СИСТЕМЫ НАСТРАИВАЕМЫХ АНТЕНН
TUNABLE ANTENNA SYSTEM

Область техники
Это изобретение относится, в основном, к схемным средствам беспроводной связи, а более конкретно, к электронным устройствам, которые имеют системы настраиваемых антенн.

Электронные устройства, такие как компьютеры и ручные электронные устройства, часто оснащены возможностями беспроводной связи. Например, электронные устройства могут использовать схемные средства беспроводной связи дальнего действия, такие как средства сотовых телефонов, для передачи сообщений с использованием диапазонов частот сотовой телефонии. Электронные устройства могут использовать каналы беспроводной связи ближнего действия для возможности передачи данных на рядом расположенные устройства. Например, электронные устройства могут передавать сообщения с использованием стандарта WiFi (IEEE 802.11) в диапазонах частот 2.4 ГГц и 5 ГГц и в стандарте Bluetooth в диапазоне частот 2.4 ГГц.
Для удовлетворения требования потребителей к беспроводным устройствам с малым форм-фактором, производители непрерывно прилагают усилия по реализации средств беспроводной связи, таких как антенные компоненты, использующие компактные структуры. Однако могут возникнуть затруднения при установке конструкций традиционных антенн в небольшие устройства. Например, антенны, которые ограничены небольшими объемами, часто имеют более узкие диапазоны рабочих частот, чем антенны, которые реализованы в больших объемах. Если диапазон полосы пропускания антенны становится слишком малым, то такая антенна не будет в состоянии покрыть все интересующие диапазоны связи.
Исходя из этих соображений, было бы желательно предоставить улучшенное беспроводное схемотехническое решение электронных устройств.
Краткое изложение сущности изобретения
Электронное устройство может быть оснащено схемными средствами беспроводной связи, содержащими систему настраиваемой антенны, подсоединенную к приемопередатчику радиочастоты. Такая система настраиваемой антенны может содержать один или более настраиваемых электрических компонентов, которые управляются схемой хранения и обработки данных в этом электронном устройстве. Настройкой этих настраиваемых электрических компонентов схема хранения и обработки данных может подстраивать систему настраиваемой антенны, с тем чтобы такая система настраиваемой антенны удовлетворительно покрывала используемые диапазоны частоты радиосвязи.
Настраиваемые электрические компоненты могут содержать переключатели, которые могут находиться в разомкнутом или замкнутом положении. Настраиваемые электрические компоненты могут содержать также компоненты, которые могут быть непрерывно или полунепрерывно настроены для получения различных значений сопротивления, емкости и индуктивности. Настройки антенной системы могут проводиться со структурами линии передачи, согласующими сетями, резонирующими элементами антенны, экранами заземления антенны, и антенными фидерами.
Антенна может иметь части, которые образованы из проводящего корпуса электронного устройства. Электронное устройство может иметь прямоугольный периметр. Периметр этого корпуса может окружать проводящий периферийный элемент, такой как обрамление дисплея или элемент боковой стенки корпуса. В проводящем периферийном элементе могут иметься один или несколько диэлектрических промежутков. Настраиваемые электрические компоненты могут использоваться для образования перемычек этих промежутков. На настраиваемые электрические компоненты могут подаваться управляющие сигналы для регулировки размера промежутка и других параметров антенной системы и тем самым настраивать антенную систему.
Другие особенности этого изобретения, его сущность и разнообразные преимущества будут более очевидны из прилагаемых фигур чертежей и последующего детального описания предпочтительных примеров его осуществления.
Краткое описание фигур чертежей
Фиг.1 - перспективное изображение иллюстративного электронного устройства со схемой беспроводной связи, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - схематичное представление иллюстративного электронного устройства со схемой беспроводной связи, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 - принципиальная схема иллюстративной схемы беспроводной связи, имеющей структуры фиксированной и настраиваемой антенны, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 - график, который показывает, как антенные структуры могут быть настроены во время работы для покрытия интересующих диапазонов частот радиосвязи, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 - график, который показывает, как антенные структуры могут быть настроены во время работы для точной настройки рабочей характеристики антенны, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 - изображение схемы беспроводной связи в электронном устройстве, которое показывает, как схема приемопередатчика может запитывать антенну, используя линию передачи и согласующую схему, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 - изображение иллюстративной антенны, которая может использоваться в схеме беспроводной связи в электронном устройстве, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 - изображение, показывающее, как компоненты беспроводной схемы, такие как структуры антенной системы, могут быть соединены с использованием настраиваемого электрического компонента, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 - изображение, показывающее, как компоненты беспроводной схемы, такие как структуры антенной системы, могут быть соединены с использованием такого настраиваемого электрического компонента, как переключатель, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10 - изображение, показывающее, как компоненты беспроводной схемы, такие как структуры антенной системы, могут быть соединены с использованием такого настраиваемого электрического компонента, как схемный элемент с непрерывно или полунепрерывно настраиваемыми электрическими свойствами, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11 - изображение, показывающее как компоненты беспроводной схемы, такие как структуры антенной системы, могут быть соединены с использованием такого настраиваемого электрического компонента, как настраиваемый конденсатор с непрерывно или полунепрерывно перестраиваемой емкостью, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 - изображение, показывающее, как компоненты беспроводной схемы, такие как структуры антенной системы, могут быть соединены с использованием такого настраиваемого электрического компонента, как полунепрерывно перестраиваемая электрическая схема с переключателями, которая образует схему со многими избирательными значениями импеданса, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.13 - принципиальная схема системы настраиваемой антенны в электронном устройстве, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.14 - изображение системы настраиваемой антенны в электронном устройстве, показывающее, как антенная система может быть настроена настройкой нагрузки линии передачи, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.15 - перспективное изображение внутренней части иллюстративного электронного устройства, имеющего периферийный проводящий элемент и внутренний планарный проводящий элемент, которое показывает, как настраиваемый электрический компонент может перемыкать промежутки в периферийном проводящем элементе, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.16 - перспективное изображение внутренней части периферийного элемента проводящего корпуса электронного устройства, которое показывает, как настраиваемые электрические компоненты могут перемыкать промежутки в периферийном проводящем элементе, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.17 - вид сверху электронного устройства, показывающий, как настраиваемый электрический компонент может быть использован для соединения различных частей внутреннего планарного проводящего элемента, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.18 - изображение иллюстративной антенны, в которой используется настраиваемый электрический компонент для соединения различных частей элемента заземляющей плоскости антенны, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.19 - изображение иллюстративного электронного устройства, имеющего проводящий периферийный элемент корпуса и внутреннюю планарную структуру с многими областями, которые соединены с использованием настраиваемого электрического компонента, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.20 - перспективное изображение иллюстративной схемы приемопередатчика радиочастоты, смонтированный на жесткой печатной плате и подсоединенный к гибкой схемной подложке, на которой проводящие антенные структуры подсоединены к проводящим гибким трассам и дополнительному гибко смонтированному компоненту посредством настраиваемого электрического компонента, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.21 - изображение системы настраиваемой антенны, в которой компонент с проводящими структурами, такими как гибкая схемная подложка, на которой смонтирована камера или другое устройство, может быть подсоединен к частям антенны с использованием настраиваемых электрических компонентов, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.22 - покомпонентное перспективное изображение иллюстративного электронного устройства, имеющего такие компоненты, как схема приемопередатчика радиочастоты, которое использует настраиваемую антенную систему, содержащую проводящие элементы каркаса и настраиваемый электрический компонент, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.23 - вид сверху иллюстративного электронного устройства, показывающий, как система настраиваемой антенны может быть образована с использованием настраиваемого электрического компонента, который подсоединяет проводящий периферийный элемент корпуса к проводящему планарному внутреннему элементу корпуса, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.24 - блок-схема иллюстративных этапов, содержащихся в работе электронного устройства с системой настраиваемой антенны, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание

Электронные устройства, такие как устройство 10 на Фиг.1, могут быть оснащены схемой беспроводной связи. Такая схема беспроводной связи может быть использована для поддержки такой беспроводной связи, как беспроводная связь дальнего действия (например, связь в диапазоне частот сотового телефона) и связь ближнего действия (например, каналы локальной сети, такие как каналы WiFi, каналы Bluetooth и др.). Схема беспроводной связи может содержать одну или более антенн. Эти антенны и связанные с ними в электронных устройствах схемы беспроводной связи могут быть настраиваемыми. Системы настраиваемых антенн могут перестраиваться для настройки частотной характеристики антенны внутри некоторого диапазона частот (т.е. антенные системы могут быть точно настроены). Точная настройка может использоваться для гарантии того, что сигналы в необходимом диапазоне частот связи будут правильно приняты. Системы настраиваемых антенн могут также перестраиваться так, что кривая частотной характеристики антенны, которая в другом бы случае покрывала только один частотный диапазон или группу частотных диапазонов, может быть использована для покрытия дополнительных интересующих частот (например, антенные системы могли бы грубо перестраиваться для покрытия другого диапазона частот или группы диапазонов частот). Грубая настройка может позволить относительно узкополосным антеннам настраиваться на покрытие частотных диапазонов связи в относительно широком диапазоне частот.
Любое надлежащее электронное устройство (например, устройство 10 на Фиг.1) может быть оснащено системами настраиваемых антенн, которые имеют такие типы возможностей тонкой и грубой перестройки. Например, системы настраиваемых антенн могут использоваться в таких электронных устройствах, как настольные компьютеры, игровые консоли, маршрутизаторы, портативные компьютеры, компьютеры, которые встроены в компьютерный монитор или телевизор, компьютеры, которые являются частью телевизионных абонентских приставок или другого потребительского электронного оборудования, в относительно компактных электронных устройствах, такие как портативные электронные устройства и т.д. Здесь в качестве примера иногда описывается использование портативных электронных устройств. Однако это является просто иллюстрацией. Системы настраиваемых антенн могут использоваться в любом электронном устройстве.
Электронными устройствами, таким как иллюстративное электронное устройство 10 на Фиг.1, могут быть переносные компьютеры, планшетные компьютеры, сотовые телефоны, медиаплееры, другие ручные и портативные электронные устройства, устройства меньших размеров, такие как наручные устройства, подвесные устройства, наушники и слуховые аппараты, другие носимые и миниатюрные устройства или другое электронное оборудование.
Как показано на Фиг.1, устройство 10 содержит корпус 12. Корпус 12, который иногда называется как кожух, может быть выполнен из такого материала, как пластмасса, стекло, керамика, углеволоконные композиты и другие композиты, металл, другие материалы или комбинация этих материалов. Устройство 10 может быть образовано с использованием безрамной конструкции, в которой большая часть или весь корпус 12 выполнен из единственного конструкционного элемента (например, из куска обработанного на станке металла или куска формованного пластика) или может быть выполнен из многих компонентов корпуса (например, внешних компонентов корпуса, которые смонтированы на внутренних элементах рамы или других внутренних компонентах корпуса).
Устройство 10, при желании, может иметь дисплей, такой как дисплей 14. Дисплей 14 может, например, быть сенсорным экраном, который содержит емкостные сенсорные электроды. Дисплей 14 может содержать пиксели изображения, образованные светодиодами (СД), органическими СД (ОСД), плазменными ячейками, элементами электронных чернил, компонентами жидкокристаллического дисплея (ЖКД) или другими подходящими структурами пикселей изображений. Поверхность дисплея 14 может покрывать стеклянная крышка. Через отверстия в этой стеклянной крышке могут проходить кнопки, такие как кнопка 16. В стеклянной крышке дисплея 14 могут быть также образованы отверстия для порта громкоговорителя, такого как порт громкоговорителя 18. Отверстия в корпусе 12 могут использоваться для образования портов ввода - вывода, портов микрофонов, портов громкоговорителей, отверстий кнопок и прочее.

Схемы беспроводной связи в устройстве 10 могут использоваться для образования удаленных или локальных беспроводных каналов. Во время беспроводной связи могут использоваться одна или более антенн. Могут использоваться однополосные или многополосные антенны. Например, антенна с одним диапазоном частот может использоваться (в качестве примера) для управления технологией связи Bluetooth на частоте 2.4 ГГц. В другом примере многополосная антенна может использоваться для управления системой связи сотовых телефонов во многих диапазонах частот сотовой связи. С использованием однополосных и многополосных антенн могут поддерживаться и другие типы каналов передачи данных.
При желании, устройство 10 может использовать несколько антенн. Например, несколько антенн могут использоваться для реализации схемы разнесения антенн. При схеме с разнесением антенн управляющая схема в устройстве 10 может проводить мониторинг качества сигнала или сенсорных данных для определения того, какая из антенн или нескольких антенн дают наилучшие характеристики или которые из них желательно использовать в других случаях (например, для достижения пределов регулирования). Базируясь на этих соображениях, схема управления может затем выбирать для использования только некоторую подгруппу антенн или же, в другом случае, может настраивать работу антенны. Если, например, сенсор или данные измерения качества сигнала определяют, что одна из двух антенн в конфигурации разнесенных антенн блокируется внешним объектом, таким как часть тела человека, то управляющая схема может временно инактивировать эту антенну.
Устройство 10 может также использовать несколько антенн для реализации протокола связи со многими входами и многими выходами (MIMO). В схеме MIMO каждая из антенн в системе может манипулировать независимым потоком данных, что позволяет повысить полную пропускную способность передачи данных. Управляющая схема в устройстве 10 может использовать данные близости или другие данные для управления работой многих антенн в структуре MIMO. Например, управляющая схема может временно переключать с режима работы со структурой MIMO на протокол, который использует только одну антенну, или может переключать структуру MIMO из четырех антенн на структуру MIMO с двумя антеннами и т.д.
Антенны могут быть расположены в любых удобных местах устройства 10. Например, одна антенна может быть расположена в верхней области, такой как область 22, а другая антенна может быть расположена в нижней области, такой как область 20. В устройстве большего размера антенны могут быть расположены вдоль краев устройства, в центре задней части плоского корпуса, по углам устройства и т.д.

Антенны в устройстве 10 могут быть использованы для поддержки любого интересующего диапазона частот передачи данных. Например, устройство 10 может содержать антенные структуры для поддержки передачи данных по локальным сетям (например, протокол передачи данных IEEE 802.11 на частоте 2.4 ГГц и 5 ГГц для беспроводных локальных сетей), сигналы на частоте 2.4 ГГц, такие как сигналы технологии связи Bluetooth, передачу голоса и данных по сотовому телефону (например, сотовые сигналы в таких диапазонах частот, как 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц, 2100 МГц и прочее), передачу данных глобальной системы позиционирования (GPS) на частоте 1575 МГц, сигналы на частоте 60 ГГц (например, для короткодействующих каналов)и прочее.

Различные антенны могут работать на различных диапазонах частот или с использованием разделенной антенны могут быть задействованы один диапазон передачи данных или группа диапазонов частот. Одна антенна в устройстве 10 может, например, быть использована в управлении передачей голоса и данных в одном или более диапазонах частот сотовой телефонии, в то время как другая антенна в устройстве 10 может обеспечивать покрытие в первом частотном диапазоне для управления сигналами глобальной системы позиционирования (GPS) на частоте 1575 МГц, а второй частотный диапазон - для управления сигналами Bluetooth и IEEE 802.11 (беспроводная локальная сеть) на частоте 2.4 ГГц (в качестве примера). Для реализации схем разнесения антенн могут быть предоставлены дополнительные антенны, фазированные антенные решетки (например, на частоте 60 ГГц), дополнительные диапазоны частот и прочее.
На Фиг.2 показано схематичное представление иллюстративных компонентов, которые могут быть использованы в устройстве 10 из Фиг.1.. Как показано на Фиг.2, устройство 10 может содержать схему хранения и обработки данных 28. Схема хранения и обработки данных 28 может содержать запоминающее устройство, такое как дисковод жесткого диска, энергонезависимую память (например, флэш-память или другое электрически программируемое постоянное запоминающее устройство, сконфигурированное для формирования на твердотельных элементах), энергозависимое запоминающее устройство (например, статическое или динамическое запоминающее устройство с произвольной выборкой) и прочее. Схема обработки в схеме хранения и обработки данных 28 может быть использована для управления работой устройства 10. Эта схема обработки может базироваться на одном или нескольких микропроцессорах, микроконтроллерах, цифровых процессорах сигналов, проблемно-ориентированных интегральных микросхемах и прочее.

Схема хранения и обработки данных 28 может быть использована для исполнения на устройстве 10 таких программ, как прикладные программы браузинга Интернета, прикладные программы телефонных вызовов с передачей голоса по IP-протоколу (VOIP), прикладные программы электронной почты, прикладные программы воспроизведения медиа, функции операционной системы и прочее. Для поддержки взаимодействий с внешним оборудованием схема хранения и обработки данных 28 может быть использована в реализации протоколов передачи данных. Протоколы передачи данных, которые могут быть реализованы с использованием схемы хранения и обработки данных 28, содержат протоколы Интернета, протоколы беспроводных локальных сетей (например, протоколы IEEE 802.11 - иногда именуемые как WiFi), протоколы других короткодействующих каналов передачи данных, такие как протокол Bluetooth, протоколы сотовой телефонии, протоколы MIMO, протоколы разнесения антенн и другие. Операции по перенастройке антенной системы, могут управляться с использованием программ, хранящихся и исполняемых на устройстве 10 (то есть, хранящихся и исполняемых на схеме хранения и обработки данных 28 и/или на схеме ввода-вывода 30).
Схема ввода-вывода 30 может содержать устройства ввода-вывода 32. Устройства ввода-вывода 32 могут использоваться для предоставления данных на устройство 10 и предоставления данных от устройства 10 на внешние устройства. Устройства ввода - в вывода 32 могут содержать интерфейсные устройства пользователя, устройства портов данных и другие компоненты ввода-вывода. Например, устройства ввода - вывода могут содержать сенсорные экраны, дисплеи без возможностей сенсорного экрана, кнопки, джойстики, колеса кликов, колеса прокрутки, сенсорные кнопки на пульте, клавиши панели, клавиатуры, микрофоны, камеры, кнопки, громкоговорители, индикаторы состояния, источники света, гнезда для подключения наушников и другие компоненты порта аудио, устройства порта цифровых данных, датчики света, датчики движения (акселерометры), емкостные датчики, датчики близости и другие.
Схема ввода-вывода 30 может содержать схему беспроводной связи 34 для беспроводного обмена данными с внешним оборудованием. Схема беспроводной связи 34 может содержать схему приемопередатчика радиочастоты (РЧ), образованного одной или несколькими интегральными схемами, схему усилителя мощности, малошумящие входные усилители, пассивные РЧ компоненты, одну или более антенн, линии передачи и другие схемы для управления беспроводными сигналами РЧ. Беспроводные сигналы могут также быть посланы с использованием света (например, используя инфракрасную передачу данных).

Схема беспроводной связи 34 может содержать схему приемопередатчика радиочастоты 90 для управления различными диапазонами передачи данных на радиочастоте. Например, схема 34 может содержать схему приемопередатчика 36, 38 и 42. Схема приемопередатчика 36 может работать в диапазонах частот 2.4 ГГц и 5 ГГц с передачей данных в стандарте WiFi (IEEE 802.11) и может работать в стандарте Bluetooth в диапазоне частот 2.4 ГГц. Схема 34 может использовать схему приемопередатчика сотового телефона 38 для управления беспроводной передачей данных в диапазонах сотовой телефонии на частоте 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц и 2100 МГц. Схема 38 может манипулировать голосовыми данными и неголосовыми данными. Схема беспроводной связи 34 может, при желании, содержать схемы других беспроводных каналов короткого или дальнего действия. Например, схема беспроводной связи 34 может содержать схему приемопередатчика на 60 ГГц, схему для приема телевизионных и радиосигналов, приемопередатчиков пейджинговых систем и прочее.

Схема беспроводной связи 34 может содержать оборудование приемника глобальной системы позиционирования (GPS), такое как схема приемника GPS 42 для приема сигналов GPS на частоте 1575 МГц, или для обработки других данных спутникового позиционирования. В каналах WiFi и Bluetooth и других короткодействующих беспроводных каналах беспроводные сигналы обычно используются для передачи данных на десятки или сотни футов. В каналах сотовой телефонии и других каналах дальнодействующей связи сигналы обычно используются для передачи данных на тысячи футов или миль.
Схема беспроводной связи 34 может содержать антенны 40. Антенны 40 могут быть образованы с использованием любых надлежащих типов антенн. Например, антенны 40 могут содержать антенны с резонирующими элементами, которые образованы из структуры антенного контура, полосковых структур антенны, F-инвертированных антенных структур, структур щелевой антенны, структур планарной F-инвертированной антенны, структур спиральной антенны, гибридов этих вариантов и прочее. Для различных диапазонов частот и комбинаций диапазонов частот могут быть использованы различные типы антенн. Например, один тип антенн может быть использован в формировании антенны беспроводного локального канала, а другой тип антенны может быть использован в формировании антенны беспроводного удаленного канала.
При надлежащем конфигурировании устройство 10 может иметь антенны в таких областях устройства 10, как верхняя область 22 и нижняя область 20. В области 22 могут быть сформированы одна или более верхних антенн для устройства 10. В области 20 могут быть сформированы одна или более нижних антенн для устройства 10. В устройствах с другим форм-фактором, в таких как переносной и планшетный компьютеры, носимые устройства, компьютерные мониторы с интегрированными в них компьютерами и прочее, антенны могут быть расположены в других надлежащих областях, (например, по четырем углам прямоугольного устройства, на передней и задней поверхностях, вдоль краевых областей устройства, в одном или более рядах и прочее).
Как показано на Фиг.3, схема приемопередатчика 90 может быть подсоединена к антеннам 40 с использованием линий передачи 140. Устройство 10 может иметь антенны 40, которые содержат как фиксированные антенные структуры (например, фиксированные антенные структуры 40А), так и настраиваемые антенные структуры (например, настраиваемые антенные структуры 40 В). Конфигурация, которая содержит как фиксированные, так и настраиваемые антенны, может быть использована, например, когда существует достаточное пространство только для единственной широкополосной антенны. В этом типе конфигурации фиксированные антенные структуры 40А могут быть использованы в широкополосном варианте, при котором покрывается несколько частотных диапазонов передачи данных, в то время как настраиваемые структуры 40 В могут быть использованы в узкополосном варианте, который обеспечивает многополосное покрытие использованием грубой настройки антенной системы. Могут быть использованы также и другие конфигурации. Например, устройство 10 может быть оснащено исключительно настраиваемыми антенными структурами. В общем случае, в устройстве 10 может иметься любое надлежащее число настраиваемых антенн (например, одна настраиваемая антенна, две настраиваемых антенны, три настраиваемых антенны, четыре или более настраиваемых антенн и т.д.).
Когда устройство 10 содержит систему настраиваемой антенны (т.е. когда антенны 40 и связанная с ними беспроводная схема 34 в устройстве 10 являются настраиваемыми), характеристики антенны могут быть изменены в реальном времени. Например, резонансная кривая антенной системы может быть слегка изменена для компенсации таких факторов окружающей среды, как изменения температуры. Относительно небольшие настройки частотной характеристики антенной системы именуются иногда как регулировка точной подстройки, или точная подстройка. При желании, частотная характеристика антенной системы может настраиваться в большем диапазоне. Например, частотная характеристика антенны может быть изменена в достаточной степени, чтобы эта антенна покрывала различные диапазоны частот передачи данных.
a
b
c
d
a
b
c
d
На Фиг.4 показана кривая зависимости коэффициента стоячей волны (SWR) от частоты для иллюстративной антенной системы в устройстве 10. В примере на Фиг.10 антенная система работает в двух режимах. В первом режиме работы антенная система характеризуется частотной характеристикой, тип которой показан сплошной линией 142. Как видно из Фиг.4, эта частотная характеристика позволяет антенной системе покрывать два частотных диапазона связи (то есть, первый частотный диапазон связи с центром на частоте f, и второй частотный диапазон связи с центром на частоте f). Во втором режиме работы антенная система характеризуется частотной характеристикой, тип которой показан пунктирной линией 144. При работе во втором режиме антенная система может покрывать один частотный диапазон радиосвязи на частоте f и второй частотный диапазон радиосвязи на частоте f. Частотные диапазоны f и f могут быть, например, частотными диапазонами 850 МГц и 900 МГц, в то время как частотные диапазоны f и f могут быть, например, частотными диапазонами 1900 МГц и 2100 МГц (в качестве примеров). Во время работы устройства 10 это устройство 10 может определять, какой из частотных диапазонов радиосвязи должен использоваться, и может соответственно настраивать систему настраиваемой антенны (то есть, покрывать диапазон частот, соответствующий кривой 142 или покрывать диапазон частот, соответствующий кривой 144).
a
b
c
d
При желании, устройство 10 может содержать фиксированную антенну, такую как фиксированная антенна на Фиг.3, которая покрывает как диапазоны низких частот (f и f), так и диапазоны высоких частот (f и f). Как было описано во взаимосвязи с Фиг.4, устройство 10 может также иметь систему настраиваемой антенны, которая настраивается между первым и вторым режимами для селективного покрытия тех же самых частотных диапазонов, что покрываются и фиксированной антенной.
На фиг.5 показана иллюстративная работа точной настройки с использованием системы настраиваемой антенны в устройстве 10. Как показано на Фиг.5, система настраиваемой антенны может первоначально иметь частотную характеристику того типа, который показан сплошной линией 146. Из-за изменений рабочей температуры или из-за других эффектов, может потребоваться настройка частотной характеристики этой антенны для обеспечения того, что сигналы будут правильно переданы и приняты. Это может быть выполнено настройкой системы настраиваемой антенны в устройстве 10 так, что частотная характеристика антенны слегка сдвинется к частотной характеристике, которая показана пунктирной линией 148 (то есть, сдвиг по частоте на Δf). Для обеспечения того, что устройство 10 работает должным образом при различном беспроводном графике и в различных сценариях окружающей среды, могут быть выполнены в реальном времени такие настройки, как регулировка точной настройки, как на Фиг.5, и регулировка грубой настройки, как на Фиг.4.
На Фиг.6 показаны иллюстративные компоненты, которые могут быть включены в систему настраиваемой антенны в электронном устройстве 10. Как показано на Фиг.6, сигналы радиочастоты могут быть сгенерированы и могут быть приняты схемой приемопередатчика радиочастоты 90. Схема 90 может содержать передатчики радиочастоты для передачи радиочастотных сигналов и приемники радиочастоты для приема радиочастотных сигналов. В блок-схему приемопередатчика 90 могут быть включены схема усилителя радиочастоты и другие компоненты (например, переключатели).
Система настраиваемой антенны 150 может содержать антенну 40, согласующую схему 152 и линию передачи 140.
Антенна 40 может содержать структуры заземленного экрана антенны и структуры резонансного элемента антенны, такие как структуры рамочной антенны, структуры F-инвертированной антенны, структуры щелевой антенны, структуры планарной F-инвертированной антенны, структуры спиральной антенны, гибриды этих вариантов и прочее.
Линия передачи 140 может быть подсоединена к схеме приемопередатчика 90. Линия передачи 140 может базироваться на структуре микрополосковой линии передачи, структуре полосковой линии передачи, структуре микрополосковой линии со связью по узким сторонам, структуре полосковой линии передачи со связью по узким сторонам, структурам линии передачи, образованным на гибких печатных схемах ("гибкие схемы"), структурам, образованным на жестких печатных платах, коаксиальном кабеле, других подходящих структурах линии передачи или комбинациях этих структур.
Согласующая схема 152 может использоваться для улучшения согласования импеданса линии передачи 140 с импедансом антенны 40. Согласующая схема 152 может содержать такие электрические компоненты, как резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, проводящие трассы, фрагменты металла и другие структуры, которые имеют соответствующие сопротивления, индуктивности и емкости. Хотя на примере, показанном на Фиг.6, согласующая схема расположена между линией передачи 140 антенной 40, компоненты согласующей схемы могут быть, при желании, расположены внутри линии передачи 90 и/или внутри антенны 40. Конфигурация на Фиг.6 является только иллюстративной.
Антенна 40 может быть запитана с использованием антенного фидера, такого как антенный фидер, образованный из положительного вывода антенного фидера 156 и заземленного вывода антенного фидера 158.
Для возможности настройки антенной системы 150 антенная система 150 может быть снабжена одним или более настраиваемыми электрическими компонентами. Эти компоненты могут быть введены в антенну 40 (включая антенный фидер), согласующую схему 152 и линию передачи 140.
На Фиг.7 показано схематичное представление иллюстративной антенны. В примере на Фиг.7 антенна 40 имеет F-инвертированную конфигурацию, однако это только для иллюстрации. Антенна 40 может быть образована с использованием любой подходящей антенной конфигурации.
Как показано на Фиг.7, антенна 40 может содержать заземляющий экран антенны (например, элемент заземляющего экрана антенны 160) и резонансный элемент антенны (резонансный элемент антенны 162).
Заземляющий экран 160 антенны и резонансный элемент 162 антенны могут быть выполнены из проводящих структур, таких как полосы металла, металлические трассы на печатных платах, части корпуса электронного устройства, проводящие компоненты и другие проводящие элементы в устройстве 10. Заземляющий экран 160 антенны может быть образован из одной проводящей структуры или нескольких проводящих структур. Резонансный элемент 162 антенны может иметь основную ветвь резонансного элемента, такую как ветвь 164, и дополнительные ветви. Сегмент 166 резонансного элемента 162 может иметь короткое плечо 164 к заземляющему экрану 160.
Приемопередатчик 90 может быть подсоединен к клеммам 156 и 158 антенного фидера. На Фиг.7 не показаны компоненты согласующей схемы и структуры линии передачи, чтобы излишне не загромождать рисунок.
Антенна 40 и другие структуры антенной системы 150 могут быть оснащены настраиваемыми электрическими компонентами, такими как переключатели, и непрерывно и полунепрерывно перестраиваемыми электрическими компонентами. Например, настраиваемый электрический компонент может быть подсоединен между частями плеча 164 резонансного элемента антенны или между частями заземляющего экрана 160 в антенне того типа, который показан на Фиг.4. Настраиваемые электрические компоненты могут также быть введены в согласующую схему 152 или в линию передачи 140 на Фиг.6. Антенный фидер антенны 40 может быть настроен с использованием настраиваемых электрических компонентов (например, электрических компонентов, подсоединенных к клеммам фидера).
На Фиг.8 иллюстрируется применение настраиваемого электрического компонента для создания настроек в системе настраиваемой антенны 150. Как показано на Фиг.8, система настраиваемой антенны 150 может содержать части 150А и 150В системы настраиваемой антенны. Части 150А и 150В могут быть структурами резонансного элемента антенны, структурами элементов заземляющего экрана антенны, паразитными структурами антенны (например, антенными структурами, которые связаны в ближней зоне с другими антенными структурами), структурами антенного фидера, другими антенными структурами, структурами согласующей схемы, структурами линии передачи (например, шлейфом линии передачи), другими структурами антенной системы или любой комбинацией этих структур.
Настраиваемый электрический компонент 168 может иметь первый вывод, такой как вывод 170, который подсоединен к части 150А антенной системы, и второй вывод, такой как вывод 172, который подсоединен к части 150В антенной системы. Настраиваемый электрический компонент 168 может быть настроен с использованием сигналов управления, которые подаются на управляющий вход 174, или может быть реализован с использованием конфигурации с двумя выводами, в которой управляющие сигналы подаются через выводы 170 и 172. Примерами настраиваемых электрических компонентов, которые могут быть использованы для настраиваемого электрического компонента 168, являются переключатели, переменные сопротивления, переменные конденсаторы, переменные катушки индуктивности и компоненты, в которых управляется несколько электрических параметров.
На Фиг.9 показано, как настраиваемый электрический компонент 168 может быть реализован с использованием переключателя. Переключатель 168 на Фиг.9 может быть установлен в разомкнутом состоянии, в котором часть 150А антенной системы электрически изолирована от части 150В антенной системы, или может быть установлен в замкнутом состоянии, в котором выводы 170 и 172 замкнуты накоротко между собой так, что части 150А и 150В электрически соединены. Переключатель 168 может быть реализован с использованием полевого транзистора из арсенида галлия (FET), переключателя на микроэлектромеханических системах (MEMS), полевом МОП-транзисторе (MOSFET), диоде p-i-n, транзисторе с высокой подвижностью электронов (НЕМТ), псевдоморфическом НЕМТ (РНЕМТ), транзисторе, образованном кремнием - на - изоляторе (SOI) и прочее.
Как показано на Фиг.10, настраиваемый электрический компонент 168 может быть реализован с использованием компонента, который может находиться во многих различающихся состояниях (например, компонента, который является непрерывно изменяемым или который является полунепрерывно изменяемым и может находиться в одном из нескольких различных дискретных состояний). Компонент 168 может быть, например, непрерывно изменяемым конденсатором, полунепрерывно настраиваемым конденсатором, который имеет 2-100 или более различных значений емкости, непрерывно изменяемым резистором, полунепрерывно настраиваемым резистором, который имеет 2-100 или более различных значений сопротивления, непрерывно изменяемой катушкой индуктивности или полунепрерывно настраиваемой катушкой индуктивности, которая имеет 2-100 или более различных значений индуктивности. Фиг.11 показывает, например, как настраиваемый электрический компонент 168 может содержать непрерывно изменяемый конденсатор. Полунепрерывно настраиваемые компоненты могут быть реализованы с использованием матриц дискретных компонентов и переключателей, сконфигурированных для выполнения функции мультиплексоров.
При желании, настраиваемый электрический компонент 168 может быть образован из других настраиваемых электрических компонентов. Например, как показано на Фиг.12, полунепрерывно настраиваемый электрический компонент 168 может быть образован из электрической сети, которая содержит катушки индуктивности, такие как катушки индуктивности L1 и L2. Для формирования желательной конфигурации электрических соединений внутри этой электрической сети могут быть использованы переключатели (например, переключатели SWA и SWB в примере на Фиг.12). Например, компоненты могут быть подключены к использованию или отключены от использования или же могут быть соединены между собой различными путями. Например, на Фиг.12 катушка индуктивности, которая находится между клеммами 170 и 172, может быть настроена размыканием или замыканием переключателей SWA и SWB в различных конфигурациях. В реализации настраиваемого электрического компонента 168 могут также быть использованы сети с другими конфигурациями электрических компонентов (например, конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности, проводящие и диэлектрические структуры, которые имеют емкости, индуктивности и сопротивление и которые служат как конденсаторы, резисторы и катушки индуктивности), другие конфигурации переключателей или непрерывно или полунепрерывно настраиваемые компоненты. Пример на Фиг.12 является просто иллюстративным.
На Фиг.13 показана иллюстративная система настраиваемой антенны 150, которая базируется на F-инвертированной антенне, такой как антенна 40 на Фиг.7. Главное плечо резонансного элемента 164 антенны 40 может быть подсоединено к заземляющему экрану 160 через короткозамкнутую цепь, такую как тракт 132А (если переключатель 176 замкнут, а переключатель 178 разомкнут) или тракт 132 В (если переключатель 176 разомкнут, а переключатель 178 замкнут. Тракт питания (см., например, выводы 158 и 108) и одна или более дополнительных трактов таких как тракт, образованный настраиваемым электрическим компонентом 120 (например, переключателем), тракт, образованный элементом 122 (например, полунепрерывно или непрерывно настраиваемым компонентом), и тракт, образованный настраиваемыми электрическими компонентами 124 и 126 (например, переключателем и непрерывно настраиваемым компонентом, соответственно). К антенне 40 могут быть подсоединены дополнительные ветви резонансного элемента антенны, такие как ветвь 130 (например, подсоединением ветви 130 к главному плечу 164 резонансного элемента через настраиваемый электрический компонент 128).
Антенна 40 может запитываться приемопередатчиком 90 (то есть схемой приемопередатчика, такой как схема приемопередатчика 90 на Фиг.2). Линия передачи 140 может иметь такие тракты, как тракт положительного сигнала антенны 94 и 104 и тракты сигнала заземляющего экрана антенны, такие как тракты 92 и 106, и может использоваться для передачи радиочастотных сигналов антенны между приемопередатчиком 90 и антенной 40.
В тракте между приемопередатчиком 90 и антенной 40 может быть введена согласующая схема 152. Согласующая схема 152 может содержать последовательно соединенные и параллельно соединенные настраиваемые электрические компоненты, такие как компоненты 102 и 100. Один или более настраиваемых электрических компонентов, такие как компоненты 100 и 102, могут быть подсоединены между линией передачи 140 и дополнительными компонентами линии передачи и другими электрическими компонентами. Например, к линии передачи 140 через компонент 100 может быть подсоединен такой компонент, как шлейф линии передачи (например, шлейф линии передачи 140'). Любой из настраиваемых электрических компонентов, используемых в системе настраиваемой антенны 150, может, при желании, содержать структуры линии передачи.
Для подсоединения согласующей схемы 152 к антенному фидеру антенны 40 могут быть использованы такие тракты линии передачи, как положительный тракт линии передачи 104 и заземляющий тракт линии передачи 106. Антенный фидер может иметь фиксированную или настраиваемую конфигурацию. В примере на Фиг.13 антенный фидер антенны 40 является перестраиваемым между первой конфигурацией антенного фидера, в которой переключатель 118 (или другой такой настраиваемый электрический компонент) принимает первое положение, и второй конфигурацией антенного фидера, в которой переключатель 118 принимает второе положение. Когда переключатель 118 находится в своем первом положении, вывод 108 подсоединяется к выводу 156А, так что в качестве положительного вывода антенного фидера антенны 40 служит вывод 156А. Когда переключатель 118 находится в своем втором положении, вывод 108 подсоединяется к выводу 156 В, так что в качестве положительного вывода антенного фидера антенны 40 служит вывод 156В.
Выводы фидера 156А и 156В расположены на различных позициях по длине главного плеча 164 резонансного элемента, так что импеданс и потому частотная характеристика антенны 40 могут быть настроены при использовании переключателя 118 для управления положением фидера в антенне 40. Конфигурация на Фиг.13 является просто иллюстративной. В общем, антенны, такие как антенна 40 в устройстве 10, могут иметь настраиваемые фидеры, образованные из двух или более точек запитки, настраиваемые фидеры, которые содержат один, два, три или более трех переключателей, фидеры, которые могут быть настроены регулировкой заземляющего антенного фидера и/или положительного антенного фидера, ненастраиваемые фидеры и пр.
Введением настраиваемых электронных компонентов в антенну 40 (например, антенного резонансного элемента 162) антенна 40 может быть настроена, как было описано в соответствии с Фиг.4 и Фиг.5. Размер и форма антенных структур, такой, например, как резонансный элемент 162 в антенне 40, могут управляться схемой хранения и обработки данных 28. В конфигурации на Фиг.13 настраиваемым электрическим компонентом 128 может быть, например, переключатель с двумя состояниями (например, разомкнутое состояние, которое электрически отсоединяет часть 130 резонансного элемента антенны от части 164 резонансного элемента антенны, и замкнутое состояние, которое электрически соединяет часть 130 резонансного элемента антенны и часть 164 резонансного элемента антенны). Компонент 128 может настраивать размер и форму резонансного элемента антенны и тем самым настраивать частотную характеристику антенны, как описано в соответствии с Фиг.4 и Фиг 5. Дополнительные структуры резонансных элементов и структуры антенны могут подобным же образом быть, при необходимости, избирательно подсоединены и отсоединены от резонансного элемента антенны в антенне 40. Схемные компоненты (например, резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы) могут быть соединены с переключателями, такими как переключатель 128 (например, для согласования импедансов). Антенна 40 может быть также настроена управляющими компонентами, такими как настраиваемые компоненты 120, 122, 124 и 126 (в качестве примеров).
Настраиваемые компоненты на Фиг.13 изображаются иногда на других фигурах чертежей как настраиваемый электронный компонент 168. На Фиг.14 показано, как система настраиваемой антенны 150 может содержать настраиваемую линию передачи. Настраиваемая линия передачи 140 может содержать один или более настраиваемых электронных компонентов, таких как настраиваемый электронный компонент 168. Настраиваемый электронный компонент 168 может быть использован для селективной настройки свойств линии передачи 140. Например, компонент 168 может быть использован для подсоединения шлейфа 140′ линии передачи к основному тракту линии передачи в линии передачи 140 и может быть использован для отсоединения шлейфа 140′ линии передачи от основного тракта линии передачи в линии передачи 140. Настройкой свойств линии передачи 140 может управляться частотная характеристика антенны (т.е. системы настраиваемой антенны 150), как это было описано во взаимосвязи с Фиг.4 и Фиг.5 (в качестве примера).
Фиг.15 - перспективное изображение внутренней части электронного устройства 10 из Фиг.1, показывающее как электронное устройство 10 может содержать проводящие структуры, такие как проводящий периферийный элемент 180. Устройство 10 может иметь прямоугольную конфигурацию (периметр), если смотреть на него спереди (например, если смотреть с лицевой стороны устройства 10, которая содержит дисплей 14). Проводящий периферийный элемент 180 может быть реализован с использованием металла или других проводящих материалов. Проводящий периферийный элемент 180 может охватывать по большей части весь прямоугольный периметр устройства 10. Проводящий периферийный элемент 180 может иметь форму обрамления дисплея 14 или структурных накладок устройства 10 (т.е. обрамление или деталь накладки, которые охватывают верхнюю кромку передней стороны устройства 10) или могут быть реализованы с использованием плоского или криволинейного элемента, который образует боковые стенки корпуса, покрывающие по большей части все стороны корпуса 12 (в качестве примера). В проводящем периферийном элементе 180 могут быть вставлены промежуток или несколько промежутков, такие как промежутки 182. Промежутки 182 могут быть образованы из диэлектрика (например, из воздуха, пластмассы, стекла, керамики, композитов, других диэлектриков или из комбинации этих материалов). Промежутки 182 могут образовывать часть антенн в устройстве 10 (например, антенны 40).
Приемопередатчик 90 может быть реализован с использованием таких компонентов, как одна или более интегральные схемы, или других электрических компонентов, которые монтируются на подложке, такой как печатная плата 194. Трассы линии передачи в печатной плате 194 (т.е. линия передачи 140А) могут быть соединены между приемопередатчиком 90 и радиочастотным соединителем 186. Соединитель 186 может быть подсоединен к сегменту коаксиального кабеля или другой линии передачи 104В. Линия передачи 104В может быть подсоединена к согласующей схеме (например, согласующей схеме 152 на Фиг.13) и антенному фидеру (например, антенному фидеру, частью которого являются выводы питания антенны 158 и 156). Антенный фидер может быть, например, подсоединен через один из промежутков 182 или может быть расположен где-нибудь еще в устройстве 10.
Настраиваемые электрические компоненты 168 могут быть включены в антенну 40 для предоставления возможности настройки системы настраиваемой антенны 150. В качестве примера, настраиваемый электрический компонент может перемыкать один из промежутков 182 (например, подсоединением одного из компонентов 168 между выводами 190 и 192 на противоположных сторонах промежутка в периферийном проводящем элементе 180). Настраиваемые электрические компоненты 168 могут также быть подсоединены между другими проводящими компонентами в системе настраиваемой антенны 150 (например, между первым выводом, таким как вывод 198, который примыкает к периферийному проводящему элементу 180, и вторым выводом, таким как вывод 188, который подсоединен к проводящей трассе в плате 194, (например, к трассе заземляющей плоскости).
Устройства, такие как устройство 10 на Фиг.15, могут, при необходимости, иметь планарные элементы, такие как иллюстративная планарная структура 196. Структура 196 может образовывать часть задней поверхности корпуса (т.е. внешнюю структуру стенки корпуса на задней поверхности корпуса 12) или может образовывать внутренний планарный элемент (например, внутреннюю структуру корпуса, которая простирается на ширину устройства 10, создавая при этом замкнутые или открытые щелевидные отверстия, такие как заполненное диэлектриком отверстие 184 на одном или на обоих торцах устройства 10, как показано на Фиг.15). Структура 196 может быть выполнена из металла (например, из металлического листа) или других проводящих структур и может, при необходимости, использоваться в формировании заземляющей плоскости антенны 40.
Настраиваемые электрические компоненты 168 могут быть использованы для предоставления возможности настройки по размеру промежутков 182 в периферийном проводящем элементе 180. Рассмотрим в качестве примера иллюстративную конфигурацию, показанную на Фиг.16. Как показано на Фиг.16, периферийный проводящий элемент в устройстве 10, такой как периферийный проводящий элемент 180, может иметь несколько смежных промежутков 182. В примере на Фиг.16 периферийный проводящий элемент корпуса 180 содержит два промежутка 182, первый из которых имеет длину (ширину) G1, а второй из них имеет длину (ширину) G2. Настраиваемые электрические компоненты 168А и 168В могут перемыкать промежутки 182 (например, на внутренней стороне периферийного проводящего элемента 180). Например, настраиваемый электрический компонент 168А может иметь первый вывод, который электрически подсоединен к части 200 периферийного проводящего элемента 180, и второй вывод, который электрически подсоединен к части 202 периферийного проводящего элемента 180. Настраиваемый электрический компонент 168В может иметь первый вывод, который электрически подсоединен к части 202 периферийного проводящего элемента 180, и второй вывод, который электрически подсоединен к части 204 периферийного проводящего элемента 180. Как и другие настраиваемые электрические компоненты 168 устройства 10, настраиваемые электрические компоненты 168 на Фиг.16 могут быть реализованы с использованием переключателей, непрерывно или полунепрерывно изменяемых компонентов, таких как переменные конденсаторы, переменные резисторы и переменные катушки индуктивности, сети непрерывно или полунепрерывно настраиваемых схем и прочее
Конфигурации такого типа, показанные на Фиг.16, могут быть использованы для настройки электрических свойств промежутков 182 и/или для настройки эффективной длины промежутков (т.е. электрически настраиваемой длины промежутка). Как показано на Фиг.16, это может быть, например, длина (ширина) промежутка G3 между самыми дальними от середины (наиболее отдаленными) краями промежутков 182. Настраиваемыми компонентами 168 могут быть, например, переключатели. В этом типе конфигурации переключатель 168А может быть разомкнут, чтобы подключать и использовать крайний слева промежуток 182, или может быть замкнут, чтобы обойти крайний слева промежуток. Переключатель 168В может быть разомкнут, чтобы подключать и использовать крайний справа промежуток 182, или может быть замкнут, чтобы обойти крайний справа промежуток. Когда оба переключателя 168А и 168В разомкнуты, антенна 40 может иметь два промежутка (шириной G1 и G2), соединенных последовательно с периферийным проводящим элементом 180, так что эти промежутки могут рассматриваться как промежуток с эффективной шириной G3. Когда переключатель 168А замкнут, а переключатель 168В разомкнут, то имеется только промежуток шириной G2. Когда переключатель 168В замкнут, а переключатель 168А разомкнут, имеется только промежуток шириной G1. Когда оба переключателя 168 замкнуты, промежуток отсутствует. Настройка состояний переключателей 168А и 168В (например, подачей управляющих сигналов из схемы хранения и обработки данных 28 на переключатели 168) позволяет тем самым настраивать ширину промежутка в проводящем периферийном элементе 180. Когда используются другие, отличные от переключателей, настраиваемые электрические компоненты (например, переменные конденсаторы, переменные катушки индуктивности и пр.), может быть получена комбинация настроек импеданса и настроек эффективной ширины промежутка.
В примере на Фиг.16 настраиваемые электрические компоненты 168 подсоединяют друг к другу различные части периферийного проводящего элемента 180. Настраиваемые электрические компоненты 168 могут также быть использованы для соединения между собой других проводящих частей антенной системы 150, как и другие проводящие части корпуса 12. В качестве примера, настраиваемые компоненты 168 могут быть использованы для соединения между собой различных частей планарной структуры, такой как структура 196 на Фиг.17. Структура 196 может быть образована с использованием всех или некоторых задних структур корпуса (например, стенки корпуса), внутреннего элемента корпуса или других проводящих структур.
Элемент 196 может, например, иметь отверстие, такое как отверстие 184′ на Фиг.17. Отверстие 184′ может быть смежным с отверстием 184 и может образовывать расширение отверстия 184. Отверстие 184 (и его расширение 184′) может образовывать отверстие для антенны 40 (например, отверстие для щелевой антенны, рамочной антенны, гибридной антенны и прочее).
Отверстие 184 может иметь внутренний периметр Р. Длина внутреннего периметра Р и другие электрические свойства антенны 40 могут быть настроены регулировкой электрических компонентов 168. Например, использованием переключателей в качестве компонентов 168 может быть настроен размер отверстия 184′ и поэтому может быть настроена длина Р. Если оба переключателя 168С и 168D разомкнуты, то размер расширения 184′ и длина Р будут максимальными. Если переключатель 168С разомкнут, а переключатель 168D замкнут, то размер отверстия 184′ будет уменьшен наполовину (как пример). Переключатель 168 (и, при желании, переключатель 168D) могут быть замкнуты для дальнейшего снижения размера отверстия 184′ (или даже для полной блокировки отверстия 184′). Антенна 40 может иметь резонансный пик, когда Р равно приблизительно одной длине волны антенного сигнала радиочастоты, которым манипулирует антенна 40. Регулировкой величины Р может поэтому быть настроена частотная характеристика антенны 40, как было описано во взаимосвязи с Фиг.4 и Фиг.5 (т.е. настройкой центральной частоты щелевой антенны или рамочной антенны и прочее).
На Фиг.18 показано, как антенна 40 в системе настраиваемой антенны 150 может быть настроена образованием одного или более настраиваемых электрических компонентов 168 между соответствующими частями заземляющей плоскости 160. В примере на Фиг.18 заземляющая плоскость 160 содержит часть 160А заземляющей плоскости и часть 160В заземляющей плоскости. Настраиваемый электрический компонент 168 перемыкает промежуток 206 между частями 160А и 160В. Управлением настраиваемым электрическим компонентом 168 заземляющая плоскость 160 может быть видоизменена (например, для подсоединения элемента 160А, в то время как элемент 160В будет отсоединен от антенны 40) или содержать оба элемента 160А и 160В (т.е. соединением элементов 160А и 160В между собой перемыканием промежутка 206). Компонент 168 может быть, например, переключателем, который может быть разомкнут и отсоединять часть 160В от части 160А, и который может быть замкнут и соединять между собой части 160А и 160В. Компонент 168 может также быть настраиваемым компонентом, таким как настраиваемый резистор, настраиваемая катушка индуктивности или другая настраиваемая схема, которая может регулироваться для настройки антенны 40.
При желании, заземляющая плоскость 160 может быть реализована с использованием планарной структуры, такой как планарная структура 196 на Фиг.19. Структура 196 может быть, например, внешней структурой корпуса (например, плоская задняя стенка корпуса в корпусе 12), внутренней структурой корпуса (например, внутренняя плоскость или другая плоская опорная структура) или другими проводящими структурами. Структура 196 может иметь диэлектрический промежуток, такой как промежуток 208, который разделяет части 160' и 160" структуры 196. Промежуток 208 может быть перекрыт с использованием настраиваемого электрического компонента 168 (например, переключателя, непрерывно настраиваемого компонента и пр.), настраивая тем самым характеристику антенны 40.
Как показано на Фиг.20, приемопередатчик 90 может быть смонтирован на подложке, такой как печатная плата, и подсоединен к антенне 40 на гибкой схемной подложке (подложка 210) через линию передачи 140. Линия передачи 140 может, например, содержать проводящие трассы в печатной плате 194 и проводящие трассы в гибкой схеме 210. Гибкая схема 210 может быть сформирована из листа полиамида или листов других гибких полимеров, которые служат как печатная плата. Проводящие трассы антенны 40 (например, проводящие металлические трассы резонансного элемента антенны, такие как трассы 212 и 214) могут быть сформированы на выступающей внешней поверхности гибкой схемной подложки 210 или могут быть сформированы из внутренних проводящих трасс.
Настраиваемый электрический компонент 168 может перемыкать проводящие антенные структуры, такие как структуры 212 и 214. Компонент 168 может быть, например, переключателем, который может быть разомкнут и отсоединять структуру 214 от структуры 212 или который может быть замкнут и соединять структуры 214 и 212. Структуры 212 и 214 могут образовывать часть элемента заземляющей плоскости, часть резонансного элемента антенны 162 (например, плечо, такое как плечо 130 на Фиг.13), часть паразитного элемента (например, элемента антенны, наличие которого влияет на частотную характеристику антенной системы 150, но который скорее связан в ближней зоне с антенной, чем непосредственно питается от линии передачи 140) и прочее. При желании, гибкая схема 210 может быть использована как подложка одного или более электрических компонентов, таких как компонент 216. Компоненты, такие как компонент 216, могут быть, например, модулями камеры, частями громкоговорителя, кнопочными структурами, интегральными схемами, соединителями или другими компонентами (например, компонентами, содержащими проводящие структуры, которые могут быть подсоединены к трассе 214). Эти компоненты могут быть смонтированы на гибкой схемной подложке 210 с использованием частей проводящих трасс 212 и 214 или с использованием отдельных проводящих трасс.
Рассмотрим, например, конфигурацию, в которой электронное устройство 10 содержит модуль камеры. Модуль камеры (например, одно из устройств ввода-вывода 32 на Фиг.2) может быть смонтирован на гибкой схеме 210. Трассы в гибкой схеме 210 могут быть использованы для подачи электропитания и управляющих сигналов на модуль камеры и могут быть использованы для сбора сигналов данных от модуля камеры. Трассы 214 и 212 могут быть сформированы на той же самой гибкой схеме, что и модуль камеры, снижая тем самым число компонентов и экономя пространство в устройстве 10. Настраиваемый электрический компонент 168 может быть настроен для селективного подключения и использования проводящего материала на гибкой схеме 210 (например, такие трасы, как трассы 214 на гибкой схеме 210, проводящие компоненты, относящиеся к модулю камеры, проводящие заземляющие структуры и прочее). Таким образом, настройки настраиваемого электрического компонента 168 могут быть использованы для настройки антенны 40 и системы настраиваемой антенны 150.
На Фиг.21 дано схематичное представление системы настраиваемой антенны 150, показывающее, как компонент, такой как компонент 218, может быть подсоединен к антенным структурам, таким как резонансный элемент 164 антенны и заземляющая плоскость антенны 160, с использованием одного или более настраиваемых электрических компонентов 168. Компонент 218 может быть, например, модулем камеры (например, компонентом модуля камеры на гибкой схеме, как было описано во взаимосвязи с компонентом 216 на гибкой схеме 210 на Фиг.20), громкоговорителем, кнопкой, микрофоном, соединителем ввода-вывода, таким как гнездо для наушников или соединитель линии передачи данных и прочее. В управлении системой настраиваемой антенны 150 могут быть использованы один или оба настраиваемых электрических компонентов. При желании, настраиваемые электрические компоненты 168 могут быть использованы для селективного подсоединения компонента 218 к другим структурам системы настраиваемой антенны (например, к структурам линии передачи, структурам согласующей схемы, структурам фидера и прочее.).
На Фиг.22 представлено перспективное изображение иллюстративной конфигурации, которая может быть использована для электронного устройства 10. Как показано на Фиг.22, электронное устройство 10 может иметь дисплей, такой как дисплей 14. Дисплей 14 может содержать дисплейный модуль 222, смонтированный под прозрачным покрывающим слоем, таким как покрывающий стеклянный слой 220. Внутри корпуса 12 могут быть смонтированы такие компоненты, как приемопередатчик 90. Антенна 40 может содержать проводящие структуры, такие как элементы рамы 224 и 226. Антенна 40 может также содержать проводящие структуры, такие как структуры резонансного элемента антенны (например, проводящие трассы на гибкой схеме и прочее), проводящие структуры, такие как элементы заземляющей плоскости (например, заземляющую плоскость, сформированную из проводящей пластины 196 на Фиг.15 и перекрывающими ее проводящими структурами, таким как печатные платы, соединители, кнопки, громкоговорители, батареи питания, и прочее), и другими проводящими структурами.
В примере на Фиг.22 элементы рамы 224 и 226 смонтированы на корпусе 12 с использованием таких крепежных элементов, как винты 228. При желании, для монтажа элементов рамы в корпусе 12 могут использоваться другие соединительные средства (например, сварка, склейка, пружины, такие соединительные элементы, как выступы и стыковочные щелевые отверстия и прочее). Элементы рамы 224 и 226 могут быть выполнены из металла или других проводящих материалов. Настраиваемый электрический компонент 168 может быть использован для управления тем, сколько элементов рамы, таких как элементы 224 и 226, будут электрически соединены в антенне 40 (например, для управления размером плеча резонансного элемента антенны или заземляющей плоскости) или может быть использован для управления другими электрическими свойствами антенны. Это позволяет настраивать систему настраиваемой антенны 150, как это было описано во взаимосвязи с Фиг.4 и Фиг.5.
На Фиг.23 показано, как один или более настраиваемых электрических компонентов, таких как регулируемый электрический компонент 168, может быть соединен между элементом заземляющей плоскости, таким как пластина 196, и частью периферийного проводящего элемента 180 (например, периферийная боковая стенка корпуса или структура обрамления). Настраиваемым компонентом 168 на Фиг.23 может быть, например, переключатель, который может находиться в разомкнутом или замкнутом состоянии. Части периферийного проводящего элемента 180 и противоположные части проводящей структуры 196 могут определять отверстие, такое как отверстие 184, с внутренним периметром. Компонент 168 может перемыкать выступающую часть отверстия 184'. Отверстие 184 (содержащее выступающую часть 184') может образовывать щель для щелевой антенны или для гибридной антенны. Длина внутреннего периметра отверстия 184 может быть приблизительно равна одной длине волны на используемой рабочей частоте. Переключатель 168 может быть замкнут для уменьшения длины внутреннего периметра (до длины Р) или может быть разомкнут для увеличения длины внутреннего периметра (до длины Р'). Настройки компонента 168 могут поэтому быть использованы для управления частотной характеристикой антенны 40.
Механизмы настройки антенной системы, описанные во взаимосвязи с Фиг.1, - Фиг.23, могут, при желании, быть использованы в любой комбинации. Например, настройки антенной системы могут быть проведены с использованием любой комбинации настроек линии передачи, настроек согласующей схемы, настроек антенны, настроек антенного фидера, настроек резонансного элемента антенны, настроек плоскости заземления антенны и пр. Настраиваемые электрические компоненты 168 могут быть введены в любой комбинации частей антенной системы 150 (например, перемыкание промежутков основания, перемыкание резонансного элемента антенны, подсоединение заземляющей плоскости к периферийному проводящему элементу в корпусе устройства, соединение между собой частей периферийных элементов корпуса в различных конфигурациях и тем самым настройка ширины диэлектрического промежутка в периферийном элементе корпуса, образование соединений между проводящими структурами антенны и элементов рамы корпуса, перемыкание любой комбинации этих структур и прочее).
На Фиг.24 представлена блок-схема иллюстративных этапов, имеющих место в работе электронного устройства с системой настраиваемой антенны, такого как электронное устройство 10 на Фиг.1.
На этапе 230 схема хранения и обработки данных 28 (Фиг.2) может быть использована для определения того, какие частотные диапазоны связи должны использоваться устройством 10. Например, если сигналы передаются по локальному каналу WiFi на частоте 2.4 ГГц, то схема хранения и обработки данных 28 может выдать заключение, что система настраиваемой антенны 150 будет покрывать (или должна продолжать покрывать) диапазон частот радиосвязи 2.4 ГГц. Может поддерживаться также беспроводная передача данных в различных частотных диапазонах сотовой телефонии. В операции на этапе 230 может входить определение пропускной способности устройства 10 (например, пропускной способности приемопередатчика 90), текущего географического положения устройства 10 (например, страна, в которой в данный момент находится устройство 10), текущего обрабатываемого трафика (например, определение того, какой тип сотового графика или графика локальной сети принимается в текущий момент на выделенном диапазоне частот) и прочее. Информация об используемых в данный момент диапазонах частот или диапазонах частот, которые потребуется покрыть для приема входящих данных, может быть собрана мониторингом входящего графика фиксированной антенной (например, в системе тех типов, показанных на Фиг.3, в которых некоторые антенны фиксированы, а некоторые являются настраиваемыми) или периодически переключаемой работой системы настраиваемой антенны по всем возможным используемым диапазонам частот. Информация о частотных диапазонах, которые должны использоваться для предстоящей работы с поступающими данными (например, для работы по передаче данных), может быть определена на базе таких факторов, как последний используемый диапазон частот, географическое положение, пробы и ошибки, справочные таблицы, отображающие работу устройства на требуемый для этого диапазон частот и прочее.
На этапе 232, после определения того, какой диапазон частот радиосвязи должен быть покрыт системой настраиваемой антенны 150, схема хранения и обработки данных 28 может в ответ на это выдавать соответствующие сигналы управления на систему настраиваемой антенны 150. Если, например, схема хранения и обработки данных 28 определяет, что система настраиваемой антенны 150 должна покрывать диапазон частот 1900 МГц, то на настраиваемые электрические компоненты 168 в системе настраиваемой антенны 150 могут быть выданы управляющие сигналы для конфигурирования системы настраиваемой антенны 150 на покрытие (как пример) диапазона частот 1900 МГц.
На этапе 234 регулируемый электрический компонент (компоненты) 168 в системе настраиваемой антенны 150 может управляться выданными управляющими сигналами, тем самым настраивая систему настраиваемой антенны 150 грубо (например, для покрытия желаемого диапазона частот, как описано во взаимосвязи с Фиг.4) и/или точно (например, для повышения точности настройки в определенном диапазоне частот радиосвязи, как описано во взаимосвязи с Фиг.5).
Операции на Фиг.24 (например, мониторинг для определения используемого диапазона частот, определение того, как настраивать компоненты 168, и выдача команд, которые настраивают компоненты 168 и том самым систему 150) могут проводиться многократно в реальном времени (например, в ответ на удовлетворение надлежащего критерия переключения, периодически в соответствии с расписанием, непрерывно и прочее).
В соответствии с примером осуществления, предлагается система настраиваемой антенны, которая содержит периферийный проводящий элемент в корпусе электронного устройства, по меньшей мере один диэлектрический промежуток в этом периферийном проводящем элементе с соответствующей шириной промежутка, и по меньшей мере один настраиваемый электрический компонент, который электрически настраивает ширину промежутка.
В соответствии с другим примером осуществления, периферийный проводящий элемент содержит металлическую структуру в электронном устройстве с прямоугольным периметром, и эта металлическая структура окружает, в основном, весь прямоугольный периметр.
В соответствии с другим примером осуществления, металлическая структура содержит обрамление дисплея.
В соответствии с другим примером осуществления, металлическая структура содержит боковые стенки корпуса электронного устройства.
В соответствии с другим примером осуществления, настраиваемый электрический компонент содержит переключатель.
В соответствии с другим примером осуществления, настраиваемый электрический компонент содержит несколько переключателей.
В соответствии с другим примером осуществления, настраиваемый электрический компонент содержит непрерывно настраиваемый электрический компонент.
В соответствии с другим примером осуществления, непрерывно настраиваемый электрический компонент содержит по меньшей мере один из настраиваемых резисторов, настраиваемых конденсаторов и настраиваемых катушек индуктивности.
В соответствии с другим примером осуществления, настраиваемый электрический компонент имеет первый вывод, подсоединенный к периферийному проводящему элементу, и второй вывод, подсоединенный к периферийному проводящему элементу.
В соответствии с другим примером осуществления, диэлектрический промежуток содержит один из нескольких диэлектрических промежутков в периферийном проводящем элементе, настраиваемый электрический компонент содержит один из нескольких настраиваемых электрических компонентов, и каждый из настраиваемых электрических компонентов перемыкает соответственно один из диэлектрических промежутков.
В соответствии с другим примером осуществления, система настраиваемой антенны содержит настраиваемую антенну, образованную по меньшей мере частично из периферийного проводящего элемента, эта система настраиваемой антенны содержит части металлической пластины в корпусе электронного устройства, а настраиваемый электрический компонент содержит переключатель, имеющий по меньшей мере один вывод, который подсоединен к периферийному проводящему элементу.
В соответствии с примером осуществления, предлагается электронное устройство, которое содержит прямоугольный корпус с прямоугольным периметром, приемопередатчик радиочастоты, антенну, имеющую антенный фидер, тракт линии передачи, соединяющий приемопередатчик радиочастоты и антенный фидер, прямоугольный периферийный проводящий элемент, который проходит вдоль прямоугольного периметра, периферийный проводящий элемент содержит диэлектрический промежуток и содержит части, которые образуют по меньшей мере часть антенны, и настраиваемый электрический компонент, который имеет по меньшей мере один вывод, электрически подсоединенный к периферийному проводящему элементу, и который имеет управляющий вывод, принимающий сигналы управления, которые настраивают частотную характеристику антенны.
В соответствии с другим примером осуществления, настраиваемый электрический компонент содержит переключатель.
В соответствии с другим примером осуществления, электронное устройство содержит также шлейф линии передачи, тракт линии передачи и переключатель, который подсоединен между шлейфом линии передачи и трактом линии передачи и который подключает шлейф линии передачи к использованию или отключает от использования.
В соответствии с другим примером осуществления, антенна является настраиваемой антенной, а электронное устройство содержит фиксированную антенну, которая подсоединена к приемопередатчику радиочастоты.
В соответствии с другим примером осуществления, фиксированная антенна покрывает несколько диапазонов частоты радиосвязи, а настраиваемый электрический компонент настраивается так, что настраиваемая антенна избирательно покрывает несколько различных диапазонов частоты радиосвязи, каждый из которых является одним из нескольких диапазонов частоты радиосвязи.
В соответствии с примером осуществления, предлагается электронное устройство, которое содержит приемопередатчик радиочастоты, схему хранения и обработки данных и систему настраиваемой антенны, которая подсоединена к приемопередатчику радиочастоты, система настраиваемой антенны содержит настраиваемый электрический компонент, который подсоединен к электрическому компоненту на гибкой схеме, настраиваемый электрический компонент управляется управляющими сигналами от схемы хранения и обработки данных, и схема хранения и обработки данных настраивает систему настраиваемой антенны для покрытия желаемых диапазонов частоты радиосвязи подачей управляющих сигналов на настраиваемый электрический компонент.
В соответствии с другим примером осуществления, электрический компонент на гибкой схеме содержит модуль камеры.
В соответствии с другим примером осуществления, настраиваемый электрический компонент содержит по меньшей мере один из переключателей, переменных конденсаторов, переменных резисторов и переменных катушек индуктивности.
В соответствии с другим примером осуществления, система настраиваемой антенны содержит схему согласования импеданса настраиваемой антенны, которая управляется схемой хранения и обработки данных.
Вышеизложенное является только иллюстрацией принципов этого изобретения и специалистами в данной области техники могут быть сделаны различные модификации без отклонения от объема и сущности изобретения. Вышеприведенные примеры осуществления могут быть реализованы по отдельности или в любой комбинации.