CN103380540A - 螺旋天线装置及形成螺旋天线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种天线总成及形成天线的方法。该天线包括用具有导电部分的天线卷带包覆的介电质芯。印刷电路板自底板延伸，且接地元件在位于远离该底板的一点处将该印刷电路板固定至该底板。该印刷电路板可透过导线或挠曲电缆连接件固定至该卷带上的该导电部分。该介电质芯可由减震材料形成，且被构造以延伸至该底板中。该天线总成可具备放置于该介电质芯上方的天线盖，且减震材料可位于该介电质芯与该天线盖之间。

Description

螺旋天线装置及形成螺旋天线的方法

技术领域

本发明是关于小型宽频天线的领域，且更特别的，是关于可与在UHF频带范围中传输的无线麦克风一起使用的螺旋天线。 

背景技术

在各种无线应用(诸如无线麦克风、电脑、移动装置及其它无线传输器件)的一或多者中可能需要实施易于组装的小型、稳健且便宜的天线。 

以引用的方式全部并入本文的Kenkel的美国专利第7,301,506号(Kenkel)公开一此实例。Kenkel公开一种藉由采用非金属卷带并在该非金属卷带上对角放置金属卷带条形成的螺旋天线总成。接着用该卷带包覆介电质芯。电连接器及位于该介电质芯的中心的中心导体接触该金属卷带条。该卷带上的一或两个突片在该介电质芯的端部上方弯曲以防止该卷带总成与该介电质芯分离。也将孔眼附接至该中心导体以钉住该突片。当围绕该介电质芯包覆该卷带总成时，可变更该卷带总成的导电部分的间距及宽度以获得所要的电特性。 

发明内容

在一示例性实施例中，本发明预期一种天线总成，其包括：介电质芯，其具有围绕该介电质芯包覆的导电部分的天线卷带，及可自底板延伸的印刷电路板。该印刷电路板与该卷带上的导电部分可电耦合。 

在另一示例性实施例中，本发明预期一种无线麦克风总成，其包括语音外壳、底板及连接至该底板的天线总成。该天线总成包括延伸至该底板中的介电质芯。包括导电部分的天线卷带围绕该介电质芯而包覆。印刷电路板可自该底板延伸，且该印刷电路板的至少一部分位于该底板中。该印刷电路板与该卷带上的导电部分电耦合。 

在另一示例性实施例中，本发明预期一种用于形成天线的方法，该方法包括围绕该介电质芯包覆包括导电部分的天线卷带；在位于远离底板的一点 处将印刷电路板安装至该底板；及电耦合该印刷电路板及该导电部分。 

附图说明

图1展示一示例性天线总成的透视侧视图； 

图2展示图1的增加天线盖的天线总成的透视侧视图； 

图3展示图1的移除该介电质芯及该天线盖的天线总成的透视俯视图； 

图4展示图1的移除该介电质芯及该天线盖的天线总成的另一透视侧视图； 

图5展示一示例性介电质芯的透视图； 

图5A展示另一示例性介电质芯的透视图； 

图6展示图5的包覆有天线卷带的介电质芯的透视图； 

图7A至图7C展示示例性天线卷带构造；及 

图8A至图8C展示围绕介电质芯包覆的图7A至图7C的示例性天线卷带构造。 

具体实施方式

将藉由参考下列描述及图式了解本发明的其他目的及特征。 

本发明是以实例方式图解说明且在附图中并无限制。 

在根据本发明的各种示例性结构的下列描述中，参考附图，该附图形成本发明的一部分且藉由根据权利要求中陈述的本发明的各种结构的图解方式展示。此外，应明白可在不脱离本发明的范畴的情况下使用部分及结构的其他特定配置，且作出结构及功能修改。而且，虽然可在此说明书中使用术语“顶部”及“底部”等等以描述本发明的各种示例性特征及元件，但是为方便起见，在本文中基于(例如)该图式中展示的示例性取向及/或典型使用中的取向使用这样的术语。此说明书中任何事物不应被解释为需要特定三维或空间定向的结构以落入申请专利范围的范畴内。 

图1及图2大致上描绘天线100，该天线100具有具备天线包覆或卷带120的介电质芯130、印刷电路板(PCB)110及天线盖114。该天线100被固定至手持麦克风的底板104。该手持麦克风可包含用于无线传输的无线传输器。该麦克风通常具有用于接收语音输入的传感器元件或语音外壳。该传感器元件可为动态、冷凝器、带式传感器或任何其他已知的传感器元件。 

诸如耦合导线106或挠曲电缆(未展示)的导电元件可将该天线卷带120的导电部分122电耦合至该PCB110，该导电元件用作该两个组件之间的应变缓解连接介面。可为螺丝钉112的接地元件可用以将该PCB110连接至该导线106附近的底板104以允许适当的接地参考。 

该介电质芯130可安装在该PCB110附近及该底板104中。该PCB110延伸经过底板壁105且延伸至手持麦克风的开口144中。此外，若该天线处置不当，则可在该天线盖114的内部区域与该介电质芯130的端之间放置包括小片减震发泡体的减震构件146以在降落冲击期间提供吸收震动能量的额外的减震能力。在示例性实施例中，该减震构件146可由微细孔聚合物垫(poron pad)形成。该耦合导线106在该PCB110与该天线100之间提供应变缓解。特别地，该耦合导线106可具备额外长度以在该导线中提供额外的松弛，使得该耦合导线106可在降落冲击期间自由移动而不致分离。若该天线100降落或处置不当或若该天线100以其他方式相对于该PCB110移动，则其增强该天线100的减震能力。 

为适当地对该天线100馈电，射频(RF)信号需经适当参考至接地。可在该底板104与该PCB110之间添加接地螺丝钉112以作用接地参考。 

如图3及图4中所示，该底板104具备自该底板104延伸以固持该PCB110的L形突片或凸缘116。该PCB110藉由远离该底板104的一点处的接地螺丝钉112固定至该突片116。此容许该PCB110进一步自该麦克风的底板104延伸出来并在该天线100与该PCB110之间提供一较短距离，最后提供更好的RF传输至该天线100。此外，该底板104可具备用于接收套管148上的配合螺纹的螺纹118，该套管148用作该无线麦克风上的外部把柄或夹具，且也可用作覆盖用于操作该麦克风的电池的外部外壳。一或多个螺丝钉140与螺孔142对齐以使该天线盖114及该介电质芯130维持在该底板104上的适当位置中。然而，也预期用于将该天线盖114固定至该底板104的其他方法。 

图5及图6大致上描绘介电质芯130的实施例。图5展示在用天线卷带120包覆前的介电质芯130，且图6展示在用天线卷带120包覆后的介电质芯130。该介电质芯130非刚性且有助于吸收下降应力以保护该PCB110及该天线100中的电接触件。用于形成该介电质芯130的合适材料是在该天线100的降落冲击期间提供震动能量的良好吸收的热塑性胺基甲酸酯(TPU)。 

该介电质芯130具有第一圆柱形部分132及第二长形部分134。该第一圆柱形部分132经构造以接收该天线卷带120，且该第二长形部分134经构造以被插入至该麦克风的底板104中。该第一圆柱形部分132可具有用于接收该天线卷带120的圆形截面。该第二长形部分134可具有D形截面或具备平坦表面的一部分弯曲的轮廓，该平坦表面用于与该底板104的L形突片116及该PCB110介接使得该介电质芯130在组装期间不干涉该PCB110。特别地，该D形轮廓对应于藉由该底板104中的开口144、该突片116及该PCB110形成的底板104的内部轮廓，且容许将该介电质芯130放置在围绕该突片116及该PCB110的底板104中。该第二长形部分134的添加对该天线100提供良好的减震性质。该第二长形部分134也具有开口133，该开口133可延伸贯穿该第二长形部分134的长度，且延伸至该第一圆柱形部分132。该第二长形部分134也具备用于经由一或多个螺丝钉140将该介电质芯130及该天线盖114固定至该底板104的两个孔136。该第二长形部分134中的凹口138提供凹槽，该凹槽在接地螺丝钉112的一端与该介电质芯130之间提供空隙。其允许该接地螺丝钉112在未接触该介电质芯130的情况下完全延伸经过该底板104的突片116，使得该螺丝钉112不影响该介电质芯130相对于该PCB110的定位。该两个孔136可经形成适用于配合至可为自攻螺丝钉的螺丝钉140(图3中展示)。其使得将机械连接介面配合至该底板104的成本低。 

此外，可将该介电质芯130修改为其他形状及构造。例如，如图5A中所示，该第一部分132A可形成为椭圆形状以考量其他所需机械特征。 

图7A至图7C描绘可结合该天线100及该介电质芯130使用的天线卷带120A、120B、120C。图8A至图8C分别展示围绕该介电质芯130包覆的图7A至图7C的天线卷带。 

如图7A至图7C中所示，该天线卷带120A、120B、120C可包括导电部分122A、122B、122C及基板部分124A、124B、124C。该导电部分122A、122B、122C可由铜箔形成，且该基板部分124A、124B、124C可由具有一粘着剂背衬的聚酯材料形成。然而，也预期其他材料。可藉由凭借任何已知方法将该导电部分122A、122B、122C附着至该基板部分124A、124B、124C形成该天线卷带120A、120B、120C。该导电部分122A、122B、122C的尺寸、长度、定向、形状等等可经构造以最佳化天线效能。 

如图7A中所示，该导电部分122A可经形成具有第一水平部分126A、倾斜部分128A及第二实质上水平上部分129A以提供适当的传输特性。 

图7B中展示一替代性实施例。此实施例与图7A中展示的实施例相似的处在于，该导电部分122B具有第一水平部分126B、倾斜部分128B及第二实质上水平上部分129B；然而，该导电部分122B经形成具有经形成近似与该第一水平部分126B成直角的垂直部分125B及经定位偏离第二实质上水平上部分129B形成为圆形形状的顶部元件127B。此天线卷带设计可改良麦克风在较低频率频带传输下的效能。 

在图7A及图7B所描绘的实施例中，除了由一较大直径形成的顶部元件127B外，可将该导电部分122A、122B的宽度尺寸定为0.100英寸或2.54毫米。然而，应注意其他尺寸也可提供该天线100的适当效能特性。 

在图7C中展示的另一替代性实施例中，该导电部分122C可经形成具有形成于皆遵循实质上直线的斜面处的第一导电元件123C及第二导电元件125C。该第一导电元件123C及该第二导电元件125C可在该天线卷带120C的底部交叉。该导电部分122C经形成具有一垂直部分126C，该垂直部分126C形成于该第一导电元件123C及该第二导电元件125C的交叉点附近并与天线卷带120C近似成直角。当该天线卷带120C围绕该介电质芯130包覆时，两个顶部垂直部分127C可经形成与该天线卷带120C近似成直角以在该第一导电元件123C与该第二导电元件125C之间形成连接。此外，在一替代性示例性实施例中，可在该第一导电元件123C及该第二导电元件125C的顶部附近形成类似于图7B中展示的顶部元件127B的圆形顶部元件(未展示)以在该两个元件之间形成接触。 

在一替代性实施例中，该天线100可形成于一片可挠PCB上或形成为该PCB110的部分且在将该PCB110组装至该底板104中后包覆至该介电质芯130上。特别地，因为该天线卷带120上的导电部分122仅仅是特定长度及间距的迹线，所以该导电部分122可经制造作为该PCB110的部分。在此实施例中，可对该天线卷带120添加粘着剂背衬以使该粘着剂背衬包覆至该介电质芯130上。其将消除与连接该导线106至该PCB110及该导电部分122相关联的焊接操作以及其相关联的成本，但是由于PCB材料使用也可增加成本。 

图8A图解说明围绕该介电质芯130的第一圆柱形部分132包覆的图7A 中展示的天线卷带120A。如图8A中所示，该导电部分122A围绕该介电质芯130包覆两圈半。 

图8B图解说明围绕该介电质芯130的第一圆柱形部分132包覆的天线卷带120B。如图8B中所示，该导电部分122B围绕该介电质芯130包覆约两圈半。此外，该垂直部分125B向下折叠在该介电质芯130的底部上方，且该顶部元件127B折叠在该介电质芯130的第一圆柱形部分132的顶部上方。 

图8C图解说明围绕该介电质芯130的第一圆柱形部分132包覆的天线卷带120C。当该天线卷带120C围绕该介电质芯130包覆时，该第一元件123C及该第二元件125C形成包围该介电质芯130的双螺旋。该第一导电元件123C及该第二导电元件125C各自围绕该介电质芯130包覆约两圈。此形成向上包覆对应于该第一导电元件123C的介电质芯130接着经由该两个顶部垂直部分127C横过该介电质芯130的顶面的螺旋天线及向下包覆对应于该第二导电元件125C的介电质芯130的第二螺旋。 

此外，在第一方向上形成向上螺旋包覆的第一导电元件123C及在相反方向上形成向下螺旋包覆的第二导电元件125C将皆终止于来自该PCB110的RF馈电。该第一导电元件123C及该第二导电元件125C两者在操作中皆可连接至该PCB110上的RF馈电，其不同于图7A及图7B中展示的实施例，因为该导电部分122C经终止回到该PCB110上的RF馈电。然而，替代地，在另一示例性实施例中，该第二导电元件125C可被附接至接地来代替该PCB110上的RF馈电。 

为组装该天线，用该天线卷带120包覆该介电质芯130。接着藉由该螺丝钉112将该PCB110固定至该底板104的L形突片116。当接地螺丝钉112被安装时，其抵靠已被遮蔽的涂料或涂层的L形突片116上的导电区域压缩该PCB110上的导电区域，形成电接地连接以在该PCB110与该底板104之间提供RF接地。为改良该该PCB110与该底板104之间的接触，可在螺孔附近移除焊接遮罩，且可添加糊状物以增加接地参考的接触面积及一致性。接着可用铜垫或该PCB110上的镀铜通孔将耦合导线106或挠曲电缆焊接至该PCB110。接着可将该导线106或挠曲电缆焊接至该天线卷带120上的导电部分122。接着将该介电质芯130插入至该底板104中，且将该天线盖114放置在该介电质芯130上方。藉由经插入穿过该天线盖114并插入至 该介电质芯130的第二长形部分134中的孔136中的两个自攻螺丝钉140将该介电质芯130及该天线盖114固定至该底板104。 

在一替代性示例性实施例中，一刚性挠曲带可用以自该PCB110延伸，且该刚性挠曲带的端部可镀铜。接着将此镀铜刚性挠曲带直接焊接至该天线的导电部分从而移除必要的耦合导电106，且因此消除将该耦合导线106或挠曲电缆焊接至该天线100或该PCB110的需要。 

本文公开的天线实施例可用藉由改变导体长度同时将其安装至小型麦克风底板中的调谐达成高于470MHz至950MHz的13%分率频宽。本文公开的实施例可在任何未来手持无线器件中实施，该未来手持无线器件包含(但不限于)在一类似频率频带中操作使用金属底板及天线盖的器件。 

读者应明白陈述该特定实例仅仅是为图解说明本发明的实例，且该实例不应被解释为限制本发明。可在不脱离本发明的情况下对上文描述的特定结构作出许多变动。 

虽然已就包含实行本发明的当前较佳模式的特定实例详细描述本发明，但是本领域技术人员应明白上文描述的系统及方法存在若干变动及变更。因此，本发明的精神及范畴应被宽泛地解释为随附申请专利范围中所陈述的内容。 

Claims (31)

1.一种天线总成，其包括：

介电质芯；

围绕该介电质芯包覆的天线卷带，该卷带包括导电部分；及

自底板延伸的印刷电路板；其中该印刷电路板与该卷带上的该导电部分电耦合。

2.如权利要求1所述的天线总成，其中该介电质芯进一步包括减震材料，且其中该介电质芯经构造以延伸至该底板中。

3.如权利要求2所述的天线总成，其中该介电质芯具有第一部分及第二部分，该第一部分经构造以接收该天线卷带，且该第二部分经构造以被插入至该底板中。

4.如权利要求3所述的天线总成，其中该第一部分具有圆形或椭圆形横截面，且该第二部分具有D形横截面。

5.如权利要求4所述的天线总成，其中该介电质芯在该第二部分中具有开口，且该第二部分具有用于接收紧固件以将该介电质芯固定至该底板的至少一个孔。

6.如权利要求1所述的天线总成，其中导电元件电耦合该印刷电路板及该导电部分。

7.如权利要求6所述的天线总成，其中该导电元件包括被焊接至该印刷电路板及该导电部分两者的导线。

8.如权利要求1所述的天线总成，其进一步包括定位于该介电质芯上方的天线盖及定位于该介电质芯与该天线盖之间的减震构件。

9.如权利要求1所述的天线总成，其中该印刷电路板安装至自该底板延伸的突片，且其中接地元件在该印刷电路板与该突片之间提供电接触件以使该天线接地。

10.如权利要求9所述的天线总成，其中该接地元件包括螺丝钉。

11.如权利要求1所述的天线总成，其中该导电部分包括围绕该介电质芯形成双螺旋的第一导电元件及第二导电元件。

12.如权利要求1所述的天线总成，其中该导电部分包括定位于该介电质芯的一端上方的顶部元件。

13.一种无线麦克风总成，其包括：

语音外壳；

底板；及

连接至该底板的天线总成，其中该天线总成包括：

延伸至该底板中的介电质芯；

围绕该介电质芯包覆的天线卷带，该天线卷带包括导电部分；及

自该底板延伸的印刷电路板，该印刷电路板的至少一部分位于该底板中，其中该印刷电路板与该卷带上的该导电部分电耦合。

14.如权利要求13所述的无线麦克风总成，其中该印刷电路板被附接至自该底板延伸的突片。

15.如权利要求14所述的无线麦克风总成，其中该介电质芯具有第一部分及第二部分，该第一部分经构造以接收该天线卷带，且该第二部分经构造以被插入至该底板中。

16.如权利要求15所述的无线麦克风总成，其中该第一部分具有圆形或椭圆形横截面，且该第二部分具有D形横截面。

17.如权利要求16所述的无线麦克风总成，其中该介电质芯在该第二部分中具有开口，且该第二部分具有用于接收紧固件以将该介电质芯固定至该底板的至少一个孔。

18.如权利要求13所述的无线麦克风总成，其中导电元件电耦合该印刷电路板及该导电部分。

19.如权利要求18所述的无线麦克风总成，其中该导电元件包括被焊接至该印刷电路板及该导电部分两者的导线。

20.如权利要求13所述的无线麦克风总成，其进一步包括定位于该介电质芯上方的天线盖及定位于该介电质芯与该天线盖之间的减震构件。

21.如权利要求13所述的无线麦克风总成，其中该印刷电路板安装至自该底板延伸的突片，且其中接地元件在该印刷电路板与该突片之间提供电接触件。

22.如权利要求21所述的无线麦克风总成，其中该接地元件包括螺丝钉。

23.如权利要求13所述的无线麦克风总成，其中该导电部分包括围绕该介电质芯形成双螺旋的第一元件及第二元件。

24.如权利要求13所述的无线麦克风总成，其中该导电部分包括定位于该介电质芯的一端上方的顶部元件。

25.一种用于形成天线的方法，其包括：

围绕介电质芯来包覆天线卷带，该天线卷带包括导电部分；

在位于远离底板的一点处将印刷电路板安装至该底板；及

电耦合该印刷电路板及该导电部分。

26.如权利要求25所述的方法，其进一步包括形成减震材料的该介电质芯及将该介电质芯放置于该底板中。

27.如权利要求25所述的方法，其进一步包括用紧固件将该介电质芯固定至该底板。

28.如权利要求25所述的方法，其进一步包括用第一部分及第二部分形成该介电质芯，及围绕该第一部分包覆该天线卷带及将该第二部分插入至该底板中。

29.如权利要求25所述的方法，其进一步包括将导电元件焊接至该印刷电路板及该导电部分两者及用接地元件固定该印刷电路板。

30.如权利要求25所述的方法，其进一步包括用围绕该介电质芯形成双螺旋的第一元件及第二元件形成该导电部分。

31.如权利要求25所述的方法，其进一步包括用定位于该介电质芯的一端上方的顶部元件形成该导电部分。

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