无线系统的天线的制作方法

本申请要求2016年11月29日提交的美国专利申请no.15/363,897的优先权；且本文的公开内容涉及2008年8月19日授权的美国专利no.7,414,587。出于任何和所有非限制性目的，该美国专利申请和美国专利均通过引用完全并入本文。

本文的公开内容涉及一种用于无线接收或发送系统的天线，包括无线麦克风。

背景技术：

在无线麦克风中，一个或多个天线可以安装到麦克风的机箱的外部和/或具有可以直接连接或者通过rf(射频)屏蔽电缆连接外部天线的端口。为了与变化的发射器极化方向和环境条件最佳匹配，可以使用具有到接收器机箱的旋转附件的外部天线，从而允许用户对天线取向以获得最佳接收。然而，在某些情况下，这种方法可能是昂贵的并且可能导致机械复杂性和可靠性问题。此外，在某些情况下，用户通常可能不知道如何正确地对天线取向，并且如果用户选择不良取向，则实际上可能降低接收质量。而且，在某些情况下，外部安装的天线可能易于受到期望位置的干扰或甚至损坏。另外，在某些示例中，可能期望在多于一个频带中操作天线。

技术实现要素：

本发明内容以简化的形式提供了与本公开相关的一些一般概念的介绍，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识本发明的关键特征或必要特征。

本公开的各方面涉及一种用于支持可在两个工业、科学和医学(“ism”)频带中操作的无线系统的天线。天线可以包括：第一辐射器，其被配置为在第一ism频带中操作；以及第二辐射器，其被配置用以在第二ism频带中操作；以及单馈电传输部分，其被耦合到第一辐射器和第二辐射器。天线可以被配置为装配在机箱内，在一个示例中，机箱可以是用于麦克风中的无线接收器的机箱。

附图说明

当结合附图阅读时，可以更好地理解前述发明内容以及以下详细描述，其中相同的附图标记指代其中附图标记出现的所有各种视图中的相同或相似的元件。附图是作为示例包括，而不是对要求保护的发明的限制。

图1a示出了根据本公开的一个方面的示例性天线的透视图。

图1b示出了图1a的示例性天线的侧视图。

图1c示出了图1a的示例性天线的俯视图。

图1d示出了图1a的示例性天线的正视图。

图2a示出了根据本公开的一个方面的另一示例性天线的侧视图。

图2b示出了图2a的示例性天线的俯视图。

图2c示出了图2a的示例性天线的正视图。

图3示出了包含图1a-1d和2a-2c的示例性天线的麦克风机箱的一部分。

图3a示出了示例性电路板的放大部分，示出了示例性天线的安装位置。

图3b示出了示例性电路板的另一放大部分，示出了示例性天线的安装。

图4示出了图1a的示例性天线的响应图。

图5a示出了图1a的示例性天线在915mhz的辐射图案。

图5b示出了图1a的示例性天线在2450mhz的辐射图案。

图6a示出了图1a和图2a的示例性天线在915mhz的极化特性。

图6b示出了图1a和图2a的示例性天线在2450mhz的极化特性。

图7示出了根据本公开的一个方面的另一示例性天线的侧视图。

具体实施方式

在以下对本公开的各种示例和组件的描述中，参考附图，附图形成了本发明的一部分，并且其中通过图示的方式示出了可以实施本公开的各方面的各种示例性结构和环境。应当理解，可以使用其他结构和环境，并且可以在不脱离本公开的范围的情况下，根据具体描述的结构和方法进行结构和功能修改。

此外，虽然术语“右”、“左”、“前侧”、“后侧”、“顶部”、“基座”、“底部”、“侧面”、“前”和“后”等在本说明书中可以用来描述各种示例性特征和元件，但是为了方便，这些术语在本文中例如基于图中所示的示例性取向和/或典型使用中的取向来使用。本说明书中的任何内容都不应被解释为需要结构的特定三维或空间取向以便落入权利要求的范围内。

图1a-1d示出了示例性天线101的各种视图，其中图1a示出了示例性天线101的透视图，图1b示出了侧视图，图1c示出了俯视图，并且图1d示出了正视图。如图1a-1d所示，天线101可包括两个单独的天线或第一辐射器103和第二辐射器105，第一辐射器103和第二辐射器105连接到公共单馈电柱(馈电传输线)107和形成到下面讨论的电路板109的导电连接部111的单馈电点115。在该示例中，第一辐射器103和第二辐射器105可以被配置为在不同的带宽区域中操作。例如，第一辐射器103可以配置为在900-928mhz区域中操作，并且第二辐射器105可以配置为在2400-2485mhz区域中操作。在一个示例中，第一辐射器103可以具有比第二辐射器更大的表面积。

单馈电点115和单馈电柱107电耦合到第一辐射器103和第二辐射器105，其中馈电柱107支持天线与电路板109的电耦合以及作为第二辐射器的一部分。将辐射器103、105定位在馈电点115的相对侧上有助于使辐射器去耦，使得每个辐射器103、105可以被调谐以实现特定频带并且使对彼此的干扰影响最小化。因此，天线101可以有效地作为接收器上的一对分集天线103、105工作，以在902-928mhz和2400-2485mhz的双ism无线电频带中操作，其中单馈电柱107到达每个辐射器103、105。每个辐射器103、105都利用从馈电柱107延伸的宽的导电材料片，这使得天线101能够在具有高度限制的麦克风的外壳中实现其工作频率和宽带宽。在该示例中，天线101的垂直高度可以减小到足够适合，但仍然可以在ism频带中实现操作。以这种方式，示例性天线101可以被配置为适形的双频带平面倒置单极天线，用于在印刷电路板上进行小尺寸垂直安装，其可以在无线麦克风系统中提供双极化宽带性能。

再次参见图1a-1d，第一辐射器103被配置用以接收902-928mhz信号，可包括多个突片103a、103b、103c，所述多个突片103a、103b、103c通常在图1c的俯视图中形成“l”形状。突片103a可以由细长的矩形部分组成。突片103b可以由正方形部分组成。而且，突片103c可以是四边形形状，其中连接侧面的角度之一可以大于90°。突片103c可包括比突片103a和103b更大的区域。

第一辐射器103的形状和低高度可以通过将第一辐射器103反转为“l”形并且形成比突出部103a和103b更大的区域的突片103c来实现。在某些示例中，在下面不需要接地平面，并且接地平面可能降低第一辐射器(对应于较低频带)的性能，而接地平面增强第二辐射器(对应于较高频带)的性能。在一些实施例中，该特性可能是有利的，其中金属片围绕机箱的拐角弯曲，如图3所示。

如图1a所示，突片103a可以具有长度d，突片103c可以具有长度e，并且突片103c可以具有高度f。在一个示例中，突片103a的长度d可以是15.1mm。然而，长度d可以形成得更短，以在两个频带中向上移动频率响应。在一个示例中，长度d可以在10mm到20mm的范围内。在一个示例中，突片103c的长度e可以是34mm。然而，长度e可以在30mm到40mm的范围内，并且在一个示例中，缩短长度e会导致频率响应增加。在一个示例中，突片103c的高度f也可以是25mm，并且缩短长度f可以使频率响应增加。

突片103a、103b、103c中的每一个可相对于单个进给柱107成角度或弯曲并且相对于彼此弯曲，如图1c所示。在一个具体示例中，角度α可以是大约114°。在其他示例中，角度α可以是100°至135°或在100°和135°之间的角度，以适应机箱内的各种空间。在某些示例中，改变角度α不会显著影响天线的增益特性。另外，在一个具体示例中，角度β，即第一辐射器103的突片103a与第二辐射器105之间的角度可以是160°。在另一个示例中，角度β可以是140°至180°或在140°和180°之间。在某些示例中，改变角度β不会显著影响天线的增益特性。

第二辐射器105被配置用以接收2400-2485mhz范围内的信号，可以近似为正方形，其中高度c相似于宽度b。在一个特定示例中，宽度可以是19mm，并且高度c可以是16mm。然而，预期宽度可以在15mm至25mm的范围内，并且高度可以在10mm至20mm的范围内。在该示例中，缩短宽度b或高度c可以增加天线101的频率响应。

在一个示例中，进给柱可以形成有凹口或切口区域。可选地或另外地，进给柱107可以形成为矩形突片部分，并且在一个示例中，可以具有8mm的高度(a)。然而，进给柱107的高度a可以在3mm和15mm之间的范围内。此外，在某些示例中，缩短馈电柱107的高度a增加了天线的频率响应。

示例性天线101可以由单个冲压金属片形成，在某些示例中，这些金属片降低了成本并且提供易于制造。在一个示例中，金属片可以由0.5mm厚的冷轧钢或其他合适的金属片形成。表面处理可包括铜闪光、1微米至2.5微米厚的化学镀镍。形成金属片的天线101可以提供如图1a-3b所示的单一平面结构。

在替代示例中，包括各个突片103a、103b、103c的拐角的第一辐射器103和第二辐射器105的拐角可以形成为圆形而不是方形。此外，天线101中可以包括各种凹口或切口，以便在形成天线101时便于金属片的弯曲和/或滚动。

由金属片形成天线允许宽片导体提供宽带性能。然而，在其他示例中，还预期天线可以由导线形成。例如，天线可以由闭合形状的线形成，例如矩形、正方形、椭圆形、菱形、梯形等或其他封闭形状。在一个示例中，闭合形状可以通过弯曲线的一部分并且将线的一端连接到诸如线的端部之间的导电连接部的点来形成。在一个示例中，这可以是焊接连接部、螺纹连接部或粘合连接部。然而，可以使用其他类型的连接以提供电连通性。

虽然图1a-1d中所示的实施例支持从外部设备(例如，无线麦克风)接收无线信号，但是这些实施例可以支持将无线信号发送到外部设备，其中发送和接收天线特性大约是对于给定的频率值也是如此。

图2a-2c示出了另一示例性天线201。天线201在尺寸和功能上可与天线101相同，其中相同的附图标记表示出现附图标记的所有各种视图中的相同或相似的元件。然而，天线201是示例性天线101的镜像，其中天线101是右取向天线，并且天线201是左取向天线。

图3示出了位于平面印刷电路板(pcb)109上的示例性天线101、201，其安装在机箱113内。在一个示例中，机箱可以形成用于麦克风的壳体或用于无线接收器的壳体的一部分。在一个示例中，机箱可以是塑料(或等效材料)或非金属材料。在该示例中，两个天线101、201可用于在接收机设置中提供分集接收。例如，右取向天线101和左取向天线201可以连同印刷电路板109封装在由机箱113形成的封壳121内。本示例中的天线101、201在无线接收系统中被复制以支持多个接收器。然而，预期可以仅使用一个天线101或者可以在发射器或收发器设置中使用天线。在该示例中，每个天线101、201可以包括类似的轮廓，其中天线是彼此的镜像。同样在该示例中，天线可以垂直安装。

天线101、201可以电连接到印刷电路板(pcb)109，其支持无线接收功能，例如，用于在导电连接部111处的无线麦克风接收器。在一个示例中，天线101、201中的导电连接部111、211可以由金属焊盘123形成，金属焊盘123可以用作天线101、201的安装焊盘123。

在一个示例中，天线101、201可以通过电路板109的角中的螺钉117、217安装在电路板上。然而，在替代示例中，导电连接部111、211可以形成为具有焊料连接部、电粘合剂或其他合适的连接方法。图3a和图3b示出了天线101、201和电路板109之间的连接部的放大示意图。如图3a和图3b所示，电路板109可以包括用于接收天线101、201的安装垫123。在一个示例中，天线101、201可以通过诸如螺钉117、217的螺纹紧固件固定到安装垫123。还可以考虑其他附接方法，诸如焊接、粘合剂、铆钉等。安装垫123可以由介电基板129形成，并且形成电接地部的金属片125可以填充电路板的其余部分。然而，为了使天线101、201充分地辐射，在安装垫123和电路板109的其余部分之间形成间隙127。间隙127是在所有层上移除电路板的导电材料的区域。尽管如此，间隙127可以利用有价值的空间，否则可以使用该空间将部件放置在电路板109上。因此，在某些情况下，可能希望使间隙127尽可能小。在一个示例中，间隙127可以是1.27mm并且可以在1mm至5mm的范围内。在操作期间，信号从电路板109馈送到安装垫123并且馈送到天线101、201。

如图3所示，通过调整它们的几何形状，天线101、201可以被配置为例如装配并且完全封闭在麦克风的低轮廓机箱113中。如图3所示，同样可以由金属片形成的天线101、201相对于天线101、201的垂直轴线弯曲，以装配在麦克风的机箱113的角119内。形成天线101、201的金属片中的多个弯曲部允许天线101、201与麦克风的机箱113的盒状形状一致，因为角度和弯曲允许天线101、201与机箱113的紧密角一致。

而且，如图3所示，第一辐射器103、203通常可以悬挂远离印刷电路板109的边缘，以减小由于其较大的面积和较低的工作频率引起的电容耦合。这在第一辐射器103、203之间产生远离电路板109表面的间隔。各个突片103a-c、203a-c的布置有助于产生这种布置以及布置组件以允许天线101、201贴合地安装到机箱113的角而不是直接从电路板109中伸出。

例如，机箱或壳体113可以限定第一壁113a、第二壁113b和第三壁113c。第一壁113a可以垂直于第二壁113b延伸，并且第三壁113c可以垂直于第二壁113b延伸。对于每个天线101、201，多个突片103a、103b、103c、105、203a、203b、203c、205中的第一个可以大致沿着机箱113的第一壁113a的内侧延伸，并且多个突片103a、103b、103c、105、203a、203b、203c、205中的第二个可以大致沿着机箱113的第二壁113b延伸。另外，可以设想通过为天线101、201提供不同的弯曲和几何形状，可以将天线101、201配置用以符合其他机箱形状。

另外，如图3所示，第一天线101和第二天线201可以被配置为装配在机箱113内。天线101、201具有短或低轮廓，其允许天线101、201装配在短或低轮廓机箱113中。具体地，天线101、201可以是具有宽带频率响应的尺寸减小的天线101、201并且具有低轮廓，使得天线101、201可以封装在塑料机箱内(或等效材料)或非金属机箱内。天线101、201的垂直尺寸减小以装配在机箱113内部。天线101、201可以例如通过增加天线101、201在水平方向上的面积而提供垂直分量长度的减小。而且，电路板109可以限定电路板平面，并且每个天线第一辐射器和第二辐射器都可以限定多个辐射器平面。多个辐射器平面中的每一个都可以基本上或几乎垂直于电路板平面延伸。

以上示例性天线101、201可以提供简单的结构和低成本结构，其还可以通过修改几何形状来提供易于调谐。取决于期望的配置，天线101、201还可以适用于任何无线系统应用。天线101、201还可以提供接收分集，因为可以在相同的电路板109上紧密地提供多个天线101、201。示例性天线101、201还可以提供适当量的增益和类似全向的模式特征，这对于用户可以将麦克风在不同位置取向的无线麦克风系统而言可能更为理想。

例如，先前现成的芯片天线由于其尺寸而可能占据显著的电路板面积。此外，需要在天线周围包括间隙以分离接地平面填充物和芯片所在的焊盘/迹线，仅留下基板材料。如果电路板已经具有拥挤的布局，则试图装配在这样的天线中可能是非常具有挑战性的。在天线101、201的示例性设计中，使用小的50密耳(1.27mm)间隙，可以有效利用剩余的电路板表面积。对天线101、201垂直地取向还减小了天线结构所利用的电路板空间(例如，相对于宽的平面芯片)。

另外，天线101、201的设计由于其轮廓而需要在电路板109上安装非常小的表面区域。天线连接部111、211形成在电路板109上的导电焊盘123上，并且在焊盘和电路板109的导电接地平面之间仅包括小间隙127。例如，天线的垂直结构允许最小化间隙127并且有助于在电路板109上产生用于附加电路的附加区域。在一个示例中，导电连接部111、211可以限定第一区域，并且第一辐射器和第二辐射器可以限定第二区域，其中第一区域可以小于第二区域。在一个示例中，导电焊盘123可以是电路板109的约82mm²(107mm²，包括间隙)以形成第一区域。在一个示例中，包括第一辐射器和第二辐射器的第二区域的近似面积可以是1260mm²。因此，在该示例中，第一区域仅是第二区域的8-9％或每个天线101、102的总天线区域的8-9％。在其他示例中，第一区域可以是第二区域的5％至10％，或者第一区域可以小于第二区域的20％。这允许电路板109上的非常小的接地面去除区域，在一个示例中，其可以具有大约12,400mm²的面积。因此，包括间隙的导电焊盘仅占电路板总表面积的不到1％，允许剩余空间用于电路用途或用于其他部件。

虽然天线101、201可以封装在与无线接收系统的电子电路相同的封壳中。还可以预期，天线101、201可以封装在不同的封壳中，或者外部封装或安装到机箱或印刷电路板109。除了无线麦克风之外，天线101、201还可以支持不同类型的无线接收器系统，包括无线麦克风接收器、个人立体声监听接收器、无线pai/演示系统(例如，锚定系统)，以及具有集成无线麦克风接收器的舞台混音系统。例如，无线便携式p.a.扬声器由内置(集成)vhf或uhf无线接收器、音频放大器、扬声器组成，并且通常是所有组件都在一个机箱内的内部电源组。

而且，由于天线101、201在接收器机箱内部实现，因此可以保护天线101、201免受可能导致人身伤害的意外损坏和误用。而且，对于机箱中的内部定位天线101、201，对环境问题的敏感性较小，这导致可能对天线性能产生不利影响的腐蚀。

虽然图1a-3b中所示的实施例支持902-928mhz和2400-2485mhz的ism频带，但是其他实施例可以支持不同的双频带。例如，一些实施例可以支持低uhf频带、高uhf频带和/或蜂窝频带(例如，800mhz、900mhz、1800mhz或1900mhz)。因此，一些实施例可以支持除无线麦克风之外的无线应用。此外，虽然图1a-1d中所示的实施例支持双频带，但是一些实施例可以支持多于两个频带，例如，三频带或更多频带。图7示出了在尺寸和功能上类似于天线101和202的替代天线示例，其中相同的附图标记表示出现附图标记的所有各种视图中的相同或相似的元件。然而，在该示例中，天线301可以通过在天线金属表面中定位适当尺寸的槽328、330来支持三频带操作，从而创建附加的突片316。附加突片316可以被配置为允许天线在除了902-928mhz和2400-2485mhz的ism无线电频段之外的5.8ghzism的ism无线电频段中操作。

图4示出了示例性天线101、201的vswr响应图。图4中示出的响应图示出示例性天线101、201可以用于900-928mhz区域和2400-2485mhz区域。在这两个区域中，vswr小于3，表明天线能够在两个区域中工作。然而，可以使用不同的vswr标准来确定操作带宽。另外，如图4所示，预期天线能够支持其他频率区域，例如在700mhz至1000mhz和1700mhz至2700mhz之间。此外，预期天线101、201可以进一步精细调谐以支持包括1600mhz至3500mhz的附加带宽。这可以通过改变现有突片的长度和面积或通过提供附加突片来实现。以这种方式，在某些示例中，天线101、201可以被配置为支持两个以上不同的带宽。

图5a和图5b进一步示出了天线101、201能够在915mhz和2450mhz的两个带宽区域中操作。如图所示，天线可以在所有方向上充分地发送信号。图5a-b中所示的测量结果表明，图1a-d和图2a-c的实施例具有本质上基本上全向的增益特性。这种特性对于无线麦克风系统也是有益的，允许用户自由移动并且允许双极化，全向模式覆盖。这便于在无线接收器系统中使用天线101、201。例如，用户可能不需要定位接收天线以在无线接收器和无线发射器之间建立通信。

参考图6a和图6b，电场(远场)的计算机模拟表明图1a-d和图2a-c中所示的实施例具有双极化特性(垂直分量和水平分量)。该特性通常对无线麦克风系统有益，因为发射器极化通常随用户运动而改变，其中发射无线麦克风可处于垂直或水平位置或其间的某处。例如，如图6a所示，900mhz极化(第一辐射器)在平面元件的垂直宽度方向上更宽，而在另一侧，“臂”(例如，突片103a、203a)有助于强的水平分量。而且，如图6b所示，2450mhz极化(第二辐射器)具有圆极化(因此具有水平分量和垂直分量)。

在一个示例中，用于支持无线系统的天线可以包括：第一辐射器，其被配置为在第一频带中操作；第二辐射器，其被配置为在第二频带中操作；单馈电传输部分，其被耦合到第一辐射器和第二辐射器；以及导电连接部，其被配置为连接到电路板。天线可包括单个金属片。第一频带可以包括第一工业、科学和医学(“ism”)频带，并且第二频带可以包括第二ism频带。第一ism频段可以跨越900-928mhz区域，并且第二ism频段可以跨越2400-2485mhz区域。

第一辐射器和第二辐射器可包括具有不同区域的多个突片。多个突片中的第一个通常可以沿着机箱的第一面延伸，并且多个突片中的第二个通常可以沿着机箱的第二面延伸。第一辐射器通常可以遵循“l”形状。第一辐射器和第二辐射器可以沿垂直轴线形成角度。该角度可以使天线与机箱相符，并且该角度可以是到或在和之间。第一辐射器和第二辐射器可以由单个金属片形成。第一辐射器可包括多个突片，并且多个突片可各自相对于彼此成角度。多个突片中的第一个和多个突片中的第二个可以形成100°至135°或在100°和至135°之间的角度。第一辐射器可包括比第二辐射器更大的表面积。第一和第二辐射器可以包括双极化特性。第一和第二辐射器可以具有全向增益特性。在一个示例中，天线可以包括被配置为在第三频带操作的第三辐射器。天线还可以包括导电连接部，并且导电连接部可以限定第一区域。第一辐射器和第二辐射器可以限定第二区域，并且第一区域可以是第二区域的5％至10％。

在另一示例中，机箱可包括壳体、第一天线、以及被配置用以接收天线的电路板，第一天线包括：第一辐射器，其被配置为在第一工业、科学和医学(“ism”)频带中操作；和第二辐射器，其被配置为在第二ism频带中操作；馈电传输部分，其耦合到第一辐射器和第二辐射器；公共馈线，其连接到第一辐射器和第二辐射器两者；以及导电连接部。壳体可以被配置为接收电路板和天线，并且导电连接部可以被配置为连接到电路板。壳体可以限定第一面和第二面，第一面可以垂直于第二面延伸。多个突片中的第一个可以大致沿着机箱的第一面延伸，并且多个突片中的第二个可以大致沿着机箱的第二面延伸。第一辐射器和第二辐射器可以沿垂直轴线形成角度，并且该角度可以允许天线装配在机箱的第一壁和第二壁内。示例性机箱可以包括第二天线，其中第二天线是第一天线的镜像。第一天线和第二天线中的每一个也可以由第二单冲压金属片形成。第一天线和第二天线可以被配置为装配在机箱内。

另外，电路板可以限定电路板平面，并且第一辐射器和第二辐射器可以限定多个辐射器平面。多个辐射器平面中的每一个也可以垂直于电路板平面延伸。导电连接部可以限定第一区域，并且第一辐射器和第二辐射器可以限定第二区域，并且第一区域可以小于第二区域。另外，第一区域可以是第二区域的5％至10％。第一天线和第二天线均可被配置为接收信号。

以上参考各种示例在附图中公开了本发明。然而，本公开所服务的目的是提供与本发明相关的各种特征和概念的示例，而不是限制本发明的范围。虽然已经关于包括实现本公开的当前优选模式的特定示例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，存在落入如所附权利要求中所述的本发明的精神和范围内的上述系统和技术的许多变化和置换。