本發(fā)明要求2014年5月9日遞交的發(fā)明名稱為“可切換π形天線(SWITCHABLE PI SHAPE ANTENNA)”的第14274474號(hào)美國非臨時(shí)專利申請案的在先申請優(yōu)先權(quán)，該在先申請的全部內(nèi)容以引入的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是針對天線，尤其是針對在包括智能手機(jī)在內(nèi)的高級(jí)移動(dòng)設(shè)備中用來覆蓋普遍頻段的低剖面天線。

背景技術(shù)：

包括智能手機(jī)在內(nèi)的無線移動(dòng)設(shè)備需要低剖面天線來滿足所需的產(chǎn)品形態(tài)因素。這些設(shè)備的可用內(nèi)尺寸(inner dimension，ID)因包括其它部件布局設(shè)計(jì)在內(nèi)的眾多因素而受到限制。

常規(guī)的T形天線常用在智能手機(jī)中，其中T形天線適于覆蓋第三代(third generation，3G)頻段而無需USB連接器出現(xiàn)在設(shè)備外殼中。在第四代(fourth generation，4G)長期演進(jìn)(long term evolution，LTE)設(shè)備中，更普遍的頻段是704至960MHz(LTE B17、B20、G850、G900)和1710至2170MHz(DCS、PCS、AWS)到2500至2690MHz(LTE B7)。常規(guī)的T形天線在頻段覆蓋范圍內(nèi)受限且不是非常適用于這些普遍頻段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種移動(dòng)設(shè)備可通過天線和用于產(chǎn)生諧振的連接器在多個(gè)頻段上工作并具有無源或可切換阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。

在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述移動(dòng)設(shè)備包括具有末端的外殼以及設(shè)置在所述外殼中并用于操作所述移動(dòng)設(shè)備的電子器件。所述電子器件用于傳輸包括語音呼叫和文本消息的無線信號(hào)。一種連接器耦合至所述電子器件。一種π形天線設(shè)置于所述外殼末端處，所述π形天線具有耦合至所述連接器并用于使用所述連接器產(chǎn)生諧振的耦合。所述π形天線和所述連接器用于以無線方式發(fā)送和接收所述無線信號(hào)。一種阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)在所述電子器件和所述π形天線之間耦合，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)用于將所述電子器件的阻抗匹配到所述π形天線。

在一些實(shí)施例中，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可由所述電子器件切換并用于在多個(gè)RF頻段上匹配所述電子器件在至少兩種狀態(tài)下的阻抗。在一些實(shí)施例中，所述π形連接器具有包括所述耦合的第一臂、第二臂和第三臂，所述第一臂耦合至所述連接器，所述第二臂和所述第三臂分別形成第二條形線和第三條形線。所述π形天線是一種條形天線，以及所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包括開關(guān)、電容器和電感器。所述π形天線沿所述外殼末端的邊緣設(shè)置。

在一些實(shí)施例中，所述連接器是USB連接器、耳機(jī)連接器、麥克風(fēng)連接器和內(nèi)存插槽連接器之一。所述電子器件可包括用于在長期演進(jìn)(long term evolution，LTE)頻段B17、B20和B7中工作的RF驅(qū)動(dòng)器，其中所述天線和所述連接器在頻段B7處產(chǎn)生諧振。所述連接器具有一個(gè)殼體，其中所述耦合耦合至所述殼體。

附圖說明

為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考下文結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，相同的數(shù)字表示相同的對象，其中：

圖1示出了具有可切換π形天線、連接器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)設(shè)備；

圖2示出了配置為無源網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)；

圖3示出了布置在印刷電路板(printed circuit board，PCB)的一端處的背板上的天線的一項(xiàng)實(shí)施例的透視圖；

圖4示出了包括位于設(shè)備中心的天線和USB連接器的移動(dòng)設(shè)備；

圖5示出了頻段B20和B7的天線的典型回波損耗；

圖6示出了配置為可切換網(wǎng)絡(luò)以選擇性地將驅(qū)動(dòng)線路調(diào)諧到不同頻段的天線的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)；

圖7示出了兩種不同狀態(tài)的回波損耗；

圖8示出了兩種不同狀態(tài)的輻射效率；以及

圖9示出了移動(dòng)設(shè)備的另一項(xiàng)實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種包括低剖面π形天線的移動(dòng)設(shè)備，該天線包括用于覆蓋從B17至B7的多個(gè)普遍4G LTE頻段以及高頻段B41的可切換設(shè)計(jì)。將一種π形天線定義為具有至少兩個(gè)臂的天線，每個(gè)臂耦合至輻射元件并一起形成希臘符號(hào)π的形狀。

參考圖1，顯示包括可切換π形天線12的移動(dòng)設(shè)備10，該天線具有三個(gè)臂：IL1、IL2和耦合臂S1。耦合臂S1結(jié)合另一部件，例如，如下文將描述的連接器，有利地用于提供諧振以產(chǎn)生高頻段的π行天線12，從而擴(kuò)大了移動(dòng)設(shè)備10上的天線的帶寬。另外，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14用于將天線12阻抗匹配到形成一部分設(shè)備電子器件18的射頻(radio frequency，RF)驅(qū)動(dòng)電路16。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14可以是無源或有源的，如下文將描述的。驅(qū)動(dòng)電路16通過饋點(diǎn)19耦合至阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14，并包括可用于在LTE頻段B17、B20和B7等多個(gè)RF頻段上傳輸?shù)腞F收發(fā)器。頻段LTE B17、B20、G850、G900為704至960MHz，頻段LTE B7為1710至2170MHz(DCS、PCS、AWS)到2500至2690MHz。

電子器件18形成一部分印刷電路板(printed circuit board，PCB)20并用于在上面所提到的頻段中操作移動(dòng)設(shè)備10。電子器件18可包括處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出電路、顯示器、無線收發(fā)器和電池，如同在包括智能手機(jī)、平板電腦等在內(nèi)的移動(dòng)設(shè)備中常見的那些。例如，移動(dòng)設(shè)備10的電子器件18可用于撥打和接收語音電話、文本消息、圖像、視頻文件、游戲文件和其它無線通信信號(hào)，諸如手機(jī)。PCB接地在22處顯示，并可形成天線12的RF接地和背板。耦合臂S1將電子器件18的驅(qū)動(dòng)電路16耦合至天線12的饋線26。耦合臂S1還耦合至設(shè)備連接器30，其中耦合臂S1包括電容耦合。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14由電子電路18控制并使天線12在兩種狀態(tài)之間選擇性地切換以有效地覆蓋多個(gè)頻段，包括從低頻段B17、B20到高頻段B7和B41(若需要)的普遍4G LTE頻段。

圖2示出了形成無源阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14的示意圖。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14包括電感器L1、電容器C1、C/L部件和電感器L2，其中電感器L2用于匹配低頻段和高頻段的天線12的阻抗。通過示例，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14用于在范圍從低頻段B17和B20到高頻段B7和B41的頻率上將驅(qū)動(dòng)器電路16阻抗匹配至天線12。在一項(xiàng)實(shí)施例中，天線12是一種條形天線，并且還通過耦合臂S1和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14的部件的尺寸(具體是電感器L1和L2的長度，和IL2的長度/耦合臂S1的耦合)調(diào)諧。

參考圖1，通過一項(xiàng)實(shí)施例中的示例，尺寸D是8mm，IL1的長度是22mm，IL2的長度是30mm，取決于PCB尺寸。電感器L1的值可以是2nH，電容器C1的值可以是1.5pF，L2的值可以是4.7nH。饋點(diǎn)19距離PCB中心的距離是10mm。天線臂IL1和IL2直而粗以便提高低頻段。耦合臂S1將PCB 20的驅(qū)動(dòng)電路16耦合至具有USB的天線輻射器以產(chǎn)生高頻段。在其它實(shí)施例中，這些部件的值和尺寸可以不同，并且也不應(yīng)推斷出對這些值和尺寸的限制。

圖3示出了包括天線12和無源匹配網(wǎng)絡(luò)14的設(shè)備10的一項(xiàng)實(shí)施例的透視圖，無源匹配網(wǎng)絡(luò)14布置在印刷電路板(printed circuit board，PCB)20的一端處的背板22上。PCB 20包括設(shè)備10的電子器件18，設(shè)備10驅(qū)動(dòng)第一饋線26和第二可切換饋線28并包括π形天線12。

圖4示出了具有π形天線12和鄰近的連接器30的設(shè)備10，該π形天線12在設(shè)備10的末端處形成，鄰近的連接器30耦合至電子器件18。例如，連接器30可包括置于設(shè)備中心的USB連接器，如圖所示。有利的是，形成天線12的第一臂的耦合臂S1耦合至連接器30的殼體和接地22以產(chǎn)生覆蓋高頻段B7的另一諧振，從而擴(kuò)展天線12的帶寬。耦合臂S1還可耦合至其它設(shè)備連接器30，諸如揚(yáng)聲器/耳機(jī)連接器、麥克風(fēng)連接器、內(nèi)存插槽連接器、接收器、設(shè)備的金屬蓋子，或任意其它部件，或PCB板上的任何其它種類的接地(位于中心或角落)，以便在負(fù)載頻段B7的2.6GHz等處產(chǎn)生又一個(gè)高頻段諧振。這是一種使用環(huán)境提高便攜式移動(dòng)通信設(shè)備的天線帶寬的新方法。PCB板上的耦合臂S1和連接器/部件/接地之間的距離、耦合臂S1的形狀、它們之間的材料都影響天線性能。對于不同的電話/不同的環(huán)境而言，天線12的形狀、設(shè)備連接器及其位置可能不同，而且S1耦合臂與設(shè)備連接器結(jié)合會(huì)產(chǎn)生高頻段諧振。

圖5示出了天線12的典型回波損耗，天線12具有頻段從B20到B7的無源阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14。

圖6示出了配置為可切換阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14配置有兩種(2)狀態(tài)以更有效地調(diào)諧兩種頻段下的天線12，例如第一狀態(tài)下的低頻段，如B17和B20，以及第二狀態(tài)下的高頻段，如B7。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14包括由驅(qū)動(dòng)器18控制的并用于在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)下選擇性地配置各種部件L1、L2、C1和C2的開關(guān)SW1。開關(guān)SW1可以是單拉四擲(single pull four throw，SP4T)，但其它類型的開關(guān)也可使用并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

圖7示出了天線12在狀態(tài)1和狀態(tài)2兩種不同狀態(tài)下的回波損耗。狀態(tài)1提供頻段B17相比于狀態(tài)2有所下降的回波損耗，而狀態(tài)2提供頻段B5和B8相比于狀態(tài)1有所下降的回波損耗。電子器件18選擇性地建立操作天線12的2種狀態(tài)，2種以上的狀態(tài)是可能的并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

圖8示出了天線12在頻段B17和頻段B7兩種頻段下的狀態(tài)1和狀態(tài)2中的輻射效率。

圖9示出了具有π形天線12的設(shè)備40的第二實(shí)施例，出于說明目的，天線移動(dòng)并放置在設(shè)備40的背面?？汕袚Q阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14在設(shè)備40的左腳示出，而USB連接器在右腳示出。

如果需要，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)14還可包括有源部件。例如，有源部件可提供增益控制和/或可建立波束控制。

有利的是，與可切換阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)電容式耦合的π行天線使高級(jí)移動(dòng)設(shè)備，例如那些提供4G、5G和其它版本的移動(dòng)設(shè)備，能夠使用低剖面天線提供在所需頻段中的覆蓋。

雖然本發(fā)明已經(jīng)描述了一些實(shí)施例和通常相關(guān)方法，但這些實(shí)施例和方法的變體和改變對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。相應(yīng)地，示例實(shí)施例的上面描述不限定或限制本發(fā)明。其它改變、替代和變體在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下也是可能的，如以下權(quán)利要求所限定。