ПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ АНТЕННА С П-ОБРАЗНОЙ ФОРМОЙ Российский патент 2018 года по МПК H01Q5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к антеннам, и если более точно, к низкопрофильным антеннам, используемым в продвинутых мобильных устройствах, включая смартфоны, чтобы покрывать популярные полосы частот.

Уровень техники

Беспроводные мобильные устройства, включая смартфоны, требуют использование низкопрофильных антенн, чтобы соответствовать показателям формы желаемого продукта. Доступный внутренний размер (ID) этих устройств является ограниченным, вследствие многочисленных факторов, включая другое проектирование схемы размещения компонентов.

В смартфонах обычно используется традиционная Т-образная антенна, причем эта Т-образная антенна хорошо подходит для того, чтобы покрывать полосы частот третьего поколения (3G) без USB разъема, представленного в корпусе устройства. В устройствах четвертого поколения (4G) стандарта LTE (long term evolution, долгосрочное развитие сетей связи) более популярными частотными полосами являются 704-960 МГц (LTE В17, В20, G850, G900), 1710-2170 МГц (DCS, PCS, AWS) и до 2500-2690 МГц (LTE В7). Традиционная Т-образная антенна ограничена в охвате частотных полос и неидеально подходит для этих популярных частотных полос.

Раскрытие сущности изобретения

Мобильное устройство может работать с множеством частотных полос, используя антенну, разъем, сконфигурированный таким образом, чтобы создавать резонанс и имеющий пассивную или переключаемую сеть согласования полного сопротивления.

В одном варианте осуществления изобретения мобильное устройство содержит корпус, имеющий удаленный конец и электронику, расположенную в корпусе и сконфигурированную для работы мобильного устройства. Электроника конфигурируется таким образом, чтобы обеспечивался обмен беспроводными сигналами, включая голосовые звонки и текстовые сообщения. Разъем присоединяется к электронике. П-образная антенна располагается в корпусе на удаленном конце, при этом П-образная антенна имеет сопряжение с разъемом и конфигурируется таким образом, чтобы создавать резонанс с использованием разъема. П-образная антенна и разъем сконфигурированы для беспроводного способа отправки и приема беспроводных сигналов. Сеть согласования полного сопротивления является связующим звеном между электроникой и П-образной антенной, причем сеть согласования полного сопротивления конфигурируется таким образом, чтобы полное сопротивление электроники согласовывалось с П-образной антенной.

В некоторых вариантах осуществления изобретения сеть согласования полного сопротивления является переключаемой с помощью электроники и конфигурируется таким образом, чтобы согласовывать полное сопротивление электроники с П-образной антенной, по крайней мере, в двух состояниях, через множество радиочастотных каналов. В некоторых вариантах осуществления изобретения П-образный разъем имеет первую ножку, содержащую соединение, вторую ножку и третью ножку, при этом первая ножка присоединена к разъему, вторая ножка и третья ножка образуют, соответственно, вторую полосковую линию и третью полосковую линию. П-образная антенна является полосковой антенной, а сеть согласования полного сопротивления содержит переключатель, конденсаторы и катушки индуктивности. П-образная антенна располагается вдоль края удаленного конца корпуса.

В некоторых вариантах осуществления изобретения разъем является одним из следующих видов разъемов: USB разъем, разъем для наушников, разъем для микрофона и щелевое гнездо разъема для памяти. Электроника может содержать генератор возбуждающей частоты радиочастотного RP диапазона, сконфигурированный таким образом, чтобы работать в стандарте LTE на частотных полосах В17, В20 и В7, в которых антенна и разъем создают резонанс на частотной полосе В7. Разъем имеет оболочку, при этом соединение присоединяется к оболочке.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания настоящего раскрываемого изобретения и его преимуществ сейчас будут производиться ссылки на последующее описание во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами, в которых аналогичные цифровые позиции обозначают аналогичные объекты, на этих чертежах:

Фиг. 1 иллюстрирует мобильное устройство, имеющее переключаемую антенну Pi-образной формы, разъем и сеть согласования полного сопротивления;

Фиг. 2 иллюстрирует сеть согласования полного сопротивления, сконфигурированную как пассивная сеть;

Фиг. 3 иллюстрирует вид в перспективе одного варианта осуществления изобретения антенны, выложенной на задней объединительной панели на одном конце печатной платы (РСВ);

Фиг. 4 иллюстрирует мобильное устройство, включающее в себя антенну и USB разъем в центре устройства;

Фиг. 5 иллюстрирует типичные обратные потери антенны для частотных полос В20 и В7;

Фиг. 6 иллюстрирует сеть согласования полного сопротивления, сконфигурированную как переключаемая сеть, для выборочной настройки задающего контура антенны для различных частотных полос;

Фиг. 7 иллюстрирует обратные потери антенны для двух различных состояний;

Фиг. 8 иллюстрирует эффективность излучения для двух различных состояний; и

Фиг. 9 иллюстрирует другой вариант осуществления изобретения мобильного устройства.

Осуществление изобретения

Это раскрываемое изобретение обеспечивает мобильное устройство, включающее в себя низкопрофильную антенну с П-образной формой, включающую в себя переключаемую конструкцию, сконфигурированную таким образом, чтобы покрывать множество популярных частотных полос четвертого поколения (4G) стандарта LTE от В17 до В7, также как и верхний диапазон частот В41. П-образная антенна определяется как антенна, имеющая, по крайней мере, два плеча, каждое из которых присоединяется к излучающему элементу, а вместе они образуют форму греческой буквы П.

На фиг. 1 показано мобильное устройство 10, включающее в себя переключаемую антенну 12 П-образной формы, имеющую три плеча: IL1, IL2 и соединение S1. Соединение S1 в комбинации с другим компонентом, таким как разъем, как будет описываться в дальнейшем, предпочтительно, конфигурируется таким образом, чтобы обеспечивать резонанс для создания верхнего диапазона частот П-образной антенны 12, таким образом, расширяя полосу пропускания антенны на мобильном устройстве 10. Кроме того, сеть 14 согласования полного сопротивления конфигурируется таким образом, чтобы согласовывать полное сопротивление антенны 12 с радиочастотным (RF) задающим контуром 16, формирующим часть электронной схемы 18 устройства. Сеть 14 согласования полного сопротивления может быть пассивной или активной, как будет описываться в дальнейшем. Задающий контур 16 присоединяется к сети 14 согласования полного сопротивления через точку 19 возбуждения и включает в себя приемопередатчик радиочастотного диапазона, работающий таким образом, чтобы осуществлять связь через множество полос радиочастотного диапазона, таких как частотные полосы LTE В17, В20 и В7. Частотные полосы LTE В17, В20, G850 и G900 соответствуют 704-960 МГц, а полоса LTE В7 соответствует 1710-2170 МГц (DCS, PCS, AWS) и до 2500-2690 МГц.

Электроника 18 формирует часть печатной платы (РСВ) 20 и конфигурируется таким образом, чтобы управлять мобильным устройством 10 в приведенных выше частотных полосах. Электроника 18 может включать в себя процессор, запоминающее устройство, цепи для ввода/вывода, дисплей, беспроводные приемопередатчики и аккумуляторную батарею, как и в традиционных мобильных устройствах, включая смартфоны, планшеты и подобные устройства. Например, электроника 18 мобильного устройства 10 может работать таким образом, чтобы устанавливать и принимать голосовые вызовы, текстовые сообщения, изображения, видеофайлы, игровые файлы и другие беспроводные коммуникационные сигналы, например, таким образом, как мобильный телефон. Заземление печатной платы, показанное цифровой позицией 22, может формировать заземление высокочастотного тракта и заднюю объединительную плату для антенны 12. Соединение S1 присоединяет задающий контур 16 электронной части 18 к питающей линии 26 антенны 12. Соединение S1 также может присоединяться к разъему 30 устройства, при этом соединение S1 содержит емкостную связь. Сеть 14 согласования полного сопротивления управляется электронной схемой 18 и позволяет антенне 12 выборочно переключаться между двумя состояниями, чтобы эффективно покрывать множество частотных полос, включая популярные частотные полосы четвертого поколения (4G) стандарта LTE от нижних диапазонов частот В17, В20 до верхних диапазонов частот В7 и при желании В41.

Фиг. 2 иллюстрирует схематику сети 14 согласования полного сопротивления, формирующую пассивную сеть согласования полного сопротивления. Сеть 14 согласования полного сопротивления содержит катушку L1 индуктивности, конденсатор С1, компоненты C/L, а также катушку L2 индуктивности, которая используется для согласования полного сопротивления антенны 12 как для нижних, так и для верхних диапазонов частот. Например, сеть 14 согласования полного сопротивления конфигурируется таким образом, чтобы полное сопротивление задающего контура 16 и антенны 12 согласовывались в частотном диапазоне от нижних диапазонов частот В17 и В20 до верхних диапазонов частот В7 и В41. В одном варианте осуществления изобретения антенна 12 является полосковой антенной, кроме того, она настраивается с помощью соединения S1 и размеров компонентов сети 14 согласования полного сопротивления, в частности посредством длины катушек L1 и L2 индуктивности, а также отношения IL2/соединение для соединения S1.

На фиг. 1, в качестве примера для одного варианта осуществления изобретения, размер D составляет 8 мм, длина IL1 равна 22 мм, длина IL2 составляет 30 мм, причем эти размеры зависят от размеров печатной платы. Катушка L1 индуктивности может иметь значение индуктивности 2 нГн, конденсатор С1 может иметь значение емкости 1,5 пФ, а катушка L2 индуктивности может иметь значение индуктивности 4,7 нГн. Точка 19 возбуждения отстоит от центра печатной платы на 10 мм. Плечи IL2 и IL2 антенны являются прямолинейными и достаточно толстыми, чтобы улучшать нижний диапазон частот. Соединение S1 присоединяет схематику задающего контура 16 печатной платы 20 к радиаторам антенны с USB, чтобы создать верхний диапазон частот. В других вариантах осуществления изобретения значения и размеры этих компонентов могут быть другими, и ограничение этих значений и размеров не предполагается.

Фиг. 3 иллюстрирует вид в перспективе одного варианта осуществления изобретения устройства 10, включающего в себя антенну 12 с, выложенной на задней объединительной плате 22 на одном конце печатной платы (РСВ) 20 пассивной сетью 14 согласования полного сопротивления. Печатная плата 20 включает в себя электронику 18 устройства 10, приводящую в действие первую питающую линию 26 и вторую переключаемую питающую линию 28, содержащую Pi-образную антенну 12.

Фиг. 4 иллюстрирует устройство 10, имеющее Pi-образную антенну 12, сформированную на удаленном конце устройства 10, и ближайший разъем 30, который присоединяется к электронике 18. Например, разъем 30 может содержать разъем USB, позиционируемый в центре устройства, как показано на фиг.4. Предпочтительно соединение S1, образующее первое плечо антенны 12, присоединяется к оболочке разъема 30 и земляному контакту 22, чтобы создавать другой резонанс, покрывающий верхний диапазон частот В7, таким образом расширяя полосу частот антенны 12. Соединение S1 также может присоединяться к другим разъемам 30 устройства, таким как разъем громкоговорителя/наушников, разъем микрофона, щелевое гнездо разъема для памяти, приемник, металлическое покрытие устройства или любые другие компоненты, или любые другие виды заземления на печатной плате (в центре или в углу), чтобы создавать еще один резонанс верхнего диапазона частот, например такой, как с частотой 2,6 ГГц, чтобы покрывать полосу В7. Это является новым способом использования окружающей среды для улучшения полосы пропускания антенны для портативного мобильного устройства связи. Расстояние между соединением S1 и разъемом/компонентами/заземлением на печатной плате, форма соединения S1, материал между ними, все эти параметры воздействуют на характеристики антенны. Для различных телефонов/различных окружающих условий форма антенны 12, разъемы устройства и его местоположение могут изменяться и соединение S1 в комбинации с ними создает резонанс верхнего диапазона частот.

Фиг. 5 иллюстрирует типичные обратные потери для антенны 12, имеющей пассивную сеть 14 согласования полного сопротивления для частотных полос от В20 до В7.

Фиг. 6 иллюстрирует сеть 14 согласования полного сопротивления, сконфигурированную как переключаемая сеть согласования полного сопротивления. Сеть 14 согласования полного сопротивления конфигурируется таким образом, чтобы иметь два состояния для более эффективной настройки антенны 12 для двух частотных полос, например, нижнего диапазона частот в первом состоянии, такого как В17 и В20, и верхнего диапазона частот во втором состоянии, такого как В7. Сеть 14 согласования полного сопротивления включает в себя переключатель SW1, управляемый задающим устройством 18, сконфигурированным таким образом, чтобы выборочно конфигурировать различные компоненты L1, L2, С1 и С2 в первом состоянии и во втором состоянии. Переключатель SW1 может быть однополюсным четырехпозиционным переключателем (SP4T), хотя могут использоваться другие типы переключателей, при этом они будут находиться в пределах объема этого раскрываемого изобретения.

Фиг. 7 иллюстрирует обратные потери антенны 12 в двух различных состояниях, состоянии 1 и состоянии 2. Состояние 1 обеспечивает уменьшенные обратные потери для частотной полосы В17 по сравнению с состоянием 2, при этом состояние 2 обеспечивает уменьшенные обратные потери для частотных полос В5 и В8 по сравнению с состоянием 1. Электроника 18 выборочно устанавливает два состояния работы антенны 12, при этом в пределах объема настоящего раскрываемого изобретения возможно использование и более двух состояний.

Фиг. 8 иллюстрирует эффективность излучения антенны 12 в состоянии 1 и состоянии 2 для двух частотных полос В17 и В7.

Фиг. 9 иллюстрирует второй вариант осуществления изобретения устройства 40 с удаленной Pi-образной антенной 12, которая размещается на задней стороне устройства 40 для иллюстрации. Переключаемая сеть 14 согласования полного сопротивления показана в левом углу устройства 40, а разъем USB показан в правом углу.

Сеть 14 согласования полного сопротивления также при желании может включать в себя активные компоненты. Например, активные компоненты могут обеспечивать управление коэффициентом усиления и/или может быть установлено управление положением главного лепестка диаграммы направленности антенны.

Предпочтительно П-образная антенна, связанная через емкостную связь с переключаемой сетью согласования полного сопротивления, позволяет передовым мобильным устройствам, таким как устройства, обеспечивающие связь поколения 4G, 5G и другие версии, обеспечивать покрытие в желаемых полосах частот, используя низкопрофильную антенну.

В то время как это раскрываемое изобретение описывало определенные варианты осуществления изобретения и в общем связанные с ними способы, вариации и изменения этих вариантов и способов осуществления изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники. Соответственно приведенное выше описание показательных вариантов осуществления изобретения не определяет или не ограничивает это раскрываемое изобретение. Также возможны другие изменения, замещения и вариации без выхода за пределы сущности и объема этого раскрываемого изобретения, как определяется последующей формулой изобретения.

Изобретение относится к антенной технике. Мобильное устройство, содержащее: корпус, имеющий дистальный конец; электронику, расположенную в корпусе и выполненную с возможностью управления мобильным устройством, при этом электроника выполнена с возможностью обмена беспроводными сигналами, включающими в себя голосовые вызовы и текстовые сообщения; разъем, присоединенный к электронике с помощью соединения; П-образная антенна, расположенная на дистальном конце корпуса, при этом П-образная антенна имеет соединение с разъемом и выполнена с возможностью создания резонанса с использованием разъема, причем П-образная антенна и разъем выполнены с возможностью беспроводного обмена беспроводными сигналами; сеть согласования полного сопротивления, соединенная между электроникой и П-образной антенной, причем сеть согласования полного сопротивления выполнена с возможностью согласования полного сопротивления электроники с П-образной антенной. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Мобильное устройство, содержащее:

корпус, имеющий дистальный конец;

электронику, расположенную в корпусе и выполненную с возможностью управления мобильным устройством, при этом электроника выполнена с возможностью обмена беспроводными сигналами, включающими в себя голосовые вызовы и текстовые сообщения;

разъем, присоединенный к электронике с помощью соединения;

П-образная антенна, расположенная на дистальном конце корпуса, при этом П-образная антенна имеет соединение с разъемом и выполнена с возможностью создания резонанса с использованием разъема, причем П-образная антенна и разъем выполнены с возможностью беспроводного обмена беспроводными сигналами;

сеть согласования полного сопротивления, соединенная между электроникой и П-образной антенной, причем сеть согласования полного сопротивления выполнена с возможностью согласования полного сопротивления электроники с П-образной антенной.

2. Мобильное устройство по п. 1, в котором сеть согласования полного сопротивления является переключаемой и выполнена с возможностью согласования полного сопротивления электроники с П-образной антенной по меньшей мере в двух состояниях на множестве радиочастотных полос.

3. Мобильное устройство по п. 2, в котором П-образная антенна имеет первое плечо, содержащее упомянутое соединение, второе плечо и третье плечо, при этом первое плечо соединено с разъемом, а второе плечо и третье плечо образуют соответственно вторую полосковую линию и третью полосковую линию.

4. Мобильное устройство по любому из пп. 1-3, в котором разъем является одним из следующих видов разъемов: разъем USB, разъем для наушников, разъем для микрофона и разъем щелевого гнезда для памяти.

5. Мобильное устройство по п. 2, в котором электроника выполнена с возможностью выборочно устанавливать упомянутые по меньшей мере два состояния.

6. Мобильное устройство по п. 2, в котором П-образная антенна является полосковой антенной, а сеть согласования полного сопротивления содержит переключатель, конденсаторы и катушки индуктивности.

7. Мобильное устройство по любому из пп. 1-3, 5 и 6, в котором П-образная антенна расположена вдоль края дистального конца корпуса.

8. Мобильное устройство по любому из пп. 1-3, 5 и 6, в котором электроника содержит схему возбуждения радиочастотного диапазона, выполненную с возможностью работы в стандарте LTE на частотных полосах В17, В20 и В7.

9. Мобильное устройство по п. 8, в котором соединение и разъем выполнены с возможностью создания резонанса в частотной полосе В7.

10. Мобильное устройство по любому из пп. 1-3, 5 и 6, в котором разъем имеет оболочку, при этом упомянутое соединение соединено с оболочкой.

11. Мобильное устройство по любому из пп. 1-3, 5 и 6, в котором П-образная антенна соединена с разъемом через емкостную связь.

12. Мобильное устройство по любому из пп. 1-3, 5 и 6, в котором П-образная антенна и разъем выполнены с возможностью беспроводной передачи беспроводных сигналов.

13. Мобильное устройство по любому из пп. 1-3, 5 и 6, в котором П-образная антенна и разъем выполнены с возможностью беспроводного приема беспроводных сигналов.

14. Способ использования мобильного устройства, содержащего разъем и электронику, выполненные с возможностью беспроводного обмена беспроводными сигналами, включающими в себя голосовые вызовы и текстовые сообщения, при этом способ содержит этапы, на которых:

согласуют полное сопротивление электроники с П-образной антенной, расположенной на дистальном конце мобильного устройства с использованием сети согласования полного сопротивления;

соединяют электронику с разъемом через соединение для создания резонанса; и

осуществляют обмен беспроводным сигналом через П-образную антенну и разъем.

15. Способ по п. 14, дополнительно содержащий этап, на котором конфигурируют сеть согласования полного сопротивления с использованием переключателя для согласования полного сопротивления электроники с П-образной антенной по меньшей мере в двух состояниях на множестве радиочастотных полос.

16. Способ по п. 15, в котором П-образная антенна имеет первое плечо, содержащее упомянутое соединение, второе плечо и третье плечо, причем первое плечо соединено с разъемом, а второе плечо и третье плечо образуют соответственно вторую полосковую линию и третью полосковую линию.

17. Способ по любому из пп. 14-16, в котором разъем является одним из следующих видов разъемов: разъем USB, разъем для наушников, разъем для микрофона и разъем щелевого гнезда для памяти.

18. Способ по п. 15, в котором электроника выполнена с возможностью выборочно устанавливать упомянутые по меньшей мере два состояния.

19. Способ по п. 15, в котором П-образная антенна является полосковой антенной, а сеть согласования полного сопротивления содержит переключатель, конденсаторы и катушки индуктивности.

20. Способ по любому из пп. 14-16, 18 и 19, в котором П-образная антенна расположена вдоль края мобильного устройства.

21. Способ по любому из пп. 14-16, 18 и 19, в котором электроника содержит схему возбуждения радиочастотного диапазона, выполненную с возможностью работы в стандарте LTE на частотных полосах В17, В20 и В7.

22. Способ по п. 21, в котором П-образная антенна и разъем создают резонанс в частотной полосе В7.

23. Способ по любому из пп. 14-16, 18 и 19, в котором разъем имеет оболочку, при этом упомянутое соединение соединено с оболочкой.

24. Способ по любому из пп. 14-16, 18 и 19, в котором П-образная антенна соединена с разъемом емкостной связью.