可用于将近场通信电路42(经由分路器106)耦接至天线结构40B,同时将非近场通信电路44(经由切换电路108)耦接至天线结构40B。
如图9所示,天线结构40A和40B可被配置为从设备10的正面(表面114)和设备10的背面(表面116)两者发射和接收射频信号112。利用这种类型的布置,设备10可与外部近场通信设备82(图4)通信而不管设备10保持在显示器向上取向(如图9所示)或者显示器向下配置中。使用分路器42允许用户使用设备10的任一端(或两端)处的环形天线来支持近场通信。
根据实施例,提供了一种包括非近场通信电路、近场通信电路以及天线结构的电子设备,该非近场通信电路被配置为处理非近场通信信号频带中的信号,该近场通信电路被配置为处理近场通信频带中的近场通信,该天线结构耦接至该非近场通信电路和近场通信电路,其中该天线结构被配置为处理该非近场通信信号频带和近场通信频带中的信号。
根据另一个实施例,天线结构包括围绕该电子设备的外围边缘的导电外围外壳构件的一部分。
根据另一个实施例,天线结构包括具有至少一个谐振元件臂的倒F形天线谐振元件、通过间隙与谐振元件臂分开的天线接地部、跨越该间隙的天线馈电路径和跨越该间隙的返回路径,其中包括该返回路径的天线结构的一部分形成处理近场通信频带中的信号的近场通信环形天线。
根据另一个实施例,返回路径包括电感器。
根据另一个实施例,返回路径具有耦接至谐振元件臂的第一端和耦接至天线接地部的第二端。
根据另一个实施例,谐振元件臂包括围绕电子设备的外围边缘的导电外围外壳构件的一部分。
根据另一个实施例,电子设备还包括附加返回路径,该附加返回路径包括电感器并且具有耦接至谐振元件臂的第一端和耦接至天线接地部的第二端。
根据另一个实施例,电子设备还包括耦接在谐振元件臂和天线接地部之间的附加路径,其中该附加路径包括在与非近场通信频带中的信号相关联的频率处形成短路的电容器。
根据另一个实施例,电子设备还包括双工器,其中该双工器具有耦接至天线结构的馈电端口、耦接至近场通信电路的近场通信端口和耦接至非近场通信电路的非近场通信端口。
根据另一个实施例,非近场通信电路包括蜂窝电话收发器电路,并且其中该非近场通信信号频带包括大于700MHz的蜂窝电话频带。
根据另一个实施例,近场通信电路被配置为在13.56MHz处的近场通信频带中工作。
根据另一个实施例,双工器具有耦接在馈电路径和近场通信电路之间的第一路径并且具有耦接在馈电路径和非近场通信电路之间的第二路径,并且其中该双工器包括第一路径中的电感器和第二路径中的电容器。
根据实施例,提供了一种包括外壳、近场通信电路以及第一天线结构和第二天线结构的电子设备,外壳中的该近场通信电路被配置为在近场通信频带中进行无线通信,该第一天线结构和第二天线结构耦接至非近场通信电路以处理近场通信频带中的信号,其中第一天线结构和第二天线结构定位在外壳的相对端处。
根据另一个实施例,第一天线结构和第二天线结构各自包括用作相应近场通信环形天线的结构。
根据另一个实施例,第一天线结构包括被配置为处理蜂窝电话信号的倒F形天线结构,并且其中第一天线结构中的近场通信环形天线包括倒F形天线结构的至少一部分。
根据另一个实施例,电子设备还包括分路器,其中近场通信电路耦接至该分路器,其中第一天线结构耦接至分路器,并且其中第二天线结构耦接至分路器。
根据另一个实施例,电子设备还包括蜂窝电话收发器、耦接在第一天线结构和分路器之间的第一组合电路、耦接在第二天线结构和分路器之间的第二组合电路以及耦接在蜂窝电话收发器和第一组合电路之间以及耦合在蜂窝电话收发器与第二天线结构之间的切换电路。
根据另一个实施例,外壳具有正面和相背对的背面,其中电子设备包括安装在正面上的显示器,并且其中第一天线结构通过正面并通过背面发送来自近场通信电路的无线信号。
根据实施例,天线结构、由金属结构形成的倒F形天线谐振元件、天线接地部和耦接至倒F形天线谐振元件的天线馈电路径,其中倒F形天线谐振元件和天线接地部被配置为在大于700MHz的通信频带中表现出天线谐振,并且其中金属结构的至少一部分形成被配置为在近场通信频带中发送近场通信信号的近场通信环形天线。
根据另一个实施例,近场通信频带包括13.56MHz频带,并且其中天线谐振元件包括金属电子设备外壳结构。
根据实施例,天线结构还包括环形天线路径和插入在环形天线路径中的电感器,该环形天线路径具有耦接至金属电子设备外壳结构的一端以及耦接至天线接地部的另一端,其中环形天线路径形成近场通信环形天线的至少一部分。
前述内容仅是说明本发明的原理,并且在不脱离本发明范围和实质的情况下,本领域内的技术人员可作出各种修改。
Claims (20)
1.一种电子设备,包括:
非近场通信电路,所述非近场通信电路被配置为处理非近场通信信号频带中的信号;
近场通信电路,所述近场通信电路被配置为处理近场通信频带中的近场通信;和
天线结构,所述天线结构耦接至所述非近场通信电路和所述近场通信电路,其中所述天线结构被配置为处理所述非近场通信信号频带和所述近场通信频带中的所述信号。
2.根据权利要求1所述的电子设备,其中所述天线结构包括围绕所述电子设备的外围边缘的导电外围外壳构件的一部分。
3.根据权利要求1所述的电子设备,其中所述天线结构包括:
具有至少一个谐振元件臂的倒F形天线谐振元件;
通过间隙与所述谐振元件臂分开的天线接地部;和
跨越所述间隙的天线馈电路径;和
跨越所述间隙的返回路径,其中包括所述返回路径的所述天线结构的一部分形成处理所述近场通信频带中的所述信号的近场通信环形天线。
4.根据权利要求3所述的电子设备,其中所述返回路径包括电感器。
5.根据权利要求4所述的电子设备,其中所述返回路径具有耦接至所述谐振元件臂的第一端和耦接至所述天线接地部的第二端。
6.根据权利要求5所述的电子设备,其中所述谐振元件臂包括围绕所述电子设备的外围边缘的导电外围外壳构件的一部分。
7.根据权利要求5所述的电子设备,还包括附加返回路径,所述附加返回路径包括电感器,并且具有耦接至所述谐振元件臂的第一端和耦接至所述天线接地部的第二端。
8.根据权利要求5所述的电子设备,还包括附加路径,所述附加路径耦接在所述谐振元件臂和所述天线接地部之间,其中所述附加路径包括电容器,所述电容器在与所述非近场通信频带中的所述信号相关联的频率处形成短路。
9.根据权利要求5所述的电子设备,还包括双工器,其中所述双工器具有耦接至所述天线结构的馈电端口、耦接至所述近场通信电路的近场通信端口以及耦接至所述非近场通信电路的非近场通信端口。
10.根据权利要求9所述的电子设备,其中所述非近场通信电路包括蜂窝电话收发器电路,并且其中所述非近场通信信号频带包括大于700MHz的蜂窝电话频带。
11.根据权利要求10所述的电子设备,其中所述近场通信电路被配置为在13.56MHz处的近场通信频带中工作。
12.根据权利要求9所述的电子设备,其中所述双工器具有耦接在所述馈电路径和所述近场通信电路之间的第一路径和耦接在所述馈电路径和所述非近场通信电路之间的第二路径,并且其中所述双工器包括所述第一路径中的电感器和所述第二路径中的电容器。
13.一种电子设备,包括:
外壳;
所述外壳中的近场通信电路,所述近场通信电路被配置为在近场通信频带中进行无线通信;和
第一天线结构和第二天线结构,所述第一天线结构和所述第二天线结构耦接至所述近场通信电路以处理所述近场通信频带中的信号,其中所述第一天线结构和所述第二天线结构位于所述外壳的相对端。
14.根据权利要求13所述的电子设备,其中所述第一天线结构和所述第二天线结构各自包括用作相应近场通信环形天线的结构。
15.根据权利要求14所述的电子设备,其中所述第一天线结构包括被配置为处理蜂窝电话信号的倒F形天线结构,并且其中所述第一天线结构中的所述近场通信环形天线包括所述倒F形天线结构的至少一部分。
16.根据权利要求14所述的电子设备,还包括分路器,其中所述近场通信电路耦接至所述分路器,其中所述第一天线结构耦接至所述分路器,并且其中所述第二天线结构耦接至所述分路器。
17.根据权利要求16所述的电子设备,还包括:
蜂窝电话收发器;
第一组合电路,所述第一组合电路耦接在所述第一天线结构和所述分路器之间;
第二组合电路,所述第二组合电路耦接在所述第二天线结构和所述分路器之间;和
切换电路,所述切换电路耦接在所述蜂窝电话收发器和所述第一组合电路之间并且耦接在所述蜂窝电话收发器和所述第二天线结构之间。
18.根据权利要求13所述的电子设备,其中所述外壳具有正面和相对的背面,其中所述电子设备包括安装在所述正面上的显示器,并且其中所述第一天线结构通过所述正面并通过所述背面来发送来自所述近场通信电路的无线信号。
19.一种天线结构,包括:
倒F形天线谐振元件,所述倒F形天线谐振元件由金属结构形成;
天线接地部;和
天线馈电路径,所述天线馈电路径耦接至所述倒F形天线谐振元件,其中所述倒F形天线谐振元件和所述天线接地部被配置为在大于700MHz的通信频带中表现出天线谐振,并且其中所述金属结构的至少一部分形成被配置为发送近场通信频带中的近场通信信号的近场通信环形天线。
20.根据权利要求19所述的天线结构,其中所述近场通信频带包括13.56MHz频带,并且其中所述天线谐振元件包括金属电子设备外壳结构,所述天线结构还包括:
环形天线路径,所述环形天线路径具有耦接至所述金属电子设备外壳结构的一端和耦接至所述天线接地部的另一端,其中所述环形天线路径形成所述近场通信环形天线的至少一部分;和
电感器,所述电感器被插入所述环形天线路径中。
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