用于气体探测装置的多馈送件金属罩天线的制作方法

文档序号:15308941发布日期:2018-08-31 21:28阅读:165来源:国知局

不适用。

关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用。

对缩微胶片附录的参考

不适用。



背景技术:

气体探测装置被广泛地用作安全装置来探测各种气体,例如硫化氢、一氧化碳、氧等等。这样的装置可以是便携式的并且由人员佩戴。进一步地,气体探测传感器可以具有无线能力,以便将探测到的气体读数无线地传输到例如监测站。不过,一些气体探测装置包括金属罩。金属罩不幸地能够用作电磁屏障并且因此干扰装置的发送和接收无线通信的能力。



技术实现要素:

在实施例中,一种设备包括壳体、印刷电路板(pcb)、无线电调制解调器(radiomodem)和交换网络。壳体包括导电罩(conductivecover)并且罩包括天线。pcb可以被安装在壳体内并且包括接地平面和多个导电馈送件。每个馈送件从pcb突出。当罩被附接到壳体时,每个馈送件电接触在天线上的相应连接点。交换网络被联接到无线电调制解调器并被联接到所述多个馈送件。交换网络可构造成使得当罩被附接到壳体时,馈送件中的一个可选的馈送件通过交换网络被电联接到无线电调制解调器。

另一实施例涉及一种气体探测装置,其包括壳体、气体传感器、pcb、无线电调制解调器和匹配网络。壳体包括导电罩,该导电罩包括天线。气体传感器被构造成接收空气样品。pcb可以被安装在壳体内并且包括接地平面和多个导电馈送件。每个馈送件从pcb突出,并且当罩被附接到壳体时,每个馈送件电接触在天线上的相应连接点。交换网络被设置在pcb上并且可以被联接到无线电调制解调器并被联接到所述多个馈送件。匹配网络可以被联接在无线电调制解调器和交换网络之间并且可以被构造成相对于馈送件中的至少一个来调整天线的共振频率。交换网络可构造成使得当罩被附接到壳体时,馈送件中的一个可选的馈送件通过交换网络被电联接到无线电调制解调器。

结合附图和权利要求从下述详细描述中将更加清楚地理解这些和其它特征。

附图说明

为了更全面地理解本公开,现在结合附图和具体实施方式参考下述简要描述,其中相似的附图标记指代相似的部分。

图1示出了根据实施例的气体探测装置的示例。

图2示出了根据实施例的图1的气体探测装置的分解视图。

图3示出了图1的气体探测装置的电路框图,并且包括至天线的多个馈送件,该天线被形成为根据实施例的装置的导电罩的一部分。

图4示出了根据实施例的气体探测装置的部分分解视图,其示出了馈送件。

图5示出了根据实施例的气体探测装置的自上而下(top-down)的部分分解视图,其示出了馈送件。

图6示出了根据实施例的气体探测装置的罩的侧视图和前视图,其具有将馈送件提供至天线的印刷电路板。

图7示出了根据实施例的可以由位于各个位置处的每个馈送件产生的共振频率的示例。

图8示出了根据实施例的可以由位于天线上的不同位置处的每个馈送件产生的共振频率的另一示例。

图9示出了根据实施例的可以由位于其它天线位置处的每个馈送件产生的共振频率的仍另一示例。

图10示出了可以由无论哪个馈送到实施例的馈送件激发的一组特定共振频率频带的示例。

图11示出了根据实施例能够通过相应地使用匹配网络和直接连接到馈送件的接地电阻器来调整共振频率,或者能够通过在rf调制解调器上交换网络来改变馈送件从而调整共振频率。

具体实施方式

首先应该理解的是虽然下文示出了一个或更多个实施例的示意性实施方式,不过可以通过使用任意数量的技术来实现所公开的系统和方法,而不论其是当前已知的还是现在还不存在的。本公开不应该以任何方式受限于所示实施方式、附图和下文所示的技术,但是可以在所附权利要求范围以及其等价方案的完整范围内被修改。

贯穿本文献将应用各种术语的下述定义:

术语“包括”意味着“包括但不限于”;

词语“在一种实施例中”、“根据一种实施例”等大体意味着在该词语后的具体特征、结构或者特性可以被包括在至少一种实施例中,不过这样的特征、结构或特性可以被包括在一种以上的实施例中(即,这样的词语不一定指的是相同实施例);

如果说明书将某物描述成“示例性”或“示例”,则应该理解的是,其指的是非排他性示例;

术语“大约”、“近似”等当与数字一起使用时可以意味着特定数字或者替代性地接近该特定数字的范围,如本领域技术人员可以理解的;并且

本文描述的实施例涉及一种无线装置,其包括导电罩(例如,金属),该导电罩被用作装置中的无线调制解调器的天线。装置包括壳体并且罩附接到壳体。无线装置能够是任何类型的装置。在下文描述的实施例中,装置是气体探测装置,不过在其它实施例中可以执行不同功能。气体探测装置包括印刷电路板(pcb),其包括多个导电馈送件和一个接平面。导电馈送件可以被竖直地安装到pcb。当导电罩被附接到壳体时,馈送件自动地电接触罩的天线上的相应连接点。pcb可以包括微控制器单元(mcu)和一个或更多个无线电调制解调器板,该无线电调制解调器板包含交换网络和匹配的电路。天线通过交换网络和馈送件中的一个连接到无线电调制解调器板。在调制解调器上的交换网络能够被构造成使得当罩被附接到壳体时,馈送件中的一个可选的馈送件通过交换网络被电连接到无线电调制解调器的芯片。每个馈送件可以被设置在天线上的不同位置处,从而导致天线在不同频率下共振。在一些示例中,馈送件能够导致可覆盖大部分或全部ism频带的三个共振频率。在其它示例中,馈送件能够导致两个共振频率来覆盖部分ism频带,而在另一示例中,馈送件能够导致一个共振频率来覆盖ism频带中的一个。因此,通过构造交换网络来将调制解调器连接到其共振频率能够覆盖调制解调器的工作频带的不同适当馈送件并在天线上的某些位置处设置馈送件,可以获得用于装置通信的期望频率频带。气体探测装置能够以多个期望频率中任意一个来无线地发送和接收数据。频率能够是气体探测装置的用户所期望的。示例包括工业、科学和医学(ism)频带、gps、wifi、zigbee、蓝牙低功耗技术(ble)等等。

图1示出了根据各种实施例的气体探测装置1的示例。在图1的示例中的气体探测装置1是便携式电池装置并且包括壳体,该壳体包含各种结构部件。部件中的一个是导电罩10-1。导电罩10-1可以覆盖装置的前部(即,在使用期间面向用户的部分)。一些或全部罩10-1是导电的(例如,铝或其它金属)。壳体也可以包括后部结构部件和各种其它元件10-2。在气体探测装置1的顶部处存在泵22,其辅助将空气样品吸入到装置中,从而加速气体收集。电池31可以被附接到装置的后部。

图2示出了气体探测装置1的分解视图。前壳体12被示出,其包括导电罩10-1和各种其它结构和/或美学部件10-2和10-3。后部结构部件21包括一个或更多个气体传感器23-1、23-2、23-3、23-4和23-5。每个气体传感器可以对不同气体化合物(例如一氧化碳、氧、硫化氢等等)敏感。组装螺钉16被用于将壳体部件拧在一起。一旦被拧在一起,壳体部件夹住电子器件组件26和pcb19。pcb19包括电路和馈送件(图2中未示出)和一个或更多个无线调制解调器。图3的示例示出一个rf调制解调器板25,不过能够包括附加的调制解调器板且/或多个射频(rf)芯片组能够被安装在单个调制解调器板上。rf调制解调器板和/或其上包含的rf芯片组可以被称为“调制解调器。”电子器件组件26包括显示器(例如,液晶显示器)。附接夹子17和18有助于将电子器件组件固定到壳体。

图3示出了被包括在气体探测装置1中的至少一些电子器件的框图的示例。所示电子器件包括pcb19,该pcb19被联接到天线99,该天线99被形成在导电罩10-1上或者包括导电罩10-1的一部分。pcb19包括微控制器单元(mcu)90和rf调制解调器板25。rf调制解调器板25包括rf芯片组29、匹配网络13和交换网络34。匹配网络13可以包括一个或更多个电气部件(例如电阻器、电容器和电感器)和如期望地调谐天线99的共振频率的功能。图3中的示例性匹配网络13包括如所示构造的三个电容器c1、c2和c3以及两个电感器l1和l2,不过电气部件和构造的其它集合也是可能的。

交换网络34可以包括能够由来自mcu90的控制信号控制的固态开关(例如,场效应晶体管)。在图3的示例中,交换网络34包括三个单刀单掷(singlepolesinglethrow,spst)开关sw1、sw2和sw3。在两个馈送件能够导致覆盖所有感兴趣的频率频带的共振频率的实施例中,于是两个开关将是足够的。交换网络34否则可以包括单刀三掷开关,以便连接到所有三个馈送件。开关连接到馈送件11-1、11-2和11-3,其进而连接到天线99。开关sw1连接到馈送件11-1。开关sw2连接到馈送件11-2。开关sw3连接到馈送件11-3。每个开关还连接到匹配网络13的公共节点,并且因此通过匹配网络13连接到无线电调制解调器板25的rf芯片组29。这样,调制解调器的rf芯片能够被连接到多个天线馈送件(例如,馈送件11-1、11-2和11-3)中的任意馈送件。

导电罩10-1可以满足四分之一波天线共振条件从而可用作天线。这样,由罩形成的天线可以具有固定的形状和大小以便保持天线的共振频率相对固定。如上所述,天线99被形成为导电罩10-1的一部分或被形成在导电罩10-1上,从而使得罩10-1既用于为气体探测装置1提供结构支撑也用作装置的无线能力的天线。在图3的示例中,天线99可以是贴片天线(patchantenna)或者被形成为单极天线,不过针对如图3中所示的每个馈送件可以存在接地电阻器。在这样的构造中,天线将是ifa或者pifa天线。如果接地电阻器不存在,则天线可以包括贴片或单极天线。这些各种类型的天线的性能将是不同的,并且可以包括或可以不包括电阻器来增强天线性能。当罩10-1被附接到壳体时,一个或更多个馈送件可以被连接到天线99上的不同位置。在图3的示例中,三个馈送件11-1、2、3被示出并被连接到天线上的三个不同位置。

图4示出了气体探测装置1的部分分解视图。在这个视图中,导电罩10-1、pcb19和无线电调制解调器25被示出。无线电调制解调器25被设置在借助于连接器24被安装在pcb19上的组件上。无线电调制解调器组件本身包括导电馈送件中的一个(在这个示例中是11-3)。另外两个馈送件11-1和11-2被设置在pcb19上。因为无线电调制解调器25通过连接器24被安装到pcb19,所以馈送件11-3如馈送件11-1和11-2那样被安装在pcb19上。当罩10-1被附接到壳体并且气体探测装置被大体组装在一起时,导电馈送件11-1、11-2和11-3自动地连接到天线上的相应连接点,如图3的示例中所示。也可以针对馈送件2和馈送件3添加额外的匹配网络27-1和27-2以获得更好的天线性能。

图5示出了气体探测装置1的自上而下的部分分解视图。也示出了pcb19、包括无线电调制解调器板25的无线电调制解调器组件和三个馈送件11-1、11-2和11-3。当这些部件配合在一起时。馈送件11-1、11-2和11-3接触天线99的部分,该天线99被形成在或以其它方式设置在导电罩10-1的内侧表面上。

图6示出了具有附接到其的pcb19的罩10-1的侧视图和前视图。馈送件11-1、11-2和11-3也被示为从由pcb19限定的平面竖直地安装成朝向并触及在导电罩10-1的内侧表面上的天线(未被具体示出)。

图7、图8和图9示出了针对馈送件11-1、11-2和11-3的三个不同放置位置的天线频率频谱的三个示例。这些示例示出了驻波比(swr)与频率的关系的曲线。在图7的示例中,可能存在三个共振频率,而如图8中所示,从具体馈送件放置位置可获得仅两个共振频率,并且如图9中所示,从具体馈送件放置位置可能存在仅一个共振频率。

图10示出了一种具体示例,其中可以通过三个馈送件11-1、11-2和11-3的具体放置而产生三个共振频率。一个共振频率是从868mhz到928mhz。另一共振频率是从1570mhz到1580mhz。第三共振频率是从2400mhz到2500mhz。

图11示出了能够通过使用合适的匹配网络或者通过接地电阻器并通过由交换网络而改变馈送件来调整(增加或减小)具体共振频率。在图11中,曲线33的共振频率被示为向上调整成为曲线35。

虽然已经在上文示出并描述了根据本文公开的原理的各种实施例,不过在不背离本公开精神和教导的情况下,本领域技术人员可以对其作出修改。本文描述的实施例仅是代表性的并不旨在是限制性的。许多变型、组合和修改是可能的并且在本公开的范围内。由组合、整合和/或省略实施例的特征而得到的替代实施例也在本公开的范围内。因此,保护范围不受上文给出的描述的限制,而是由随附权利要求限定,该范围包括权利要求的主题的所有等价方案。每个和全部权利要求作为进一步公开被包括在说明书中并且权利要求是本发明的实施例。此外,上文描述的任何优点和特征可以与特定实施例相关,但是不应将如此提出的权利要求的应用限制成实现任意或全部上述优点或具有任意或全部上述特征的过程和结构。

进一步,在“背景技术”中对技术进行的描述不应被解释成是对某技术是本公开中任意发明的现有技术的承认。

虽然在本公开中已经提供了多种实施例,不过应该理解的是,在不背离本公开精神或范围的情况下,公开的系统和方法可以以许多其它特定形式被实现。公开的实施例被认为是示意性的而不是限制性的,并且权利要求不一定限于本文给出的细节。例如,各种元件或部件可以组合或整合在另一系统中或者某些特征可以被省略或不被实现。

此外,在各种实施例中离散或单独地被描述和示出的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法组合或整合,而不背离本公开的范围。示出或讨论为彼此直接联接或连通的其它物项可以通过某接口、装置或中间部件间接联接或连通,无论以电、机械或其它方式。修改、替代和更改的其它示例可以被本领域技术人员所确定并且可以在不背离本文公开的精神和范围的情况下做出。

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