配置为馈送集成在电子设备内的天线的天线馈线的制作方法

本公开的领域是用于馈送集成在电子设备中的天线的技术领域。

更具体地，本公开涉及一种用于馈送形成在这种电子设备的壳体中的缝隙或贴片天线的天线馈线。

本公开可以在电子设备集成无线特征诸如wifi、蓝牙、rf4ce、zigbee、zwave、lte等的任何领域中感兴趣，例如在家庭网络电子设备中，比如因特网网关、机顶盒、路由器和智能家居设备。

背景技术：

本节旨在向读者介绍本领域的各个方面，这可能与下面描述和/或要求保护的本公开的各个方面有关。认为该讨论有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解，这些说明将以此轻描述，而不是现有技术的陈述。

家庭网络设备比如因特网网关、机顶盒、路由器和智能家庭设备集成了许多无线系统，以提供多种服务和应用。这些包括符合各种通信标准的不同系统，例如比如wifi、蓝牙、rf4ce、zigbee、zwave、lte等。

似乎这种装置的壳体由于各种原因而倾向于向金属材料演变，例如：

·提出具有金属高档精加工金属表面的美观产品；

·提出高稳定性的重型产品；

·提出更薄的产品，同时坚固耐用；

·提出具有更高效热管理的产品；

·提出增加与嵌入电子产品中的噪声的隔离；

·管理任何电磁兼容性(emc)问题。

然而，这样的环境需要高水平的天线集成，以便保持天线性能。

缝隙或贴片天线以及背腔缝隙或贴片天线在电子设备的上下文中被广泛使用。通常，这种天线的馈送可以通过使用需要以有效的方式从印刷电路板(pcb)朝向天线连接的弹簧金属片进行，以便最大化天线效率。

特别地，knorr,j.b.在“slotlinetransition”,ieeetrans.1974中描述了馈送辐射缝隙的经典技术的理论方面。通过扩展，该馈送技术可应用于馈送缝隙天线，其中缝隙天线或以开路平面(例如锥形缝隙天线)结束，或以具有缝隙长度的短路平面(例如以半导向波长的基本模式为目标)结束。为了使辐射缝隙和限定过渡平面的传输线之间的耦合最大化，缝隙中的电场必须最大化，并且传输线中的磁场必须最大化。为了使过渡平面中传输线的磁场最大化，主要有两种方法：

·第一种方法使用在过渡平面之后延伸导向四分之一波长的传输线；

·第二种方法是在穿过缝隙线之后使用短路接地的传输线。

必须注意的是，由于扩展传输线的频率依赖性，第一种方法具有比第二种方法更窄的频率带宽行为。第二种方法需要与传输线馈送端口的相对缝隙侧的连接良好的接地连接。

类似的馈送技术通常与贴片天线一起使用。

然而，在如上所述的目前趋势壳体中，缝隙或贴片天线可以形成在金属壳体中或由壳体的两个金属机械部分形成。例如，壳体的第一子部分形成缝隙的第一边缘，并且第二子部分形成缝隙的第二边缘。

但是在后一种情况下，当执行壳体的组装时，在形成天线的同时必须保证天线的馈送。换句话说，天线的馈送必须以盲安装方式进行，因为在壳体组装之前天线本身不存在，并且在壳体的该组装之后壳体的内部可能不可接近。

当天线直接形成在金属壳体中时，同样的问题是由于嵌入将信号提供给天线(或者从天线取回信号)的部件的pcb可能在组装电子设备期间被放置就位，并且壳体的内部可能在组装壳体后不可接近。取决于壳体上天线的位置和壳体内pcb的位置，如上所述的用于馈送缝隙或贴片天线的经典技术可能是不可用的。

更具体地，当缝隙或贴片天线不与馈送点对齐时，由于多种原因，馈线可能在壳体以盲安装方式组装和封闭时低耦合到天线。例如：

·馈送可能不符合与天线的距离；

·馈送可能无法正确连接到印刷电路板。

因此，需要一种允许从嵌入在壳体中的pcb有效地馈送位于电子设备的壳体上的缝隙或贴片天线的系统。

该系统需要在组装壳体期间以盲方式安装同时进行有效的馈送。

技术实现要素：

本公开的特定方面涉及一种配置为执行无线通信的电子设备，包括：两部分壳体，其包括壳体的第一部分和壳体的第二部分，所述壳体以金属或金属化材料实现；配置成用于馈送天线的天线馈线，所述天线包括形成在所述两部分壳体中的缝隙或贴片，以及印刷电路板，其至少包括用于所述天线馈线的驱动电路。所述馈线是不同于所述印刷电路板的导电元件，包括：

·中心部分；

·第一延伸部分，其从所述中心部分的第一端朝向所述印刷电路板延伸以与所述印刷电路板电接触；

·第二延伸部分，其从所述中心部分的第二端延伸以与所述壳体的第一部分电接触；

所述中心部分、第一延伸部分和第二延伸部分中的至少一个配置为将所述天线馈线与所述缝隙或贴片电磁耦合。

因此，本公开提出了一种用于馈送集成在电子设备的壳体中的缝隙或贴片天线的新的和创造性的解决方案，从而允许将天线电磁耦合到布置在壳体内的印刷电路板上的电子电路的馈线的盲安装(theblindmounting)。

为此，馈线的中心部分由包括在所述两部分壳体内部的电介质支撑件机械地保持，确保馈线相对于辐射孔的正确定位，以确保良好的电磁耦合。

根据第一具体实施方式，所述第一延伸部分配置为与所述印刷电路板电接触，并且所述第二延伸部分配置成与所述壳体的第一部分电接触。

因此，在天线馈线与缝隙或贴片天线之间的耦合区域处获得电短路，从而参与到最佳的电磁耦合。此外，所获得的短路表现出宽带行为。

第一延伸部分包括在壳体的第一和第二部分的组装期间弯曲的第一弹簧部分，从而允许天线馈线与印刷电路板的良好电接触，同时执行盲安装。

根据特定特征，所述第二延伸部分集成第二弹簧部分，所述第二弹簧部分有助于使所述第二延伸部分与所述壳体的第一部分电接触。

因此，在天线馈线与缝隙或贴片天线之间的耦合区域获得的短路特别稳定。进一步增强了包括天线馈线和电介质支撑件的组件的鲁棒性。

根据特定特征，所述第二延伸部分包括至少一个突起，其配置成通过所述电介质支撑件中的至少一个开口与所述壳体的第一部分电接触。因此，第二延伸部分中的突起与电介质支撑件中的开口之间的协作增强了包括天线馈线和电介质支撑件的组件的鲁棒性。

根据第二特定实施方案，所述第二延伸部分的长度是由所述驱动电路馈送的导波波长的四分之一；并且其中所述第二延伸部分以开路结束。

因此，在天线馈线与缝隙或贴片天线之间的耦合区域处获得电短路，从而参与到最佳的电磁耦合。

根据特定特征，所述中心部分包括配置成用于锚定到所述电介质支撑件的至少一个钩。

因此，获得天线馈线相对于缝隙或贴片天线的正确定位，从而参与到最佳电磁耦合。

本公开的另一特定方面涉及一种组件，其包括天线馈线(如前所述)和所述电介质支撑件，其机械地保持所述天线馈线的中心部分，其中所述电介质支撑件填充所述缝隙或贴片的至少一个辐射孔。

因此，可以减小辐射孔的电长度。

附图说明

实施例的其他特征和优点应从以下描述中显示，其通过指示性和非穷尽性的示例和附图给出，其中：

-图1a示出了根据本公开的实施例的无线通信设备的透视图；

-图1b示出了图1a的无线通信设备的不同部分的组装，其包括顶部壳体、间隔件、可选屏蔽件、印刷电路板和底部壳体；

-图2a、2b、2c和2d分别示出了图1b中公开的顶部壳体、间隔件、印刷电路板和底部壳体的透视图；

-图3a和3b示出了根据本公开的不同实施例的天线馈线；

-图4a示出了根据本公开的一个实施例的包括天线馈线的天线的不同部分的组装；

-图4b示出了根据图4a的实施例的天线；

-图5示出了根据本公开的实施例的贴片天线的不同部分。

具体实施方式

在本文件的所有附图中，相同的附图标记表示相似的元件和步骤。

所公开方法的一般原理在于一种天线馈线，包括中心部分，该中心部分配置成由包括在电子设备的两部分壳体内的电介质支撑件机械地保持，以及第一延伸部分，其从中心部分的第一端朝向天线必须连接到的pcb延伸。第一延伸部分集成第一弹簧部分，其允许天线馈线与pcb的良好电接触，同时组装电子设备的壳体。天线馈线还包括从中心部分的第二端延伸并允许控制天线馈线的阻抗的第二延伸部分。所述中心部分、第一延伸部分和第二延伸部分中的至少一个配置为用于将天线馈线与所述缝隙或贴片电磁耦合，从而导致预期的馈送功能，同时允许在壳体的两部分的组装期间的盲安装(theblindmounting)。

现在参考图1a，我们给出根据本公开的实施例的无线通信设备的透视图。

在本实施例中，设备100是机顶盒。它包括用于wifi的四个5ghz天线和用于蓝牙无线通信的一个2.4ghz天线，尽管在图1a中未示出。通过各种连接器比如通用串行总线类型c(usb-c)或高清多媒体接口(hdmi)提供与比如用于呈现的电视机的其它设备的连接。该设备集成了或通过无线通信或通过物理连接器接收的视听信号的解码能力，以及通过用户界面与用户的交互。设备的壳体主要由金属制成，因此将无线通信能力与良好的性能相结合是非常有挑战性的。

缝隙天线1010存在于设备100的壳体的四个角中的每一个上。如下文关于图1b所公开的，缝隙天线的辐射孔1001(即缝隙本身，在金属壳体中物理缝隙孔的意义上)填充有由介电材料制成的间隔件(120)的部分1202，从而允许减小辐射缝隙孔的电长度。

在其他实施例中，缝隙天线可以通过产生其他孔而存在或添加在其它位置。另外还可以考虑贴片天线，或者如下面关于图5所公开的缝隙天线。

现在参见图1b，我们给出了图1a的无线通信设备100的不同部分的组装的分解图。

通过使用压铸或加工技术，顶部壳体110以金属实现，并形成背腔天线的第一部分。间隔件120允许在顶部壳体110和底部壳体150之间形成间隙，这例如导致四个缝隙天线1010中的一个。该间隔件优选地以介电材料(例如abs材料)实现，其减小天线尺寸，但也可以是可增加天线效率的充气区域。间隙宽度控制天线带宽和效率。在本实施例中，间隔件120的部分1202配置为填充缝隙天线的辐射孔1001，从而允许减小辐射缝隙孔的电长度。该机械部分可以通过模制注塑技术实现。可选屏蔽件130焊接或固定到印刷电路板140上以减少设备中的噪声。可以在电子部件与壳体的一个或两个金属部分之间施加可选热垫。为了降低热垫高度以节约成本，顶部和/或底部壳体的内侧可机械地匹配。印刷电路板140形成背腔天线的第二部分。在该腔表面区域中，印刷电路板包括至少一个导电层。通过使用压铸或机械加工技术，底部壳体150以金属实现，并形成背腔天线的第三部分。因此，腔通过顶部壳体、印刷电路板和底部壳体的组装形成。每个腔从rf电路连接到天线导体馈线，天线导体馈线与顶部和/或底部壳体直接连接，形成(缝隙)天线或电磁耦合到(缝隙)天线。

现在参考图2a、2b、2c和2d，我们给出了顶部壳体110、间隔件120、印刷电路板140以及图1b中公开的底部壳体150的透视图。

更具体地，区域111、112、113、114表示5ghz天线的腔。以腔111为例，腔的第一部分由顶部壳体110的表面形成，由侧壁111a、111b和后壁111c完成。这些壁或形成在顶部表面中或作为单独的金属部分固定到顶部表面。为了实现宽带频率应用，应尽量减小腔的品质因数。侧壁允许调节背腔天线的谐振频率。壁的形状和尺寸根据设备的整体形式通过模拟确定。四个5ghz腔布置成提出辐射图案分集，以便例如在设备的水平平面中提出互补辐射图案。通过在同一设备边缘上(在每个角中的当前5ghz天线之间)添加缝隙孔，或者通过在金属壳体的第一部分中创建额外孔，可以采用这种布置来解决更高的mimo顺序。腔115专用于2.4ghz。上述原理适用于该腔。

间隔件120在电介质中包括多个切口和开口。开口121a、122a、123a、124a布置成支撑天线馈线。切口121b、121c、122b、122c、123b、123c、124b、124c布置成插入顶部壳体，并且特别适于装配至集成到顶部壳体中的壁。可选地，孔125a、125b布置成允许顶部壳体的插入并且提供用于将间隔件朝向顶部壳体定位和保持的引导。

印刷电路板140承载提供设备的功能的电子部件。这些部件在图中未示出。它包括允许天线馈线(未示出)与缝隙天线、天线驱动电路141a、142a、143a、144a、145a接触的导体垫141、142、143、144、145。腔区域141b、142b、143b、144b使用填充导体并且可以添加电镀通孔以增加从印刷电路板到天线的能量传递。接地平面149a、149b、149c布置在印刷电路板的顶层上，无涂覆，以确保与顶盖的壁的良好接地连接。实际上，印刷电路板与顶盖的壁之间的电接触确保了腔的电磁密封。印刷电路板与顶部壳体的壁之间的接触点远离波长的不到四分之一，并且优选地，触点几乎是连续的，例如通过使用金属泡沫。本领域技术人员将理解，可以使用若干种解决方案来确保顶盖的壁与印刷电路板上的接地平面之间的电连接，比如弹簧触点、焊膏或金属泡沫。

底部壳体150的垂直部分151和水平部分153形成用于每个背腔天线的腔的第三部分。实际上，由于印刷电路板不完全装配到垂直部分，所以水平部分需要闭合腔：需要在印刷电路板周围配置一些自由空间以允许其组装。可选地，孔155a、155b、155c用于将印刷电路板固定到底部壳体150上，并且孔157a、157b用于通过连接电缆或设备比如dc电源单元、hdmi、usb、usb-c等而将设备与外部元件连接。可选地，底部壳体还可以集成与集成到顶部壳体的壁类似的壁，以进一步改善腔的隔离。

本领域技术人员将理解构成该设备的不同元件的其它布置是可能的。例如，当设备站立时(主要是垂直的而不是大致水平的，如图1a所示)，顶部和底部壳体被左右壳体或前后壳体代替，而不改变本发明的原理。天线的位置也可以随着性能的轻微影响而改变。例如，5ghz天线可以放置在设备每侧的中间，2.4ghz天线可以放置在设备的角中。可以使用任何其他数量的(缝隙或贴片)天线。例如，将优选实施例天线的数量加倍，使用5ghz的8个天线和2.4ghz的2个天线，天线分布在壳体的侧面、角和顶部。

现在参考图3a，我们示出了根据本公开的实施例的天线馈线。

天线馈线300是导电元件(无论是金属化塑料元件还是由本领域技术人员已知的任何合适的金属制成的元件)，其配置为与导体垫141、142、143、144、145接触，以便将存在于pcb140上的由天线驱动电路141a、142a、143a、144a、145a传递的信号电磁耦合到缝隙天线1010的辐射孔1001，反之亦然。

为此，天线馈线300包括中心部分320，其配置成由电介质支撑件机械地保持，这里是间隔件120的一部分。在本实施例中，中心部分320包括配置成与间隔件120中的互补凹槽(未示出)配合的钩320a，从而导致中心部分320由间隔件120机械保持。

天线馈线300还包括从中心部分320的第一端朝向pcb140的导体垫141、142、143、144、145延伸的第一延伸部分310。第一延伸部分310还集成第一弹簧部分315，其允许第一延伸部分310与pcb140电接触。

实际上，如下面关于图4a所公开的那样，当顶部壳体110和底部壳体150与间隔件120和pcb140在其间安装在一起时，第一延伸部分310与pcb140的导体垫141、142、143、144、145接触，使得第一弹簧部分315弯曲，从而在执行盲安装时允许良好的电接触。必须注意的是，通过也弯曲的部分第一延伸部分310与pcb140的导体垫141、142、143、144、145接触，以便在pcb140盲安装在壳体内时不导致它的导电层(例如表面铜层)劣化。实际上，当第一弹簧部分315进入弯曲区域时，这种盲安装可能涉及第一延伸部分310的末端在导体垫141、142、143、144、145上的位移。

在本实施例中，第一弹簧部分315由两个弯曲部分构成，馈线300的材料的弹性保证了弹簧的功能。在变型实施例中，可以仅使用一个弯曲部分。

天线馈线300还包括第二延伸部分330，其从中心部分320的第二端延伸并允许控制天线馈线300的阻抗。

实际上，如关于本公开的技术背景所讨论的那样，当如在缝隙平面中看到的馈线300的阻抗对应于短路时，天线馈线300与缝隙天线1010之间的电磁耦合是最大的。为了实现该结果，第二延伸部分330包括突起335，其配置成当安装壳体时与金属顶部壳体110接触。这导致在中心部分320的水平处的预期短路，中心部分320是确实耦合到缝隙天线1010的辐射孔1001的部分，如下面关于图4a和4b所公开的。在其他实施例中，例如关于图5所公开的，天线馈线300的另一部分配置成耦合到辐射孔，例如第一延伸部分或第二延伸部分。

第二延伸部分集成了第二弹簧部分325，其由于与上文关于第一弹簧部分315所公开的相同原因而有助于使第二延伸部分330的突起335与顶部壳体110电接触。对于第二弹簧部分325，也可以考虑上面对于第一弹簧部分315所讨论的相同的变型。

现在参见图3b，我们提出了根据本公开的另一实施例的天线馈线。

天线馈线300'的第二延伸部分330'不配置成当壳体组装时与顶部壳体110接触，而是不与任何电接地接触。

因此，第二延伸部分330'以开路结束，并且在中心部分320的水平处看到的阻抗相对于第二延伸部分330'的电长度被调谐。

在变型实施例中，第二延伸部分的长度是由驱动电路141a、142a、143a、144a、145a馈送的导波波长的四分之一。因此，使第二延伸部分330'以开路结束，在中心部分320的水平处看到的阻抗仍然是预期的短路。然而，这仅适用于导波的载波频率。因此，与图3a所公开的方法相比，该方法可以在较窄的频带上工作。

现在参考图4a和4b，我们提出了根据本公开的一个实施例的包括天线馈线的天线的不同部分的组装以及所得到的缝隙天线。

在该实施例中，间隔件120具有布置用于支撑天线馈线300的开口121a、122a、123a、124a。更准确地说，开口121a、122a、123a、124a包括凹槽(未示出)，其配置成与设置在天线馈线300的中心部分320上的钩320a配合。因此，中心部分320被间隔件120机械地保持，使得：

·突起335超过间隔件120的上表面，使得其在顶部壳体110、先前与天线馈线300组装的间隔件120、pcb140和底部壳体150的组装期间与顶部壳体110物理接触且因此电接触；

·中心部分320保持抵靠间隔件的一部分1203，使得它在盲装于壳体中之后处于辐射孔1001的预定距离处。这允许精确地控制中心部分320与辐射孔1001之间的电磁耦合；

·第一延伸部分310与pcb140的一个导体垫141、142、143、144、145接触，使得第一弹簧部分315弯曲，从而在执行盲安装时允许良好的电接触。

如上面关于图1a和1b所公开的那样，间隔件120(由介电材料制成)的部分1202配置为填充缝隙天线的辐射孔1001，从而允许减小辐射缝隙孔的电长度。

现在参考图5，我们给出了根据本公开的一个实施例的贴片天线的不同部分。

天线馈线300'用于耦合pcb140与背腔贴片天线1010'(包括两个辐射孔1001')之间的信号。

更具体地，在本实施例中，贴片天线1010'是堆叠贴片型，即它包括电磁耦合到天线馈线300'的第一金属贴片500和连接到容纳在背腔贴片天线1010'的磁性(h)平面中的顶部壳体和/或底部壳体的第二贴片501(也称为寄生贴片)。该配置允许增加背腔贴片天线1010'的阻抗频率带宽。

在本实施例中，天线馈线300'的第二延伸部分330'配置为耦合到背腔贴片天线1010'(包括两个辐射孔1001')。

在另一实施例中，间隔件120的一部分配置为用于填充辐射孔1001'和/或背腔贴片天线1010'的至少一部分腔，从而允许减小辐射孔的电长度。

电子设备100还可以是包括如所描述的天线的任何其它电子设备，例如比如网关、平板电脑、智能电话、头戴式显示器。虽然已经用以金属实现的壳体进行了描述，但本领域普通技术人员将理解，壳体也可以以非金属材料(比如塑料、陶瓷、玻璃、有机材料等)实现，其表面正在被金属化，因此获得相同的效果，除了一些材料的增强的鲁棒性和热效率之外。