CN105814738A - 具有静电放电保护的紧凑无线天线安装 - Google Patents

Abstract

一种包括多个天线(15)的机顶盒，所述天线位于印刷电路板(5)的外围的外部。天线可以垂直定向(15V)或水平定向(15H)。天线(15)可以保持为与热沉(6)和印刷电路板(5)相距至少20mm，以防止静电放电。机顶盒包括位于底部框架(2)中且在印刷电路板(5)的外围外部的孔，以提高热耗散。

Description

具有静电放电保护的紧凑无线天线安装

相关申请交叉引用

本申请要求2013年10月24日递交的申请号为No.61/894,985的美国临时专利申请和2014年6月9日递交的申请号为No.62/009538的美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明原理总体上涉及电子设备，具体地涉及具有至少一个无线天线的电子设备。

背景技术

对于机顶盒等(例如，计算机、游戏控制台、DVD播放器、CD播放器等)，消费者偏好或市场偏好是使这些设备小型化或紧凑。然而，该需求越来越有挑战性，因为机顶盒等需要执行更多的功能，这需要更多的内部组件。

无线天线是很多机顶盒等的一个重要组件。机顶盒的无线天线形状上常常是矩形，而且必须定向在机顶盒内部以达到可能的最佳性能。这意味着应当与机顶盒中的金属部件保持足够的间距，而且机顶盒内天线的放置位置和定向必须尽可能地多样化。

此外，为了使与天线相关联的静电放电的风险最小化，增大机顶盒的主体外形(majorform)，以容纳无线天线的垂直定向。

备选地，当这种较大尺寸的机顶盒等不能认为被消费者偏好所接受时，天线必须是水平定向的。遗憾的是，这样会降低天线性能。由此，需要进行权衡，制造与水平定向天线相符合且天线性能非最优的较小尺寸机顶盒。简言之，对于诸如机顶盒等的电子设备，消费者/市场的美观偏好是尽可能的小且纤薄，所以需要且形成了水平形状因素。

由此，需要一种天线组件，其可以良好地作为天线工作，而且满足对电子设备充分纤薄的消费者/市场美观需要，而且电子设备中的静电放电倾向得到降低。

发明内容

提供一种电子设备，包括：垂直定向的前壁(16)；第一侧壁(17A)，连接至所述前壁的第一端以形成第一角；第二侧壁(17B)，连接至所述前壁的第二端以形成第二角；第一天线组件(15H，15V)，与第一角相邻地布置在所述电子设备的内部；第二天线组件(15H，15V)，与第二角相邻地布置所述电子设备的内部；以及具有外缘的电路板(5)，其中所述天线组件布置在外围边缘的外部。所述第一天线组件和第二天线组件各自可以包括具有主轴和次轴的长形(elongated)平面天线体，其中所述第一天线组件和第二天线组件的长形平面天线体的每一个的主轴可以是垂直或水平定向的。所述第一天线组件的长形平面天线体可以定向为垂直于所述第二天线组件的长形平面天线体。所述第一天线组件的长形平面天线体还可以定向为平行于垂直定向的前壁，所述第二天线组件的长形平面天线体还可以定向为平行于第一或第二侧壁。

在本发明的实施例中，所述电子设备还可以包括：水平底部壳体(2)，所述垂直前壁和第一、第二侧壁从所述水平底部壳体延伸；以及形成在所述水平底部框架中的槽(19)，所述长形平面天线体的端部布置在所述槽中，其中所述槽由将长形平面天线体的端部的垂直定向侧面包围的外围内壁限定。

在另一个实施例中，所述电子设备包括：水平底部壳体(2)，所述垂直前壁和第一、第二侧壁从所述水平底部壳体延伸；以及两对U形凹部(pocket)(18)，每对U形凹部具有垂直定向且彼此面对的槽，其中每个长形平面天线体的相对端的至少一部分布置在所述垂直定向的槽中。

在实施例中，所述电子设备还可以包括与电路板接触的热沉(6)，其中所述热沉具有外围端，其中所述天线组件布置在所述外围端的外部。所述第一天线组件和第二天线组件各自可以包括具有主轴和次轴的长形平面天线体，并且所述长形平面天线体布置在与所述热沉的外围端和印刷电路板的外围边缘相距至少20mm处。所述热沉可以基本上遵循电路板的横向轮廓。

在实施例中，所述电子设备还可以包括孔(vent)(14)。所述孔可以形成在第一和第二侧壁上，且在相应侧壁的相应天线组件的相应横向深度之外。孔(14)还可以在水平底部壳体中天线组件的横向位置之外的横向位置中。

在实施例中，所述电子设备可以在水平底部壳体中和至少在与天线组件相邻的第一或第二侧壁中的至少一个中包括假孔。

附图说明

以下将参考实施例和附图更详细地说明本发明，附图中：

图1是根据本发明的机顶盒的顶内部平面图；

图2是根据本发明的机顶盒的一部分的顶内部平面图；

图3是根据本发明的机顶盒的另一部分的顶内部平面图；

图4是根据本发明的机顶盒的一部分的内部透视图；

图5示出了根据本发明的机顶盒的部分的底外部透视图；

图6示出了根据本发明的机顶盒的外部平面图；

图7是根据本发明的机顶盒的一部分的内部截面图；

图8示出了根据本发明的机顶盒的分解透视图；以及

图9是概述根据本发明的组装电子设备的方法的流程图。

具体实施方式

本发明涉及电子设备，例如，包括天线的机顶盒等，如图8A和8B中示出的机顶盒。图8A和8B是电子设备1的分解图，示出了可以包括在根据本发明的电子设备1中的各种特征。如图所示，主电路板5可以容纳在设备的顶盖7中。热障(thermalbarrier)(未示出)可以布置在电路板5和底部框架2之间。备选地，电路板5可以被认为是具有与其附接的热障的电路板组件5。智能卡读取器(未示出)可以通过热障中的开口连接至电路板5。设备1可以具有内部组件，例如智能卡读取器、热障、以及与电路板5接触的顶部热沉6，其中电路板5和内部组件位于底部框架2和顶盖7之间。设备还可以包括在电路板5下方的底部热沉6a。任一个或两个热沉可以在任一个相对端处包括垂直鳍，以促进热耗散。热障可以包括热绝缘材料，所述热绝缘材料优选具有与电路板5基本相同的轮廓，或者具有至少是电路板5的区域轮廓的80％的轮廓。至少部分地通过阻止来自电路板5和其上组件的热，热障避免电路板5下方的智能卡读取器和其他组件过热。

应当注意，根据本发明实施例的设备的热管理系统可以是本发明的非常重要的特征，尤其当需要减小电子设备的尺寸时。这样，有利地，热管理系统可以与本文公开的天线设计协作工作。原因在于，减小这些设备的外壳尺寸不利地使内部组件集中，并且能够引起有害的过热。这样，可以有利地使用热沉6，以提供将热从电路板5有效率地移除的热耗散特征。热沉6可以具有完全覆盖电路板5或基本覆盖电路板5使得至少80％的电路板5被覆盖的顶部平面轮廓。热沉6可以包括热接触垫。热沉6是具有大致平面外围和凹陷特征(例如，平面外围的平面中的中央下陷)的轮廓板，其中优选地，平面外围围绕该中央下陷。中央下陷具有从平面外围延伸并与平面外围形成钝角的侧壁。中央下陷具有设计为与电路板5、电路板5上的发热组件和/或热垫接触的平坦底部。

图8A和8B还示出了包括两个分离的天线组件的电子设备1，所述天线组件可以协作工作以优化发射/接收角度。一个天线组件15V、15H(其中，“V”表示垂直定向，“H”表示水平定向)可以位于左侧壁17A和前壁16的角上，另一个天线组件15可以位于右侧壁17B和前壁16的角上。天线组件的平面宽表面可以彼此垂直定向，以增强发射/接收角度。理想情况下，图8中示出的两个天线彼此垂直，但是它们的定向可以彼此平行，而且每个天线还可以旋转90度，使得左侧的天线平行于前壁16，右侧的天线平行于右前壁17b。图8A示出了天线15V的垂直定向，图8B示出了天线15H的水平定向。

图1高亮示出了天线组件15的布置。与适合天线性能相关的关键点在于，天线组件15应当远离金属组件。这可以通过将天线组件15布置在印刷电路板5外围的外部来确保。理想情况下，天线组件的任何部分都不应在金属组件的20mm以内；这样，天线组件15的任何部分都不应在印刷电路板的20mm以内，因为主印刷电路板5上面可能包括金属组件。该图还示出了电子设备可以包括可以协作工作以优化发射/接收角度的两个分离的天线组件；一个天线组件15可以位于左侧壁17A和前壁16的角上，另一个天线组件15可以位于右侧壁17B和前壁16的角上。天线组件的平面形宽表面可以定向为彼此垂直，以增强发射/接收角度。该图中示出了水平类型和垂直类型二者，但是操作中使用一种类型或另一种类型。图1中示出的孔14是设备1的热管理系统的关键部件，这些孔可以位于底框架2中且在电路板5的水平轮廓的外部。

图2高亮示出了位于左侧壁17A和前壁16的角的一个天线组件15。该视图还示出了根据本发明的天线组件15H、15V可以具有矩形天线组件的长轴沿水平方向(沿X-Y平面)的水平定向，或者可以具有矩形天线组件的短轴沿水平方向(沿X-Y平面)的垂直定向。在水平定向中，天线组件15H可以由一对U形18凹部18保持(hold)，所述一对U形凹部18具有垂直定向且彼此面对的槽，所述槽保持天线组件15H的垂直边缘。

图3高亮示出了在右侧壁17B和前壁16的角处的一个天线组件15。该视图还示出了根据本发明的天线组件15H、15V可以具有矩形天线组件的长轴沿水平方向(沿X-Y平面且短轴是垂直的)的水平定向，或者可以具有矩形天线组件的短轴沿水平方向(沿X-Y平面且长轴是垂直的)的垂直定向。在垂直定向中，槽19可以保持天线组件15V，所述槽具有与天线组件15V的边缘轮廓相匹配的X-Y平面中的水平轮廓，以便当天线组件15V滑入槽19中时稳固地保持天线组件15V。

图2和3还示出了可能的橡胶脚垫(foot)21安装位置。这些位置可以在天线组件的附近，或者这些位置可以与安装在底部框架2中的天线组件交叠。

图4是在右侧壁17B和前壁16的角的一个天线组件15的透视图。该示出更清楚地示出了根据本发明的天线组件15H、15V可以具有水平定向或垂直定向，还示出了如何在机顶盒上支撑天线组件15H、15V。槽19或者一对U形18凹部(pocket)18可以支撑天线组件15，所述一对U形凹部18具有垂直定向且彼此面对的保持天线组件15H的垂直边缘的槽。在任一情形中，天线组件15可以包括连接器20V、20H，并延伸至天线组件下方或天线组件侧面的电连接组件。应当指出的是，备选地，槽19能够支撑组件15H，以及备选地，U形凹部18能够支撑组件15V。

图5A和5B是机顶盒的透视底部视图，示出了天线组件15附近的底部框架2和侧壁17上的热耗散孔或孔印14。在天线附近，这些孔是“闭合盲孔”(closedblind)的，用以防止静电放电，并且还保持孔的美观图案的一致性。(“闭合盲孔”的含义是，孔的外观用于美观目的，但实际上不存在与该特征相关联的孔或开口。)这些视图还示出了底部框架2中的脚垫21，其重要意义在于，在支撑面上将机顶盒适当抬升充足高度，以允许利用空气对流的充分热耗散。

图6A和6B分别示出了根据本发明的机顶盒的底部平面视图和正面平面视图。图6A示出了天线组件15附近的位于底部框架2上的热耗散孔或孔印14的优选图案，以及沿机顶盒侧面的相邻区域。在天线附近，这些孔是闭合盲孔(closedblind)的，用以防止静电放电，并且还保持孔的美观图案的一致性。闭合盲孔可以称为假孔(dummyvent)。天线组件区域外部的孔可以开口，以帮助热移除或耗散。图6A示出了主印刷电路板5附近或下方的底部框架2中的其他热耗散孔22。图6B示出了电子设备及其上脚垫21的平面正视图，其示出了前壁16。

图7是机顶盒的横截面内部视图。该视图示出了在天线组件和金属组件(例如，热沉6)之间具有横向维度或间隔23的特征。该视图示出了横向维度或间隔23还可以在天线组件与主印刷电路板5和/或其上的金属组件24之间。优选地，横向维度或间隔23超过约20mm，以产生充足的静电放电隔离区或凹部。这里，保持天线组件15H和15V的槽18和19可以是非金属或塑料以防止静电放电，并且可以将天线和开口屏蔽开，所述开口例如是底部框架2中用以放置脚垫21的脚垫开口。

总的来说，本发明的特征在于天线组件应当远离金属组件。这可以通过将天线组件布置在印刷电路板外围的外部来确保。理想情况下，天线组件的任何部分都不应在金属组件的20mm以内；这样，天线组件的任何部分都不应在印刷电路板的20mm以内，这是因为主印刷电路板上面可能包括金属组件。

当认为天线的操作性能更为重要时，往往需要将矩形天线安装成使得长轴是垂直定向的，以具有最佳性能。通过调整机顶盒底部上的安装脚垫零件的定向，能够将天线布置在理想的天线位置并垂直地安装天线。这允许机顶盒的主体外形比垂直天线的高度更为薄；然而，由于脚垫安装位置往往需要用于安装橡胶脚垫的孔洞，所以静电放电有机会到达无线天线。为了防止这一情况，在塑料零件中添加壁45，产生围绕天线的连续屏障。这些都集成为底部框架2的塑料外壳的模塑零件。通过策略性地定位脚垫安装位置并形成静电放电隔离凹部，可以以优化无线天线性能且最小化机顶盒尺寸的方式，将无线天线安装在小型机顶盒上。

在本发明的实施例中，提供一种较薄的水平定向机顶盒，可以包括塑料壳体，所述塑料壳体形成将内部电子器件(例如，图8中示出的印刷电路板(pcb)组件和热沉)包围的外壳。无线天线15可以形成为单独的印刷电路板，使得它们可以布置为远离主印刷电路板和热沉。作为印刷电路板结构，无线天线可以是具有天线层和板层的层压结构。天线的最优位置是在塑料壳体的外周上。天线的最佳定向是使得天线的长轴垂直而且这些天线需要被封闭在壳体中。通过将壳体安装脚垫位置布置在最优天线安装位置，可以将垂直天线安装在由安装位置创建的凹部中。这允许壳体的主体外形比天线所需的高度更为薄。

在一些实施例中，需要橡胶脚垫21的组件以便将机顶盒稳定在桌子上表面，在塑料底部的安装零件中提供孔洞，以保持橡胶脚垫。然而，塑料外壳中的开口是静电放电到达内部电子器件并损坏组件的路径。由于为了美观脚垫安装零件需要尽可能地小，所以将无线天线放置成靠近橡胶脚垫21的开口。这样，为防止静电放电到达无线天线，在塑料零件(可以包括U形凹部18和/或在底部框架2中形成的槽19)中添加壁，产生围绕天线的连续屏障。这些都集成为塑料外壳的模塑零件。

特别要注意的是，图1至4和7中，在每个可适用的前角，示出了2个天线位置，其中每个角都具有用于在水平定向和垂直定向二者上安装天线的零件。以此来示出实现本发明的多个可能性。然而，与外形因素偏好、尺寸偏好和性能偏好有关的物理测试和消费者偏好指示要使用的实际定向，通常来说，每个可适用角上仅放置1个天线。此外，应当注意，设计成水平放置的天线比设计成垂直放置的天线更长更窄。

换句话说，示出了天线组件的垂直定向和水平定向，以强调本发明旨在包括可以将机顶盒垂直或水平定向的这两种类型的定向；或者，本发明可以包括在每个可适用角中的两种定向的两个天线的使用，如图7所示。

图9中示出了本发明的一个方面，该方面包括组装具有两个上述天线(15H，15V)的电子设备的方法，所述方法包括：提供(901)外壳体，所述外壳体具有垂直定向的前壁(16)、与所述前壁的第一端相连以形成第一角的第一侧壁(17A)、以及与所述前壁的第二端相连以形成第二角的第二侧壁(17B)；将电路板(5)布置(902)在所述外壳体内，所述电路板具有外围边缘；以及将天线组件布置(903)在电路板的外围边缘的外部，以防止与电路板及其上物品相关联的静电放电事件。所述方法还可以包括将天线定向调整(904)为彼此正交的步骤，其中天线的第一天线可以与第一角相邻地布置在电子设备的内部；以及天线的第二天线可以与第二角相邻地布置在电子设备的内部。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：

垂直定向的前壁(16)；

第一侧壁(17A)，连接至所述前壁的第一端以形成第一角；

第二侧壁(17B)，连接至所述前壁的第二端以形成第二角；

第一天线组件(15H，15V)，与第一角相邻地布置在所述电子设备的内部；

第二天线组件(15H，15V)，与第二角相邻地布置在所述电子设备的内部，以及；

具有外围边缘的电路板(5)，其中所述天线组件布置在外围边缘的外部。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一天线组件和第二天线组件各自都包括具有主轴和次轴的长形平面天线体。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述第一天线组件和第二天线组件的长形平面天线体中的每一个的主轴是垂直定向的。

4.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述第一天线组件和第二天线组件的长形平面天线体的中每一个的次轴是垂直定向的。

5.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述第一天线组件的长形平面天线体定向为垂直于所述第二天线组件的长形平面天线体。

6.根据权利要求5所述的电子设备，其中所述第一天线组件的长形平面天线体定向为平行于垂直定向的前壁，所述第二天线组件的长形平面天线体定向为平行于第一或第二侧壁。

7.根据权利要求6所述的电子设备，包括：

水平底部壳体(2)，所述垂直前壁以及第一和第二侧壁从所述水平底部壳体(2)延伸；以及

形成在水平底部框架中的槽(19)，所述长形平面天线体的端部布置在所述槽(19)中，其中所述槽由将长形平面天线体的端部的垂直定向侧面包围的外围内壁限定。

8.根据权利要求3所述的电子设备，包括：

水平底部壳体(2)，所述垂直前壁以及第一和第二侧壁从所述水平底部壳体(2)延伸；以及

形成在水平底部框架中的槽(19)，所述长形平面天线体的端部布置在所述槽(19)中，其中所述槽由将长形平面天线体的端部的垂直定向侧面包围的外围内壁限定。

9.根据权利要求6所述的电子设备，包括：

水平底部壳体(2)，所述垂直前壁以及第一和第二侧壁从所述水平底部壳体(2)延伸；以及

两对U形凹部(18)，每对U形凹部具有垂直定向且彼此面对的槽，其中每个长形平面天线体的相对端的至少一部分布置在所述垂直定向的槽中。

10.根据权利要求4所述的电子设备，包括：

水平底部壳体(2)，所述垂直前壁以及第一和第二侧壁从所述水平底部壳体(2)延伸；以及

两对U形凹部(18)，每对U形凹部具有垂直定向且彼此面对的槽，其中每个长形平面天线体的相对端的至少一部分布置在所述垂直定向的槽中。

11.根据权利要求1所述的电子设备，包括：与电路板接触的热沉(6)，所述热沉具有外围端，其中所述天线组件布置在所述外围端的外部。

12.根据权利要求2所述的电子设备，包括：与电路板接触的热沉(6)，所述热沉具有外围端；其中所述第一天线组件和第二天线组件各自都包括具有主轴和次轴的长形平面天线体，并且所述长形平面天线体布置为与所述热沉的外围端和印刷电路板的外围边缘相距至少20mm。

13.根据权利要求1所述的电子设备，包括：第一和第二侧壁上的孔(14)，所述孔仅形成在相应侧壁的相应天线组件的相应横向深度之外。

14.根据权利要求1所述的电子设备，包括：

水平底部壳体(2)，所述垂直前壁以及第一和第二侧壁从所述水平底部壳体(2)延伸；以及

水平底部壳体中的孔(14)，所述孔在天线组件的横向位置外部的横向位置中。

15.根据权利要求13所述的电子设备，包括：

水平底部壳体(2)，所述垂直前壁以及第一和第二侧壁从所述水平底部壳体(2)延伸；以及

水平底部壳体中的附加孔(14)，所述附加孔在天线组件的横向位置外部的横向位置中。

16.根据权利要求15所述的电子设备，包括：在水平底部壳体中且在与天线组件相邻的第一或第二侧壁中的至少一个中的假孔。

17.根据权利要求5所述的电子设备，包括：

水平底部壳体(2)，所述垂直前壁以及第一和第二侧壁从所述水平底部壳体(2)延伸；以及

水平底部壳体中的孔(14)，所述孔在长形平面天线体的横向位置外部的横向位置且在电路板的外围边缘的外部。

18.一种组装具有两个天线(15H，15V)的电子设备的方法，包括以下步骤：

提供外壳体，所述外壳体具有垂直定向的前壁(16)、与所述前壁的第一端相连以形成第一角的第一侧壁(17A)、以及与所述前壁的第二端相连以形成第二角的第二侧壁(17B)；

将电路板(5)布置在所述外壳体内，所述电路板具有外围边缘；以及

将天线组件布置在电路板的外围边缘的外部，以防止与电路板及其上物品相关联的静电放电事件。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：将天线定向为彼此正交的步骤。

20.根据权利要求18所述的方法，其中天线中的第一天线与第一角相邻地布置在电子设备的内部；以及天线中的第二天线与第二角相邻地布置在电子设备的内部。