无线通信天线组件的制作方法

无线通信天线组件的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种用于构建无线通信装置的方法和无线通信装置，该方法包括使用弹性加载附接机构将具有第一端部和第二端部的三维天线附接至印刷电路板PCB。三维天线沿着垂直于PCB的安装表面的方向附接。三维天线的第一端部还焊接至PCB。
【专利说明】无线通信天线组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年11月7日提交的美国非临时申请第13/671，348号和于2012年7月27日提交的美国临时申请第61/676，778号的优先权的权益，其全部内容为了所有目的通过引用并入本文。
[0003]本申请涉及共有的题为“3_D Antenna for Wireless Communications (用于无线通信的3-D天线)”的美国专利申请第13/671,086号和题为“Wireless CommunicationsApparatus (无线通信装置)”的美国专利申请第13/671，224号，其全部内容为了所有目的通过引用并入本文。
【背景技术】
[0004]无线USB (通用串行总线)是一种短程无线电通信协议。它被设计为在2.0GHz至
10.6GHz的频率范围内运行。无线USB可以用于计算机与计算机外围设备比如鼠标、键盘、打印机和扫描仪之间的无线通信，以及用于与游戏控制器、数码相机、便携式媒体播放器、硬盘驱动器和闪存驱动器的通信。
[0005]其他用于在计算机与外围设备之间提供无线通信的商用无线收发设备使用其他标准，比如火线(IEEE1394)标准和小型USB (min1-USB)标准。这些其他标准使用具有不同插头尺寸的形状因子(form factor)。
[0006]“超小型(nano)”保护锁(dongle)是一种具有特定形状因子的USB保护锁，其中端帽突出插口表面约6.8mm。“极小型(pico)”保护锁是一种具有特定形状因子的USB保护锁，其中端帽突出插口表面的量小于超小型保护锁的量。因此，极小型保护锁的端帽的长度小于超小型保护锁的长度。因为使保护锁插入到笔记本电脑或其他移动计算设备中而不是在每次使用前插入保护锁并且在运输移动计算设备之前移除保护锁是方便的，因此期望极小型保护锁形状因子。使保护锁的端帽与移动计算设备的边缘几乎齐平减小了保护锁在移动计算设备运输的途中可能损坏的可能性。然而，制造具有足够辐射图(pattern)和功率的小型保护锁会是一个挑战。保护锁的尺寸限制了可以使用的电子装置的尺寸，尤其是通常影响辐射图的天线的尺寸。因此，寻求改进的天线设计。

【发明内容】

[0007]本发明的某些实施方式涉及一种用于构建无线通信装置的方法，该方法包括使用弹性加载附接机构将具有第一端部和第二端部的三维天线附接至印刷电路板(PCB)，其中，三维天线沿着垂直于PCB的安装表面的方向附接。该方法还可以包括将三维天线的第一端部焊接至PCB。
[0008]本发明的其他实施方式涉及包括在一个端部处开槽有一个或更多个凹槽的PCB的无线通信装置。该无线通信装置还可以包括弹性加载到PCB上的一个或更多个凹槽中的天线，该天线的一部分附着至PCB以形成子组件。该无线通信装置还可以包括包住子组件的外罩，外罩包括可操作用于插入容纳在电子设备中的插口中的插头。[0009]本发明的其他实施方式涉及用于构建无线通信装置的方法，该方法包括通过将天线器件放置在嵌入在印刷电路板(PCB)中的沟槽中来将天线器件的第一部分锁定至PCB。该方法还可以包括将天线器件的第二部分附接至容纳PCB的支架以形成子组件。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是根据本发明的一种实施方式的USB保护锁的简化图。
[0011]图2是根据本发明的一种实施方式的移除了金属外壳的USB保护锁的简化图。
[0012]图3A是示出了根据本发明的一种实施方式的超小型保护锁与极小型保护锁之间关于PCB尺寸和天线布局的差异的简化图。
[0013]图3B是示出了根据本发明的一种实施方式的具有二维(2D)金属板天线的极小型保护锁的透视图的简化图。
[0014]图3C是根据本发明的一种实施方式的示出了三维(3D)导线天线的移除了端帽的极小型保护锁的简化图。
[0015]图3D是根据本发明的一种实施方式的示出了天线与护罩之间的空间分隔的极小型保护锁的简化侧视图。
[0016]图4是示出了根据本发明的一种实施方式的导线天线的三维的简化图。
[0017]图5是示出了根据本发明的一种实施方式的与2D极小型保护锁相比所测量的3D极小型保护锁的辐射图和功率的曲线图。
[0018]图6是示出了根据本发明的一种实施方式的与2D超小型保护锁相比所测量的3D极小型保护锁的辐射图和功率的曲线图。
[0019]图7是根据本发明的一种实施方式的用于使用图8A-8D所示的部件装配保护锁的步骤的简化流程图。
[0020]图8A-8D是示出了根据本发明的一种实施方式的在装配阶段的USB保护锁的部件的简化图。图8A示出了安装在PCB上的3D导线天线；图8B示出了安装到支架中的PCB/天线子组件；图8C示出了端帽的安装和放置；以及图8D示出了金属外壳的放置。
【具体实施方式】
[0021]图1是根据本发明的一种实施方式的USB保护锁的简化图。保护锁100包括两个主要部分:插头120和端帽110。插头120包括包在金属外壳130中的印刷电路板(PCB)。插头120插入电子设备上的USB端口中。插头120可以直接插入设备比如个人电脑或笔记本电脑中，或者插头120可以插入连接至计算设备的设备中。端帽110从USB插口向外突出。端帽110可以稍宽于插头120，或者端帽110的宽度可以与插头120相同。较宽的端帽能够容纳较大的天线。另外，端帽110提供用于握住保护锁以插入USB端口中和从USB端口中移除的位置。较宽的端帽还给予更大的区域来在该区域下面滑动指尖以握住保护锁从而从设备中拔出。
[0022]在替选实施方式中，保护锁模块可以使用不同种类的机械插头，比如火线、HDMI(High Definition Multimedia Interface,高清晰多媒体接口)或者小型USB。这些替选形状因子之一或者任何其他形状因子的保护锁中的部件可以针对形状因子适当地缩放。例如，PCB和/或天线可以大于本文具体示例中所描述的PCB和天线。此外，不同实施方式的保护锁可以取代或省略本文示例中所描述的某些部件。例如，保护锁可以省略金属外壳而支持使用塑料或其他材料的外壳，或者可以提供不同方法以在不使用外壳的情况下使端帽紧固至PCB。
[0023]图2是根据本发明一种实施方式的在金属外壳130从插头中移除的情况下从底部看的保护锁100的简化图。从插头中移除金属外壳露出了 PCB200。
[0024]图3A是示出了根据本发明的一种实施方式的参考超小型保护锁与极小型保护锁之间关于PCB200的尺寸和天线布局的差异的简化图。长度320表示参考超小型保护锁形状因子中PCB200的长度。长度320包括参考超小型保护锁的插头长度321和端帽长度322。对于参考超小型保护锁，天线印制在端帽部分(长度322)中的PCB200上，从而与PCB200在同一平面上。金属外壳一般覆盖插头长度321。印制在端帽长度322上的天线不被金属外壳覆盖。在其他参考超小型保护锁中，迹线(trace)可以将天线连接至位于金属外壳中的内部电路，从而在插头长度321中提供天线的一部分。因为金属护套可以阻断或干扰天线的辐射图，所以金属外壳与天线的邻近和交叠影响辐射图。端帽可以施加在PCB200的长度322上以覆盖和保护天线。
[0025]尺寸(dimension) 330示出了极小型保护锁中的PCB200的长度，该长度包括插头331的长度和天线332的长度。在一些实施方式中，极小型保护锁中的插头331的长度和超小型保护锁中321的长度大体相同。根据本发明的一种实施方式，天线332的长度包括方向为垂直于PCB200的天线300和焊接至PCB200的尾部的长度。图3A中所示的垂直部分是根据透视图来命名的，但是垂直部分可以相对于PCB200的平面上下延伸。尺寸333示出了天线300相对于PCB200的总体垂直部分不包括焊接的延伸部分的长度。端帽可以施加在天线300的一部分或整个上和/或周围以覆盖天线300并用于保护。端帽可以由塑料或者其他不显著降低天线300的无线发射或接收性能的材料制成。端帽还可以使天线300的一部分或整个与包住PCB200的金属外壳隔离，以降低金属外壳可能产生的干扰。在一些实施方式中，极小型保护锁的天线部分332的长度约为参考超小型保护锁的天线部分322的一半。根据本发明的实施方式，极小型保护锁提供与参考超小型保护锁类似的性能和辐射图，但是较短的天线部分延伸超过金属外壳。根据本发明的实施方式，极小型保护锁的构造提供了使用参考超小型保护锁无法实现的益处。例如，减少参考超小型保护锁的天线部分322的长度会导致较差的信号强度和辐射图。如果要保留参考超小型保护锁的天线部分，但是部分插入到金属外壳中以实现与极小型保护锁相同的整体长度，则性能会由于来自金属外壳的干扰而再次降低。
[0026]图3B提供了根据本发明的一种实施方式的具有二维(2D)金属板天线的极小型保护锁的简化透视图。图3B (I)示出了作为完整封装的极小型保护锁的透视图。二维(2D)金属板天线位于端帽307内。图3B (2)是与图3B (I)相同角度的透视图，但是移除了金属外壳305和端帽307，露出了 PCB350和天线340。图3B (3)是从图3B (2)所示器件的下侧看的透视图。图3B (4)是天线的透视图，示出了用于将天线附接至PCB的夹持机构。将板天线340定向为垂直于PCB350使得天线能够安装在较短的极小端帽中。垂直定向还提供了准3D性能。
[0027]因为附图不是按比例绘制的，所以图3B (2)所示的板天线看上去没有安装在图3B
(I)所示的端帽中。然而，应明白，板天线实际上确实安装在端帽中。此外，如图3B (4)所示，夹子342附接至天线340以使天线能够在合适的耦接位置处接合至PCB。虽然示出了两个夹子342，但是根据具体的器件几何图形和设计，可以使用另外的或更少的夹子。
[0028]图3C是根据本发明一种实施方式的示出了三维(3D)导线天线300的移除了端帽的极小型保护锁的简化图。通过在三个维度上辐射，导线天线300的形状克服了其尺寸的限制。天线的形状及其在保护锁中的放置和方向影响辐射图。天线可以基于期望的形状因子进行调整/优化。在一些实施方式中，使用天线与护罩(即，图1所示的金属外壳130)之间的最小距离来避免电流分流。
[0029]图3D是根据本发明一种实施方式的示出了三维(3D)导线天线300与护罩130之间的空间分隔的极小型保护锁的简化的侧视图。最小距离可以基于端帽外罩110的厚度。在一种实施方式中，塑料端帽110可以为约8mm厚。较薄的外罩可以减小最小距离，从而减小端帽110的长度。在一种实施方式中，天线300可以不宽于和/或不高于插头120。在这样的实施方式中，天线300在不使用时可以收回到插头120中，并且在使用时可以伸出插头120外部。
[0030]在一种实施方式中，天线可以是三维的并且由导线制成，类似于被弯曲使得不再平伸的回形针的形状。如图3A所示，天线的长度333约为1.8mm，小于典型的极小型保护锁端帽的3_的长度。图4是示出了根据本发明的一种实施方式的导线天线300的高度和宽度尺寸的简化图。在图4中，示出的尺寸标记为宽度410和高度420。因为端帽的宽度可以宽于USB插口的宽度，所以宽度410可以与标准USB插口的宽度12mm相同或者大于标准USB插口的宽度12mm。在所示的实施方式中，天线的宽度约为11.75mm，并且端帽稍宽于USB插口。为了使天线300在保护锁的插头部分中围绕PCB的金属外壳外部，从插头突出的端帽必须至少与天线长度333 —样长。在所示的实施方式中，高度420表示当PCB为水平方向时天线的垂直尺寸。天线可以安装成一部分在PCB上方而一部分在PCB下方。天线的高度420是端帽的最小厚度。在所示的实施方式中，高度420约为4mm。因此，容纳该示例天线300的极小型保护锁可以稍厚于(即，高于)其长度。
[0031]这样的3D天线可以具有如下辐射图:能够提高从发射机接收信号的能力并且提供关于发射机的放置的更大的灵活性。将天线从覆盖插头的金属外壳中移除和使天线成形为三维的结合大大增强了保护锁的有效辐射图和功率。
[0032]3D天线的大小不限于该示例中所描述的尺寸。例如，HDMI形状因子的保护锁可以用于音频/视频设备比如电视机。这样的保护锁可以插入电视机的尺寸可能受到限制的背部。因此，保护锁中的天线可以小于用于电视机的其他类型的无线天线。还可以对天线设计和尺寸进行调整以提供增大的信号功率。因此，可以存在无线通信设备的不同应用，其需要垂直于PCB安装的3D导线天线的不同尺寸和构造。此外，保护锁可以用于连接至一个设备或同时连接至多个设备。连接至保护锁的设备可以是任何适当的类型，比如但不限于计算机鼠标、键盘、视频摄像机、音频/视频接收机、音频耳机、有线电视机顶盒、台式或移动计算机、智能电话和平板电脑。在一些实施方式中，可以根据其要连接的设备的类型对保护锁有差别地进行配置。
[0033]图5和图6各自示出了分别与两个不同的常规保护锁相比，根据本发明的一种实施方式提供的保护锁的辐射图。在每个图中，根据本发明的一种实施方式提供的保护锁是容纳3D导线天线的极小型保护锁。为了针对每个保护锁创建辐射图曲线图，在保护锁附接至特定的笔记本电脑的相同USB端口时，对功率进行测量。
[0034]图5是示出了为具有2D天线的极小型保护锁的第一常规保护锁的辐射图(507)的曲线图。测量根据本发明的一种实施方式的保护锁(下文中缩写为“具有3D天线的极小型保护锁”或简称为“3D天线”)的辐射图(505)。如可以使用该图测量的，3D天线与第一常规保护锁之间的辐射信号的平均差为+12dB。因此，对相同形状因子的保护锁中的3D天线和2D天线进行比较表明3D天线优于2D天线。
[0035]图6是示出了与3D天线(505)的辐射图相比所测量的第二常规保护锁的辐射图(607)的曲线图。第二常规保护锁是2D超小型保护锁。2D超小型保护锁中的天线印制在PCB上。如在该曲线图中可以看出，3D天线的性能使得较小的保护锁能够表现得与较大的保护锁几乎一样好，平均仅有2dB的差异。
[0036]图8A-8D是示出了根据本发明的一种实施方式的在装配阶段的USB保护锁的部件的简化图。图8A示出了安装在PCB上的3D导线天线。子组件810包括附接至PCB200的天线300。天线300具有像弹簧一样的性质。天线被侧面挤压以与PCB的端部中的凹槽对齐。一旦天线插入，则弹性力从侧面沿着箭头方向作用以使天线保持在合适的位置，同时使天线450的端部焊接至PCB。
[0037]图8B示出了通过将子组件810放置到支架830中而构建的子组件840。
[0038]图SC示出了端帽的放置。端帽110覆盖天线300，并且使得用户能够握住保护锁以将保护锁插入USB插口中以及从USB插口移出。端帽有两个部分:用于用手指握住保护锁的较厚部分，和部分延伸到PCB上的较薄部分。端帽110的较薄部分在侧部和顶部上分别具有两个凹部851和852。从支架的底部看，端帽从顶部放置到支架上并且在853处卡扣到支架中。
[0039]图8D示出了金属外壳在插头上的放置。顶部和底部图示从不同角度查看相同的子组件870。在子组件870中，金属外壳130包住PCB的一部分并且形成嵌入USB插口中的插头。金属外壳顶部上的金属夹子882卡扣安装到端帽上的凹部852中，并且金属外壳两侧上的金属夹子881卡扣安装到端帽侧面上的相应的凹部851中。
[0040]图7是根据本发明一种实施方式的用于装配参照图8A_d所示的部件和子组件的USB保护锁的步骤的简化流程图。为了描述这些装配步骤，假设PCB方向为水平位置并且天线方向为垂直位置，但是装配的保护锁可在其他方向上使用。导线天线的垂直部分430与440之间的导线段的长度稍大于PCB上的凹槽822之间的距离。在步骤710中，3D天线弹性加载到PCB上以形成子组件810。为了将天线附接至PCB，导线天线430和440的垂直方向的部分可以朝向彼此挤压地足够近，以使得垂直部分可以插入到PCB上的凹槽822中。一旦导线天线部分430和440插入到PCB凹槽822中，则弹性力从侧面(平行于宽度410)作用以使天线保持在合适的位置，同时，在步骤720中使天线的水平方向部分450焊接至PCB。因此，PCB自身在焊接期间用作夹持固定装置，避免了在该装配步骤期间需要另外的塑料零件来使天线保持在合适位置以及消除了需要PCB上有额外空间来放置焊接固定装置。另夕卜，将天线弹性加载到PCB上使得非常小的零件能够容易装配。该设计使得3D天线形状占用最小的空间，并且还提供最大的RF图。
[0041]在步骤730中，子组件810从顶部插入到支架830中，产生了子组件840。在步骤740中，端帽110从顶部放置在天线上并且卡扣到子组件840中。端帽中的钩将端帽保持到子组件840的支架830上以形成子组件860。从USB插口中移除保护锁需要握住端帽并且在远离插头的方向上拉出。将端帽从顶部而不是从朝向插头的端部卡扣到支架上避免了在将保护锁从USB插口移除时端帽与保护锁分离。在步骤750中，金属外壳130在保护锁的插头端部上方朝向端帽110滑动，以与端帽的一部分交叠，并且将端帽紧固到保护锁上。金属外壳中的夹子分别卡扣到支架侧面和端帽交叠部分的顶部的凹部中。除了将天线焊接至PCB以外，可以在不用胶水或其他另外的粘合物质来进行保护锁的整个装配。这减少了装配所需的零件和时间。
[0042]应当理解，图7所示的具体步骤提供了根据本发明的一种实施方式的装配无线通信保护锁的具体方法。图7所示的各个步骤可以包括可以适合于各个步骤的以多种顺序执行的多个子步骤。此外，可以根据具体的应用添加或移除另外的步骤。本领域的普通技术人员会认识到许多变型、修改和替代。
[0043]还应当理解，本文所描述的示例和实施方式只用于说明目的，并且将对本领域的普通技术人员提示根据其做出的多种修改或变化，并且这些修改和变化包括在本申请的精神和范围以及所附权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种用于构建无线通信装置的方法，所述方法包括: 使用弹性加载附接机构将具有第一端部和第二端部的三维天线附接至印刷电路板PCB，其中，所述三维天线沿着垂直于所述PCB的安装表面的方向附接；以及将所述三维天线的所述第一端部焊接至所述PCB。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述PCB放置到支架中。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括将所述三维天线包在卡扣到所述支架中的塑料端帽中。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述PCB的一部分包在金属外壳中，其中，所述三维天线包括与所述三维天线的所述第二端部相邻并且方向为垂直于所述PCB的所述安装表面的环部，其中，所述环部不包在所述金属外壳中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天线为导线天线。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述PCB的一个端部具有一个或更多个凹槽；以及 所述方法还包括侧面挤压作为弹性元件的所述导线天线；以及 将所述天线的特定垂直部分插入所述一个或更多个凹槽中。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括: 在将所述天线的所述特定垂直部分插入所述一个或更多个凹槽中后，松开所述天线； 其中，所述压缩天线相对于所述凹槽的边缘施加的弹性力使得所述天线接合至所述PCB。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天线为三维天线。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天线为二维天线。
10.一种无线通信装置，包括: 在一个端部处开槽有一个或更多个凹槽的PCB ； 弹性加载到所述PCB上的所述一个或更多个凹槽中的天线，所述天线的一部分附着至所述PCB以形成子组件； 包住所述子组件的外罩，所述外罩包括能够操作用于插入容纳在电子设备中的插口中的插头。
11.根据权利要求10所述的无线通信装置，其中，所述天线为导线天线。
12.根据权利要求11所述的无线通信装置，其中，所述天线的至少一部分为弹性元件。
13.根据权利要求10所述的无线通信装置，其中，所述天线的一个端部焊接至所述PCB。
14.根据权利要求10所述的无线通信装置，其中，所述天线为三维天线。
15.一种用于构建无线通信装置的方法，所述方法包括: 通过将天线器件放置到嵌入印刷电路板PCB中的沟槽中来将所述天线器件的第一部分锁定至所述PCB;以及 将所述天线器件的第二部分附接至容纳所述PCB的支架以形成子组件。
【文档编号】H01Q1/22GK103579743SQ201310320996
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2012年7月27日
【发明者】劳伦特·卡里乌, 弗雷德里克·福廷, 达拉赫·勒特雷尔, 维拉辛·维莱拉克 申请人:罗技欧洲公司