CN101663562A - 具有改进的天线安装配置的个人导航装置 - Google Patents

Abstract

个人导航装置包括：用于从多个GPS卫星接收GPS信号的GPS接收机；耦合至GPS接收机的处理系统，用于根据GPS信号确定个人导航装置的位置；耦合至处理系统的显示器，用于显示与个人导航装置的位置相关的信息；外壳，其上安装有显示器并且其中容纳有所述GPS接收机和处理系统；以及耦合至GPS接收机的天线，用于辅助接收GPS信号。沿与穿过外壳的平面大致平行的平面固定地设置天线。

Description

具有改进的天线安装配置的个人导航装置

相关申请的交叉引用

本非临时申请要求于2007年3月5日提交的、题为“PERSONALNAVIGATION DEVICE WITH IMPROVED ANTENNAMOUNTING CONFIGURATION”的美国临时申请60/893,091的权益，在此通过引用将该申请的全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及诸如个人导航装置等的便携式电子装置。更具体地说，本发明涉及用于个人导航装置的改进的天线和天线安装配置。

背景技术

能够使用全球定位系统(GPS)的便携式电子装置，诸如个人导航装置(PND)、个人数据助理(PDA)、移动电话、手持式GPS/无线电台等，通常配备有用于从GPS系统中的卫星接收信号的天线。这些天线通常被固定安装在装置的外表面上，或者被枢纽式地安装，以便可以在使用装置时将它们延伸，而在不使用时将它们缩回。不幸地，这样的天线安装配置增加了总体尺寸，并且有损便携式电子装置的外观。

发明内容

本发明旨在具有改进的天线和天线安装配置的便携式电子装置，诸如个人导航装置。所述个人导航装置包括：用于从多个GPS卫星接收GPS信号的GPS接收机；耦合至GPS接收机的处理系统，用于根据GPS信号确定个人导航装置的位置；耦合至处理系统的显示器，用于显示与个人导航装置的位置相关的信息；外壳，其上安装有显示器，并且其中容纳有GPS接收机和处理系统；以及耦合至GPS接收机的天线，用于辅助接收GPS信号。沿与穿过外壳的平面大致平行的平面固定地设置天线。在示范性实施例中，个人导航装置包括其上安装有所述GPS接收机和处理系统的电路板。天线被安装到电路板上，并且被完全包围在外壳内。在本发明的实施例中，天线被完全设置在电路板的外周边缘内。可在天线和电路板之间设置接地平面。将所述天线至少部分地安装在接地平面以上，以便沿与电路板大致平行的平面设置天线。在特定实施例中，将屏蔽篱笆附着在电路板上。接地平面被至少部分地设置在屏蔽篱笆上方。通过依照本发明安装所述天线，可以使得个人导航装置的外壳较薄，而不损害信号接收能力。

应当理解，上文的概要描述和下文的详细描述都是示范性的，并且仅是解释性的，不一定限制要求保护的发明。被并入说明书并且构成说明书的一部分的附图示例了本发明的实施例，其与概要描述一起用来解释本发明的原理。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明的实施例，其中：

图1是示例根据本发明的示范性实施例构建的个人导航装置的等距图；

图2是示出图1中所示的个人导航装置的所选部件的框图；

图3是示例全球定位卫星(GPS)系统的示意图；

图4是图1中所示的个人导航装置的所选部件的前分解图；

图5是图1中所示的个人导航装置的所选部件的后分解图；

图6是进一步示例图4和图5中所示的个人导航装置的电路板和特定内部部件的平面图；

图7是从右侧看的图6中所示的电路板和内部部件的侧视图；

图8是图7中所示的电路板和内部部件的局部放大视图；

图9是图1中所示的个人导航装置的正视图；以及

图10是沿图9的线10/10截取的图1和图9中所示的个人导航装置的侧向横截面图。

附图不将本发明限制为本文所公开和描述的具体实施例。附图不一定是按比例绘制的，而是将重点放在清楚地示例本发明的原理上。

具体实施方式

下面的详细说明引用了示例可实施本发明的具体实施例的附图。所述实施例旨在足够详细地描述本发明的各个方面，以使得本领域技术人员能够实施本发明。可使用其它实施例，并且可在不偏离本发明范围的情况下进行改变。因此，并非从限定的意义上来进行下面的详细描述。本发明的范围仅由所附权利要求以及被授予专利权的权利要求的等同物的整个范围一起限定。

总体参照图1至图10，描述了根据本发明的示范性实施例的个人导航装置10。如图1、2、9和10中所示，个人导航装置10包括处理系统12、位置确定部件14、用于位置确定部件的天线组件16、显示器18、一个或更多输入装置20、包围并保护其它部件不受潮湿、振动和冲击影响的外壳22以及下面描述的其它部件。如本文更详细地描述的，将天线组件16配置和策略性地安装以及设置成，在最小化装置10的总体尺寸和消除自装置10的外壳22的突出的同时，使外部射频信号的接收最优。

处理系统12可包括任意数目的处理器、控制器、或其它处理系统以及用于存储由装置10访问和/或产生的数据和其它信息的驻留或外部存储器。处理系统12实现一个或更多软件程序，所述程序控制显示器18上的信息显示和通过一个或多个输入装置20的信息输入。

在示范性实施例中，位置确定部件14包括可确定使用装置10的船舶的位置的全球定位系统(GPS)接收机或任何其它装置。一般地说，全球定位系统(GPS)是基于卫星的无线电导航系统，其能够确定无限数量的用户的连续位置、速度、时间和方向信息。图3示出了总体用附图标记23来表示的GPS的代表性视图。多个卫星24位于绕地球26的轨道上。每个卫星的轨道不一定与其它卫星的轨道同步，实际上，可能不同步。诸如关于本发明的优选实施例描述的GPS接收机装置的GPS接收机装置10被示为从各个卫星24接收扩频GPS卫星信号。连续发射自每个卫星24的扩频信号使用以极度精确的原子钟实现的高度精确的频率标准。作为每个卫星24的数据信号发射的一部分，其发射指示该特定卫星的数据流。装置10必须从GPS接收机装置的至少三个卫星获取扩频GPS卫星信号，以利用三角测量法来计算其二维位置。

位置确定部件14用来从GPS卫星24接收导航信号，以根据所述信号计算装置10的位置。位置确定部件14还用来计算到所需位置的路径，提供指令以导航至所需位置，在显示屏幕上显示地图和其它信息，并且执行本文描述的其它功能。

位置确定部件14可包括一个或多个处理器、控制器、或其它处理系统和存储器，或者可使用处理系统12的部件。处理系统12和/或位置确定部件14的存储器可存储由位置确定部件14使用或产生的测绘数据和路由。存储器可以与位置确定部件14成为一体，与处理系统12成为一体，是独立的存储器，或者是两者的组合。所述存储器可包括例如可移除存储器元件和不可移除存储器元件，诸如RAM，ROM，闪存(包括MicroSD卡等)，磁性、光学、USB存储器装置，和/或其它传统存储元件。

可按照图4至图7描绘的传统方式将处理系统12和位置确定部件14安装在印刷电路板28上。在示例的实施例中，电路板是由传统材料制成的，并且其大小被设置为支撑装置10的处理系统12、位置确定部件14和其它电子组件的所有部件。

显示器18与处理系统12和位置确定部件14相耦合，用于显示本文所述的数据和信息。显示器18可包括LCD(液晶二极管)、TFT(薄膜晶体管)LCD、CRT(阴极射线管)、LEP(发光聚合物)、PLED(聚合物发光二极管)等，能够显示文本和图形信息。显示器可以是背光的，以便其在黑暗或其它弱光环境下也能够被看到。如图1、9和10所示，显示器18优选被设置在外壳22的前表面上以便容易被看到。

输入装置20也可以被设置在外壳22的前表面上，以便可以容易地访问它们。输入装置20可包括用于识别其功能的描述性标记。输入端可以是与显示器、语音识别电路或者能够控制处理系统和位置确定部件的任何其它元件相关联的按钮、开关、按键、电子触摸屏。

可以使用适当的轻型并且抗冲击的材料，诸如例如塑料、尼龙、铝或它们的任意组合来制作外壳22。外壳可包括前部22a和后部22b，并且可包括一个或多个适当的垫圈或封条以便使其基本上防水或耐水。外壳22还可包括用于可再充电电池或其它电源的位置。外壳可采用任何适当的形状或尺寸，并且可在不偏离本发明范围的情况下改变外壳的特定尺寸、重量和配置。

如图4-8和图10中最佳示例的，天线组件16包括天线30和接地平面32，并且可包括安装在电路板28上的一个或多个屏蔽篱笆(示出了两个屏蔽篱笆34a和34b)。在示范性实施例中，天线30可以是贴片型天线，诸如由Inpaq技术有限公司生产的那些。贴片天线可以在形状上约为正方形，在结构上大致是平的，并且其厚度小于其长度或宽度。在一个特定实施例中，贴片天线30约为25mm×25mm的正方形，并且厚4mm，但是在不偏离本发明范围的情况下，其可以被形成为其它尺寸和形状。然而，理想地，贴片天线30的厚度不超过约8mm。贴片天线30可包括其中心附近的小直径孔36。贴片天线的一个实施例具有约50ohm的输出阻抗和1575.42MHz的中心频率。

接地平面32包括围绕天线30的大致平的金属表面，用于偏转从地面和其它附近物体反射的游离信号(errant signal)(即，多径)。在示范性实施例中，接地平面32可由具有预镀锡涂层的约0.2mm-0.3mm厚的冷轧钢形成，并且约为50mm×50mm的正方形。然而，接地平面32也可由其它材料制成，并且在不偏离本发明范围的情况下可被形成为其它尺寸和形状。在所示实施例中，接地平面32被形成为具有为几个周边凹口。

屏蔽篱笆34a和34b帮助屏蔽天线30和接地平面32不受来自电路板28的电磁场的干扰。在一个实施例中，屏蔽篱笆34a和34b也由具有预镀锡涂层的约0.2mm-0.3mm厚的冷轧钢形成。在图4和图5所示的具体实施例中，屏蔽篱笆之一34b约为20mm×15mm并且约1.75mm高，而另一个34a约为29mm×34mm并且约1.75mm高。然而，屏蔽篱笆34a和34b可由其它材料制成，并且在不偏离本发明的范围的情况下被形成为其它尺寸和形状。此外，可仅使用一个屏蔽篱笆，或使用三个或更多屏蔽篱笆，而不是两个。此外，在示范性实施例中，屏蔽篱笆34a和34b可以取消。

在所示实施例中，通过先将两个屏蔽篱笆34a和34b附着到电路板28的一面上，将天线组件16安装到电路板28上，如图7、8和10中最佳示例的。可使用适当的固定技术(诸如通过粘合、焊接等)，将屏蔽篱笆34a和34b附着于电路板28上。然后将接地平面32扣合到屏蔽篱笆34a和34b上，或者另外使用适当的固定技术(诸如通过粘合、焊接等)来将其固定住。在其中没有设置屏蔽篱笆34a和34b的实施例中，接地平面32可以被安装到个人导航装置10的电路板28、天线30、外壳22或类似部件中。

贴片天线30被固定到接地平面32的外表面上，如图所示。在示范性实施例中，贴片天线30的一面可配备具有剥离层的自粘背衬。可以去除剥离层，从而露出粘合剂，以便将贴片天线30固定到接地平面32上。然后，可以将导电柱或销38插入到贴片天线30中的小直径孔36中，并将导电柱或销38推送穿过电路板28，从而使其远端40从电路板与天线组件相对的那一面进行延伸。然后，柱或销38的远端40可耦合至该装置的GPS接收机或其它位置确定部件以便在它们之间传送信号。

如图1、4、5、9和10中最佳示例的，贴片天线30被完全包围在外壳22内。在图4、5和6中最佳示例的特定实施例中，天线30被完全设置在电路板28的外周边缘内(即，从而使得天线30不在任何方向上延伸超出电路板28的外周边缘)。同样，接地平面32被完全设置电路板28的外周边缘内(即，从而使得接地平面32不在任何方向上延伸超出电路板28的外周边缘)。因此，贴片天线30或天线组件16没有任何一部分延伸超出外壳的外界。

再如图所示，沿图4、5中的由P1标识的平面设置贴片天线30。更具体地说，将贴片天线30设置为使其表面与平面P1大致平行或共面，并且其边缘大致垂直于平面P1。类似地，沿由P2标识的第二平面设置外壳22和显示器18。因此，如图所示，平面P2可与外壳的前表面和/或显示器18的表面大致平行或共面，并且大致垂直于外壳22的侧面或边缘表面(在其中外壳22的边缘表面大致垂直于外壳的前或后表面的装置10的实施例中)。在特定实施例中，平面P2可进一步/或可选择地与外壳22的后表面平行。同样，沿由P3标识的第三平面设置电路板28，从而使得电路板28的一个或两个表面与平面P3平行或共面。

在一个实施例中，沿其设置天线30的平面P1与穿过外壳22的平面P2大致平行。在另一个实施例中，平面P1与沿其设置电路板的平面P3大致平行。在特定实施例中，平面P1既平行于平面P2又平行于平面P3。因此，在示范性实施例中，可将天线30设置成使其表面大致平行于电路板、外壳22的前表面和/或后表面、和/或显示器的表面。如本文所使用的，“大致平行”和“大致垂直”应被理解为包括由制造公差、使用过程中部件的正常漂移和重新定位以及其它类似原因引起的平行或垂直的一些偏离。

通过配置和安装天线组件16(如本文所述)，在最小化装置10的总体尺寸和消除自外壳22的突出的同时，使GPS信号的接收最优。例如，通过将天线30安装到被完全设置在外壳内的电路板28上，个人导航装置10不具有从其外壳22突出的天线。这样，可使得该外壳比具有安装在其外壳外表面上的天线的现有技术装置更美观(例如，更薄、更光滑等)。此外，通过将天线30安装得大致平行于外壳22、显示器18和电路板28，可使得外壳22比已知的个人导航装置更薄，在已知的个人导航装置中，天线被设置成当该装置在使用中时大致垂直于其外壳，从而必须具有较厚的外壳和/或弹出式(flip type)天线。

在示例的示范性实施例中，本发明被实现为个人导航装置10，诸如图1中所示的个人导航装置。然而，可在各种便携式电子装置中实现本发明的实施例。本文所示例和描述的个人导航装置10及其部件仅是可用来实现本发明的实施例的装置和部件的例子，在不偏离本发明的范围的情况下可用其它装置和部件来代替它们。

装置10还可包括并未专门描述但是对于其功能来说必需或需要的其它部件。例如，装置10可包括用于提供可听指令和反馈的扬声器、用于接收语音命令的传声器、用于相对于附近的电子装置无线接收和发射数据和其它信息的红外端口、以及甚至用于相对于远程装置无线接收和发射数据和其它信息的蜂窝或其它无线电收发机。例如，所述无线电收发机可允许装置10与远程服务器通信。装置10还可包括多个I/O端口，其允许相对于处理系统12和位置确定部件14传送数据和其它信息。I/O端口可包括存储器卡槽和USB端口，所述存储器卡槽用于容纳可移除存储器卡，所述USB端口用于与连接至诸如个人计算机的另一个处理系统的USB电缆相耦合。可经由I/O端口、无线收发机或红外端口将导航软件、测绘地图以及其它数据和信息载入到装置10中。

相信通过以上描述能够理解本发明及其许多附加优点，并且显而易见的是，可在不偏离本发明的范围和精神或不牺牲其所有实质优点的情况下在其部件的形式、结构和布置上进行各种变化。本文此前描述的形式仅为其示范性的实施例，下述权利要求的目的是要包含和包括这样的变化。

Claims (21)

1、一种便携式电子装置，包括：

位置确定部件，用于从外部源接收信号；

耦合至位置确定部件的处理系统，用于根据该信号来确定便携式电子装置的位置；

耦合至处理系统的显示器，用于显示与便携式电子装置的位置相关的信息；

外壳，其上安装有所述显示器，并且其中容纳有所述位置确定部件和所述处理系统；以及

耦合至所述位置确定部件的天线，用于辅助接收所述信号，

其中，沿一个平面固定地设置所述天线，该平面与穿过外壳并且与外壳的前表面大致平行的平面大致平行。

2、如权利要求1所述的便携式电子装置，还包括电路板，在该电路板上安装有所述位置确定部件和所述处理系统。

3、如权利要求2所述的便携式电子装置，其中，所述天线被安装到所述电路板上，并且沿其设置所述天线的所述平面与在其中设置所述电路板的平面大致平行。

4、如权利要求3所述的便携式电子装置，还包括设置在所述天线和所述电路板之间的接地平面。

5、如权利要求4所述的便携式电子装置，还包括至少部分地设置在所述接地平面和所述电路板之间的屏蔽篱笆。

6、如权利要求1所述的便携式电子装置，其中，所述天线是厚度约为2mm至6mm的贴片天线。

7、如权利要求1所述的便携式电子装置，其中，沿其设置所述天线的所述平面与沿其设置所述显示器的平面大致平行。

8、一种个人导航装置，包括：

GPS接收机，用于从多个GPS卫星接收GPS信号；

耦合至GPS接收机的处理系统，用于根据所述GPS信号确定个人导航装置的位置；

电路板，在该电路板上安装有所述GPS接收机和所述处理系统；

耦合至处理系统的显示器，用于显示与个人导航装置的位置相关的信息；

外壳，其上安装有所述显示器并且其中容纳有所述GPS接收机和所述处理系统；以及

耦合至GPS接收机的天线，用于辅助接收GPS信号，

其中，所述天线被安装到所述电路板上，并且被完全包围在所述外壳内。

9、如权利要求8所述的个人导航装置，其中，所述电路板具有外周边缘，并且所述天线被完全设置在所述外周边缘内。

10、如权利要求8所述的个人导航装置，其中，沿一个平面固定地设置所述天线，该平面与沿其设置所述电路板的平面大致平行。

11、如权利要求8所述的个人导航装置，还包括设置在所述天线和所述电路板之间的接地平面。

12、如权利要求11所述的个人导航装置，还包括至少部分地设置在所述接地平面和所述电路板之间的屏蔽篱笆。

13、如权利要求8所述的个人导航装置，其中，所述天线是贴片天线。

14、如权利要求10所述的个人导航装置，其中，在其中设置所述天线的平面与沿其设置所述显示器的平面大致平行。

15、一种个人导航装置，包括：

GPS接收机，用于从多个GPS卫星接收GPS信号；

耦合至GPS接收机的处理系统，用于根据GPS信号确定个人导航装置的位置；

电路板，其上安装有所述GPS接收机和所述处理系统，所述电路板具有外周边缘；

耦合至处理系统的显示器，用于显示与个人导航装置的位置相关的信息；

外壳，其上安装有所述显示器并且其中容纳有所述GPS接收机、所述处理系统和所述电路板；以及

耦合至GPS接收机的天线组件，用于辅助接收GPS信号，所述天线组件包括接地平面和至少部分地设置在接地平面上方的贴片天线，

其中，天线组件被完全设置在电路板的所述外周边缘内。

16、如权利要求15所述的个人导航装置，其中沿一个平面固定地设置所述贴片天线，该平面与穿过外壳并且与外壳的前表面大致平行的平面大致平行。

17、如权利要求15所述的个人导航装置，其中接地平面由具有镀锡涂层的约0.2mm至0.3mm厚的冷轧钢形成。

18、如权利要求17所述的个人导航装置，其中屏蔽篱笆由具有镀锡涂层的约0.2mm至0.3mm厚的冷轧钢形成。

19、如权利要求15所述的个人导航装置，其中贴片天线具有约2mm至6mm的厚度。

20、如权利要求15所述的个人导航装置，其中，在其中设置有所述贴片天线的平面与沿其设置所述显示器的平面大致平行。

21、如权利要求15所述的个人导航装置，其中天线组件还包括附着于电路板上的屏蔽篱笆，所述接地平面至少部分地设置在屏蔽篱笆上方。

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