無線通信天線組件的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種用于構(gòu)建無線通信裝置的方法和無線通信裝置，該方法包括使用彈性加載附接機構(gòu)將具有第一端部和第二端部的三維天線附接至印刷電路板PCB。三維天線沿著垂直于PCB的安裝表面的方向附接。三維天線的第一端部還焊接至PCB。
【專利說明】無線通信天線組件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年11月7日提交的美國非臨時申請第13/671，348號和于2012年7月27日提交的美國臨時申請第61/676，778號的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其全部內(nèi)容為了所有目的通過引用并入本文。
[0003]本申請涉及共有的題為“3_D Antenna for Wireless Communications (用于無線通信的3-D天線)”的美國專利申請第13/671,086號和題為“Wireless CommunicationsApparatus (無線通信裝置)”的美國專利申請第13/671，224號，其全部內(nèi)容為了所有目的通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0004]無線USB (通用串行總線)是一種短程無線電通信協(xié)議。它被設計為在2.0GHz至
10.6GHz的頻率范圍內(nèi)運行。無線USB可以用于計算機與計算機外圍設備比如鼠標、鍵盤、打印機和掃描儀之間的無線通信，以及用于與游戲控制器、數(shù)碼相機、便攜式媒體播放器、硬盤驅(qū)動器和閃存驅(qū)動器的通信。
[0005]其他用于在計算機與外圍設備之間提供無線通信的商用無線收發(fā)設備使用其他標準，比如火線(IEEE1394)標準和小型USB (min1-USB)標準。這些其他標準使用具有不同插頭尺寸的形狀因子(form factor)。
[0006]“超小型(nano)”保護鎖(dongle)是一種具有特定形狀因子的USB保護鎖，其中端帽突出插口表面約6.8mm?！皹O小型(pico)”保護鎖是一種具有特定形狀因子的USB保護鎖，其中端帽突出插口表面的量小于超小型保護鎖的量。因此，極小型保護鎖的端帽的長度小于超小型保護鎖的長度。因為使保護鎖插入到筆記本電腦或其他移動計算設備中而不是在每次使用前插入保護鎖并且在運輸移動計算設備之前移除保護鎖是方便的，因此期望極小型保護鎖形狀因子。使保護鎖的端帽與移動計算設備的邊緣幾乎齊平減小了保護鎖在移動計算設備運輸?shù)耐局锌赡軗p壞的可能性。然而，制造具有足夠輻射圖(pattern)和功率的小型保護鎖會是一個挑戰(zhàn)。保護鎖的尺寸限制了可以使用的電子裝置的尺寸，尤其是通常影響輻射圖的天線的尺寸。因此，尋求改進的天線設計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的某些實施方式涉及一種用于構(gòu)建無線通信裝置的方法，該方法包括使用彈性加載附接機構(gòu)將具有第一端部和第二端部的三維天線附接至印刷電路板(PCB)，其中，三維天線沿著垂直于PCB的安裝表面的方向附接。該方法還可以包括將三維天線的第一端部焊接至PCB。
[0008]本發(fā)明的其他實施方式涉及包括在一個端部處開槽有一個或更多個凹槽的PCB的無線通信裝置。該無線通信裝置還可以包括彈性加載到PCB上的一個或更多個凹槽中的天線，該天線的一部分附著至PCB以形成子組件。該無線通信裝置還可以包括包住子組件的外罩，外罩包括可操作用于插入容納在電子設備中的插口中的插頭。[0009]本發(fā)明的其他實施方式涉及用于構(gòu)建無線通信裝置的方法，該方法包括通過將天線器件放置在嵌入在印刷電路板(PCB)中的溝槽中來將天線器件的第一部分鎖定至PCB。該方法還可以包括將天線器件的第二部分附接至容納PCB的支架以形成子組件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的USB保護鎖的簡化圖。
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的移除了金屬外殼的USB保護鎖的簡化圖。
[0012]圖3A是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的超小型保護鎖與極小型保護鎖之間關(guān)于PCB尺寸和天線布局的差異的簡化圖。
[0013]圖3B是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的具有二維(2D)金屬板天線的極小型保護鎖的透視圖的簡化圖。
[0014]圖3C是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示出了三維(3D)導線天線的移除了端帽的極小型保護鎖的簡化圖。
[0015]圖3D是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的示出了天線與護罩之間的空間分隔的極小型保護鎖的簡化側(cè)視圖。
[0016]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的導線天線的三維的簡化圖。
[0017]圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的與2D極小型保護鎖相比所測量的3D極小型保護鎖的輻射圖和功率的曲線圖。
[0018]圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的與2D超小型保護鎖相比所測量的3D極小型保護鎖的輻射圖和功率的曲線圖。
[0019]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的用于使用圖8A-8D所示的部件裝配保護鎖的步驟的簡化流程圖。
[0020]圖8A-8D是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的在裝配階段的USB保護鎖的部件的簡化圖。圖8A示出了安裝在PCB上的3D導線天線；圖8B示出了安裝到支架中的PCB/天線子組件；圖8C示出了端帽的安裝和放置；以及圖8D示出了金屬外殼的放置。
【具體實施方式】
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的USB保護鎖的簡化圖。保護鎖100包括兩個主要部分:插頭120和端帽110。插頭120包括包在金屬外殼130中的印刷電路板(PCB)。插頭120插入電子設備上的USB端口中。插頭120可以直接插入設備比如個人電腦或筆記本電腦中，或者插頭120可以插入連接至計算設備的設備中。端帽110從USB插口向外突出。端帽110可以稍寬于插頭120，或者端帽110的寬度可以與插頭120相同。較寬的端帽能夠容納較大的天線。另外，端帽110提供用于握住保護鎖以插入USB端口中和從USB端口中移除的位置。較寬的端帽還給予更大的區(qū)域來在該區(qū)域下面滑動指尖以握住保護鎖從而從設備中拔出。
[0022]在替選實施方式中，保護鎖模塊可以使用不同種類的機械插頭，比如火線、HDMI(High Definition Multimedia Interface,高清晰多媒體接口)或者小型USB。這些替選形狀因子之一或者任何其他形狀因子的保護鎖中的部件可以針對形狀因子適當?shù)乜s放。例如，PCB和/或天線可以大于本文具體示例中所描述的PCB和天線。此外，不同實施方式的保護鎖可以取代或省略本文示例中所描述的某些部件。例如，保護鎖可以省略金屬外殼而支持使用塑料或其他材料的外殼，或者可以提供不同方法以在不使用外殼的情況下使端帽緊固至PCB。
[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的在金屬外殼130從插頭中移除的情況下從底部看的保護鎖100的簡化圖。從插頭中移除金屬外殼露出了 PCB200。
[0024]圖3A是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的參考超小型保護鎖與極小型保護鎖之間關(guān)于PCB200的尺寸和天線布局的差異的簡化圖。長度320表示參考超小型保護鎖形狀因子中PCB200的長度。長度320包括參考超小型保護鎖的插頭長度321和端帽長度322。對于參考超小型保護鎖，天線印制在端帽部分(長度322)中的PCB200上，從而與PCB200在同一平面上。金屬外殼一般覆蓋插頭長度321。印制在端帽長度322上的天線不被金屬外殼覆蓋。在其他參考超小型保護鎖中，跡線(trace)可以將天線連接至位于金屬外殼中的內(nèi)部電路，從而在插頭長度321中提供天線的一部分。因為金屬護套可以阻斷或干擾天線的輻射圖，所以金屬外殼與天線的鄰近和交疊影響輻射圖。端帽可以施加在PCB200的長度322上以覆蓋和保護天線。
[0025]尺寸(dimension) 330示出了極小型保護鎖中的PCB200的長度，該長度包括插頭331的長度和天線332的長度。在一些實施方式中，極小型保護鎖中的插頭331的長度和超小型保護鎖中321的長度大體相同。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，天線332的長度包括方向為垂直于PCB200的天線300和焊接至PCB200的尾部的長度。圖3A中所示的垂直部分是根據(jù)透視圖來命名的，但是垂直部分可以相對于PCB200的平面上下延伸。尺寸333示出了天線300相對于PCB200的總體垂直部分不包括焊接的延伸部分的長度。端帽可以施加在天線300的一部分或整個上和/或周圍以覆蓋天線300并用于保護。端帽可以由塑料或者其他不顯著降低天線300的無線發(fā)射或接收性能的材料制成。端帽還可以使天線300的一部分或整個與包住PCB200的金屬外殼隔離，以降低金屬外殼可能產(chǎn)生的干擾。在一些實施方式中，極小型保護鎖的天線部分332的長度約為參考超小型保護鎖的天線部分322的一半。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，極小型保護鎖提供與參考超小型保護鎖類似的性能和輻射圖，但是較短的天線部分延伸超過金屬外殼。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，極小型保護鎖的構(gòu)造提供了使用參考超小型保護鎖無法實現(xiàn)的益處。例如，減少參考超小型保護鎖的天線部分322的長度會導致較差的信號強度和輻射圖。如果要保留參考超小型保護鎖的天線部分，但是部分插入到金屬外殼中以實現(xiàn)與極小型保護鎖相同的整體長度，則性能會由于來自金屬外殼的干擾而再次降低。
[0026]圖3B提供了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的具有二維(2D)金屬板天線的極小型保護鎖的簡化透視圖。圖3B (I)示出了作為完整封裝的極小型保護鎖的透視圖。二維(2D)金屬板天線位于端帽307內(nèi)。圖3B (2)是與圖3B (I)相同角度的透視圖，但是移除了金屬外殼305和端帽307，露出了 PCB350和天線340。圖3B (3)是從圖3B (2)所示器件的下側(cè)看的透視圖。圖3B (4)是天線的透視圖，示出了用于將天線附接至PCB的夾持機構(gòu)。將板天線340定向為垂直于PCB350使得天線能夠安裝在較短的極小端帽中。垂直定向還提供了準3D性能。
[0027]因為附圖不是按比例繪制的，所以圖3B (2)所示的板天線看上去沒有安裝在圖3B
(I)所示的端帽中。然而，應明白，板天線實際上確實安裝在端帽中。此外，如圖3B (4)所示，夾子342附接至天線340以使天線能夠在合適的耦接位置處接合至PCB。雖然示出了兩個夾子342，但是根據(jù)具體的器件幾何圖形和設計，可以使用另外的或更少的夾子。
[0028]圖3C是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的示出了三維(3D)導線天線300的移除了端帽的極小型保護鎖的簡化圖。通過在三個維度上輻射，導線天線300的形狀克服了其尺寸的限制。天線的形狀及其在保護鎖中的放置和方向影響輻射圖。天線可以基于期望的形狀因子進行調(diào)整/優(yōu)化。在一些實施方式中，使用天線與護罩(即，圖1所示的金屬外殼130)之間的最小距離來避免電流分流。
[0029]圖3D是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的示出了三維(3D)導線天線300與護罩130之間的空間分隔的極小型保護鎖的簡化的側(cè)視圖。最小距離可以基于端帽外罩110的厚度。在一種實施方式中，塑料端帽110可以為約8mm厚。較薄的外罩可以減小最小距離，從而減小端帽110的長度。在一種實施方式中，天線300可以不寬于和/或不高于插頭120。在這樣的實施方式中，天線300在不使用時可以收回到插頭120中，并且在使用時可以伸出插頭120外部。
[0030]在一種實施方式中，天線可以是三維的并且由導線制成，類似于被彎曲使得不再平伸的回形針的形狀。如圖3A所示，天線的長度333約為1.8mm，小于典型的極小型保護鎖端帽的3_的長度。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的導線天線300的高度和寬度尺寸的簡化圖。在圖4中，示出的尺寸標記為寬度410和高度420。因為端帽的寬度可以寬于USB插口的寬度，所以寬度410可以與標準USB插口的寬度12mm相同或者大于標準USB插口的寬度12mm。在所示的實施方式中，天線的寬度約為11.75mm，并且端帽稍寬于USB插口。為了使天線300在保護鎖的插頭部分中圍繞PCB的金屬外殼外部，從插頭突出的端帽必須至少與天線長度333 —樣長。在所示的實施方式中，高度420表示當PCB為水平方向時天線的垂直尺寸。天線可以安裝成一部分在PCB上方而一部分在PCB下方。天線的高度420是端帽的最小厚度。在所示的實施方式中，高度420約為4mm。因此，容納該示例天線300的極小型保護鎖可以稍厚于(即，高于)其長度。
[0031]這樣的3D天線可以具有如下輻射圖:能夠提高從發(fā)射機接收信號的能力并且提供關(guān)于發(fā)射機的放置的更大的靈活性。將天線從覆蓋插頭的金屬外殼中移除和使天線成形為三維的結(jié)合大大增強了保護鎖的有效輻射圖和功率。
[0032]3D天線的大小不限于該示例中所描述的尺寸。例如，HDMI形狀因子的保護鎖可以用于音頻/視頻設備比如電視機。這樣的保護鎖可以插入電視機的尺寸可能受到限制的背部。因此，保護鎖中的天線可以小于用于電視機的其他類型的無線天線。還可以對天線設計和尺寸進行調(diào)整以提供增大的信號功率。因此，可以存在無線通信設備的不同應用，其需要垂直于PCB安裝的3D導線天線的不同尺寸和構(gòu)造。此外，保護鎖可以用于連接至一個設備或同時連接至多個設備。連接至保護鎖的設備可以是任何適當?shù)念愋?，比如但不限于計算機鼠標、鍵盤、視頻攝像機、音頻/視頻接收機、音頻耳機、有線電視機頂盒、臺式或移動計算機、智能電話和平板電腦。在一些實施方式中，可以根據(jù)其要連接的設備的類型對保護鎖有差別地進行配置。
[0033]圖5和圖6各自示出了分別與兩個不同的常規(guī)保護鎖相比，根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式提供的保護鎖的輻射圖。在每個圖中，根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式提供的保護鎖是容納3D導線天線的極小型保護鎖。為了針對每個保護鎖創(chuàng)建輻射圖曲線圖，在保護鎖附接至特定的筆記本電腦的相同USB端口時，對功率進行測量。
[0034]圖5是示出了為具有2D天線的極小型保護鎖的第一常規(guī)保護鎖的輻射圖(507)的曲線圖。測量根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的保護鎖(下文中縮寫為“具有3D天線的極小型保護鎖”或簡稱為“3D天線”)的輻射圖(505)。如可以使用該圖測量的，3D天線與第一常規(guī)保護鎖之間的輻射信號的平均差為+12dB。因此，對相同形狀因子的保護鎖中的3D天線和2D天線進行比較表明3D天線優(yōu)于2D天線。
[0035]圖6是示出了與3D天線(505)的輻射圖相比所測量的第二常規(guī)保護鎖的輻射圖(607)的曲線圖。第二常規(guī)保護鎖是2D超小型保護鎖。2D超小型保護鎖中的天線印制在PCB上。如在該曲線圖中可以看出，3D天線的性能使得較小的保護鎖能夠表現(xiàn)得與較大的保護鎖幾乎一樣好，平均僅有2dB的差異。
[0036]圖8A-8D是示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的在裝配階段的USB保護鎖的部件的簡化圖。圖8A示出了安裝在PCB上的3D導線天線。子組件810包括附接至PCB200的天線300。天線300具有像彈簧一樣的性質(zhì)。天線被側(cè)面擠壓以與PCB的端部中的凹槽對齊。一旦天線插入，則彈性力從側(cè)面沿著箭頭方向作用以使天線保持在合適的位置，同時使天線450的端部焊接至PCB。
[0037]圖8B示出了通過將子組件810放置到支架830中而構(gòu)建的子組件840。
[0038]圖SC示出了端帽的放置。端帽110覆蓋天線300，并且使得用戶能夠握住保護鎖以將保護鎖插入USB插口中以及從USB插口移出。端帽有兩個部分:用于用手指握住保護鎖的較厚部分，和部分延伸到PCB上的較薄部分。端帽110的較薄部分在側(cè)部和頂部上分別具有兩個凹部851和852。從支架的底部看，端帽從頂部放置到支架上并且在853處卡扣到支架中。
[0039]圖8D示出了金屬外殼在插頭上的放置。頂部和底部圖示從不同角度查看相同的子組件870。在子組件870中，金屬外殼130包住PCB的一部分并且形成嵌入USB插口中的插頭。金屬外殼頂部上的金屬夾子882卡扣安裝到端帽上的凹部852中，并且金屬外殼兩側(cè)上的金屬夾子881卡扣安裝到端帽側(cè)面上的相應的凹部851中。
[0040]圖7是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的用于裝配參照圖8A_d所示的部件和子組件的USB保護鎖的步驟的簡化流程圖。為了描述這些裝配步驟，假設PCB方向為水平位置并且天線方向為垂直位置，但是裝配的保護鎖可在其他方向上使用。導線天線的垂直部分430與440之間的導線段的長度稍大于PCB上的凹槽822之間的距離。在步驟710中，3D天線彈性加載到PCB上以形成子組件810。為了將天線附接至PCB，導線天線430和440的垂直方向的部分可以朝向彼此擠壓地足夠近，以使得垂直部分可以插入到PCB上的凹槽822中。一旦導線天線部分430和440插入到PCB凹槽822中，則彈性力從側(cè)面(平行于寬度410)作用以使天線保持在合適的位置，同時，在步驟720中使天線的水平方向部分450焊接至PCB。因此，PCB自身在焊接期間用作夾持固定裝置，避免了在該裝配步驟期間需要另外的塑料零件來使天線保持在合適位置以及消除了需要PCB上有額外空間來放置焊接固定裝置。另夕卜，將天線彈性加載到PCB上使得非常小的零件能夠容易裝配。該設計使得3D天線形狀占用最小的空間，并且還提供最大的RF圖。
[0041]在步驟730中，子組件810從頂部插入到支架830中，產(chǎn)生了子組件840。在步驟740中，端帽110從頂部放置在天線上并且卡扣到子組件840中。端帽中的鉤將端帽保持到子組件840的支架830上以形成子組件860。從USB插口中移除保護鎖需要握住端帽并且在遠離插頭的方向上拉出。將端帽從頂部而不是從朝向插頭的端部卡扣到支架上避免了在將保護鎖從USB插口移除時端帽與保護鎖分離。在步驟750中，金屬外殼130在保護鎖的插頭端部上方朝向端帽110滑動，以與端帽的一部分交疊，并且將端帽緊固到保護鎖上。金屬外殼中的夾子分別卡扣到支架側(cè)面和端帽交疊部分的頂部的凹部中。除了將天線焊接至PCB以外，可以在不用膠水或其他另外的粘合物質(zhì)來進行保護鎖的整個裝配。這減少了裝配所需的零件和時間。
[0042]應當理解，圖7所示的具體步驟提供了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的裝配無線通信保護鎖的具體方法。圖7所示的各個步驟可以包括可以適合于各個步驟的以多種順序執(zhí)行的多個子步驟。此外，可以根據(jù)具體的應用添加或移除另外的步驟。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會認識到許多變型、修改和替代。
[0043]還應當理解，本文所描述的示例和實施方式只用于說明目的，并且將對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員提示根據(jù)其做出的多種修改或變化，并且這些修改和變化包括在本申請的精神和范圍以及所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于構(gòu)建無線通信裝置的方法，所述方法包括: 使用彈性加載附接機構(gòu)將具有第一端部和第二端部的三維天線附接至印刷電路板PCB，其中，所述三維天線沿著垂直于所述PCB的安裝表面的方向附接；以及將所述三維天線的所述第一端部焊接至所述PCB。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述PCB放置到支架中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將所述三維天線包在卡扣到所述支架中的塑料端帽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述PCB的一部分包在金屬外殼中，其中，所述三維天線包括與所述三維天線的所述第二端部相鄰并且方向為垂直于所述PCB的所述安裝表面的環(huán)部，其中，所述環(huán)部不包在所述金屬外殼中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述天線為導線天線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述PCB的一個端部具有一個或更多個凹槽；以及 所述方法還包括側(cè)面擠壓作為彈性元件的所述導線天線；以及 將所述天線的特定垂直部分插入所述一個或更多個凹槽中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括: 在將所述天線的所述特定垂直部分插入所述一個或更多個凹槽中后，松開所述天線； 其中，所述壓縮天線相對于所述凹槽的邊緣施加的彈性力使得所述天線接合至所述PCB。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述天線為三維天線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述天線為二維天線。
10.一種無線通信裝置，包括: 在一個端部處開槽有一個或更多個凹槽的PCB ； 彈性加載到所述PCB上的所述一個或更多個凹槽中的天線，所述天線的一部分附著至所述PCB以形成子組件； 包住所述子組件的外罩，所述外罩包括能夠操作用于插入容納在電子設備中的插口中的插頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線通信裝置，其中，所述天線為導線天線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無線通信裝置，其中，所述天線的至少一部分為彈性元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線通信裝置，其中，所述天線的一個端部焊接至所述PCB。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線通信裝置，其中，所述天線為三維天線。
15.一種用于構(gòu)建無線通信裝置的方法，所述方法包括: 通過將天線器件放置到嵌入印刷電路板PCB中的溝槽中來將所述天線器件的第一部分鎖定至所述PCB;以及 將所述天線器件的第二部分附接至容納所述PCB的支架以形成子組件。
【文檔編號】H01Q1/22GK103579743SQ201310320996
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月27日
【發(fā)明者】勞倫特·卡里烏, 弗雷德里克·福廷, 達拉赫·勒特雷爾, 維拉辛·維萊拉克 申請人:羅技歐洲公司