本發(fā)明涉及一種固態(tài)照明單元，該固態(tài)照明單元包含天線。

背景技術(shù)：

用于室內(nèi)和室外應(yīng)用這兩者的光源的無(wú)線控制變得越來(lái)越流行。智能照明已經(jīng)變得普遍，并且RF通信為用于燈的該遠(yuǎn)程管理中特別是用于家庭和辦公環(huán)境的強(qiáng)大技術(shù)。

通過(guò)使用無(wú)線控制，而不是控制到燈的電源，可以通過(guò)向照明設(shè)備發(fā)送RF控制信號(hào)來(lái)直接控制光源。

US2012/0274208A1中公開(kāi)了這種光源的一個(gè)示例。照明設(shè)備包括散熱器(例如，金屬散熱器)，該散熱器由具有小于0.01Ωm的電阻率的材料制成，其作為殼體的一部分且從為L(zhǎng)ED裝置的光源傳輸走熱量。

連接到天線的射頻通信電路用來(lái)啟用RF信號(hào)通信，以經(jīng)由遠(yuǎn)程控制控制設(shè)備。天線形成在安裝在散熱器上方的環(huán)形PCB上。US20130136454A1公開(kāi)了一種具有反射結(jié)構(gòu)和天線的LED光源。發(fā)光元件置于反射結(jié)構(gòu)外部。反射結(jié)構(gòu)朝向可以具有散射粒子的光學(xué)元件反射光。天線置于反射結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

已知裝置具有安裝在照明設(shè)備內(nèi)的不同位置中的大量組件，這使制造和組裝復(fù)雜化。

有具有更少組件的燈將是有利的，并且易于制造組裝。

本發(fā)明由權(quán)利要求來(lái)限定。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種照明單元，該照明單元包括：

固態(tài)照明元件；

底座部，該底座部容納用于所述固態(tài)照明元件的驅(qū)動(dòng)器電路；

上殼體，該上殼體形成所述固態(tài)照明元件上方的光混合室；以及

環(huán)形天線，

其中，所述上殼體包括保持所述環(huán)形天線的保持構(gòu)件，并且所述上殼體(18)包括反射內(nèi)壁，至少在該反射內(nèi)壁處限定所述混合室(20)，并且所述固態(tài)照明元件(10)處于所述反射內(nèi)壁內(nèi)部。

該裝置使用形成光混合室的殼體部來(lái)安裝環(huán)形天線。這樣，天線可以與驅(qū)動(dòng)器電路隔開(kāi)。環(huán)形天線與短截線天線相比給予提高的性能。使用上殼體安裝環(huán)形天線減少形成照明單元的組件的數(shù)量和復(fù)雜度。

環(huán)形天線可以形成開(kāi)環(huán)或閉環(huán)。該天線可以在一端處被驅(qū)動(dòng)且在另一端處自由，這形成單極結(jié)構(gòu)，或者該天線可以在其中心處被驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)開(kāi)環(huán)分支形成雙極結(jié)構(gòu)，或者該天線可以形成閉環(huán)。應(yīng)理解，期望的波長(zhǎng)/頻率確定天線元件的長(zhǎng)度，并且上殼體的尺寸可以確定具有這種長(zhǎng)度的天線元件如何被彎曲成環(huán)，以便配合上殼體的尺寸。由此，術(shù)語(yǔ)開(kāi)環(huán)應(yīng)被解釋為用圍繞任意合適角度彎曲的天線元件覆蓋天線以便發(fā)出RF信號(hào)。如下面所討論的，優(yōu)選的角不小于270度。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述底座部可以包括熱擴(kuò)散板和散熱器，其中，所述熱擴(kuò)散板和所述固態(tài)照明元件處于所述底座部的頂部。

環(huán)形天線安裝在熱擴(kuò)散板和散熱器上方，使得輻射模式不被散熱器和熱擴(kuò)散板屏蔽。這樣，實(shí)現(xiàn)提高的天線性能。此外，散熱器和熱擴(kuò)散板不需要大開(kāi)口以允許信號(hào)到達(dá)天線，使得可以優(yōu)化散熱功能。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述上殼體例如可以具有卡扣配合到所述熱擴(kuò)散板的開(kāi)口中的腿。

該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化組裝。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述上殼體可以包覆成型在所述環(huán)形天線上。

上殼體和天線由此可以形成單個(gè)單元，這簡(jiǎn)化照明單元的組裝。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述保持構(gòu)件可以處于所述上殼體高度的頂部四分之一處。

這樣，天線被保持為與由照明元件產(chǎn)生的熱隔開(kāi)且與散熱器/熱擴(kuò)散板隔開(kāi)，天線例如處于混合室的頂部的高度處。天線免于受散熱器/熱擴(kuò)散板的RF阻擋。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述環(huán)形天線優(yōu)選地圍繞至少270度延伸。

這使得能夠?qū)崿F(xiàn)接近全方向的輻射模式，并且還使得能夠增大天線的長(zhǎng)度。環(huán)大致可以以全圓延伸。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述照明元件優(yōu)選地安裝在電路板上，并且所述環(huán)形天線在平行于所述電路板的平面中延伸。

環(huán)形天線由此圍繞照明元件延伸。這使得天線能夠配合到燈泡的設(shè)計(jì)中，圍繞燈泡的縱軸延伸。這使得能夠進(jìn)行緊湊設(shè)計(jì)，而且使得能夠具有長(zhǎng)天線長(zhǎng)度。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述上殼體優(yōu)選地具有管狀部，該管狀部具有形成所述光混合室的所述反射內(nèi)壁，其中，所述固態(tài)照明元件處于所述管狀部的底部中；帽部，該帽部處于所述管狀部的頂部，所述帽部從所述管狀部徑向向外延伸；以及所述保持構(gòu)件處于所述帽部處。

上殼體由此執(zhí)行限定光混合室以及為天線提供支撐的雙功能。上殼體由此執(zhí)行電氣/機(jī)械功能和光學(xué)功能這兩者。

在一個(gè)實(shí)施例中，照明單元還可以包括在所述上殼體和所述天線上方的覆蓋物，其中，所述覆蓋物具有至少在所述混合室上方的光散射部。

覆蓋物用來(lái)散射來(lái)自照明元件的光，例如使得不能看到照明元件或多個(gè)獨(dú)立的照明元件，并且光被擴(kuò)散為更柔和，并且覆蓋物還可以確保天線不可見(jiàn)，從而改進(jìn)照明單元的外觀。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述上殼體可以具有通向所述混合室的通道，并且所述覆蓋物包括：

蓋部，該蓋部在光混合室上方；

連接腿，該連接腿位于所述通道中；和

頂覆蓋部，該頂覆蓋部由所述連接腿連接到所述蓋部，所述頂覆蓋部在所述上殼體的頂部上方和所述天線上方延伸。

蓋部起用于混合室的光擴(kuò)散器的作用，并且發(fā)出光的主要部分，腿將小部分的光輸送到頂覆蓋部，并且頂覆蓋部可以傳導(dǎo)該小部分的光，以給出也隱藏天線和其他內(nèi)部組件的光暈效果。該實(shí)施例作為燭燈更合適。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述天線優(yōu)選地包括四分之一或四分之三波長(zhǎng)天線。

天線長(zhǎng)度被選擇為要使用的波長(zhǎng)(例如，Zigbee標(biāo)準(zhǔn)的波長(zhǎng))的函數(shù)。在這種情況下，可以使用大約29mm的環(huán)直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)四分之三波長(zhǎng)天線。

所述固態(tài)照明元件優(yōu)選地包括多個(gè)LED。

混合室用來(lái)混合來(lái)自多個(gè)LED的光，多個(gè)LED例如可以為不同顏色。

所述驅(qū)動(dòng)器電路優(yōu)選地包括耦合到所述天線、用于接收無(wú)線RF命令的RF接收器電路。這些無(wú)線RF命令可以在1GHz至3GHz頻帶內(nèi)(例如大約2.4GHz)。

本發(fā)明的這些方面和其他方面將從下文中所述的實(shí)施例清楚且參照下文中所述的實(shí)施例來(lái)闡明。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例，附圖中：

圖1以示意形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的、組成照明單元的組件。

圖2更詳細(xì)地示出了從底座上至覆蓋物的結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例；

圖3更詳細(xì)地示出了從底座上至上殼體的結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例；

圖4示出了用于模擬照明單元的無(wú)線電性能/回波損耗的模擬模型；

圖5示出了天線設(shè)計(jì)的回波損耗；

圖6示出了用于原型的回波損耗和阻抗測(cè)量結(jié)果；

圖7示出了原型中的接地面以上的兩個(gè)高度的阻抗測(cè)量結(jié)果；以及

圖8示出了用于原型的三個(gè)正交平面中的輻射模式。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種包括固態(tài)照明元件的照明單元。上殼體形成固態(tài)照明元件上方的光混合室，并且環(huán)形天線由上殼體來(lái)保持。這將限定混合室的組件用于將環(huán)形天線保持在照明元件上方的合適位置，并且因此遠(yuǎn)離由照明元件產(chǎn)生的熱量且遠(yuǎn)離任意金屬散熱器或熱擴(kuò)散組件。

圖1以示意形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的、組成照明單元的組件。

如圖所示，照明單元為用于標(biāo)準(zhǔn)燭型白熾燈泡的基于LED的替換。應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的照明單元不限于燭形燈泡。

照明單元包括一個(gè)或更多個(gè)LED 10。這些LED安裝在由熱擴(kuò)散板16支撐的PCB上。提供了安裝RF接收器或收發(fā)器電路11的另外的PCB。LED可以為不同的顏色，或者它們可以全部相同。顏色輸出也可以是可控地，或者可以是固定的。

LED安裝在照明單元的底座部12的頂部。底座部包括用于散逸來(lái)自LED(具體地為來(lái)自熱擴(kuò)散板16)的熱量的金屬散熱器。底座部12在該示例中包括螺帽電連接器13。當(dāng)然，相同設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于基于卡口或引腳的連接器。底座部容納用于LED 10的驅(qū)動(dòng)器電路14。

照明單元的頂部包括可以為清晰或散射的透鏡部15和外覆蓋物17。

本發(fā)明考慮天線集成到結(jié)構(gòu)中的方式。上殼體18安裝在LED上方，并且其形成例如用于混合從多個(gè)LED輸出的光或用于通過(guò)提供更大面積輸出來(lái)隱藏單個(gè)LED的點(diǎn)源性質(zhì)的光混合室20。在上下文中由“上”意指在底座上方(即，朝向燈泡的發(fā)光部)。當(dāng)然，在使用中，可以顛倒結(jié)構(gòu)，使得底座處于頂部，而發(fā)光圓頂處于底部。

環(huán)形天線22由上殼體來(lái)保持。這樣，天線被形成為懸掛在LED上方，并且可以提供沒(méi)有由底座部12中的熱擴(kuò)散板16或散熱器屏蔽的輻射模式。

覆蓋物24被提供在上殼體18和天線22上方，并且覆蓋物具有至少在混合室上方的光散射部。

圖1以簡(jiǎn)化形式且在分解圖中示出了基本組件。

圖2更詳細(xì)地示出了從底座12上至覆蓋物24的結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例。

LED 10安裝在各PCB 23上。混合室20形成在LED 10上方，并且包括具有反射內(nèi)壁的圓柱形或錐形圍殼?；旌鲜矣缮蠚んw18的所成型形狀形成。圖2更詳細(xì)地示出了上殼體18具有保持構(gòu)件19(更具體地為用于緊握天線22使得上殼體和天線可以被組裝為單個(gè)組件的凹部)。實(shí)際上，上殼體可以包覆成型在環(huán)形天線22上。

保持構(gòu)件19處于上殼體的頂部，并且更一般地處于上殼體的高度的頂部四分之一處。這意味著它們保持天線與熱擴(kuò)散板以及LED隔開(kāi)。天線被保持在上殼體18的徑向外壁周圍，以使對(duì)照明單元的天線與散熱器之間的RF信號(hào)的阻擋最小化。

環(huán)形天線通常圍繞至少270度延伸，但優(yōu)選的包括接近完整的環(huán)(即，優(yōu)選地大于300度，甚至更優(yōu)選地大于330度)。環(huán)在水平面中假定垂直安裝燈泡的縱軸。換言之，環(huán)形天線在平行于承載LED 10的電路板23的平面中延伸。

所示示例中的天線為單極天線，該單極天線在一端處具有到RF電路的單個(gè)連接，并且另一端自由。平衡轉(zhuǎn)換器(balun)(未示出)被提供在RF電路與未平衡天線之間。另選方案為雙極天線。在該情況下，需要兩個(gè)連接傳遞到RF電路，但這些連接可以處于同一位置處。雙極天線的各側(cè)然后圍繞135度至180度延伸，使得它們一起形成環(huán)形。兩個(gè)自由端然后將具有如圖3所示用于單極版本的尾部。平衡傳輸線然后可以將天線連接到RF電路。

覆蓋物24安裝在上殼體18上方且安裝在天線22上方，并且具有若干功能。光散射部28被提供在混合室20上方，并且該光散射部用來(lái)將各LED對(duì)用戶進(jìn)行視覺(jué)隱藏。該部28為覆蓋物的蓋部。

另外，蓋部28由連接腿30連接到頂覆蓋部32。頂覆蓋部32延伸作為覆蓋物的頂部和覆蓋物的側(cè)部，并且頂覆蓋部32在上殼體18的頂部上方且在天線22上方延伸。這樣，使得天線不可見(jiàn)。該頂覆蓋部可以為部分透明的，以發(fā)出輝光，光線穿過(guò)連接腿30到達(dá)頂覆蓋部32。這除了來(lái)自照明單元的主照明之外，還給出精妙的照明效果。

如上所提及的，上殼體18和天線22從組裝的視點(diǎn)變成單個(gè)組件。上殼體18具有腿34，該腿34卡扣配合到熱擴(kuò)散板16的開(kāi)口中，使得熱擴(kuò)散板16可以被夾持到合適的位置中。

圖3在立體圖而不是橫截面中示出了與圖2相同但沒(méi)有覆蓋物的結(jié)構(gòu)。

上殼體18具有用于接受覆蓋物24的腿30的通道或槽26。圖3還示出了作為其中配合有天線的連續(xù)凹部的保持構(gòu)件19。然而，相反可以僅存在保持天線的離散點(diǎn)(例如，保持環(huán)形天線22的三個(gè)緊握點(diǎn))。當(dāng)然，可以存在更少或更多個(gè)這些緊握點(diǎn)，或者實(shí)際上為將天線保持在適當(dāng)位置的連續(xù)或接近連續(xù)的環(huán)。

安裝RF接收器或收發(fā)器電路11的另外PCB安裝在熱擴(kuò)散板16下方，并且出于該原因，無(wú)法在圖2和圖3中看到，并且另外的PCB例如由螺絲保持到熱擴(kuò)散板。如圖3中可以看到的，環(huán)形天線的一端穿過(guò)熱擴(kuò)散板16中的孔至下方的RF電路。另一個(gè)自由端具有尾部。

熱擴(kuò)散板16由圖2和圖3中可以看到的螺絲安裝到底座12，起金屬散熱器體的作用。RF電路的接地面電連接到散熱器體和熱擴(kuò)散板，或者電容地耦合到散熱器體和熱擴(kuò)散板。

天線優(yōu)選地包括四分之一波長(zhǎng)或四分之三波長(zhǎng)天線。

在該設(shè)計(jì)中，覆蓋物24和上殼體18可以為塑料組件，并且熱擴(kuò)散板16和底座12為金屬組件。光學(xué)部15、17可以為玻璃或塑料。

天線的RF性能已基于原型來(lái)模擬并測(cè)試，測(cè)試和模擬結(jié)果一致。

圖4中所示的模擬模型為由于所用電場(chǎng)模擬軟件的限制而需要的矩形表示。金屬散熱器和頂部熱擴(kuò)散器充當(dāng)用于水平鞭形天線的接地面。它們?cè)谀Ｐ椭袨閴K元件。

圖5示出了作為頻率(單位為GHz)的函數(shù)的所模擬S11回波損耗。回波損耗模擬是非常有前途的，并且示出了在整個(gè)Zigbee頻帶上優(yōu)于-10dB的S11值。所模擬的天線尺寸為33mm直徑。

圖6(a)示出了阻抗，圖6(b)示出了對(duì)于原型測(cè)量的回波損耗。測(cè)量燭型原型的阻抗和回波損耗，并且在匹配之后可以獲得S11<-10dB的寬頻范圍。匹配憑借系列匹配網(wǎng)絡(luò)或通過(guò)調(diào)諧天線尺寸和位置而是可能的。天線總長(zhǎng)度和端尖關(guān)于接地面的位置影響匹配。端尖至接地面電容可以用作電氣調(diào)諧分量。

在圖6(a)中，圖50用于非匹配結(jié)構(gòu)，并且圖52用于通過(guò)改變端尖的位置和總長(zhǎng)度的匹配結(jié)構(gòu)。點(diǎn)1處于2.400GHz處，點(diǎn)2處于2.440GHz處，并且點(diǎn)3處于2.480GHz處。對(duì)應(yīng)的復(fù)雜阻抗值為13.95-29.61j、14.30-21.46j以及15.73-12.35j。

在圖6(b)中，圖54用于非匹配結(jié)構(gòu)，并且圖56用于匹配結(jié)構(gòu)。點(diǎn)1處于2.400GHz處，點(diǎn)2處于2.440GHz處，并且點(diǎn)3處于2.480GHz處。對(duì)于非匹配的情況，點(diǎn)1處于3.6dB處，點(diǎn)2處于4.2dB處，并且點(diǎn)3處于5.0dB處。對(duì)于匹配的情況，點(diǎn)1處于10.4dB處，并且點(diǎn)3處于9.8dB處。

天線在接地面上方的高度影響可實(shí)現(xiàn)的回波損耗。天線阻抗在更遠(yuǎn)離接地面時(shí)更高。阻抗越高，天線將更佳地輻射。當(dāng)從四分之一波長(zhǎng)至四分之三波長(zhǎng)增大天線的總長(zhǎng)度時(shí)，存在類似的效應(yīng)。阻抗增大，并且天線將更佳地輻射。

圖7示出了原型中接地面以上的兩個(gè)高度的阻抗測(cè)量結(jié)果。圖7(a)示出了4mm的高度，并且圖7(b)示出了5mm的高度。被示出為1、2以及3的點(diǎn)再次用于2.400GHz、2.440GHz以及2.480GHz。在圖7(a)中，對(duì)應(yīng)的回波損耗值為2.0dB、2.4dB以及2.8dB。在圖7(b)中，對(duì)應(yīng)的回波損耗值為3.5dB、4.2dB以及5.0dB。

天線長(zhǎng)度被選擇為n*1/4λ，其中，對(duì)于單極結(jié)構(gòu)，n＝1、3、5等，并且對(duì)于雙極結(jié)構(gòu)，n＝2、4等。水平環(huán)構(gòu)造允許在沒(méi)有光學(xué)干擾的情況下實(shí)施3/4λ長(zhǎng)度的天線，該長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于近似29mm的直徑(29mm x π＝91mm)。該環(huán)尺寸在考慮天線的垂直腿和用于該構(gòu)造的材料時(shí)給出3/4λ性能。

輻射模式為用于天線的實(shí)際使用的最重要特性。模擬和原型展示出在穿過(guò)燈的中心軸線的所有三個(gè)平面中，模式對(duì)于兩個(gè)偏振都示出良好的一致性。這給出獨(dú)立于照明單元方位的良好RF性能。

圖8示出了在用于原型的這三個(gè)正交平面中的角輻射模式。將軸線定義為水平面中的x和y以及垂直的(即，圖1中的上下)的z，圖8(a)示出了xy平面，圖8(b)示出了xz平面，并且圖8(c)示出了yz平面。

在各情況下，徑向繪制以dBm/m為單位的信號(hào)(y軸呈現(xiàn)數(shù)量)。對(duì)于最小和最大值提供圓，并且提供值。兩個(gè)圓之間的非圓圖為天線響應(yīng)，并且提供平均值(對(duì)于圖8(a)為-4.45dBm/m，對(duì)于圖8(b)為-6.18dBm/m，并且對(duì)于圖8(c)為-3.29dBm/m)。

在一端處具有單個(gè)天線連接的環(huán)形天線(即，電氣上為鞭形結(jié)構(gòu)的形式)基本上為半個(gè)雙極天線。如果水平安裝在完美的接地面上方，則四分一波鞭形具有半波雙極的增益(即，3dB更高)兩倍的增益或5.19dBi的增益和36.8歐姆的輻射電阻。

然而，在沒(méi)有接地面的情況下，增益降低，并且輻射電阻增大。安裝在車輛上的鞭子將車輛的金屬外皮用作接地面。在手持設(shè)備中，通常不提供明確的接地面，并且天線饋線的接地側(cè)僅連接到設(shè)備電路板上的地面。因此，設(shè)備本身和可能用戶的手充當(dāng)基本接地面。同一原理用于上面熱擴(kuò)散板和散熱器連接到RF設(shè)備地面的天線中。

本發(fā)明特別關(guān)心照明單元的物理設(shè)計(jì)。出于該原因，不詳細(xì)描述驅(qū)動(dòng)器和RF電路的電氣操作。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將公知的是，天線匹配電路可以用作電路的一部分。

此外，還可以使用多個(gè)天線，或者實(shí)際上單個(gè)雙極天線可以被形成為一對(duì)天線元件，各個(gè)天線元件的設(shè)計(jì)在上面概述，但天線元件一起形成環(huán)形形狀。

本發(fā)明使得天線能夠安裝在具有更多空間和更少阻礙的底座外部。此外，散熱器中不需要開(kāi)口。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)可以從附圖、公開(kāi)內(nèi)容以及所附權(quán)利要求的研究中理解并實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變化。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。僅憑在互相不同的從屬權(quán)利要求中記載某些措施的事實(shí)不指示這些措施的組合不能有利地使用。權(quán)利要求中的任意附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制范圍。