CN101305586B - 具有分布负载的无线设备 - Google Patents

Abstract

一种无线设备(100)，包括第一电路板(102)、第二电路板(104)，以及具有电感耦合(112)和电容耦合(114)的分布负载(106)。电感耦合(112)和电容耦合(114)在感兴趣的预定义频率处形成并联谐振。第二电路板(104)包括天线(116)，用来接收和发射无线电波。

Description

具有分布负载的无线设备

技术领域

本发明总的涉及无线设备，并且更具体地，涉及一种在无线设备中调谐阻抗的装置。

背景技术

在无线设备中，天线在提供可靠通信时承担重要角色。在无线设备的主体中结合天线的发展趋势增加了无线设备的尺寸。这个趋势与使用具有美学价值的更小尺寸的无线设备的现代标准相抵触。增加无线设备的美学价值的一种方法是缩短无线设备的机械长度。然而，缩短无线设备的机械长度导致无线设备中的电路板的电气长度的缩短。缩短的电气长度降低无线设备在低频率范围的效率。降低的效率由缩短的电气长度的较低阻抗值引起，因而导致在较低频率的无效谐振设置。

效率降低的问题在具有多个电路板的无线设备中很普遍，如“翻盖式”(clamshell)设备。这是由于调谐电路板以及天线的阻抗的需求。另外，电路板中的一个合并了天线，因此，增大了该电路板的机械长度。

发明内容

根据本发明，提供了一种无线设备。该无线设备包括：具有第一接地层的第一电路板；具有天线和第二接地层的第二电路板；在该第一接地层与该第二接地层之间的电感耦合；和在该第一接地层与该第二接地层之间的电容耦合，其中该电感耦合和该电容耦合形成在多个频率中的特定频率处的并联谐振。

附图说明

本发明以示例的方式被阐述并且不限于附图，在附图中，相同的附图标记代表相同的元件，并且其中：

图1示出根据实施例的无线设备的示例性框图。

图2示出图1中所示的无线设备的示例性电路图。

图3示出根据第一详细实施例的具有分布负载的示例性无线设备。

图4示出根据图3所示的第一详细实施例的补片(patch)的示意图。

图5示出根据第二详细实施例的具有分布负载的示例性无线设备。

图6示出根据图5所示的第二详细实施例的电容耦合的示意图。

图7示出根据第三详细实施例的具有分布负载的示例性无线设备的框图。

图8示出了效率频率图，该效率频率图示出根据图3和图4所示的第一实施例、无线设备在不同频率的效率。

图9示出了根据图3和图4所示的第一详细实施例说明由于分布负载的引入，在不同频率范围内的分贝水平的变化的比较图。

本领域技术人员理解图中元件是为了简化和清楚被示出的，并且没必要按比例绘制。例如，图中某些元件的尺寸可相对其他元件被夸大，以帮助改善对本发明实施例的理解。

具体实施方式

在详细描述根据本发明的特定无线设备之前，应注意本发明主要用于无线设备装置的部件中。相应地，在附图中适当地由常规的符号来表示装置部件，仅示出了那些与理解本发明有关的特定细节，从而不因对于得益于在此的描述的本领域技术人员很明显的细节而使本公开晦涩。

具有分布负载的无线设备减小机械长度并且改进在低频段的性能。可以获益于分布负载的示例性无线设备包括具有多个电路板的设备，诸如“翻盖式”电话和其他可折叠，滑盖或可旋转的移动通信设备。此外，可操作在多于一个频带上的多频带无线设备可以获益于分布负载。在无线设备的两个电路板之间引入分布负载减少了所需的有效电气长度，以改进无线设备性能。分布负载具有电感耦合和电容耦合。分布负载产生足够阻抗以在感兴趣的预定频率产生并联谐振。

图1示出了根据一个实施例的无线设备100的示例性框图。在这个实施例中，无线设备是可折叠的，但折叠功能不是必须的。该无线设备100具有第一电路板102、第二电路板104和分布负载106。第一印刷电路板(PCB)内部的第一接地层108上的第一电路板102位于该可折叠无线设备100的翻盖侧(cover side)。第二PCB内部的第二接地层110上的第二电路板104位于该可折叠无线设备100的本体侧(base side)。在这个实施例中，该无线设备的翻盖侧还包括用来在该无线设备的显示屏上显示信息的显示模块。该无线设备的本体侧还包括小键盘模块，用于通过无线设备的小键盘接收用户输入。

分布负载106包括电感耦合112和电容耦合114。电感耦合112位于第一接地层108与第二接地层110之间，并接地于两个接地层上。电感耦合112和电容耦合114在感兴趣的频率处产生并联谐振。可通过调整电感耦合112和电容耦合114的特性来改变该感兴趣的频率。感兴趣的频率取决于正使用无线设备100的区域的标准。对于多频带无线设备，有多个感兴趣的频率，在所述感兴趣的频率处在平行的电感和电容耦合之间建立谐振。

第二电路板104具有天线116，用于接收和发射无线电信号。在不限制本发明的范围的情况下，天线116可以是任意形状、组成和大小。例如，天线116是折叠J天线。天线116的阻抗由第一电路板102和第二电路板104的阻抗进行调谐。

图2示出了图1所示的无线设备100的电气表示200。使用电感耦合112和电容耦合114来提供第一接地层108与第二接地层110之间的分布负载106。电感耦合112引入电感负载，并且电容耦合114引入电容负载。电感负载和电容负载的值可被改变以产生在感兴趣的频率处的谐振。在电气表示200中，集总元件212表示电感耦合112并且集总元件214表示电容耦合114。由分布负载106产生的总阻抗总计为第一电路板102与第二电路板104之间的阻抗，因此减小了电气长度。

图3示出了根据第一实施例的具有分布负载的示例性无线设备300的示例框图。该无线设备300包括第一电路板302、第二电路板304和分布负载306。该第一电路板302包括第一接地层308，并且第二电路板304包括第二接地层310和天线316。分布负载306具有电感耦合312和电容耦合314。该电感耦合314位于该第一接地层308与该第二接地层310之间。该电容耦合314物理接地于该第二接地层310但浮动在该第一接地层308上。在这个实施例中，扁平补片(flat patch)318用于产生浮动连接320来形成电感耦合314。根据一个实施例，扁平补片318物理和电气地耦合于第二接地层310并且电容耦合于第一接地层308。扁平补片318可由具有高电传导系数的任意材料制成。用于制造扁平补片318的材料的例子包括诸如铜和铝之类的金属。结合图4进一步描述扁平补片318。

图4示出了根据图3所示的第一详细实施例的扁平补片318的示意图。扁平补片318在无线设备中的翻盖壳(cover housing)410中的第一电路板302的旁边被引入。当该翻盖壳410被装配时，扁平补片318通过气隙从位于第一电路板302的显示模块分离。扁平补片318具有与位于无线设备300的本体侧的第二电路板304(未示出)的连接。将扁平补片318放置在无线设备的翻盖侧上减小了在无线设备300的本体侧的第二电路板304的电气长度。

图5示出了根据第二详细实施例的具有分布负载的示例性无线设备500的框图。在这个实施例中，无线设备具有用于折叠的铰链。在该第二详细实施例中，无线设备500包括第一电路板502和第二电路板504。该第一电路板502包括第一接地层508，并且第二电路板504包括第二接地层510和天线516。分布负载506包括电感负载512和电容负载514。该电感负载512直接连接于该第一接地层508和该第二接地层510。该电容负载通过在该第一电路板502的导电突出与该第二电路板504的导电圆柱之间的气隙而引入。用于制造导电圆柱形耦合器的材料的例子包括诸如铜和铝之类的金属。根据一个实施例，使用可折叠无线设备500的一对铰链来支持电感负载512和电容负载514。

图6示出了根据图5中所示的第二详细实施例的圆柱形电容耦合器的电容耦合的示意图。在第二实施例中，图5所示的电容耦合514被实现为物理和电气地耦合于第一电路板502的金属指状物615与物理和电气地耦合于第二电路板504的导电筒(barrel)620之间的气隙614。使用一对铰链来连接第一电路板502和第二电路板504：第一铰链602和第二铰链604。在这个实施例中，这对铰链位于天线516(在图6中未示出)位于该第二电路板504的位置的相对侧。第一铰链602支持电感耦合512(在图6中未示出)，并且第二铰链604支持电容耦合514。由铰链对602、604支持的分布负载506产生天线516有效接收/发射无线电波所需要的足够阻抗。

使用被设置成与第二铰链604垂直的圆柱形筒620并且沿第二铰链604的方向跨第一电路板502和第二电路板504引入电容耦合514。该金属指状物615不直接接触该导电筒620，并且在该金属指状物和该导电筒之间的气隙614提供电容耦合514(如图5所示)。引入的分布负载506减少了第二电路板504的电气长度，并且因此减少了无线设备500的本体侧的总机械长度。此外，分布负载506的引入改进了天线在较低频率的效率。

图7示出了根据第三详细实施例的具有分布负载的示例性无线设备700的框图。第三实施例与第一实施例相似，并且示范了图1所示的电容耦合114可通过不同方式实现。无线设备700包括第一电路板702、第二电路板704和分布负载706。该第一电路板702包括第一接地层708，并且该第二电路板704包括第二接地层710和天线716。该分布负载706包括电感耦合712和电容耦合714。该电容耦合714位于该第一接地层708和该第二接地层710之间。该电容耦合714接地于该第二接地层710但是浮动在该第一接地层708上。在这个实施例中，扁平补片718产生浮动连接。扁平补片718可由具有高导电系数的任意材料制成。用于制造扁平补片718的材料例子包括诸如铜和铝之类的金属。

图8示出了效率频率图表800，该图表800示出无线设备100与不具备分布负载的无线设备相比在不同频率的效率。被测的具有分布负载的无线设备根据第一详细实施例(如图3和图4所示)来实现。无线设备100的效率被定义为向天线116提供的输入功率和由天线116放射的功率的百分比。如图8所示，随着分布负载106的引入，无线设备100在自由空间(灰线810所示)的效率(％)在较低频率范围(824-960MHz)内提高。此外，在较高频率范围(1710-1990MHz)有轻微的增长。这是在无线设备100的机械长度减少之外的附加优点。效率在较低频率得到改善，因为天线116在较低频率用来产生谐振所需的阻抗由具有分布负载106的第二电路板104来提供。在没有分布负载106的情况下，该所需阻抗不能被提供并且因此在较低频率的效率(黑线820所示)受损。

图9示出了比较图表900，该比较图表900描述了根据图3和图4的第一详细实施例，由于分布负载106的引入，在不同频率范围的分贝水平的变化。图9中的曲线910代表在具有分布负载106的无线设备100中在较低和较高频率的谐振的形成。线920代表没有分布负载106时在频率范围内的谐振的形成。可以看到，在较低频率范围(824-960MHz)，与不具有分布负载106的无线设备100相比，具有分布负载106的无线设备100的分贝水平显示了更好的谐振结构。

这些实施例具有允许具有内置天线的底部(base)电路板的较短机械长度的优点。由于底部电路板的电气长度的减小，机械长度被减小。在底部电路板和翻盖电路板之间提供分布负载使得底部电路板的电气长度能够减小。本发明的不同实施例的另一优点是在较低频率范围的改进的性能。如图8和图9所示，效率和谐振已在较低频率范围(824-960MHz)得到改进。已经伴随着底部电路板的电气长度的减小获得了效率上的改进。

在本文本中，诸如第一和第二、顶部和底部等的关系术语仅用于区别一个实体或动作和另一个实体或动作，不必要求或暗示这样的实体或动作之间的任何实际的这类关系或顺序。术语“包含”，“包含着”，或者其任何其它变形，都旨在包括非排他性包含，因此包括元件列表的过程、方法、物件或装置不仅包括那些元件，也包括没有明确列出或对这样的过程、方法、物件或装置为固有的其他元件。没有更多约束，之前是“包含……一个”的元件不排除在包含该元件的过程、方法、物件或装置中存在附加的相同元件。

如在此使用的，术语“另一个”被定义为至少第二个或更多。如在此使用的，术语“包括”和/或“具有”被定义为包含。如在此参考电气技术使用的，术语“耦合”被定义为连接，但不必是直接连接，并且不必是机械连接。

在前述的说明书中，已参考特定实施例描述了本发明和其益处和优点。然而，本领域技术人员应理解，在不脱离以下权利要求中所阐述的本发明的范围的前提下，可作出各种修改和改变。相应地，说明书和附图将被认为是示例性的而不是限制性的，并且所有这样的修改旨在包含在本发明的范围之内。益处、优点、问题的解决方案，和引起任何益处、优点或解决方案发生或变得更明确的任意一个或多个元件都不被解释为所有或任何权利要求中的关键的、需要的、或基本的特征或元件。本发明仅由所附权利要求限定，包括在本申请的未决期间作出的任何改正和所发布的那些权利要求的所有等价物。

尽管已示出和描述了本发明的若干实施例，但应理解本发明并不限于此。在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，本领域技术人员将会想到众多的修改、改变、变化、代替和等价物。

Claims (20)

1.一种无线设备，包括：

具有第一接地层的第一电路板；

具有天线和第二接地层的第二电路板；

在该第一接地层与该第二接地层之间的电感耦合；和

在该第一接地层与该第二接地层之间的电容耦合，

其中该电感耦合和该电容耦合形成在多个频率中的特定频率处的并联谐振。

2.如权利要求1所述的无线设备，其中该电容耦合包括气隙。

3.如权利要求2所述的无线设备，其中该气隙位于物理和电气地耦合于该第二接地层的导电指状物与物理和电气地耦合于该第一接地层的导电筒之间。

4.如权利要求2所述的无线设备，其中该气隙位于该第一接地层与物理和电气地耦合于该第二接地层的导电补片之间。

5.如权利要求1所述的无线设备，其中该电容耦合包括在特定频率处物理和电气地耦合于该第二接地层并且电容耦合于该第一接地层的补片。

6.如权利要求5所述的无线设备，其中该补片包括具有高导电系数的材料。

7.如权利要求1所述的无线设备，其中该电感耦合在特定频率处物理和电气地耦合于该第一接地层和该第二接地层。

8.如权利要求1所述的无线设备，进一步包括位于该第一电路板与该第二电路板之间的第一铰链。

9.如权利要求8所述的无线设备，其中该第一铰链支持该电容耦合。

10.如权利要求8所述的无线设备，进一步包括位于该第一电路板与该第二电路板之间的第二铰链。

11.如权利要求10所述的无线设备，其中该第二铰链支持该电感耦合。

12.如权利要求1所述的无线设备，其中该天线包括折叠J天线。

13.如权利要求1所述的无线设备，其中沿该第二电路板的第一边缘设置该天线。

14.如权利要求13所述的无线设备，其中沿该第二电路板的第二边缘设置第一铰链，该第二边缘与该第一边缘相对。

15.如权利要求14所述的无线设备，其中该第一铰链支持该电容耦合。

16.如权利要求14所述的无线设备，进一步包括位于该第二电路板的第二边缘的第二铰链。

17.如权利要求16所述的无线设备，其中该第二铰链支持该电感耦合。

18.如权利要求1所述的无线设备，其中该无线设备包括多频带通信设备。

19.如权利要求1所述的无线设备，其中该电感耦合包括集总元件。

20.如权利要求1所述的无线设备，其中该电容耦合包括集总元件。