[发明专利]在多个频率区域提供可操作性的无线设备

说明书

相关申请的前后参照

本申请要求优先权来自序列号61/671906，2012年7月16日提交的美国临时专利申请，以及序列号13/803100，2013年3月14日提交的题为“在多个频率区域提供可操作性的集中式天线无线设备”的美国非临时专利申请，其全部内容在此引用参考。

发明领域

本发明涉及多频带无线设备领域，且通常涉及需要电磁波信号的发送和接收的无线设备。

背景

无线设备典型地执行一个或更多蜂窝通信标准和/或无线连接标准，每个标准被分配在一个或更多频带，并且所述频带被包含在电磁频谱的一个或更多区域内。

为了这个目的，所述无线手持或便携设备内的空间通常是专用于一辐射系统的集成。然而该辐射系统预期应当要小以在该设备中占据尽可能少的空间，然后允许实现更小的设备，或用于增加更多的特定设备和功能至该设备。

这在所述无线设备是一个多功能无线设备的情况下更加重要。共同拥有的专利申请 WO2008/009391和US2008/0018543描述了一种多功能的无线设备。所述申请号WO2008 /009391和US2008/0018543的全部公开内容在此引用参考。

典型的无线设备必须包括一个能在一个或更多频率区域具有良好的无线电-电气性能 (例如在输入阻抗水平，阻抗带宽，增益，效率，或辐射模式方面)下工作的辐射系统。此外，在数个频率区域操作的可能性允许全球连接，连接的速度增加，或多种功能。

对于一个良好的无线连接，进一步要求高增益和效率。用于辐射系统的其他更常用的设计要求是电压驻波比(VSWR)，其应该是大约50欧姆的阻抗。用于无线手持或便携设备的辐射系统的其它要求是低成本和一低的特定吸收率(SAR)。

用于无线设备的辐射系统通常包括一辐射结构，其包括一天线元件和与其结合工作的接地平面层，以提供在电磁频谱的一个或更多频率区域所确定的无线电-电气性能。这在图1中示出，其中示出了一辐射结构100包括一天线元件101和一接地平面层102。典型地，该天线元件具有一个接近于在辐射结构工作频率的四分之一波长的整数倍的尺寸，使得天线元件谐振在所述频率下且一辐射模式被激发至所述天线元件。

在无线设备中相关于天线元件的一个问题是专用于这种集成式的体积随着对无线设备新的更小的和/或更薄的形态因子的出现且在一同一无线设备中不同功能的越来越集中而不断收缩。

一些关于小型化和/或优化天线元件的多波段特性的技术在现有技术中已有描述。然而，其中所描述的该辐射结构仍然依赖于在天线元件上激发的辐射模式。

例如，共同拥有的共同待决的专利申请US2007/0152886描述了基于空间填充曲线几何学的天线的一新系列。而且，共同拥有的共同待决的专利申请US2008/0042909涉及了天线的一新系列，被称为多级天线，通过类似几何元件的一电磁分组而形成。前述的申请号US2007/0152886和US2008/0042909的全部公开内容在此引用参考。

一些其他的尝试都集中于天线元件不要求复杂的几何形状，同时仍然通过使用一天线元件，其在无线设备操作的一个或更多频率范围内不谐振，提供一定程度的小型化。

例如，WO2007/128340公开了一种无线便携设备，包括一非谐振天线元件，用于接收广播信号(诸如，例如，DVB-H，DMB，T-DMB或FM)。该无线便携设备还包括用于结合所述天线元件的接地平面层。虽然该天线元件具有一高于所述无线设备操作的频率范围的第一谐振频率，该天线元件仍然具有无线设备的辐射过程和电磁性能的主要责任。这从在接地平面层上无辐射模式可被激发这一事实清楚地表明，因为该接地平面层在工作频率下电短路(即，其尺寸比波长小得多)。

在这样的限制下，虽然无线便携式设备的性能可能足以用于接收电磁波信号(诸如一广播服务的那些)，对于也需要电磁波信号传输的蜂窝通信标准该天线元件可能无法提供一足够的性能(例如，在输入回波损耗或增益方面)。

共同拥有的专利申请WO2008/119699描述了包括能够在两个频率区域运行的一辐射系统的一无线手持或便携设备。该辐射系统包括具有在所述两个频率区域以外的一谐振频率的天线元件，以及一接地平面层。在该无线设备中，该接地平面层有助于提高两个频率区域中操作的辐射系统的电磁性能，但仍然需要激发天线元件上的一辐射模式。事实上，该辐射系统依赖于天线元件的一谐振频率和接地平面层的一谐振频率之间的关系，以便使得该辐射系统在所述两个频率区域内正常操作。