包括补片天线和可视显示器层的电子设备以及相关的方法
【专利摘要】一种电子设备可以包括衬底以及衬底上的层的层叠结构。层的层叠结构可以包括可视显示器层，和可视显示器层上方的补片天线。补片天线可以包括光学透射的导电网格。
【专利说明】包括补片天线和可视显示器层的电子设备以及相关的方法
[0001]本发明涉及电子设备领域，更具体而言，涉及包括天线的电子设备以及相关的方法。
[0002]天线可以用于各种目的，诸如通信或导航，而无线设备可以包括广播接收器、寻呼机或无线电定位设备(“ID标签”)。蜂窝电话是无线通信设备的示例，它几乎无处不在。相对较小的尺寸、高效率，以及相对宽的辐射模式一般是用于便携式无线电或无线设备的的天线的所需的特征。
[0003]另外，随着无线设备的功能持续增强，对更加容易并且更加便于用户携带，但使用相对较少的电能和/或具有比较长的待机时间的较小的无线设备的需求也增大。这给无线设备制造商提出的一个挑战是设计在天线的相对有限的可用空间量内提供所需操作特性并且与相关电路进行协作以使用减少的电量的天线。例如，需要天线以给定的频率利用所需特性通信，诸如带宽、极化、增益模式，以及辐射模式，并且，需要无线设备利用单个电池或充电周期工作多天。
[0004]可能希望个人通信设备例如蜂窝电话的尺寸相对较小。换言之，可能希望设备体积和表面面积相对有限。这又可能会导致组件之间的尺寸和性能的折中，例如，具有相对大的电池可能意味着具有相对较小的天线。可能希望组合的设计来改善组件集成。
[0005]例如，电子设备的电源要求一般被降低。例如，场效应半导体甚至使太阳能的电子设备变得越来越流行。太阳能电池可能要求增大的产品表面积，然而，这也是其他目的，例如键盘，所需的。
[0006]许多天线可以包括例如相对好的导体和相对好的绝缘体的组合，以提高效率。这在，例如，微带贴片天线中尤其如此，因为强的近场反应性能量在印刷线路板电介质中循环，这可能会导致热损失。包括例如半导体的太阳能电池既不是相对好的导体，也不是相对好的绝缘体。
[0007]为实现所需的天线特征，可以调整天线例如贴片天线的大小和形状。例如，授予Tabakovic的美国专利申请公开N0.2010/0103049公开了具有贴片天线单元和与其耦合的导电层和双路分开的馈源的贴片天线。双路馈源中的每一路具有导体段和与导体段正交的三角形的导电条带。授予McCarrick等人的美国专利申请公开N0.2009/0051598公开了具有立体几何形状例如正方形、多边形、椭圆形、卵形、半圆形，以及三角形的贴片天线。
[0008]为减少功耗，光伏电池的功能可以与天线相结合。例如，授予Kiefer的美国专利N0.6，590，150尝试在单一单元中组合光伏电池和天线的功能。更具体而言，Kiefer公开了以层叠结构配置的网格或正面电接触、防反射涂层、两个半导体层、介电层，以及接地面层。
[0009]为了进一步提供空间节省，公开了以层叠关系使用显示器和天线的多种方法。例如，授予Ying的美国专利N0.6，697，020公开了用于便携式通信设备的集成多层结构，该结构包括稱合在LCD显示器和电介质衬底之间的天线。授予Epstain等人的美国专利N0.6，774，847公开了以层叠结构耦合的芯片天线、刚性印刷电路、导电材料、透镜材料，以及显示器。
[0010]鉴于前面的背景，因此，本发明的目标是提供包括贴片天线的电子设备，该贴片天线提供所需操作特性并具有减小的尺寸并与光伏层进行协作。
[0011]根据本发明的此目标及其他目标、特征，以及优点通过包括衬底以及其上的层的层叠结构的电子设备来提供。层的层叠结构可以包括可视显示器层和可视显示器层上方的补片天线。补片天线包括光学透射的导电网格。相应地，电子设备包括与可视显示器层进行协作并提供所需操作特性的光学透射的补片天线。
[0012]电子设备还可以包括耦合到补片天线的无线电路。电子设备还可以包括在可视显示器层和补片天线之间的介电层。介电层可以是例如光学透射的。
[0013]电子设备还可以在介电层上包括至少一个防反射层。可视显示器层可以包括例如发光可视显示器层和光调制可视显示器层中的一个。
[0014]补片天线可以具有由多个周界段所定义的周界，多个周界段包括之间具有会切点的至少一对弓形的周界段。该至少一对弓形的周界段可以例如向内延伸。
[0015]补片天线可以是平面的。电子设备还可以包括，例如，耦合到补片天线的至少一个天线馈源。该至少一个天线馈源可以包括用于非线性的极化的一对天线馈源。
[0016]导电网格可以是，例如，柔性的交织的导电网格。该导电网格可以包括例如主体部分和与其稱合的边缘部分。
[0017]方法的一方面涉及制造电子设备的方法。该方法包括通过至少将补片天线定位在可视显示器层上方，在衬底上形成层的层叠结构。补片天线包括光学透射的导电网格。
[0018]图1是根据本发明的电子设备的一部分的透视图。
[0019]图2是图1中的电子设备的一部分的沿着线2-2截取的放大截面图。
[0020]图3是示出了图1的圆形天线和贴片天线的形状之间的关系的图。
[0021]图4是根据本发明的电子设备的另一实施例的一部分的透视分解图。
[0022]图5是图4中的电子设备的一部分的沿着线5-5截取的放大截面图。
[0023]图6是根据本发明的电子设备的另一实施例的顶视图。
[0024]图7是图6中的电子设备的一部分的透视分解图。
[0025]图8是根据本发明的原型电子设备的测量到的阻抗的图。
[0026]图9是原型电子设备的测量到的电压驻波比的图。
[0027]图10是原型电子设备的测量到的增益的图。
[0028]图11是原型电子设备的计算出的辐射模式的图。
[0029]下面将参考各个附图比较全面地描述本发明，在附图中，示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以用许多不同的形式来实现，不应该被解释为仅限于此处所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本说明书完整和彻底，并向那些精通本技术的人全面地表达本发明的范围。通篇相同的附图标记表示的相同的元件，使用素数和倍数符号来表示替换实施例中的类似的元件。
[0030]首先参考图1-3,电子设备20说明性地包括外壳31。电子设备还包括由外壳31承载的电路34。电子设备20还包括由外壳31承载的输入设备33和显示器32。电路34还包括功率分配器38以及与其耦合的接收器和/或发射器37。
[0031]电路34包括耦合到显示器32和输入设备33，并由外壳31承载的控制器35。当然，如果电路被配置成执行至少一个地理定位功能或其他可以不需要这些组件的功能，电子设备20可以不包括例如显示器32和/或输入设备33。控制器35可以执行至少一个无线通信功能。例如，电子设备20可以是蜂窝电话，控制器35可以与接收器和/或发射器37进行协作以与蜂窝基站进行通信。当然，电子设备20也可以是另一种类型的设备，例如双向无线电设备或卫星接收器。控制器35可以与接收器和/或发射器37进行协作以执行接收和发射功能中的任何一个或两者。
[0032]电子设备20说明性地包括衬底21。衬底可以是例如印刷电路板(PCB)之类的电路板。在某些实施例中，衬底21可以是设备外壳31。
[0033]衬底21可以由具有彼此的±50%内的介电常数和渗透性的材料制成，以增大透光性。优选地，衬底材料可以具有彼此的±10%内的介电常数和渗透性。这可以减少由于例如反射而导致的光透射的损失。衬底21中的彼此的±50%内的介电常数和渗透性可以减少向空气中的反射，这又可以增大例如太阳能实施例中的电力产生。
[0034]这可以数学地示出。空气到衬底界面的反射系数是根据下列公式的空气和衬底21的特征阻抗的函数:
[0035]
【权利要求】
1.一种电子设备,包括: 衬底；以及 衬底上的层的层叠结构，包括: 可视显示器层，以及 补片天线，位于所述可视显示器层上方，包括导电的光学透射的网格。
2.根据权利要求1所述的电子设备，进一步包括:在所述可视显示器层和所述补片天线之间的光学透射的介电层。
3.根据权利要求2所述的电子设备，进一步包括:在所述光学透射的介电层上的至少一个防反射层。
4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述可视显示器层包括发光可视显示器层和光调制可视显示器层中的一个。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述补片天线具有由多个周界段所定义的周界，所属多个周界段包括之间具有会切点的至少一对弓形的周界段。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其中，所述至少一对弓形的周界段是向内延伸的。
7.—种制造电子设备的方法，包括: 通过至少将补片天线定位在可视显示器层上方，在衬底上形成层的层叠结构，所述补片天线包括导电的光学透射的网格。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，形成层的层叠结构进一步包括:在所述可视显示器层和所述补片天线之间形成光学透射的介电层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，形成层的层叠结构包括:在所述光学透射的介电层上形成至少一个防反射层。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述可视显示器层包括:发光可视显示器层和光调制可视显示器层中的一个。
【文档编号】H01Q1/38GK103534875SQ201280022568
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年4月20日 优先权日:2011年5月11日
【发明者】F·E·帕斯科 申请人:哈里公司