使用电容耦合的电介质缝隙天线的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于诸如机顶盒之类的电子设备的缝隙天线。包括电介质材料(310、320、330、340、350和电极240、360的印刷电路板(210)延伸到该设备的金属外壳(110)中的矩形缝隙(120)中，以使得电极与矩形缝隙的长边的对端边缘上的位置相耦合。该耦合可以是电容地耦合，以影响耦合的水平或最优化驱动点回波损耗。对于给定的波长，缝隙中电介质的存在允许使用较短缝隙。
【专利说明】使用电容耦合的电介质缝隙天线
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及用于电子设备的缝隙天线。包括电介质材料和电极的印刷电路板延伸到设备的金属外壳中的矩形缝隙中，以使得电极与矩形缝隙的长边的对端边缘的位置相耦合。对于给定的波长，缝隙中电介质的存在允许使用较短缝隙。
【背景技术】
[0002]本部分旨在向读者介绍本领域的各个方面，这些方面可以与下面所描述的本发明的各个方面有关。相信该讨论在为读者提供背景信息以促进对本发明的各个方面更好的理解上有所帮助。因此，应当理解，将从这个角度而不是作为对现有技术的承认来阅读这些陈述。
[0003]电视机和电视机机顶盒的角色扩大为超出广播内容的呈现。这些设备正在演进为诸如互联网之类的其他的内容来源的门户，并且作为家中的媒体中心来服务。用户还不断期望能够从移动计算设备与电视机和机顶盒进行交互，或控制电视机或机顶盒。提供这些功能需要网络连通性。
[0004]在许多家庭中，电视机或机顶盒与线缆调制解调器、DSL调制解调器或提供局域网连通性和到家中的互联网访问的其他设备不处于相同位置。对于电视机或机顶盒与网络路由器之间的有线网络连接，大多数家庭还缺少合适的布线。因此，电视机或机顶盒具有无线联网功能是有利的。
[0005]然而，无线联网为电视机或机顶盒增加了成本和复杂度。除了附加的联网电子器件之外，还需要一个或多个天线。
[0006]电视机和机顶盒以前使用外部和内部天线二者，每种都具有很大的缺点。在外部天线的情形中，同轴电缆通常被用来将天线连接到设备外壳内的电子器件。有时，电子器件还被放置在外壳的外部以驱动印刷的或其他的天线。在用户的环境中，这些外部天线具有需要附加的成本、附加的设置、附加的复杂度以及附加的杂波的缺点。
[0007]其他实现方式使用过内部天线。这些通常要求设备外壳的至少一部分是塑料的，以允许辐射能有效经过。这可能导致增加的单位成本、增加的装配成本以及降低的设备集成度。而且，外壳的其余的金属部分或接近内部天线的其他金属可能导致解谐或对辐射图案的不希望的修改。
[0008]建立消除先前的外部天线和内部天线的大多数缺点却提供相同功能的、低成本、功能性的天线以供机顶盒中使用是个问题。本申请所描述的发明解决了这些问题和/或其他问题。
【发明内容】
[0009]为了解决上述问题，本申请公开一种用于电子设备的缝隙天线。包括电介质材料和电极的印刷电路板延伸到该设备的金属外壳中的矩形缝隙中，以使得电极与矩形缝隙的长边的对端边缘的位置相耦合。对于给定的波长，缝隙中电介质的存在允许使用较短缝隙。本发明的该方面和其他方面将参照附图进行详细讨论。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]本发明上面提到的特征和优点以及其他特征和优点，以及获得这些特征和优点的方式将变得显而易见，并且通过结合附图参照以下对本发明的实施例的描述，本发明将更好地被理解，其中:
[0011]图1是包括缝隙天线的机顶盒系统的外视图；
[0012]图2是电介质缝隙天线的图解；
[0013]图3是电视机机顶盒中电介质缝隙天线的侧视图。
[0014]本申请所陈述的例证阐述了本发明的优选实施例，并且这样的例证不被构建为以任何方式限定本发明的范围。
【具体实施方式】
[0015]按照本申请所描述的，本发明提供了一种用于电子设备的缝隙天线。包括电介质材料和电极的印刷电路板延伸到该设备的金属外壳中的矩形缝隙中，以使得电极耦合于矩形缝隙的长边的对端边缘的位置。对于给定的波长，缝隙中电介质的存在允许使用较短缝隙。
[0016]尽管本发明已被描述为具有优选的设计，但是本发明还可以在本公开的精神和范围内进行修改。因而，本申请旨在使用本发明的总原则来覆盖对本发明的任何变更、使用或改编。而且，本申请旨在覆盖这样的背离本发明的情形，即本发明所涉及的并且落入所附权利要求的限制的本领域的已知实践或惯例。
[0017]本发明可以被实现在电视机机顶盒、电视机、计算设备或需要射频发送或接收的其他电子设备中。
[0018]图1是机顶盒系统100的图解。机顶盒100包括具有缝隙120的金属壳110。机顶盒100的前板可以包括，例如，显示器或其他状态指示器，以及用户控件。后板(未示出)可以包括，例如，视频、音频和联网连接的连接器。金属壳110可以封装各种部件，包括例如，调谐电路、微处理器、存储器、电源以及硬盘驱动器。
[0019]缝隙120的合适长度是通过感兴趣的传输波长来确定的。对于无线家庭联网，2.4GHz和5GHz是普遍的频率。使用蓝牙(BluetootlZ )标准的个域网(PAN)也可以在
2.4GHz上进行操作。
[0020]通过开口缝隙，电磁辐射将具有大约c的速率。2.4GHz信号的波长计算为:
,c 3.0 X I Oh m / λ
[0021]A = — =-石-=0.125 m
/ 2.4x10)//:
[0022]旨在用于以特定波长进行传输或接收的传统缝隙天线具有该波长的一半的长度。因此，旨在用于2.4GHz的缝隙天线将具有等于0.125m波长的一半的长度，或为62.5_。
[0023]尽管62.5mm的长度在较大的设备中可行，但是出于设计、成本以及结构的原因，较小对于缝隙来说是理想的。缝隙中电介质的存在将会缩短波的波长，从而减小缝隙天线的所需长度。
[0024]在存在电介质的情况下，电磁辐射的速率将被减小到:
【权利要求】
1.一种装置，包括: 金属外壳，所述金属外壳包括矩形缝隙； 印刷电路板，所述印刷电路板包括电介质材料；以及 两个电极，所述两个电极集成到所述印刷电路板； 其中，所述印刷电路板的包括电介质材料的部分延伸到所述金属外壳中的所述矩形缝隙中，以使得所述电极与所述矩形缝隙的长边的对端边缘的位置相耦合。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述电极与所述矩形缝隙的长边的对端边缘的位置是电容地耦合。
3.如权利要求1所述的装置，还包括连接到所述电极的巴伦转换器。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述巴伦转换器被安装在所述印刷电路板的表面。
5.如权利要求3所述的装置，还包括连接到所述巴伦转换器的射频收发器。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述射频收发器进行操作以将所述缝隙作为天线使用来进行通信。
7.如权利要求5所述的装置，其中，所述射频收发器以大约2.4GHz和5GHz中的至少一个进行操作。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述印刷电路板是多层印刷电路板。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述电极被形成在所述多层印刷电路板的内层上。
10.如权利要求1所述的装置，其中，缝隙长度大约为31.25mm,并且所述电极被布置在离所述印刷电路板的边缘大约3.125mm处。
11.如权利要求1所述的装置，其中，缝隙长度大约为31.25mm，并且所述电极被布置在离所述印刷电路板的边缘大约6.25mm处。
12.如权利要求1所述的装置，其中，缝隙长度大约为31.25mm,并且所述电极被布置在离所述印刷电路板的边缘大约12.5mm处。
13.如权利要求1所述的装置，其中，缝隙高度大约为0.9mm。
14.如权利要求1所述的装置，其中，所述印刷电路板的延伸到所述矩形缝隙中的部分完全填充所述矩形缝隙。
15.一种电视机机顶盒系统，所述电视机机顶盒系统包括权利要求1所述的装置。
16.—种机顶盒,包括: 金属外壳，所述金属外壳包括矩形缝隙； 印刷电路板； 巴伦转换器，所述巴伦转换器被连接到集成到所述印刷电路板的两个电极；以及 射频收发器； 其中，所述印刷电路板的一部分延伸到所述缝隙中，以使得所述电极电容地耦合于所述缝隙的长边的对端边缘；并且 其中，所述射频收发器将所述矩形缝隙作为由包括所述巴伦转换器和所述电极的信号路径所驱动的天线来使用，从而进行操作以发送并接收信号。
17.如权利要求16所述的机顶盒，其中，所述射频收发器以大约2.4GHz和5GHz中的至少一个进行操作。
18.如权利要求16所述的机顶盒，其中，所述射频收发器使用所述矩形缝隙作为天线进行操作以从射频遥控接收信号。
19.如权利要求16所述的机顶盒，其中，所述射频收发器将所述矩形缝隙用作天线进行操作以将信号发送至无线路由器和从无线路由器接收信号。
20.一种电子设备中的通信方法，包括: 通过射频收发器生成信号； 将所述信号发送至包括电介质材料的印刷电路板上的电极，其中，所述印刷电路板的一部分延伸到所述电子设备的金属壳中的缝隙中，以使得所述电极电容地耦合于所述缝隙的长边的对端边缘，以将所述缝隙用作天线。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述电子设备包括电视机机顶盒。
【文档编号】H01Q13/10GK104205486SQ201280071494
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年3月20日 优先权日:2012年3月20日
【发明者】亨瑞·吉拉德 申请人:汤姆逊许可公司