CN103918126A - 具有接地的屏蔽/外壳上的gps天线 - Google Patents

Abstract

一种导电外壳，其被配置成支撑贴片天线并且包围或者覆盖安装在电路板上的电子部件，所述外壳附接到该电路板。形成该外壳以具有用于贴片天线的馈线的接地通道。因此该通道充当RF屏蔽。可以将可选的箍套放置在屏蔽中以对准馈线。可以在箍套中放置可选的馈线接触来虑及外壳构造以起到RF连接器的作用。

Description

具有接地的屏蔽/外壳上的GPS天线

背景技术

现在许多车辆配备有以全球定位系统或者GPS导航。车辆GPS的性能取决于许多因素，但是接收GPS信号的天线是特别重要的。不幸地，电子设备在大小上继续趋向向下。与对一般地减少电子设备的大小的需求耦合的、对针对在车辆中的使用配置GPS导航系统的需求意味着提供针对GPS接收器的好的天线可以是有问题的。

许多GPS系统使用贴片天线。贴片天线是施加（apply）在电介质块的传导材料的本质上正方形或矩形的片（patch）。用于该片的接地平面是必要的。通过施加在相同的电介质块的相对侧的第二传导片提供接地平面。该接地平面通常耦合至在GPS系统中的较大的接地平面来增加天线的性能。

为了在没有限制电路板的放置的情况下改进GPS系统性能，某些GPS导航系统制造者已经将用于GPS接收器的天线移动到第二电路板，第二电路板远离GPS接收器定位。虽然将天线移动到第二电路板虑及增加贴片天线的大小以及增加需要的接地平面的大小，但将天线移动远离接收器电子器件引起附加的信号损失。它也增加部件的费用以及组装的复杂度。

附图说明

图1是附接到电介质基底的贴片天线的透视图;

图2是通过剖面线2-2得到在图1上示出的结构的透视图;

图3是在图1以及图2中示出的结构的横截面视图;

图4是在图1-3中示出的传导外壳的屏蔽部分的隔离的横截面视图;

图5是屏蔽部分的另一实施例以及针对馈线的箍套的实施例的横截面视图;

图6是具有替代实施例屏蔽部分以及替代实施例箍套的传导外壳的下侧的透视图;

图7是在图6中示出的替代实施例屏蔽部分以及替代实施例箍套的隔离的视图;

图8是通过剖面线8-8得到的在图7中示出的结构的横截面视图;

图9是通过剖面线8-8得到的在图7中示出的结构的并且示出了插入到箍套以及包括的夹中的馈线的横截面视图;

图10是用于将馈线可移除地附接或连接到电路板的夹的透视图;

图11是具有包括的箍套、延伸通过箍套的馈线的屏蔽部分的横截面视图，使用在图10中示出的夹将馈线的底端附接到电路板；以及

图12是采用贴片天线的通信设备的框图。

具体实施方式

图1是附接到电介质基底102的贴片天线100的透视图。天线100是本质上薄的、正方形或者矩形金属片，具有面向向上的顶表面以及相对的底表面，相对的底表面在图1中不可见，因为其是逆着基底102的顶表面104施加的。在图1或者图2中不可见并且在图3中最佳可见的天线接地平面施加在电介质基面102的底表面。电介质基底102的底表面在图1中不可见。

基底102的形状使人联想到长方体，该长方体是平行六面体，该长方体的面全部是矩形。基底102具有基本上正方形的顶面或表面104，贴片天线100的底表面附接到基本上正方形的顶面或表面104。基底102的顶面104通过四个基本上矩形形状的侧面106限制。基底102具有底面或表面，也通过四个侧面106限制，但是在图1中不可见，因为其附接到金属部件外壳110的顶表面108。下文更完全地描述外壳110。基底102的每个侧面106都具有对应于基底102的厚度的高度。

贴片天线100是薄的、正方形的金属垫。它具有面向向上的顶表面116。贴片天线100也具有未示出的底面或表面。在图1中不可见的伸长的馈线附接到天线100的底面并且向下延伸通过基底102而且通过导电部件外壳110。基底102以及基底102支撑的贴片天线100通过部件外壳110承载或者基底102以及基底102支撑的贴片天线100安装在部件外壳110上。

为了简洁在文中也被简单地将称为外壳110的导电部件外壳110安装在常规电路板112上。该外壳通常通过焊接外壳110的金属壁的一个或多个边118附接到电路板112的顶表面113上的一个或多个对应的电导体。外壳110的壁的边118附接到的电导体附接、优选地连接到针对在电路板112上的电部件的地或者参考电位，以便使外壳110“接地”。

外壳110被指定大小（size）、定形以及布置或“配置”成机械地附接到电路板112而且在附接到电路板的一个或多个部件上方延伸，并且附接到电路板的一个或多个部件位于外壳110的下面或者外壳110之内。这样的部件在图1中不可见但是在图2中可以被看见。

图2是通过剖面线2-2得到的在图1上示出的结构的透视图。伸长的天线馈线200可以被看作自贴片天线100的底面或下面向下延伸通过电路板112的底部114。馈线200延伸通过外壳110的一般管形的屏蔽部分202。屏蔽部分202由与外壳110相同的传导材料形成。因此使外壳110接地使得屏蔽部分202能够提供针对沿着馈线200传递的无线电频率能量的电磁辐射屏蔽。

通过将外壳110与屏蔽部分202铸模在一起，屏蔽部分202优选地形成为外壳110的部分，然而，形成外壳以及屏蔽部分202的优选方法是压印薄的金属板以具有外壳以及其包括的屏蔽部分202的形状。

外壳110具有基本上正方形的平面顶面板或表面204。顶面板204由四个基本上垂直的侧壁206支撑。如上文提及，侧壁206具有由参考标号118标识的下边或底边。侧壁206的边118附接到在电路板112的顶表面113上的一个或多个导电迹线。因为外壳110是传导的，所以使侧壁206接地也使顶面板204以及屏蔽部分202接地。因此顶面板204提供用于贴片天线100的接地平面，而屏蔽部分202提供RF屏蔽。

本领域普通技术人员知道并且将认识到，可以通过增加天线接地平面的大小改进天线的性能。因此，增加顶面板204的大小改进贴片天线100的性能。

将用于贴片天线的接地平面直接定位在电路板表面之上浪费了电路板面积。然而，将天线接地平面提升到电路板的表面的上方，使得它在安装在电路板上的部件的之上，可以在不牺牲可用的电路板面积的情况下提供良好的接地平面。

通过外壳侧壁206将外壳110的顶面板204提高到电路板112的顶表面113上方一定距离以允许外壳110在安装到电路板但是在外壳之下的部件上方延伸或者覆盖安装到电路板但是在外壳之下的部件。外壳110的每个侧壁206具有相同的垂直高度208，使得顶面板204保持基本上平行于电路板112的表面并且避免使贴片天线100倾斜。使天线100倾斜将倾向于使天线定向。

因为管形屏蔽部分202是与外壳110的其余部分整体地形成，所以管形屏蔽部分202针对天线馈线200提供电磁辐射屏蔽。在优选实施例中，屏蔽部分200具有基本上等于壁208的高度的高度，以允许屏蔽部分202与在电路板112的顶表面113上的接地的传导材料进行电接触204。

馈线200穿过在管形屏蔽部分202的底部中形成的小孔208。孔208允许馈线200来保持与导电部件外壳110的电隔离而仍和在电路板112的一个或两个表面上的信号导线进行接触。

图3是贴片天线100的横截面视图，贴片天线100的顶表面由参考标号116标识。支撑天线100的基底102、外壳110以及电路板112也在横截面中示出。图3将贴片天线110描绘成稍微较粗的线以便从电介质块102的顶表面104更好地区别天线100。参考标号116标识天线100的顶表面。实现为薄金属层的、在电介质块102的底表面310上的接地平面308被描绘成在块102的底表面310与外壳110的顶表面108之间的相对粗的线，以便从块102的底表面310区别接地平面308并且从外壳108的顶表面108区分接地平面308。接地平面308是在底表面310上的薄的金属层，接地平面308被形成具有位于中央的孔312，馈线200可以穿过孔312。接地平面308与外壳110的顶表面108进行直接电连接。

天线100的顶表面116具有相对的下表面302。天线100的下表面302通过粘合剂附接到电介质块102的顶面104，粘合剂在图中不可见。

馈线200延伸通过隧道或者通道306，隧道或者通道306延伸通过电介质块102并且延伸到管形屏蔽部分202之中。馈线也延伸通过电路板112的顶表面113到在电路板112的底表面114上的传导电路迹线304。在电路迹线304上的无线电频率信号经由伸长的馈线200输送到贴片天线之中并且输送出贴片天线，但是通过外壳110的屏蔽部分202对其进行电屏蔽。

图4是传导外壳110的屏蔽部分202的隔离的横截面视图。压印完美垂直的屏蔽部分202可以产生局部应力集中。因此，屏蔽部分202被描绘成具有一般的梯形形状，因为通过压印金属板最有效地并且最经济地形成外壳110以及其屏蔽部分202。

可选的电介质箍套400被放置在屏蔽部分202之中并且位于屏蔽部分202的底部处或者在屏蔽部分202底部的附近。由柔性电介质材料形成的箍套400被配置成保持馈线200在屏蔽部分202中居中或者对准并且保持馈线在孔208中居中，孔208位于屏蔽部分202的底部处。因此，箍套400具有小直径孔402，小直径孔402延伸通过箍套400。在屏蔽部分202的底部406与在电路板112的顶部113上的接地的传导迹线（不可见）之间的焊料层410针对外壳110提供附加的接地路径。

图5是屏蔽部分502的另一实施例以及箍套500的另一实施例的横截面视图。在图5中，屏蔽部分502没有从外壳110的顶面板108一直延伸到电路板112的顶表面113。代替地，屏蔽部分502从外壳110的顶部108相对于外壳110的顶部108向下延伸相对短的距离504。换言之，屏蔽部分502没有一直向下延伸到电路板112的顶表面113。在图5中，屏蔽部分502具有小于外壳110的壁206的高度208的高度。

箍套500由弹性的和介电的材料形成。它具有延伸的长度以及通孔506。通孔506的内表面以导电材料506衬里（line）。通孔506的内直径被选择以小于馈线200的外直径。因此馈线200被迫通过箍套500来电连接衬馈孔506的传导材料506。

圆柱形箍套500的底面508涂有相同的传导材料506。它电接触在电路板112的顶表面113上的RF信号路径，但是其在图中是不可见的。馈线200的远端最末底部或远端512被焊接到在电路板112的底侧114上的另一传导迹线。因此，在通孔506内侧上以及在箍套500的底面508上的传导材料506将馈线502与在电路板上的信号导体在电路板112的顶表面113上电连接，但是在电路板上的信号导体未在图5中示出。

在一个实施例中，由于外壳110被压印并且屏蔽部分202与502由圆柱形心轴（mandrel）形成的事实，管形屏蔽部分202与502具有使人联想到圆柱体或者圆锥体的形状。在替代实施例中，屏蔽部分202与502可以具有包括正方形或矩形的其他横截面形状。

图6是传导外壳600的另一实施例的底侧的透视图，传导外壳600被形成来具有替代实施例屏蔽部分602以及在屏蔽部分602之内的替代实施例箍套604。倒转示出外壳600来示出屏蔽部分602没有被形成有用于馈线的圆形孔，而是代之以配备有基本上矩形的槽608，基本上矩形的槽608针对天线馈线接收推入式连接器。

图7是在图6中描绘的屏蔽部分602的隔离的视图。基本上矩形的槽608接受或者接收馈线连接夹612的两个基本上平面底翼610，馈线连接夹612配合在箍套614的内部的稍微平行六边形形状的空隙或者空间616内部。类似上文描述的箍套，在图6011中的箍套614也由介电和可压缩的材料形成。

图8是通过剖面线8-8得到的在图7中示出结构的横截面视图。连接夹612可以被看作具有使人联想到圆锥形帐篷（teepee）的横截面形状，圆锥形帐篷是圆锥形的帐篷，通常由外皮组成并且由大平原的美洲印第安人使用。两个一般“C形”的金属条形成夹612的左侧与右侧。夹的左侧618以及夹的右侧620被形成来弯曲或者在相对的方向上延伸远离彼此，并且来限定开放的馈线接收器部分622。

连接夹612的翼610搁置在常规电路板626的顶表面624上。翼610以及馈线接收器部分622在孔628上方居中，孔628通过电路板626。将孔628定大小并且成形来接收馈线。

图9示出了插入到柔性和介电的箍套604中、通过配合在箍套604内部的连接夹612并且通过在电路板626中形成的孔628的馈线900。馈线900也被示出从屏蔽部分626向上延伸，通过形成在电介质块904中的孔902，电介质块904支撑未在图9中示出的贴片天线。

夹612的左侧618以及右侧620由热处理的金属条或者类似弹簧的金属条组成，热处理的金属条或者类似弹簧的金属条具有高的弹性模数。由类似弹簧的金属形成夹向夹612灌输（imbue with）来夹持馈线900、制造到夹612的好的电连接以及将馈线保持就位的能力。因此，夹612允许馈线从贴片天线、并且因此从天线本身被“推入”到在箍套604的内部的夹612中，箍套604在压印的金属外壳的屏蔽部分602的内部。换言之，具有这样的箍套与夹的外壳600充当连接器，经该连接器，天线可以被电地并且机械地附接到电路板。

图10是为馈线附着夹1000的透视图。它被配置成附接或者连接到馈线1002的部分，馈线1002的部分简单地通过将夹1000在延伸通过电路板1004的底表面1004的馈线1002的部分上方滑动来延伸通过电路板1004。在图10中示出的馈线附着夹1000也可以用于夹住延伸通过馈线连接夹612的馈线，馈线连接夹612被放置在箍套604的内部并且在图9中示出。

夹100具有基本上圆形的基础部分1006，基本上圆形的基础部分1006使得夹抵靠电路板1004稳定。从基础部分1006向内延伸并且朝向彼此的两个类似弹簧的翼1008被配置成当类似轴的体被压迫在它们之间的时候偏斜远离彼此，如在图中示出。在图10中，推入到翼1008中的馈线1002的部分通过在两个翼1008的末端处的边或角被锁定就位。

图11是金属外壳1102的屏蔽部分1100的横截面，金属外壳1102具有包括的电介质箍套1104，包括的电介质箍套1104具有接收天线馈线1108的通孔1106。馈线1108长到足以突出孔1110，孔1110形成在电路板1112中，通过焊接缝（solder joint）将外壳1102附接到电路板1112，未在图中示出。馈线附着夹1000夹持馈线1108的端部分1114并且将馈线锁定就位。向电路板1112的底表面1116提供的并且位于夹1000以及电路板1112之间的信号承载传导迹线以维持馈线1108对准的箍套1104以及屏蔽馈线信号的屏蔽部分1100提供到天线中以及外的信号路径。

图12是通信设备1200的示意图，通信设备1200出于说明的目的采用在图1-5中描绘的贴片天线100、基底102以及外壳110。通信设备1200被实现为安装到上述的电路板112的常规GPS接收器1202。GPS接收器1200通过传导电路板迹线1204电连接到贴片天线100。在上文描述并且在图1-5中描绘了天线100。上文描述的屏蔽部分、箍套以及连接器由通信设备1200使用，但是本领域普通技术人员将理解，因为图的比例，所以它们在图12中是不可见的。

上述的描述仅是出于说明的目的。本公开的真正范围在附属的权利要求书中记载。

Claims (20)

1. 一种天线，包括：

导电部件外壳，其具有被配置成附接到电介质块并且支撑电介质块以及支撑贴片天线的顶表面，贴片天线附接到电介质块，导电部件外壳顶表面提供用于贴片天线的并且由具有第一高度的至少一个侧壁支撑的接地平面，所述至少一个侧壁耦合到并且围绕外壳的顶表面，外壳被配置成具有针对伸长的天线馈线的基本上管形的屏蔽部分（屏蔽），伸长的天线馈线从贴片天线延伸通过电介质块并且通过基本上管形的屏蔽。

2. 如权利要求1所述的天线，其中屏蔽被配置成电连接到电路板的参考电位。

3. 如权利要求1所述的天线，进一步包括在屏蔽内部的电介质箍套并且所述电介质箍套被配置成对准在屏蔽中的伸长的馈线。

4. 如权利要求1所述的天线，其中选择第一高度以使得外壳能够附接到电路板并且包围附接到电路板的至少一个部件。

5. 如权利要求1所述的天线，其中屏蔽具有基本上等于第一高度的第二高度。

6. 如权利要求1所述的天线，其中屏蔽具有小于第一高度的第二高度。

7. 如权利要求3所述的天线，其中电介质箍套由针对馈线的通孔组成，所述通孔具有至少部分地以传导材料覆盖的表面，所述传导材料被配置成与馈线进行电接触，所述传导材料能够电连接到在电路板上的导体。

8. 如权利要求3所述的天线，其中电介质箍套由针对馈线的通孔组成，并且所述通孔限定通过电介质的表面，电介质箍套附加地由弹性连接器组成，所述弹性连接器被配置成电连接馈线，所述馈线通过箍套延伸到电路板上的导体。

9. 如权利要求1所述的天线，其中外壳被配置成附接到电路板并且被配置成在附接到电路板的至少一个部件上方延伸。

10. 如权利要求3所述的天线，进一步由馈线夹组成，所述馈线夹的至少一部分位于箍套的内部。

11. 如权利要求1所述的天线，进一步包括馈线夹，所述馈线夹被配置成附接到馈线的一部分，所述馈线的一部分延伸通过电路板。

12. 一种天线，包括：

基本上平面的电介质，其具有第一以及第二相对的表面；

贴片天线层，其附接到平面电介质的第一表面；

接地平面，其附接到第二表面并且其中具有馈线开口；

伸长的馈线，具有长度以及第一与第二端，所述第一端连接到贴片天线，所述馈线延伸通过电介质并且通过馈线开口，并且从接地平面延伸远离第一距离；以及

导电部件外壳，其具有附接到接地平面的平面顶表面、具有小于第一距离的高度的至少一个侧壁，所述外壳被配置成提供环绕馈线的屏蔽。

13. 如权利要求12所述的天线，其中馈线被配置成在通信设备与贴片天线之间传导无线电频率能量，并且其中屏蔽被配置成基本上在外壳内部包含来自馈线的无线电频率能量。

14. 如权利要求12所述的天线，其中屏蔽具有基本上等于侧壁高度的高度。

15. 如权利要求12所述的天线，进一步包括在屏蔽内部的电介质箍套，所述电介质箍套环绕馈线并且将馈线与屏蔽对准。

16. 一种通信设备，包括：

无线电频率接收器；

基本上平面的电介质层，其具有第一与第二相对的表面；

贴片天线层，其附接到第一表面；

接地平面，其附接到第二表面并且具有在其中的馈线开口；

伸长馈线，具有长度以及第一与第二端，所述第一端连接到贴片天线，所述馈线延伸通过电介质并且通过馈线开口，并且从接地平面延伸远离第一距离，第二耦合到无线电频率接收器；以及

导电部件外壳，其具有附接到接地平面的平面顶表面、具有小于第一距离的高度的至少一个侧壁，所述外壳被配置成提供环绕馈线的屏蔽，所述馈线穿过导管。

17. 如权利要求16所述的通信设备，其中接收器是GPS接收器。

18. 如权利要求16所述的通信设备，其中屏蔽被配置成将无线电频率能量限制在其中。

19. 如权利要求16所述的通信设备，进一步包括在屏蔽内部并且围绕馈线以及将馈线与屏蔽对准的电介质箍套。

20. 如权利要求16所述的通信设备，其中外壳被配置成附接到电路板并且被配置成在附接到电路板的至少一个部件上方延伸。