CN104919649B - 用于钟表的天线组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于移动设备的天线组件，该天线组件包括印刷电路板(14)和位于离印刷电路板(14)一定距离处的天线结构(12；42；44)，其中所述天线结构(12；42；44)经由至少一个弹性连接器(20)与印刷电路板(14)电连接，该弹性连接器包括在天线结构(12；42；44)与印刷电路板(14)之间延伸的多条导电丝(24)和绝缘结构。

Description

用于钟表的天线组件
技术领域
本发明涉及一种用于钟表的天线组件，且特别涉及一种用于接收射频(RF)信号的天线组件。
背景技术
在移动设备如移动电话、平板电脑或钟表(如腕表)中安装RF天线相当麻烦和复杂。尤其当移动设备的壳体由金属制成或包括金属构件——例如不锈钢——时，在金属壳体中布置天线在一定程度上很关键，因为壳体可有效地用作法拉第笼。
已经存在一些在覆盖玻璃/保护玻璃例如表镜上设置天线的方法。但这里，鉴于天线组件的高频率或RF频率性能，天线与印刷电路板(PCB)之间的电连接可能是不利的。PCB与天线之间的互连相当关键，这是因为互连的类型可能损害或恶化天线组件的阻抗和信号接收能力。
此外，在组装手表或相应的移动设备时将天线与PCB连接相当复杂、难以解决且易受影响。尤其在批量制造过程中，很难产生具有一致品质的天线-PCB互连。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于移动设备的带有印刷电路板(PCB)的改进的天线组件。特别地，本发明应提供天线结构与PCB之间的明确互连，该互连允许它们之间的容易的、直观的和精确的电气互连。此外，本发明适合于提供一种高度冗余的天线组件，其允许和接受在将天线和PCB组装在移动设备的壳体中时的一定程度的特定错配。在又一方面，本发明旨在提供一种用于移动设备如钟表、特别是腕表中的天线结构和PCB的有成本效益的且持久的互连。
发明内容
在第一方面，本发明涉及一种用于移动设备、特别是用于钟表的天线组件。该移动设备包括印刷电路板(PCB)。该天线组件包括位于离印刷电路板一定距离处的天线结构。该天线结构经由至少一个弹性连接器与PCB电连接，所述弹性连接器包括在天线结构与PCB之间延伸的多条导电丝和绝缘丝。
借助于至少一个弹性连接器，通常还表示为斑马条(ZEBRA)连接器，可以提供PCB与天线结构之间的高度冗余的、弹性的和相当精确的电气互连。借助于至少一个弹性连接器，PCB和天线结构的相应的连接部可借助于弹性连接器的多条导电丝电连接。
这样，可以提供天线结构与PCB之间的相当有效的、公差补偿的和高度可靠的电气互连。
通常，弹性连接器仅通过夹在PCB和天线结构的相应连接部之间来分别将它们直接互连。因此，通过将至少一个弹性连接器布置在天线结构和PCB的优选平坦的表面之间，可以相当简单地实现天线结构与PCB之间的电气互连。
这里，更加有益的是，周围构件如外壳、壳体或覆盖玻璃机械接合，以保持天线结构、PCB和弹性连接器以互相抵接的构型在其间延伸。这样，可以提供天线结构与PCB之间的可靠的、坚固的和相当持久的电气互连。
在一优选实施例中，弹性连接器包括内嵌在绝缘弹性材料中的许多规则地布置的导电丝。这里，绝缘材料不仅可以包括绝缘丝，而且可以包括供大量导电丝延伸穿过的疏松材料结构。该弹性材料可基于天然或合成橡胶材料，而导电元件可包括银丝或金丝。还可设想导电元件由某种其它类型的导电材料制成，例如铜或具有相当的导电率的合金。
通常，导电丝彼此平行地延伸并且可以大致垂直于PCB和/或天线结构的平面定向。这样，弹性连接器的总长度可保持最小。优选地，该弹性连接器包括多条导电丝，以便提供固有的冗余度。
在互连构型中，在多条导电丝中的至少一部分与PCB或天线结构的相应连接部直接机械接触并因此电气接触时对于PCB或天线结构而言足够。这样，可以容易地补偿天线结构的、PCB的和它们在移动设备或钟表的壳体内的相互布置的几何公差。
根据另一优选实施例，弹性连接器包括交替的导电材料和绝缘材料的涂胶层。由于弹性连接器包括涂胶层，所以整个弹性连接器可提供一定程度的柔性，通过该柔性，弹性连接器可容易地实施在冲击和防振应用中。一般而言，弹性连接器甚至可针对相当苛刻的环境在天线结构与PCB之间形成垫片式密封件。
弹性连接器的导电丝中的每一条提供以相对两端与天线结构和PCB连接的电气路径。
在另一优选实施例中，天线结构和/或PCB包括至少一个连接部，其截面显著小于在其间延伸的至少一个弹性连接器的横向延伸范围。在本文中，横向延伸范围指的是基本垂直于天线结构与PCB之间的距离或基本垂直于弹性连接器的导电丝的伸长方向延伸的方向。
由于弹性连接器的横向延伸范围显著大于PCB或天线结构的至少一个连接部，所以可以容易地补偿与天线结构、PCB和弹性连接器的相互对准有关的特定的空间和横向错配。
仅弹性连接器的在PCB和天线结构的连接部之间延伸的那些导电丝将用于提供它们之间的电气互连，而弹性连接器的其它冗余丝可位于PCB或天线结构的连接部的外部。由于至少一个弹性连接器的侧向截面或横截面可大于PCB和/或天线结构的连接部的侧向尺寸或截面，所以将以任何方式提供PCB与天线结构之间的充分电气互连，即使在弹性连接器定位成稍微偏离但仍至少部分地分别与PCB或天线结构的相应的分离部分重叠的情况下。
在又一优选实施例中，弹性连接器集成在间隔结构中，所述间隔结构在天线结构与PCB之间延伸。该间隔结构可例如包括环形几何形状，并且可填充或包围PCB与天线结构之间的空间。因此，该间隔结构可有效地填充PCB与天线结构之间的间隙。
此外，间隔件可向弹性连接器提供充分的稳定性和刚性。尤其通过将弹性连接器内嵌在间隔结构中，间隔结构自身可提供天线结构与PCB之间的电气互连。优选地，该间隔结构包括弹性材料，例如天然或合成橡胶，该弹性材料可以与弹性连接器的在其导电丝之间延伸的弹性材料相同或不同。
将弹性连接器内嵌在间隔结构中尤其有利于将弹性连接器组装在PCB与天线结构之间。在这方面，间隔结构仅应当以明确的方式在PCB与天线结构之间定向，以便分别与PCB和天线结构的连接部至少部分地重叠。
根据另一实施例，该天线组件包括至少两个单独的弹性连接器，其中每一个分别在PCB和天线结构的第一和第二连接部之间延伸。
另外或替代地，两个单独的弹性连接器可结合在一个扩展的弹性连接器结构中。由于弹性连接器的基本平行定向的各导电丝是电绝缘的，所以弹性连接器仅借助于单独的导电丝来提供PCB和天线结构的连接部之间的冗余的和多重的电气互连。
在实践情形中，弹性连接器的与PCB或天线结构的连接部侧向或横向偏离地设置的这些丝在一定程度上是不起作用的并且因此完全是冗余的。但是，这种冗余在补偿最终的制造或组装空间公差方面特别有益。
在另一实施例中，导电丝包括50μm到150μm之间的直径。优选地，导电丝的直径在80μm到120μm之间的范围内，更优选地，丝的直径可为约100μm。另外，弹性连接器的互相邻接地定位的导电丝彼此间隔至少70μm的距离，优选至少100μm的距离，或至少130μm、150μm或甚至更大的距离。
这样，可以提供分开的电绝缘的丝的相当密集地包装/填充结构，从而允许将PCB和天线结构的选定连接部互连，所述连接部特征在于具有在数毫米的范围内或甚至在小于1毫米的范围内的截面或直径。
在又一实施例中，弹性连接器的导电丝形成天线结构的一部分。由于优选平面形状的天线结构和PCB之间的距离就天线的阻抗或高频特性而言可忽略不计，所以在天线结构和弹性连接器的总体几何设计和电气设计相互补偿以与预定的天线设计匹配时尤其有益。
这样，弹性连接器可连同大致平面形状的天线结构一起构成用于移动设备如钟表的天线组件。
在又一优选实施例中，弹性连接器的丝基本垂直于PCB的平面和/或天线结构的平面延伸。在此构型中，PCB和天线结构的互相对应的连接部在分别沿PCB和天线结构的表面法向看时基本重叠。
通过将弹性连接器的导电丝定向成基本垂直于PCB和/或天线结构的平面，可以将弹性连接器的总长度保持在最小。
替代地，还可设想弹性连接器的丝相对于PCB或天线结构的表面法向成一定角度或成预定角度延伸。在这种构型中，甚至可以设想弹性连接器还用于使PCB和天线结构的当沿垂直于PCB的或天线结构的平面的方向看时仅部分地重叠或根本不重叠的连接部电气互连。
根据另一方面，该天线结构被涂覆在由覆盖玻璃或表镜形成的平面基板上。通过在例如包括蓝宝石或由蓝宝石组成的覆盖玻璃或表镜上设置基本半透明或透明的天线，天线可以有效地布置在例如移动设备的壳体的金属区域的外部。优选地，天线结构被层压或涂覆(例如喷溅)在覆盖玻璃或表镜的朝内部分上。
根据另一实施例，天线结构可包括单极天线或平面倒F天线(PIFA)。当实施为单极天线时，跨越平面基板延伸的天线结构能以仅一个连接部与PCB连接，而另一天线部分可由壳体构件如例如金属表壳的接地连接部提供。
在又一优选实施例中，天线结构包括涂覆在表镜的内侧部分上的透明导电氧化物结构(TCO)。这里，天线结构至少在可见光谱范围内基本光学透明，并且因此可包括透明导电氧化物层(TCO)。因此，天线结构可包含诸如铟锡氧化物(ITO)等的材料。
此外，根据另一实施例，另外至少一个触摸感应传感器结构设置在平面基板上，在该平面基板上设置或涂覆有天线结构，这样，平面基板如表镜，例如蓝宝石基板，可提供用于天线结构以及用于其他传感器构件的基底以等同地与PCB电连接。因此，弹性连接器不仅可用于将天线结构、而且将同样设置在平面基板上的另外的触摸感应传感器结构与PCB电气互连。
在又一方面，本发明还涉及一种包括机芯的手表或钟表，所述机芯具有印刷电路板并且还包括至少一个如上所述的天线组件。
附图说明
在下文中，将参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出了根据第一实施例的天线组件的侧视图，
图2示出了根据图1布置的天线的透视图，
图3示出了天线结构的部分透明的透视图，
图4示意性地示出了在天线结构与PCB之间延伸的弹性连接器的各条丝的扩大视图，
图5示意性地示出了位于共同的平面基板上的天线结构以及附加的传感器结构的平面图，以及
图6示出了具有单极天线的天线结构的另一实施例。
具体实施方式
在图1至4的所有图中，示出了具有天线结构12的天线组件10，如例如在图2中示出的倒F天线。天线结构12包括涂覆在基板18的朝内部分上的弧形结构。基板18通常可包括或可实施为用于密封移动设备、特别是钟表的壳体的覆盖玻璃或表镜。该基板可例如包括蓝宝石或硬涂层玻璃或可由蓝宝石或硬涂层玻璃组成。
如图1至4所示的天线组件10还包括间隔结构22，具有天线结构12的基板18可以通过所述间隔结构保持在离位于相应基板16上的印刷电路板14的预定距离处。
优选地，弹性连接器20以互相机械接触的方式在基板16、18之间延伸，用以提供PCB的连接部26与天线结构12或32的相应连接部36之间的电气互连。借助于间隔结构22，天线结构12的基板18和设置PCB的基板16可以保持在预定距离处。
此外，环形或圆柱形间隔结构——其一般可包括任意几何形状——用于有效地使弹性连接器20内嵌其中。因此，如例如图2至4所示的弹性连接器20或多种弹性连接器20可由间隔结构22机械地支承。借助于间隔结构22，基板16和基板18可被保持在受约束的布置结构中。例如通过在基板16和/或基板18的表面法线的方向上施加压力或推力，所述两个基板16、18可以被保持在明确的定向上和机械接合的构型中。
然后，由于间隔结构22，弹性连接器20或多种弹性连接器20可有效地维持它们的形状以及它们的导电或电绝缘特性。
如图4中详细所示，弹性连接器20包括在平面定向的天线结构12和定位成距离该天线结构特定距离的PCB 14之间基本垂直地延伸的多个平行定向的丝24。
如图4详细所示，存在基本电活性丝24，其有效地重叠并与设置在PCB上的连接部26电气地和机械地接合。除这些活性丝24外，还设置了在印刷电路板14的两个连接部26之间的空间中延伸的许多冗余导电丝24’。
通过使间隔结构22的特定侧壁区段设置弹性连接器20，甚至可在一定程度上有效地容许天线结构12、PCB 14和在它们间延伸的间隔结构22之间的位置错配。这样，可以有利于两个基板16、18和其中具有至少一个弹性连接器20的间隔结构22的相当直观的且公差补偿的相互组装。
在图5中，给出了PIFA天线结构12的一个示例，该PIFA天线结构具有两个径向向外延伸的连接部36，每个连接部都适合于分别与PCB 14的对应连接部26连接，如例如图4所示。这里，通过在天线结构42与位于下方的PCB基板16之间布置至少一个弹性连接器20，天线结构42的相应连接部36和PCB 14的连接部26可分别地互连。
此外，如图5所示的天线基板18不仅可设置有透明的天线结构42，而且可包括许多传感器结构28，其中每一个传感器结构都设置有与天线结构42的连接部36周向且相邻地定位的分开的连接部38。
通过至少沿上述外周从始至终设置至少一个弹性连接器20，可以固有地实现各连接部36、38与PCB的多重电气互连，所述弹性连接器与其中布置有天线组件42和传感器结构28的各连接部36、38的区域匹配或对应。这里，通过在天线基板18与其上布置有PCB 14的基板16之间布置单个弹性连接器20，可以在单个步骤中建立设置在天线基板18上的各构件36、38与PCB 14的若干分开隔离的互连。
图6最终示出了具有包括许多径向向外延伸的叶片的单极天线的另一个天线结构44。如图6所示，指向六点钟的中央叶片在以手表构型解释天线结构时与位于下方的PCB 14电连接。这里，天线结构44优选被实施为单极天线，其中该天线的另一个部件或部分通常由移动设备的壳体或壳体构件(例如由钟表的壳体)提供。此外，在图6中，基板18不仅设置有基本透明的天线结构42，而且还包括一系列触摸感应传感器38。
此外，这里，各传感器或传感器部分28设置有朝向基板18的径向向外定位的边沿延伸的相当的嵌丝导电结构，以与相应形状和尺寸的弹性连接器20电气地和/或机械地接合。
附图标记清单
10 天线组件
12 天线结构
14 印刷电路板(PCB)
16 PCB基板
18 天线基板
20 弹性连接器
22 间隔结构
24 丝
26 连接部
28 传感器结构
32 天线结构
36 天线的连接部
38 其它传感器的连接部
42 天线结构
44 天线结构

Claims (14)

1.一种用于移动设备的天线组件，包括印刷电路板(14)和位于离所述印刷电路板(14)一定距离处的天线结构(12；42；44)，其中，所述天线结构(12；42；44)经由至少一个弹性连接器(20)与所述印刷电路板(14)电连接，所述弹性连接器包括在所述天线结构(12；42；44)与所述印刷电路板(14)之间延伸的多条导电丝(24)和绝缘结构，其中，所述天线结构(12；42；44)包括位于平面基板(18)上的导电涂层，其中，包括导电涂层的另外至少一个传感器构件(28)在所述天线结构附近设置在所述平面基板上，并且其中，所述弹性连接器还将所述至少一个传感器构件与所述印刷电路板连接。
2.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述弹性连接器(20)包括内嵌在绝缘弹性材料中的许多规则地布置的导电丝(24)。
3.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述弹性连接器(20)包括交替的导电和绝缘材料的涂胶层。
4.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述天线结构(12；42；44)和/或印刷电路板(14)包括截面小于所述至少一个弹性连接器(20)的横向延伸范围的至少一个连接部(26，36)。
5.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述弹性连接器(20)集成在间隔结构(22)中，所述间隔结构在所述天线结构(12；42；44)与所述印刷电路板(14)之间延伸。
6.根据权利要求4所述的天线组件，其中，设置了至少两个单独的弹性连接器(20)，每个所述弹性连接器分别在所述印刷电路板(14)和所述天线结构(12；42；44)的第一和第二连接部(26，36)之间延伸。
7.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述弹性连接器(20)的导电丝(24)包括在50μm与150μm之间的直径，并且其中，相邻地定位的导电丝(24)彼此间隔至少70μm到150μm的距离、或约100μm的距离。
8.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述弹性连接器(20)的导电丝(24)布置成与所述天线结构(12)在总体几何设计和电气设计方面互补，以与预定的天线设计匹配。
9.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述弹性连接器(20)的丝(24)基本垂直于所述印刷电路板(14)的平面和/或所述天线结构(12；42；44)基板的平面延伸。
10.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述平面基板(18)为表镜。
11.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述天线结构(12；42；44)包括单极天线或平面倒F天线。
12.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述天线结构(12；42；44)包括设置在表镜的内侧部分上的透明导电氧化物涂层。
13.根据权利要求10所述的天线组件，其中，所述另外至少一个传感器构件为触摸感应传感器结构(28)。
14.一种手表，包括机芯和壳体并且还包括根据权利要求1所述的天线组件(10)。
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