CN220439878U - 一种含有金属环境的无线开关装置、面板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种含有金属环境的无线开关装置、面板，包括：金属盖板、PCB板、金属支架，所述金属支架用于固定所述PCB板的一侧，所述金属盖板用于盖设所述PCB板的另一侧；所述PCB板设置通讯芯片和调谐网络，所述通讯芯片的输出端连接至所述调谐网络的RF端口；所述金属盖板电连接至所述调谐网络的输出端，所述金属盖板作为天线辐射主体；所述金属支架和所述PCB板被设置为等电势。通过将金属盖板作为天线辐射主体，提高金属开关面板的射频性能。

Description

一种含有金属环境的无线开关装置、面板

技术领域

本实用新型涉及无线开关装置技术领域，尤其涉及一种含有金属环境的无线开关装置、面板。

背景技术

家居无线开关装置用于用户通过无线终端设备或中继设备远程控制灯光、电器等家用电器的开起和关闭。现有的家居无线开关装置均采用塑料等非金属材质，通过内置天线接收和发送无线信号，现有的天线形式主要有：导线天线、FPC天线（印制天线），其中印制天线成本较低，设计灵活，但是效率较低，导线天线和FPC天线在装配方面会存在一定问题，对结构要求较高，而且FPC天线价格较贵。家居无线开关装置一般采用FPC天线，由于家居无线开关面板是嵌在墙体当中，位置相对固定，其极化方向大多为线性极化，方向较为单一，很可能与网关等设备的极化方向不一致，出现极化损失，导致数据收发不良。

同时，非金属材质的家居无线开关装置由于材质的脆弱，该类型的家居无线开关面板容易损坏，使用寿命较短；家居无线开关面板使用金属材质可以增强整体结构，延长使用寿命，但家居无线开关面板带有金属会对无线通讯信号的传输产生一定的干扰，导致用户体验效果下降，金属影响天线的回损、效率，且会屏蔽天线向自由空间辐射的性能；现如今所使用的WiFi、BLE、ZigBee频段主要集中在2.4G，WiFi可做到5G频段，频率越高，趋肤效应越明显，金属对电磁波的反射能力就越强；而且市面上常用的IFA、MIFA、FPC等天线都是是内置式天线，这些天线形式单一，增益有限，对结构要求较高，占用PCB板面积大；结构覆盖金属的情况下必然会导致天线性能受到严重影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种含有金属环境的无线开关装置、面板，能够解决上述技术问题。

本实用新型提供一种含有金属环境的无线开关装置，包括：金属盖板、PCB板、金属支架，所述金属支架用于固定所述PCB板的一侧，所述金属盖板用于盖设所述PCB板的另一侧；

所述PCB板设置通讯芯片和调谐网络，所述通讯芯片的输出端连接至所述调谐网络的RF端口；

所述金属盖板电连接至所述调谐网络的输出端，所述金属盖板作为天线辐射主体；

所述金属支架和所述PCB板被设置为等电势。

进一步，所述调谐网络的输出端设置有微带线，所述金属盖板与所述微带线通过导电弹性件电性连接。

进一步，所述金属盖板设置有金属倒钩，所述金属倒钩与所述导电弹性件连接。

进一步，所述金属倒钩一体成型在所述金属盖板朝向所述PCB板的一面。

进一步，所述导电弹性件一体成型在所述PCB板朝向所述金属盖板的一面。

进一步，所述金属盖板为多键金属盖板。

进一步，所述调谐网络为π型调谐网络，其中π型调谐网络的输出端连接至所述金属盖板，用于匹配最优驻波比和回损。

进一步，所述金属支架电连接有接地装置，所述PCB板的接地端连接至所述金属支架。

进一步，所述接地装置为接地线，所述金属支架设置有若干光滑触点，通过所述接地线与所述PCB板的接地端连接。

本实用新型提供一种含有金属环境的无线开关面板，包括上述的一种含有金属环境的无线开关装置。

本实用新型具有如下优点：

一是利用开关装置暴露于墙体外的金属盖板当做天线，很大程度上优化了金属开关装置的性能，相较传统无线金属开关装置采用常规天线来说，提高了无线开关装置的接收灵敏度，较传统开关面板的射频性能提高4倍；通讯距离提高20m左右，丢包率减少15%，可显著改善传输信号的质量，满足用户日常使用需求。与传统塑料无线开关装置相比，可以调高整体装置的使用寿命。

二是通过π型调谐网络根据通讯芯片的输出激励信号，匹配最优驻波比和回损，确保大部分能量可以经由金属盖板向外辐射，可使得面板的通信性能受到外界环境影响最小化。

三是通过在PCB板和金属支撑架间引进金属天线接地装置，确保了阻抗的连续性，可进一步提高射频性能；且由于接地装置阻抗较小，因此并不会对整体的性能和回路产生较大的影响。进一步提高天线自身收发增益和效率，保证了通讯距离与信号强度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的π型调谐网络电路图。

图3是金属开关面板内置印制天线的3D远场辐射仿真图。

图4是本实用新型的3D远场辐射仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本实用新型，但不对本实用新型的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本实用新型的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本方案提供一种含有金属环境的无线开关装置，包括：金属盖板1、PCB板2、金属支架3；

所述金属支架3用于固定所述PCB板2的一侧，所述金属盖板1用于盖设所述PCB板2的另一侧，所述金属支架3用于镶嵌并固定于墙体内，所述金属盖板1暴露于墙体外并可覆盖所述金属支架；

所述PCB板2设置通讯芯片（图中未示出）和调谐网络（图中未示出），所述通讯芯片的输出端连接至所述调谐网络的RF端口；

所述金属盖板1电连接至所述调谐网络的输出端，所述金属盖板1作为天线辐射主体；

所述金属支架3和所述PCB板2被设置为等电势，减小金属支架3对天线信号的影响。

进一步，所述调谐网络的输出端设置有微带线（图中未示出），所述金属盖板1与所述微带线通过导电弹性件4电性连接。其中，导电弹性件可以为导电弹片、导电弹簧中任意一种。

进一步，所述金属盖板设置有金属倒钩11，所述金属倒钩11与所述导电弹性件4连接。

进一步，所述金属倒钩11一体成型在所述金属盖板朝向所述PCB板2的一面。

进一步，所述导电弹性件4一体成型在所述PCB板2朝向所述金属盖板1的一面。

在本实施例中，将无线开关装置的整块金属盖板1作为天线的一部分，利用无线开关装置的外表面金属盖板1将天线性能辐射出去，通讯芯片输出激励信号，经由RF输出端口引至调谐网络，通过微带线与导电弹性件4连接，将输出信号引至金属盖板1，以电磁波的形式向自由空间辐射；利用导电弹性件4的压缩性，在金属盖板装配时，弹片顶至金属盖板1的内侧位置，为保证接触可靠性，可以在金属盖板1内表面位置增加一个同材质的金属倒钩11，防止时间过长导致弹性变差，造成接触不良；利用金属盖板1作为天线辐射的参考地平面，将影响天线性能的金属转化为天线的一部分，巧妙地解决了当天线被围在金属内部信号无法辐射出去的问题；且由于无线金属开关装置是嵌在墙体当中，位置相对固定，若是使用普通印制天线或FPC天线，其极化方向大多为线性极化，方向较为单一，很可能与网关等设备的极化方向不一致，出现极化损失，导致数据收发不良。将金属盖板作为天线辐射主体，大面积的辐射主体不仅有利于和网关等设备进行数据交互，同时可以更容易满足对带宽的需求，在频段2.4G情况下，驻波比可满足1.5以下。

进一步，所述金属盖板1为多键金属盖板。

在本实施例中，为了满足产品多样化需求，结构设计上可以采用双键或者是三键的金属盖板，用于控制两路或者三路开关。

进一步，所述金属盖板1为任意尺寸、薄厚。

在本实施例中，任意尺寸、薄厚的金属盖板1的优势在于可以调节带宽和谐振频率，由于天线本质是将芯片端发送的功率转化成电磁波，向自由空间辐射出去，金属盖板大小不同天线回流路径也不一样，间接影响天线的带宽性能和谐振频率点。因此可以根据需要设计不同尺寸或薄厚的金属盖板1；使该装置满足在不同结构下对带宽和回损的需求；材质可以选用合金材料，导电性越强的天线性能也会越好。

进一步，如图2所示，所述调谐网络为π型调谐网络，其中π型调谐网络的输出端连接至所述金属盖板，用于匹配最优驻波比和回损。

在本实施例中，在PCB板2上增加一组π型调谐网络，通过调整串、并联的电容或电感等匹配器件，可以配合不同的参数，以获得最优的驻波比和回损。同时拓宽2.4G频段下的有效带宽，可使金属盖板1能够自适应外界环境，尽可能减小外界环境对天线的影响。通过匹配可将回损（RL）拉至2.4GHz附近。回损公式如下：

其中，Pincident、Preflected表示入射、反射功率，RL≥10 dB表示90%的入射功率被辐射向自由空间。多数情况下，RL等于10 dB 即可满足要求；改进后入射功率从60%提高至95%，表示大部分能量可经由天线向外辐射，可使得面板的通信性能受到外界环境影响最小化。

进一步，所述金属支架3电连接有接地装置5，所述PCB板2的接地端连接至所述金属支架3；

具体的，所述接地装置5为接地线，所述金属支架3设置有若干光滑触点（图中未示出），通过所述接地线与所述PCB板2的接地端连接。

在本实施例中，金属支架3为封闭金属框，用于支撑固定所述PCB板2，保证PCB板2、金属框3为一体装置，方便固定于墙壁上。在金属支架3上增加接地装置，确保金属支架3性能与PCB板2等电势；金属支架3距离PCB板2和天线的辐射主体部分比较近，高频情况下极易耦合电磁波，进而造成辐射体的性能失调；在PCB板上引入接地装置，金属支架3上增加光滑的触点（图中未示出），通过接地线与所述PCB板2连接，由于接地线良好的导电性与伸缩性，保证了PCB板2与金属支架3等电势，可将浮空的金属盖板变为天线的一部分，有效地提高天线的辐射效率。选择导电性较优的材料作为金属支架3，导电性能越好，金属支架3和PCB板2的电势差越小，也就越不容易造成阻抗不连续，可进一步提高射频性能；且由于接地线阻抗较小，因此并不会对整体的性能和回路产生较大的影响。

如图3、4所示，本实用新型的辐射仿真图更接近标准的辐射图，相较传统金属开关面板加印制天线的组合，本实用新型的远场3D辐射更加完整，且前向性能辐射效率更高，整体的增益也更高。

本方案提供一种含有金属环境的无线开关面板，包括上述的一种含有金属环境的无线开关装置。

以上所述仅为本实用新型的部分实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种含有金属环境的无线开关装置，其特征在于，包括：金属盖板、PCB板、金属支架，所述金属支架用于固定所述PCB板的一侧，所述金属盖板用于盖设所述PCB板的另一侧；

所述PCB板设置通讯芯片和调谐网络，所述通讯芯片的输出端连接至所述调谐网络的RF端口；

所述金属盖板电连接至所述调谐网络的输出端，所述金属盖板作为天线辐射主体；

所述金属支架和所述PCB板被设置为等电势。

2.根据权利要求1所述的含有金属环境的无线开关装置，其特征在于，所述调谐网络的输出端设置有微带线，所述金属盖板与所述微带线通过导电弹性件电性连接。

3.根据权利要求2所述的含有金属环境的无线开关装置，其特征在于，所述金属盖板设置有金属倒钩，所述金属倒钩与所述导电弹性件连接。

4.根据权利要求3所述的含有金属环境的无线开关装置，其特征在于，所述金属倒钩一体成型在所述金属盖板朝向所述PCB板的一面。

5.根据权利要求2或3所述的含有金属环境的无线开关装置，其特征在于，所述导电弹性件一体成型在所述PCB板朝向所述金属盖板的一面。

6.根据权利要求1所述的含有金属环境的无线开关装置，其特征在于，所述金属盖板为多键金属盖板。

7.根据权利要求1所述的含有金属环境的无线开关装置，其特征在于，所述调谐网络为π型调谐网络，其中π型调谐网络的输出端连接至所述金属盖板，用于匹配最优驻波比和回损。

8.根据权利要求1所述的含有金属环境的无线开关装置，其特征在于，所述金属支架电连接有接地装置，所述PCB板的接地端连接至所述金属支架。

9.根据权利要求8所述的含有金属环境的无线开关装置，其特征在于，所述接地装置为接地线，所述金属支架设置有若干光滑触点，通过所述接地线与所述PCB板的接地端连接。

10.一种含有金属环境的无线开关面板，其特征在于：包括权利要求1-9中任意一项所述的一种含有金属环境的无线开关装置。