CN105474458A - 计算设备外壳中的背面天线 - Google Patents

Abstract

一种天线组件，包括金属计算设备外壳的一部分作为主谐振结构。金属计算设备外壳包括背面(217)和界定该背面的一个或多个侧面。该金属计算设备外壳进一步包括具有在背面中形成的孔(212)的谐振结构，缺口(202)从该孔延伸切割贯穿该背面并贯穿该金属计算设备外壳的至少一个侧面。导电馈送结构(204)连接至无线电。该导电馈送结构位于该金属计算设备外壳的谐振结构附近且被配置成在一个或多个谐振频率激励该谐振结构。

Description

计算设备外壳中的背面天线

背景

用于计算设备的天线提出了与在一个或多个选择频率处接收和传送无线电波的挑战。这些挑战被将这些计算设备(及其天线)容纳在金属外壳中的电流趋势放大，因为金属外壳趋向于瓶坯传入和传出的无线电波。一些尝试过的缓解此屏蔽问题的解决方案向计算设备的设计引入了结构和制造挑战。

概述

本文描述和要求保护的实现通过形成包括金属计算设备外壳的一部分作为主谐振结构的一部分的天线组件来解决前述问题。金属计算设备外壳包括背面和界定该背面的至少一部分的一个或多个侧面。金属计算设备外壳进一步包括谐振结构，该谐振结构具有在该背面上形成的孔，缺口从该孔延伸，切割通过该背面并通过该金属计算设备外壳的至少一个侧面。导电馈送结构连接至无线电。该导电馈送结构被置于该金属计算设备外壳的谐振结构附近且被构造成在一个或多个谐振频率激励该谐振结构。

提供本概述以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。

此处还描述和列举了其他实现。

附图简述

图1示出示例金属计算设备外壳的两部分，该金属计算设备外壳具有背面天线组件。

图2示出示例L形背面天线组件，其具有在金属计算设备外壳中的位于角落的侧面缺口。

图3示出与类似于图2示出的天线组件的天线组件所呈现的测得的天线阻抗匹配有关的示例数据。

图4示出与类似于图2示出的天线组件的天线组件所呈现的测得的天线实现效率有关的示例数据。

图5示出具有多个背面天线组件的示例金属计算设备外壳的多个视图(正视图和后视图)。

图6示出示例背面天线组件，其具有在金属计算设备外壳的背面612中的非L形切口。

图7示出示例L形背面天线组件，其具有在金属计算设备外壳中的位于侧面的侧面凹槽。

图8示出示例L形背面天线组件，其具有复杂的馈送结构。

图9示出示例L形背面天线组件，其具有复杂馈送结构，该复杂馈送结构具有位于无线电旁边的射频接地。

图10示出示例L形背面天线组件，其具有复杂馈送结构，该复杂馈送结构具有到金属计算设备外壳的电容耦合和位于无线电旁边的射频接地。

图11示出示例L形背面天线组件的替换视图，其具有复杂馈送结构，该复杂馈送结构具有到金属计算设备外壳的电容耦合和位于无线电旁边的射频接地。

图12示出示例L形背面天线组件，其具有馈送结构，该馈送结构具有到另一馈送结构的电容耦合，该另一馈送结构通电地连接至金属计算设备外壳。

图13示出示例L形背面天线组件，其具有连接至在PCB上的替代位置处的无线电的馈送结构。

图14示出示例L形背面天线组件，其具有由非导电载具支撑的馈送结构。

图15示出示例L形背面天线组件，其具有电子可变组件来改变天线臂的电长度。

图16A、16B和16C示出与金属计算设备外壳的角间隔开的示例背面天线组件。

图17示出示例L形背面天线组件，其具有瘦长金属臂和曲折的、排定路由的切口。

图18示出示例L形背面天线组件，其具有在金属计算设备外壳中的位于角落的侧面缺口和位于侧面的侧面缺口。

图19示出用于使用背面天线组件的示例操作。

图20示出示例L形背面天线组件，其具有在计算设备的金属计算设备外壳中的位于角落的侧面缺口。

详细描述

图1示出具有背面天线组件102的示例金属计算设备外壳100的两个部分101和103。部分103通常包含显示器组件，而部分101通常(至少部分)围绕该计算设备的大多数其它部件。在所示实现中，天线组件102被集成为金属计算设备外壳100的一部分。

金属计算设备外壳100包括背面104和界定背面104的四个侧面106、108、110和112。在其它实现中，少于四个侧面可部分界定背面104。此外，背面104和一个或多个侧面可在陡峭角处、在弯曲角处(例如，背面和侧面之间的连续弧)、或在各种相交表面组合中接合。而且，侧面不需要垂直于背面(例如，侧面可被定位成与背面成钝角或锐角)。在一个实现中，背面和一个或多个侧面被集成到单块构造中，尽管其它组装构造也被构想。

背面天线组件102包括在背面104中创建的至少一个孔、槽、或切口(cut-out)。孔也可被称为“槽”。在图1中，切口被示出为L形的，其具有平行于计算设备外壳100的两个相邻侧面的区段，但是也构想了其它构造。背面天线组件102还包括贯穿两个相交侧面的角的从背面切出的切口缺口(notch)。该切口和缺口从计算设备外壳100的围绕该切口和缺口的区域形成至少一个瘦长金属臂，其共同作为天线的谐振结构与其它元件(诸如馈送结构)相组合地操作。瘦长臂可被直接激励(例如，通电地，像平面倒F天线)、电容地激励、或经由某种其它激励方法来激励。该切口和缺口可用塑料层或某种其它绝缘材料(例如，陶瓷，其它电介质)填充，如用塑料插入件114所示，其可具有依赖于电压的介电常数。

图2示出示例L形背面天线组件200，其具有位于计算设备的金属计算设备外壳203的角的侧面缺口202。导电线或导电条形式的馈送结构204在连接点216处将无线电连接至与侧面缺口202相组合地沿背面217中的L形切口212(或两个连接的矩形切口截面)的边缘形成的两个瘦长金属臂214和215之一。

无线电206可被安装在固定于金属计算设备外壳203的背面的印刷电路板220(PCB)上。也可采用替换连接构造(例如，到另一瘦长金属臂的连接)。缺口202和切口212可用塑料层或其它绝缘材料(例如陶瓷)填充(未示出)。

切口212、缺口202和瘦长金属臂214和215作为天线组件200的谐振结构操作。各切口区段的尺寸影响针对不同无线电频带的阻抗匹配。例如，切口区段222的长度提供比切口区段224的长度更低的谐振频率，由此提供天线组件200所支持的至少两个射频频带。类似地，导电馈送结构204的大小和形状影响天线组件200的谐振频率(特别是当在如由无线电206提供的更高频率操作时)以及在不同射频频带处的阻抗匹配。

图3示出与类似于图2示出的天线组件的天线组件所呈现的测得的天线阻抗匹配302有关的示例数据300。注意840MHz、1932MHz和2454MHz(分别参见图中的位置304、306和308)附近的局部优化的阻抗匹配，前两个大致对应于两个GSM频带(850MHz和1900MHz)，而一个对应于WiFi频带(2.4GHz)。其它切口、缺口和馈送结构构造可导致不同的阻抗匹配频带。

图4示出与类似于图2示出的天线组件的天线组件所呈现的测得的天线实现效率402有关的示例数据400。注意局部优化的效率峰值位于840MHz、1932MHz和2454MHz(分别参见图中的位置404、406和408)附近，前两个大致对应于两个GSM频带(850MHz和1900MHz)，而一个对应于WiFi频带(2.4GHz)。其它切口、缺口和馈送结构构造可导致可与在任何无线电标准或协议中使用的频率相对应的不同的天线效率带，所述标准或协议包括但不限于：UMTS、GSM、LTE、4G、3G、2G、WiFi、WiMAX、蓝牙、Miracast以及未来可能开发出的其它标准或规范。

图5示出具有多个背面天线组件500和502的示例金属计算设备外壳504的多个视图(正视图506和后视图508)。正视图506示出金属计算设备外壳504的内部。应当理解，在单个金属计算设备外壳504中可构造超过四个侧面天线组件(例如，一些在角落里，而其它的沿金属计算设备外壳504的边)。多个天线组件可被用来提供分集/MIMO(多输入和多输出)配置。

图6示出示例背面天线组件600，其具有在金属计算设备外壳603的背面612中的非L形切口616。用塑料插入件604填充切口616。应当理解，插入件604可由其它绝缘材料(例如陶瓷)制成。馈送结构606将无线电608连接至背面612。瘦长金属臂618沿切口616的边缘与缺口602相组合地形成。通常，无线电608被安装在金属计算设备外壳603内的PCB614上。

切口616、缺口602和瘦长金属臂618作为天线组件600的谐振结构操作。切口区段的尺寸影响针对不同无线电频带的阻抗匹配。类似地，导电馈送结构606的大小和形状影响天线组件600的谐振频率(特别是当在如由无线电608提供的更高频率操作时)以及在不同射频频带处的阻抗匹配。

图7示出示例L形背面天线组件700，其具有在金属计算设备外壳703中的位于侧面的侧面缺口702。L形切口704与缺口702相组合地形成沿切口704的边的两个瘦长金属臂706和708。馈送结构710将无线电712连接至背面714。通常，无线电712被安装在金属计算设备外壳703内的PCB716上。应当理解，缺口702可在金属计算设备外壳703的提供对切口704的接入的任何侧壁中形成。

图8示出示例L形背面天线组件800，其具有复杂的馈送结构810。L形切口804与缺口802相组合地形成沿切口804的边的两个瘦长金属臂806和808。馈送结构810将无线电812连接至背面814。馈送结构810具有多个分支以创建多个频率处的多个谐振，或增强特定频率处的匹配。馈送结构810可被设置大小以实现特定谐振频率和匹配阻抗。例如，馈送结构810的每个区段的长度、宽度和/或厚度可被选择以实现选中谐振频率和匹配阻抗。而且，馈送结构810的材料可基于特定材料的电阻来选择以实现选中谐振频率和匹配阻抗。通常，无线电812被安装在金属计算设备外壳803内的PCB816上。用塑料插入件818填充切口804。应当理解，插入件可由其它绝缘材料(例如陶瓷)制成。

图9示出示例L形背面天线组件900，其具有复杂的馈送结构910，该馈送结构具有位于无线电912旁边的射频接地920(例如，电中性电势)。L形切口904与缺口902相组合地形成沿切口904的边的两个瘦长金属臂906和908。馈送结构910将无线电912电连接至背面914。馈送结构910具有多个分支以创建多个频率处的多个谐振，或增强特定频率处的匹配。通常，无线电912被安装在金属计算设备外壳903内的PCB916上。用塑料插入件918填充切口904。应当理解，插入件可由其它绝缘材料(例如陶瓷)制成。

图10示出示例L形背面天线组件1000，其具有馈送结构1010，该馈送结构具有到金属计算设备外壳1003的电容耦合和位于无线电1012旁边的射频接地1020(例如，电中性电势)。L形切口1004与缺口1002相组合地形成沿切口1004的边的两个瘦长金属臂1006和1008。馈送结构1010跨绝缘间隙1022将无线电1012电容耦合至金属计算设备外壳1003的瘦长金属臂1006。馈送结构1010具有多个分支以创建多个频率处的多个谐振，或增强特定频率处的匹配。通常，无线电1012和射频接地1020被安装在金属计算设备外壳1003内的PCB1016上。

图11示出示例L形背面天线组件1100的替代视图，其具有馈送结构1110，该馈送结构具有到金属计算设备外壳1103的电容耦合和位于无线电1112旁边的射频接地1120(例如，电中性电势)。金属计算设备外壳1103的背面1114中的L形切口1104与缺口1102相组合地形成沿切口1104的边的两个瘦长金属臂1106和1108。馈送结构1110跨绝缘间隙1122将无线电1112电容耦合至金属计算设备外壳1103的瘦长金属臂1106。馈送结构1110具有多个分支以创建多个频率处的多个谐振，或增强特定频率处的匹配。通常，无线电1112和射频接地1120被安装在金属计算设备外壳1103内的PCB1116上。

图12示出示例L形背面天线组件1200，其具有馈送结构1210，该馈送结构具有到另一馈送结构1222的电容耦合，该另一馈送结构通电地连接至金属计算设备外壳1203。金属计算设备外壳1203中的L形切口1204与缺口1202相组合地形成沿切口1204的边的两个瘦长金属臂1206和1208。馈送结构1210经由与馈送结构1222的电容耦合将无线电1212耦合至背面1214。馈送结构1222具有多个分支以创建多个频率处的多个谐振，或增强特定频率处的匹配。馈送结构1210跨绝缘间隙1120电容耦合至馈送结构1122。

通常，无线电1212被安装在金属计算设备外壳1203内的PCB1216上。用塑料插入件1218填充切口1204。应当理解，插入件可由其它绝缘材料(例如陶瓷)制成。

图13示出示例L形背面天线组件1300，其具有连接至在PCB1316上的替代位置处的无线电1312的馈送结构1310。馈送结构1310将无线电1312连接至两个瘦长金属臂1306和1308之一，这两个瘦长金属臂是与侧面缺口1302相组合地沿金属计算设备外壳1303的背面中的L形切口1304的边形成的。通常，无线电1312被安装在金属计算设备外壳1303内的PCB1316上。用塑料插入件1318填充切口1304。应当理解，插入件可由其它绝缘材料(例如陶瓷)制成。还可以采用替换连接构造。

图14示出示例L形背面天线组件1400，其具有由非导电载具1418支撑的馈送结构1410。金属计算设备外壳1403的背面1414中的L形切口1404与缺口1402相组合地形成沿切口1404的边的两个瘦长金属臂1406和1408。馈送结构1410将无线电1412连接至金属计算设备外壳1403的背面1414并连接至位于无线电1412旁边的射频接地1420(例如，电中性电势)。馈送结构1410具有多个分支以创建多个频率处的多个谐振，或增强特定频率处的匹配。通常，无线电1412被安装在金属计算设备外壳1403内的PCB1416上。

图15示出示例L形背面天线组件1500，其具有电子可变组件1522来改变天线臂的电气长度。示例电子可变组件可包括而不限于aBST(钛酸钡锶)电容器、MEMS(微机电系统)电容器、以及在不同值的电感器和电容器之间变换的射频(RF)开关等。馈送结构1510将无线电1512连接至两个瘦长金属臂1506和1508之一，这两个瘦长金属臂是与侧面缺口1502相组合地沿金属计算设备外壳1503的背面中的L形切口1504的边形成的。通常，无线电1512被安装在金属计算设备外壳1503内的PCB1516上。还可以采用替换连接构造。用塑料插入件1518填充切口1504。应当理解，插入件可由其它绝缘材料(例如陶瓷)制成。

在替换实现中，插入件1518可由介电材料制成，其中该介电材料具有能够通过向插入件1518施加电压来改变的介电常数，由此在计算设备工作期间调谐该谐振频率。

图16A、16B和16C示出与金属计算设备外壳1602的角间隔开的示例背面天线组件1604。馈送结构1610将无线电1612连接至两个金属臂1606和1608之一，该两个金属臂是与侧面缺口1603相组合地沿背面1614的切口1604的边形成的。还可以采用替换连接构造。

图17示出示例L形背面天线组件1700，其具有在金属计算设备外壳1703的背面1714中的曲折的、被排定路线的切口1705。被排定路线的切口1705在切口1704的较短部分中提供较长的电气长度。所述切口的长度确定背面天线组件1700的谐振频率。馈送结构1710将无线电1712连接至两个金属臂1706和1708之一，该两个金属臂是与侧面缺口1702相组合地沿背面1714的切口1704的边形成的。通常，无线电1712被安装在金属计算设备外壳1703内的PCB1716上。还可以采用替换连接构造。

图18示出示例L形背面天线组件1800，其具有在金属计算设备外壳1803中的位于角落的侧面缺口1801和位于侧面的侧面缺口1802。L形切口1804与缺口1801和1802相组合地形成沿切口1804的边的两个瘦长金属臂1806和1808。切口1804、缺口1801和1802以及瘦长金属臂1806、1807和1808的各部分的位置和尺寸影响天线组件1800的谐振频率和阻抗匹配，其能在设计时调谐来支持多种频带、操作条件和性能要求。在各构造中可采用超过两个缺口和超过三个延长金属臂。

馈送结构1810将无线电1812连接至金属计算设备外壳1803的背面1814。通常，无线电1812被安装在金属计算设备外壳1803内的PCB1816上。应当理解，缺口1801和1802可在金属计算设备外壳1804的提供对切口1803的接入的任何侧壁中形成。

图19示出用于使用背面天线组件的示例操作1900。提供操作1902提供包括背面和界定背面的至少一部分的一个或多个侧面的金属计算设备外壳。该金属计算设备外壳进一步包括具有在背面中形成的孔的谐振结构，缺口从该孔延伸切割贯穿该背面，并贯穿该金属计算设备外壳的至少一个侧面。

激励操作1904激励该金属计算设备外壳中的该谐振结构，从而导致该谐振结构随时间在一个或多个谐振频率处谐振。

图20示出示例L形背面天线组件2000，其具有在计算设备的计算设备的金属外壳2003中的位于角落的侧面缺口2002。导电线或导电条形式的馈送结构2004在连接点2016处将无线电206连接至介电隔离块上的金属化板2005。通常，介电材料的电容率(permittivity)在10到100的范围内，尽管该范围在一些应用中可以更宽。L形侧面天线组件2000的瘦长金属臂2015通过绝缘介电隔离块2007的块被激励，从而允许L形侧面天线组件2000的带宽的增加。

无线电2006可被安装在固定于金属计算设备外壳2003的背面2017的印刷电路板2020(PCB)上。也可采用替换连接构造(例如，到其它瘦长金属臂的连接)。缺口2002和切口2012可用塑料层或其它绝缘材料(例如陶瓷)填充(未示出)。

切口2012、缺口2002和瘦长金属臂2014和2015作为天线组件2000的谐振结构操作。各切口区段的尺寸影响针对不同无线电频带的阻抗匹配。例如，切口区段2022的长度提供比切口区段2024的长度更低的谐振频率，由此提供天线组件200所支持的至少两个射频频带。类似地，导电馈送结构2004的大小和形状影响天线组件2000的谐振频率(特别是当在如由无线电2006提供的更高频率操作时)以及在不同射频频带处的阻抗匹配。

应当理解，可采用其它的槽形状。例如，图16中的槽可被扩展以包括连接到平行于原始槽的另一槽的直角槽。槽可具有规则和/或不规则的形状。例如，槽可被成形为沿着金属计算设备外壳的圆角或其它特征的曲线。相应地，槽构造不应限于示例实现中所示的那些。

以上说明、示例和数据提供了对示例性实现的结构和使用的全面描述。因为可以在不背离所要求保护的发明的精神和范围的情况下做出许多实现，后面所附的权利要求书定义本发明。此外，在又一实现中不同示例的结构特征可以相组合而不背离所记载的权利要求书。

Claims (10)

1.一种天线组件，包括：

金属计算设备外壳，所述金属计算设备外壳包括背面和界定所述背面的至少一部分的一个或多个侧面，所述金属计算设备外壳包括辐射结构，所述辐射结构具有在所述背面中形成的孔，缺口从所述孔延伸切割贯穿所述背面且贯穿所述金属计算设备外壳的至少一个侧面。

2.如权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述辐射结构进一步包括：

所述金属计算设备外壳的一个或多个部分，其形成在所述孔附近的天线臂。

3.如权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述辐射结构进一步包括所述金属计算设备外壳的所述侧面中的一个侧面的至少两个部分，其形成由所述缺口分开的天线臂。

4.如权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述辐射结构进一步包括所述金属计算设备外壳的两个侧面，其形成由所述缺口分开的天线臂。

5.如权利要求1所述的天线组件，其特征在于，进一步包括：

位于所述孔处的电子可变组件，用以改变由所述金属计算设备外壳的在所述孔附近的一部分形成的天线臂的电气长度。

6.如权利要求5所述的天线组件，其特征在于，所述电子可变组件包括具有依赖于电压的介电常数的介电材料。

7.如权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述孔由在所述金属计算设备外壳的所述背面中的至少一个曲折的排定路线的切口形成。

8.如权利要求7所述的天线组件，其特征在于，所述导电馈送结构通过介电隔离件将所述无线电电容耦合至所述金属计算设备外壳。

9.一种方法，包括：

形成金属计算设备外壳，所述金属计算设备外壳包括背面和界定所述背面的至少一部分的一个或多个侧面，所述金属计算设备外壳包括辐射结构，所述辐射结构具有在所述背面中形成的孔，缺口从所述孔延伸切割贯穿所述背面且贯穿所述金属计算设备外壳的至少一个侧面。

10.一种天线组件，包括：

金属计算设备外壳，所述金属计算设备外壳包括背面和界定所述背面之一的至少一部分的一个或多个侧面，所述金属计算设备外壳包括辐射结构，所述辐射结构具有在所述金属计算设备外壳中形成的孔，缺口从所述孔延伸切割贯穿所述金属计算设备外壳且贯穿所述金属计算设备外壳的至少一个侧面。