具有互补的单极子和槽的天线的制作方法

具有互补的单极子和槽的天线


背景技术：

1.包括诸如台式机、膝上型计算机、笔记本计算机和可转换计算机之类的计算机的计算设备，以及如智能手机、平板计算设备和其他类型的计算设备的计算设备，通常包括无线通信能力。这样的无线通信能力可允许计算设备使用wi
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fi和蓝牙通信协议以及通过移动网络来通信，该移动网络也称为蜂窝网络。当前的移动网络使用第四代（4g）长期演进（lte）通信协议，并且在较小程度上使用较慢的第三代（3g）甚至第二代（2g）协议。然而，已经部署了基础设施以利用下一代第五代（5g）协议，该协议提供比4g lte协议甚至更快的速度，并且实际上，第六代（6g）协议的早期基础已经奠定。
附图说明
2.图1a和图1b是描绘天线的第一示例的示图。
3.图2a和图2b是描绘天线的第二示例的示图。
4.图3a和图3b是描绘天线的第三示例的示图。
5.图4a和图4b是描绘天线的第四示例的示图。
6.图5和图6是其中可设置示例性天线的示例性计算设备的示图。
7.图7是图1a和图1b的示例性天线的频率响应图。
8.图8是示例性天线的框图。
9.图9是包括天线的示例性计算设备的框图。
具体实施方式
10.如背景技术中所述，计算设备通常包括无线通信能力。为了能够无线通信，计算设备包括一个或多个天线以传输和接收数据。例如，计算设备可具有一对天线以通过移动或蜂窝网络来通信。天线中的一个或两个可以是可用于数据传输和数据接收两者的收发天线，或者可能有一个天线用于数据传输目的，而另一个天线用于数据接收目的。
11.对于不同的通信协议，例如4g lte与3g，无线数据通信可发生在不同的频率上。此外，对于相同的通信协议，不同的国家或地区可使用不同的频率，并且同一国家或地区内的不同网络提供商甚至可能对同一协议使用不同的频率。计算设备制造商要么不得不包括不同的天线，这取决于计算设备预期用于何处和/或设备打算使用的网络提供商，或者使用可通过不同频率的宽带通信的天线。
12.即将采用5g通信协议已使这个问题进一步复杂化。从4g lte到5g的广泛转换将需要时间，并且这两种通信协议将在数年内得到积极使用。例如，城市地区可能会先于更乡村、人口较少的地区广泛采用5g。因此，计算设备制造商不得不包括附加的5g频率天线，或者使用可通过4g lte和5g频率两者通信的天线。
13.此外，所有类型的计算设备空间内的天线的可用空间越来越宝贵；重量限制也是一个问题。像智能手机之类的设备已变得越来越薄，如膝上型计算机和笔记本计算机一样，并且制造商试图使后几代设备重量更轻，或者以如天线之类的其他部件为代价为电池保留
更多的空间和重量。同时，制造商试图在不增加整体设备尺寸的情况下增加屏幕尺寸，或者保持屏幕尺寸同时最小化整体设备尺寸，这是通过减小屏幕周围的可见边框并因此增加所谓的屏占（stb）比。
14.一种类型的可提供多种频率并且因此在单个天线内容纳5g和4g lte频率两者的天线被称为自互补天线（sca）。sca是任意形状的天线，其包括无限延伸的平面片导体的半部，使得其互补结构的形状与原结构的形状完全相同或自互补。然而，紧凑的sca遭受过度复杂性的影响，使得在许多情况下将它们包含在计算设备中成本高昂。相比之下，不那么复杂的sca需要相对大的导电平面和天线间隙，从而需要计算设备内的更大量的空间。
15.本文描述了示例性天线，其提供宽频带，包括5g和4g lte频率两者，同时改善了sca所具有的问题。这样的天线可包括导电单极子和与该导电单极子相邻的非导电槽。该单极子和槽具有彼此互补的形状。该单极子和槽关于天线的中心彼此可具有180度旋转对称。
16.因此，计算设备制造商可在其设备内包括单个天线，以用于通过5g和4g lte频率两者通信。可能有该天线的一个实例用于数据传输，并且另一个实例用于数据接收。在膝上型计算机或笔记本计算机的背景下，天线可定位到触控板或其他指点设备的任一侧，而不是位于屏幕上方的边框内，以最大化stb比。天线可位于包括膝上型计算机或笔记本计算机的计算设备或者如智能手机、平板计算设备之类的其他计算设备的显示器的后侧上，以便也最大化stb比率。
17.图1a和图1b示出了示例性天线100。图1a相对于天线100在导电机壳102的角部处的位置描绘了该天线100，该导电机壳102可以是计算设备的机壳，天线100是该计算设备的一部分。图1b更详细地单独描绘了天线100。导电机壳102由例如金属的导电材料制成。
18.天线100包括导电单极子104和与该单极子104相邻的非导电槽106。单极子104可以是导电的，因为它是机壳102的导电材料的一部分。槽106可以是非导电的，因为它由不同的非导电材料制成，例如塑料树脂或其他非金属或非金属材料，或者如在图1a的示例中具体描绘的，对应于机壳102的导电材料内的孔或空隙。如此，在一种实施方式中，机壳102的导电材料被图案化以形成单极子104和槽106，其中该槽106为空隙并且因此为空气或其他环境气体孔或者介电材料。
19.单极子104和槽106具有彼此互补的形状。这意味着单极子104的形状对应于并适合槽106的形状，并且反之亦然。如此，单极子104的面向槽106的边缘的每个边缘都与该边缘接触，这是因为单极子104和槽106彼此相邻。在示例性天线100中，单极子104由一个连续的l形单极子区域构成，并且槽106类似地由一个连续的l形槽区域构成。
20.单极子104和槽106的互补性也扩展到它们相对应的边缘。单极子104的短腿的宽度110等于槽106的短腿的宽度112。单极子104的长腿的长度114等于槽106的长腿的长度116。单极子104的短腿的长度118等于槽106的短腿的长度120。单极子104的长腿的宽度122等于槽104的长腿的宽度124。
21.单极子104和槽106关于天线100的中心108相对彼此具有180度旋转对称。180度旋转对称意味着在180度旋转后保持形状。也就是说，绕中心108将天线100旋转180度导致单极子104的形状的位置和取向对应于槽106在旋转之前的形状的位置和取向，并且导致槽106的形状的位置和取向对应于槽106在旋转之前的形状的位置和取向。
22.例如，在示例性天线100中，单极子104和槽106各自是l形的。单极子104的长腿从
其外侧右下角向上延伸，并且短腿从外侧右下角向左延伸。槽106的长腿从其外侧左上角向下延伸，并且短腿从外侧右上角向右延伸。因此，旋转天线100将会导致单极子104的长腿和短腿相应地从外侧左上角向下和向右延伸，并且槽106的长腿和短腿相应地从外侧右下角向上和向左延伸，这是因为单极子104和槽106具有180度旋转对称。
23.图2a和图2b示出了另一个示例性天线200。图2a相对于天线在导电机壳202的角部处的位置描绘了该天线，如图1a的机壳102一样，该导电机壳202可以是计算设备的机壳，天线200是该计算设备中的一部分。图2b更详细地单独描绘了天线200。如机壳102一样，导电机壳202由例如金属的导电材料制成。
24.天线200包括导电单极子204和与该单极子204相邻的非导电槽206。如图1a和图1b的单极子104一样，单极子204可以是导电的，因为它是机壳202的导电材料的一部分。如图1a和图1b的槽106一样，槽206可以是不导电的，因为它由不同的非导电材料制成，例如塑料树脂或其他非金属或非金属材料，或者如在图2a的示例中具体描绘的，对应于机壳202的导电材料内的孔或空隙。如此，在一种实施方式中，机壳202的导电材料被图案化以形成单极子204和槽206，其中该槽206为空隙并且因此为空气或其他环境气体孔或者介电材料。
25.如图1a和图1b中那样，单极子204和槽206具有彼此互补的形状。在示例性天线200中，单极子204由一个连续的矩形区域构成。槽206同样由一个连续的矩形区域构成。如图1a和图1b中那样，单极子204和槽206的互补性扩展到它们相对应的边缘。单极子204和槽206具有相同的长度210。单极子204的宽度212等于槽206的宽度214。如图1a和图1b中那样，单极子204和槽206关于天线200的中心208相对彼此具有180度旋转对称。
26.图3a和图3b示出了另一个示例性天线300。图3a描绘了相对于天线在导电机壳302的边缘处的位置、并且因此相对于机壳302的两个角部的该天线，如图1a的机壳102一样，该机壳302可以是计算设备的机壳，天线300是该计算设备的一部分。图3b更详细地单独描绘了天线300。如机壳102一样，导电机壳302由例如金属的导电材料制成。
27.天线300包括导电单极子和非导电槽。具体而言，天线300包括两个不连续的导电单极子区域304a和304b，它们一起被称为形成导电单极子。单极子区域304a为l形，并且单极子区域304b为矩形。单极子区域304a和304b是不连续的，这是因为根据图3b，在天线300本身内，区域304a与区域304b不连续，即使根据图3a，考虑到天线300是其一部分的机壳302作为一个整体，区域304a和304b彼此是连续的。
28.天线300包括两个不连续的非导电槽区域306a和306b，它们一起被称为形成非导电槽。槽区域306a为l形，并且槽区域306b为矩形。槽区域306a和306b类似地不连续，这是因为根据图3b，在天线300本身内，区域306a与区域306b不连续。即使根据图3a，考虑到天线300是其一部分的机壳302作为一个整体，区域306a和306b彼此连续，情况也是如此。
29.如图1a和图1b的单极子104一样，天线300的单极子可以是导电的，因为它是机壳302的导电材料的一部分。如图1a和图1b的槽106一样，天线300的槽可以是不导电的，因为它由不同的非导电材料制成，例如塑料树脂或其他非金属或非金属材料，或者如图3a的示例中具体描绘的，对应于机壳302的导电材料内的多个孔或空隙区域（其对应于槽区域306a和306b）的孔或空隙。如此，在一种实施方式中，机壳302的导电材料被图案化以形成天线100的单极子和槽，其中该槽（即，槽区域306a和306b）为空隙并且因此为空气或其他环境气体孔或者介电材料。
30.如图1a和图1b中那样，天线300的单极子和槽具有彼此互补的形状。具体而言，单极子区域304a和对应的槽区域306a的形状彼此互补，并且同样地，单极子区域304b和对应的槽区域306b的形状彼此互补。如图1a和图1b中那样，天线300的单极子和槽的互补性扩展到它们对应的边缘，其中对应的单极子和槽区域的长度和宽度彼此相等。如图1a和图1b中那样，天线300的单极子和槽关于天线300的中心308相对彼此具有180度旋转对称。
31.图4a和图4b示出了另一个示例性天线400。图4a描绘了相对于天线在导电机壳402的边缘处的位置、并且因此相对于机壳402的两个角部的该天线，如图1的机壳102一样，该机壳402可以是计算设备的机壳，天线400是该计算设备的一部分。图4b更详细地单独描绘了天线400。如机壳102一样，导电机壳402由例如金属的导电材料制成。
32.天线400包括导电单极子和非导电槽。具体而言，类似于图3a和图3b的天线300，天线400包括多个（特别是四个）不连续的单极子区域404a、404b、404c和404d，它们一起形成导电单极子。单极子区域404a、404c和404d为矩形，并且单极子区域404b为c形。图4a和图4b的示例中的区域404a和404c在大小和尺寸上是相同的。
33.同样类似于图3a和图3b的天线300，天线400包括多个（特别是四个）不连续的槽区域406a、406b、406c和406d，它们一起形成非导电槽。槽区域406a、406c和406d为矩形，并且单极子区域406b为c形。图4a和图4b的示例中的区域406a和406c在大小和尺寸上是相同的。
34.如图1a和图1b的单极子104一样，天线300的单极子可以是导电的，因为它是机壳402的导电材料的一部分。如图1a和图1b的槽106一样，天线400的槽可以是不导电的，因为它由不同的非导电材料制成，例如塑料树脂或者其他非金属或非金属材料，或者如图4a的示例中具体描绘的，对应于机壳402的导电材料内的多个孔或空隙区域（其对应于槽区域406a、406b、406c和406d）的孔或空隙。如此，在一种实施方式中，机壳402的导电材料被图案化以形成天线400的单极子和槽，其中该槽（即，槽区域406a、406b、406c和406d）为空隙并且因此为空气或其他环境气体孔或者介电材料。
35.如图1a和图1b中那样，天线400的单极子和槽具有彼此互补的形状。具体而言，单极子区域404a和槽区域406a的形状彼此互补；区域404b和406b的形状彼此互补；区域404c和406c的形状彼此互补；并且区域404d和406d的形状彼此互补。如图1a和图1b中那样，天线400的单极子和槽的互补性扩展到它们对应的边缘，其中对应的单极子和槽区域的长度和宽度彼此相等。如图1a和图1b中那样，天线400的单极子和槽关于天线400的中心408相对彼此具有180度旋转对称。
36.已经描述了具有相对彼此180度旋转对称的互补的单极子和槽的四个不同的示例性天线。图1a和图1b的天线100以及图2a和图2b的天线200具有由单个连续的单极子和槽区域构成的单极子和槽。图3a和图3b的天线300以及图4a和图4b的天线400具有由多个不连续的单极子和槽区域构成的单极子和槽。根据本文描述的技术的天线也可不同于并组合已经呈现的示例性天线，只要它们的单极子和槽是互补的和/或相对彼此180度旋转对称。
37.已描述的示例性天线可用于各种不同的计算设备中，包括台式计算机以及更便携的计算机，例如膝上型计算机、笔记本计算机和可转换计算机。可采用示例性天线的其他类型的计算设备包括智能手机、平板计算设备等。计算设备可包括天线的一个或多个实例。例如，可能有一个天线用于数据传输，并且有另一个天线用于数据接收，或者每个天线都可以是可用于数据传输和数据接收两者的收发天线。
38.图5和图6示出了其中可使用所述的示例性天线的示例性计算设备500和600。在图5中，计算设备500是具有显示设备502、触控板504和键盘506的膝上型计算机或笔记本计算机。触控板504是一种类型的指点设备，并且计算设备500可包括不同类型的指点设备（或没有指点设备）。触控板和键盘506两者都是输入设备的类型。
39.在一种实施方式中，天线可被设置到触控板504的任一侧或两侧的键盘506下方的天线区域508a和508b中，作为计算设备500的机壳的一部分并且设置在设备500的壳体内。在另一实施方式中，天线可被设置在显示设备502的后侧上的任一个或每个天线区域510a和510b中，作为计算设备500的机壳的一部分并且设置在设备500的壳体内。在这两种实施方式中，与一个或多个天线设置在屏幕上方的边框内的实施方式相比，stb比可能能够增加，这是因为边框于是可更薄。
40.在图6中，计算设备600是智能手机，但是平板计算设备或其他类似的计算设备可具有与矩形“平板”相同的形状因子。计算设备600包括显示设备602。类似于图5的一种实施方式，天线可被设置在显示设备602的后侧上的任一个或每个天线区域604a和604b中，作为计算设备500的机壳的一部分并且设置在设备600的壳体内。与一个或多个天线设置在屏幕上方的边框内的实施方式相比，stb比可能同样能够增加。
41.图7示出了具有彼此互补的单极子和槽的示例性天线、特别是图1a和图1b的天线100的频率响应图700。该图的y轴704表示在由x轴702表示的频率上以各向同性分贝（decibels
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isotropic，dbi）为单位的天线增益。实线708表示不具有彼此互补的单极子和槽的现有天线的频率响应。
42.虚线710表示图1a和图1b的示例性天线100的频率响应。如图7中所示，与现有天线的增益相比，示例性天线100的增益对于几乎所有频率都更好。与3,300和5,000兆赫（mhz）之间的现有天线相比，示例性天线100具有特别好的增益，上述频率在某些区域中是主要的5g频率。
43.图8示出了示例性天线800的框图。天线800包括导电单极子804和非导电槽806。槽806与单极子804相邻设置，并且槽806的形状与单极子804的形状互补。
44.图9示出了示例性计算设备910的框图。计算设备910包括导电机壳902和形成在机壳902内的天线900。天线900具有关于该天线的中心相对彼此180度旋转对称的导电单极子904和非导电槽906。
45.本文描述了示例性天线，其可具有宽频率响应，特别是在跨越4g lte和5g频率两者的频率范围上。所述天线具有互补的单极子和槽，它们关于所述天线的中心相对彼此具有180度旋转对称。与sca不同，本文的示例性天线可需要更少的空间，并且可具有更低的复杂性，从而导致更低的制造成本。