用于無線通信的可重配置的單極天線的制作方法
【專利說明】用于無線通信的可重配置的單極天線
[0001]
[0002]在移動設備中，隨著對新特征和更高數據吞吐量的需求的增加，所支持的頻帶的數量持續增加。新特征的一些示例包括多條語音/數據通信鏈路(GSM、CDMA, WCDMA,LTE、EVD0，每一條在多個頻帶中)、短程通信鏈路(藍牙、UffB)、廣播媒體接收(MediaFLO、DVB-Η)、高速因特網接入(UMB, HSPA、802.11、EVD0)、以及定位技術(GPS, Galileo)。支持多個頻帶造成增加的復雜度和設計挑戰。通常，以性能為代價作出支持多個頻帶的折中。
[0003]概述
[0004]提供本概要從而以簡要形式引入將在下面具體實施例中進一步描述的概念的選擇。本概要不旨在標識所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用來限制所要求保護的主題的范圍。
[0005]公開了可動態地且通過編程重新配置成接納不同頻帶的多頻帶單極天線。在一個實施例中，輻射器元件通過饋電點開關耦合到饋電點。該開關可使用至少兩個不同的電流路徑來引導饋電點與輻射器元件之間的電流。電流路徑可以是不同的長度以便針對不同的頻帶來優化。每一電流路徑可共享輻射器元件的大部分以節省空間。通過切換饋電點開關來選擇電流路徑之一，天線可被配置。選擇可以根據調制解調器或甚至用戶輸入來控制。
[0006]在另一實施例中，寄生輻射器可通過接地開關耦合到接地。使用饋電點開關和接地開關，可使用單個天線結構來實現多個操作模式。
[0007]因此，總體性能可以在最小附加組件的情況下被改進。
[0008]參考附圖閱讀以下詳細描述，將更清楚本發明的前述和其他目標、特征和優點。
[0009]附圖簡沐
[0010]圖1是包括可重新配置的單極天線的移動設備的實施例。
[0011]圖2是包括可重新配置的單極天線的實施例的細節的示例移動設備。
[0012]圖3是可重新配置的單極天線的另一實施例。
[0013]圖4是可重新配置的單極天線的又一實施例。
[0014]圖5是示出天線效率對頻率以及天線的反射系數的圖表。
[0015]圖6是可被用來重新配置單極天線的實施例的流程圖。
[0016]詳細描沐
[0017]描述了包括通過至少兩個不同的電流路徑耦合到饋電點的輻射器元件的可重新配置的單極天線。電流路徑是不同的長度，以接納不同的頻帶。為了改變電流路徑，饋電點開關被置于天線饋電點處以選擇性地沿第一電流路徑或第二電流路徑提供電流。電流路徑共享輻射器元件的大部分，使得不必使用分開的輻射器元件。
[0018]通過提供被設計成在不同的頻帶之間調諧或切換的天線，無需提供分開的天線。結果，給定同一共振器結構擔當不同頻率的輻射器元件，天線尺寸被降低。所節省的空間可被用于其他目的，如電池、電路系統或設備尺寸降低。另外，由于沒有在現有多頻帶配置中作出的折中，天線性能改進(例如，更高的QoS、更低的掉話、更高的電池壽命)。另外，天線可被置于更進取的體量中，如在PCB接地面的頂部，這可具有來自手/頭解諧效果和對人類組織(比吸收率，SAR)的經調節的能量吸收的益處。將開關放置得靠近饋電點(其中不存在高電場)可最小化基本諧波的生成，這可幫助通過調整測試。
[0019]在特定實施例中，公開了一種在輻射結構本身內使用若干可開關元件的天線。一個單刀雙擲(SroT)開關可被用來覆蓋位于LTE的較低頻譜(例如，800MHz)中的兩個不同的頻帶群。例如，短路徑可以允許高頻帶處的操作，同時較長路徑可允許較低頻率處的操作。附加單刀單擲(SPST)可被用于提供在高頻譜(例如，2GHz)處分配的頻帶群中的天線操作。因而，通過使用位于天線饋電點處或靠近饋電點(例如，在λ/10內)的開關，天線允許每一頻帶或頻帶群被獨立地調整。取決于所需操作頻率，開關可按需阻止或允許電流。
[0020]圖1是描繪不例性移動設備100的系統圖，該移動設備包括各種可選的硬件和軟件組件，在102處概括地示出。該移動設備中的任何組件102可與任何其他組件通信，但為了方便說明，并非所有連接都被示出。該移動設備可以是各種計算設備(例如，蜂窩電話、智能電話、手持式計算機、個人數字助理(PDA)等)中的任一個，并且可允許與諸如蜂窩或衛星網絡的一個或多個移動通信網絡104進行無線雙向通信。
[0021]所示移動設備100可包括用于執行如信號編碼、數據處理、輸入/輸出處理、電源控制和/或其他功能等任務的控制器或處理器110(例如，信號處理器、微處理器、ASIC、或其他控制和處理邏輯電路)。操作系統112可控制對組件102的分配和使用，并支持一個或多個應用程序114。應用程序可包括公共移動計算應用(例如，電子郵件應用、日歷、聯系人管理器、web瀏覽器、消息收發應用)、或任何其他計算應用。
[0022]所示移動設備100可包括存儲器120。存儲器120可包括不可移動存儲器122和/或可移動存儲器124。不可移動存儲器122可包括RAM、R0M、閃存、硬盤、或其它眾所周知的存儲器存儲技術。可移動存儲器124可包括閃存或在GSM通信系統中公知的訂戶身份模塊(SM)卡，或者諸如“智能卡”的其它公知存儲器存儲技術。存儲器120可用于存儲數據和/或用于運行操作系統112和應用114的代碼。示例數據可包括經由一個或多個有線或無線網絡發送給和/或接收自一個或多個網絡服務器或其它設備的網頁、文本、圖像、聲音文件、視頻數據、或其它數據集。存儲器120可用于存儲諸如國際移動訂戶身份(MSI)等訂戶標識符，以及諸如國際移動設備標識符(MEI)等設備標識符。可將此類標識符傳送給網絡服務器以標識用戶和設備。
[0023]移動設備100可支持諸如觸摸屏132、話筒134、相機136、物理鍵盤138、和/或跟蹤球140的一個或多個輸入設備130，以及諸如揚聲器152和顯不器154的一個或多個輸出設備150。其他可能的輸出設備(未示出)可包括壓電或其他觸覺輸出設備。一些設備可提供一個以上的輸入/輸出功能。例如，觸摸屏132和顯示器154可被組合在單個輸入/輸出設備中。輸入設備130可包括自然用戶界面(NUI)。NUI是使得用戶能夠以“自然”方式與設備交互而不受由諸如鼠標、鍵盤、遙控器等輸入設備強加的人為約束的任何接口技術。NUI方法的示例包括依賴于語音識別、觸摸和指示筆識別、屏幕上和屏幕附近的姿勢識別、空中姿勢、頭部和眼睛跟蹤、嗓音和語音、視覺、觸摸、姿勢、以及機器智能的那些方法。NUI的其它示例包括使用加速計/陀螺儀、臉部識別、3D顯示、頭、眼以及凝視跟蹤、身臨其境的增強現實和虛擬現實系統的運動姿勢檢測(所有這些都提供更為自然的接口)，以及用于通過使用電場感測電極(EEG和相關方法)感測腦部活動的技術。由此，在一特定示例中，操作系統112或應用114可包括作為允許用戶經由語音命令來操作設備100的語音用戶界面的一部分的語音識別軟件。此外，設備100可包括允許經由用戶的空間姿勢進行用戶交互(諸如檢測和解釋姿勢以向游戲應用提供輸入)的輸入設備和軟件。
[0024]無線調制解調器160可被耦合至可重新配置的單極天線170，并且可支持處理器110與外部設備之間的雙向通信，如本領域中清楚理解的。調制解調器160被一般性地示出，并且可包括用于與移動通信網絡104進行通信的蜂窩調制解調器和/或其它基于無線電的調制解調器(例如藍牙164或W1-Fi 162)。無線調制解調器160通常被配置用于與一個或多個蜂窩網絡(諸如，用于在單個蜂窩網絡內、蜂窩網絡之間、或移動設備與公共交換電話網絡(PSTN)之間的數據和語音通信的GSM網絡)進行通信。一個或多個調制解調器可通過一個或多個開關172與天線170通信(傳送和接收)，開關172被用來配置天線以用于多個操作頻帶，如下文進一步描述的。開關172可由調制解調器基于要使用的最優頻帶自動控制，或用戶輸入可通過輸入設備130之一被接收以選擇所需頻帶。在任何情況下，天線170是可選擇地和通過編程可配置的。
[0025]移動設備還可包括至少一個輸入/輸出端口 180、電源182、諸如全球定位系統(GPS)接收機之類的衛星導航系統接收機184、加速度計186、和/或物理連接器190，物理連接器可以是USB端口、IEEE 1394 (火線)端口、和/或RS-232端口。所例示的組件102不是必需的或包括所有的，因為可刪除任何組件并且可添加其他組件。
[0026]圖2示出第一實施例，其示出了天線配置200。天線配置200包括安裝在絕緣層(例如，塑料)212上的天線210。天線210可以是多頻帶四分之一波單極天線且可以用導電材料薄層來形成，如印刷或沖壓金屬材料。調制解調器214可通過信號導體216 (如印刷電路板上的跡線或電纜)與天線210通信。信號導體216以公知方式與接地面220電絕緣，并且在接地面下方、上方、或繞接地面行進(即，不與接地面同延)。天線210可包括具有第一端240和遠端242的輻射器元件260。饋電點開關250與第一端240相鄰，被用來控制電流通過天線210的方向。開關250包括可由調制解調器或其他所需源提供的輸入控制線(未示出)。因而，調制解調器可以基于移動設備的狀態來確定所需頻率并動態地控制天線以改變頻帶。開關250位于天線210的饋電點處或靠近饋電點(例如，在λ/10內)。饋電點是本領域中公知的其中天線在該點開始且被從導體216 (源自RF前端上的任何類型的傳輸線)饋送輸入信號的點。一個示例饋電點是跡線在PCB上結束的位置，并且到天線的連接通過使用通孔點、C形夾、或彈簧頂針(pogo pin)來作出。另一示例是電纜導體被焊接到天線的位置。如圖所示，根據饋電點開關250，電流可以采取長路徑252或短路徑254來通過天線。在任一情況下，電流穿過輻射器260的延長的共享的部分。為了建立不同的電流路徑，天線210包括U形彎曲(概括地在262處示出并由線252的曲率來指示)和繞過導體264。繞過導體264創建繞過U形彎曲的電流路徑254，從而使總體電流路徑更短。天線210還可包括通過導體272耦合到接地面220并進一步耦合到天線210的第一端240的寄生輻射器270。寄生輻射器270可以提供在這兩個低頻率狀態處阻抗匹配。
[0027]饋電點開關250被示為對控制信號進行響應以在至少兩個操作模式之間切換天線的單刀雙擲(STOT)開關。在第一操作模式中，較長電流路徑252可被用來提供輻射器元件