CN103579742B

CN103579742B - 无线通信设备

Info

Publication number: CN103579742B
Application number: CN201310319771.2A
Authority: CN
Inventors: 劳伦特·卡里乌; 弗雷德里克·福廷; 达拉赫·勒特雷尔; 维拉辛·维莱拉克
Original assignee: Logitech Europe SA
Current assignee: Logitech Europe SA
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN203596408U; CN103579741A; US9844149B2; CN203445229U; CN103579742A; CN203589192U; US20140028502A1; CN103579743A; CN103579743B; US20140028501A1; US20140029215A1

Abstract

本发明提供了一种无线通信设备及用于构建无线通信设备的方法，所述方法包括提供具有安装表面的印刷电路板（PCB）。沿着垂直于安装表面的方向在安装表面上安装天线。通过在支架顶侧中放置具有安装天线的PCB来形成第一子配件。通过在天线上放置端盖部件并且将端盖部件卡扣到支架中以使端盖部件保持至支架，来形成第二子配件，端盖包住天线。卡扣包括将端盖部件上的钩子插入支架上的凹部中。

Description

无线通信设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年11月7日提交的美国非临时申请第13/671,224号和于2012年7月27日提交的美国临时申请第61/676,778号的优先权，为了所有目的将其全部内容通过引用并入本文。

本申请涉及共有的题为“3-D Antenna for Wireless Communications（用于无线通信的3-D天线）”的美国专利申请第13/671,086号和题为“Wireless Communications Antenna Assembly（无线通信天线配件）”的美国专利申请第13/671,348号，为了所有目的将其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

无线USB（通用串行总线）是一种短程无线射频通信协议。无线USB被设计为在2.0GHz至10.6GHz的频率范围内运行。无线USB可以用于计算机与计算机外围设备（诸如鼠标、键盘、打印机和扫描仪）之间的无线通信，以及用于与游戏控制器、数字照相机、便携式媒体播放器、硬盘驱动器和闪存驱动器进行通信。

用于在计算机与外围设备之间提供无线通信的其它商用无线收发器使用其它标准，诸如火线（IEEE1394）标准和微型USB标准。这些其它标准使用具有不同插头尺寸的形状因子。

“纳米”电子狗（nano dongle）是其端盖突出插口表面约6.8mm的特殊形状因子的USB电子狗。“微型电子狗”（pico dongle）是其端盖突出插口表面的量小于纳米电子狗的特殊形状因子的USB电子狗。因此，微型电子狗的端盖的长度小于纳米电子狗的长度。微型电子狗形状因子是期望的，这是因为其便于保持电子狗插入笔记本电脑或其它移动计算设备中，而不用在每次使用前插入电子狗并且在运送移动计算设备之前移除电子狗。使电子狗的端盖与移动计算设备的边缘几乎齐平减小了电子狗在移动计算设备的运输途中可能损坏的可能性。然而，创造具有足够辐射模式和功率的小型电子狗可能是个挑战。电子狗的尺寸限制了可以使用的电子设备的尺寸，特别是通常影响辐射模式的天线的尺寸。因此，寻求改进的天线设计。

发明内容

本发明的某些实施方式涉及用于构建无线通信设备的方法，该方法包括提供具有安装表面的印刷电路板（PCB）。该方法还可以包括沿着垂直于安装表面的方向在安装表面上安装天线。该方法还可以包括通过将具有安装天线的PCB放置在支架的顶侧中，来形成第一子配件；以及通过在天线上放置端盖部件并且将所述端盖部件卡扣到支架中以使端盖部件保持至所述支架，来形成第二子配件，所述端盖包住天线；其中，卡扣包括将端盖部件上的钩子插入支架上的凹部中。

本发明的另外一些实施方式涉及无线通信设备，其包括具有插头端和相对的端盖端的子配件，所述子配件包括具有第一表面和第二表面的支架，其中，所述第一表面保持印刷电路板PCB；其中，所述支架包括一个或更多个凹部。无线通信设备还可以包括放置在所述子配件的所述端盖端处的所述第一表面上的端盖顶部配件，所述端盖顶部配件包括底部边上的一个或更多个钩子，其中，每个钩子卡扣到所述支架上的一个或更多个凹部中的相应的凹部中。无线通信设备还可以包括覆盖所述子配件的所述插头端的金属壳，其中，所述金属壳包括一个或更多个钩子，所述一个或更多个钩子中的每个钩子卡扣到所述端盖顶部配件上的一个或更多个凹部中的相应的凹部中。

本发明的另外一些实施方式涉及无线通信设备，其包括：子配件，其包括被配置为保持印刷电路板PCB的支架，其中，所述子配件包括第一部分和与所述第一部分相对的第二部分，其中，所述子配件的所述第一部分包括附接至所述PCB的天线器件。无线通信设备还可以包括端盖部分，其被配置为插入到所述子配件上，以容纳所述子配件的、包括附接至所述PCB的所述天线部分的所述第一部分。无线通信设备还可以包括金属壳部分，其被配置为插入到所述子配件上，以容纳所述子配件的、包括所述PCB的所述第二部分，其中，所述端盖部分和所述金属壳部分被锁定位置以容纳所述子配件。

附图说明

图1是根据本发明实施方式的USB电子狗的简化图。

图2是根据本发明实施方式移除了金属壳的USB电子狗的简化图。

图3A是根据本发明实施方式示出了纳米电子狗与微型电子狗之间关于PCB尺寸和天线布局的差异的简化图。

图3B是根据本发明实施方式的微型电子狗的透视图的简化图，其示出了具有二维（2D）金属板式天线。

图3C是根据本发明实施方式的微型电子狗的简化图，其移除了三维（3D）导线天线的端盖。

图3D是根据本发明实施方式的微型电子狗的简化侧视图，其示出了天线与护罩之间的空间隔离。

图4是根据本发明实施方式示出了导线天线的三维的简化图。

图5是根据本发明实施方式示出了与2D微型电子狗相比的3D微型电子狗的所测量的辐射模式和功率的图。

图6是根据本发明实施方式示出了与2D纳米电子狗相比的3D微型电子狗的所测量的辐射模式和功率的图。

图7是根据本发明实施方式的用于使用图8A-8D所示的部件装配电子狗的步骤的简化流程图。

图8A-8D是根据本发明实施方式示出了在装配阶段处的USB电子狗的部件的简化图。图8A示出了安装于PCB上的3D导线天线（wireantenna）；图8B示出了安装到支架中的PCB/天线子配件；图8C示出了端盖的安装和布局；以及图8D示出了金属壳的布局。

具体实施方式

图1是根据本发明实施方式的USB电子狗的简化图。电子狗100包括两个主要部分：插头120和端盖110。插头120包括被包裹在金属壳130中的印刷电路板（PCB）。插头120插入电子装置上的USB端口中。插头120可以直接插入诸如个人电脑或笔记本电脑的装置中，或者插头120可以插入连接至计算装置的装置中。端盖110从USB插口向外突出。端盖110可以稍宽于插头120，或者端盖110的宽度可以与插头120相同。较宽的端盖能够容纳较大的天线。另外，端盖110提供用于抓握电子狗以将其插入USB端口以及将其从USB端口移除的位置。较宽的端盖还给予更大的区域来在该区域下面滑动指尖，以握住电子狗将其从装置中拔出。

在替选实施方式中，电子狗模块可以使用不同种类的机械插头，诸如火线插头、HDMI（高清晰多媒体接口）插头或者微型USB插头。可以根据形状因子适当地缩放具有这些替选形状因子之一或者任何其它形状因子的电子狗中的部件。例如，PCB和/或天线可以大于本文具体示例中所描述的PCB和天线。此外，不同实施方式的电子狗可以取代或省略本文示例中所描述的某些部件。例如，电子狗可以省略金属壳而支持使用塑料或其它材料的壳体，或者可以提供不同方法将端盖紧固至PCB而不使用壳体。

图2是根据本发明实施方式的、从插头移除了金属壳130的电子狗100从底部看的简化图。从插头移除金属壳露出了PCB200。

图3A是根据本发明实施方式的、示出了参考纳米电子狗与微型电子狗之间关于PCB200的尺寸和天线布局的差异的简化图。长度320表示参考纳米电子狗形状因子中的PCB200的长度。长度320包括参考纳米电子狗的插头长度321和端盖长度322。对于参考纳米电子狗，天线印制在端盖部分（长度322）中的PCB200上，从而与PCB200在同一平面上。金属壳一般覆盖插头长度321。印制在端盖长度322上的天线没有被金属壳覆盖。在其它参考纳米电子狗中，轨迹（trace）可以将天线连接至位于金属壳内的内部电路，从而在插头长度321中提供部分天线。因为金属护套可能阻断或干扰天线的辐射模式，因此金属壳与天线的邻近和重叠影响辐射模式。端盖可以施加在PCB200的长度322上以覆盖和保护天线。

尺寸（dimension）330示出了微型电子狗中的PCB200的长度，该长度包括插头331的长度和天线332的长度。在一些实施方式中，微型电子狗中的插头331的长度和纳米电子狗中321的长度大体相同。根据本发明的一种实施方式，天线332的长度包括定向为垂直于PCB200的天线300和焊接至PCB200的尾部的长度。如图3A所示的垂直部分是按照透视图来命名的，但是垂直部分可以相对于PCB200的平面上下延伸。尺寸333示出了天线300的相对于PCB200总体上垂直的部分（不包括焊接的延长部分）的长度。端盖可以施加在天线300的一部分或整个上面和/或周围以覆盖天线300并用于保护。端盖可以由塑料或者其它不会显著降低天线300的无线发射或接收性能的材料制成。端盖还可以使天线300的一部分或整个与包住PCB200的金属壳隔离，以降低金属壳可能产生的干扰。在一些实施方式中，微型电子狗的天线部分332的长度约为参考纳米电子狗的天线部分322的一半。根据本发明的一些实施方式，微型电子狗提供与参考纳米电子狗类似的性能和辐射模式，但是其具有较短的天线部分延伸超过金属壳。根据本发明的一些实施方式，微型电子狗的配置提供了使用参考纳米电子狗无法实现的益处。例如，减少参考纳米电子狗的天线部分322的长度会导致较弱的信号强度和辐射模式。如果保留参考纳米电子狗的天线部分，但将其部分插入到金属壳中以实现与微型电子狗相同的整体长度，则性能将由于来自金属壳的干扰而再次降低。

图3B提供了根据本发明实施方式的具有二维（2D）金属板式天线的微型电子狗的简化透视图。图3B的（1）示出了作为完整封装的微型电子狗的透视图。二维（2D）金属板式天线位于端盖307内。图3B的（2）是与图3B的（1）相同角度的透视图，但移除了金属壳305和端盖307，露出了PCB350和天线340。图3B的（3）是从图3B的（2）所示的装置的底侧观察的透视图。图3B的（4）是天线的透视图，示出了用于将天线附接至PCB的夹持机构。将板式天线340定向为垂直于PCB350，使得天线能够安装在较短的微型端盖中。垂直定向还提供了类似的3D性能。

因为附图不是按比例绘制的，所以图3B的（2）所示的板式天线看上去不能安装在图3B（1）所示的端盖中。然而，应明白，板式天线实际上确实安装在端盖中。此外，如图3B的（4）所示，夹子342附接至天线340，使得天线能够在合适的耦接位置接合至PCB。尽管示出了两个夹子342，但根据具体装置的几何图形和设计，可以使用更多或更少的夹子。

图3C是根据本发明实施方式移除了端盖的微型电子狗的简化图，其示出三维（3D）导线天线300。通过三维扩展，导线天线300的形状克服了其尺寸限制。天线的形状以及其在电子狗中的布局和定向影响辐射模式。可以基于期望的形状因子调整/优化天线。在一些实施方式中，使用天线与护罩（即，图1所示的金属壳130）之间的最短距离来避免电流分流。

图3D是根据本发明实施方式的微型电子狗的简化的侧视图，其示出了三维（3D）导线天线300与护罩130之间的空间隔离。最小距离可以基于端盖外罩110的厚度。在实施方式中，塑料端盖110可以为约8mm厚。较薄的外罩可以减小最小距离，并且因此减小端盖110的长度。在实施方式中，天线300可以不宽于和/或不高于插头120。在这样的实施方式中，天线300在不使用时可以收回到插头120中，并且在使用时可以伸出插头120外部。

在实施方式中，天线可以是三维的并且由导线制成，以具有类似于被弯曲为不再平放的回形针的形状。如图3A所示，天线的长度333约为1.8mm，小于典型的微型电子狗端盖的3mm的长度。图4是示出了根据本发明实施方式的导线天线300的高度尺寸和宽度尺寸的简化图。在图4中，所示出的尺寸被标记为宽度410和高度420。因为端盖的宽度可能宽于USB插口的宽度，所以宽度410可能与标准USB插口的宽度12mm相同或者大于标准USB插口的宽度12mm。在所示出的实施方式中，天线的宽度约为11.75mm，并且端盖略宽于USB插口。为了使天线300在围绕电子狗的插头部分中的PCB的金属壳外部，从插头突出的端盖必须至少与天线长度333一样长。在所示出的实施方式中，高度420表示PCB处于水平方向时天线的垂直尺寸。天线可以安装成一部分在PCB上方而一部分在PCB下方。天线的高度420是端盖的最小厚度。在所示出的实施方式中，高度420约为4mm。因此，容纳该示例天线300的微型电子狗可能稍厚于（即，高于）其长度。

这样的3D天线可以具有如下辐射模式：其使得具有用于接收来自发射器的信号的提高的能力并且提供关于发射器布局的更大的灵活性。从覆盖插头的金属壳中移除天线和使天线成形为三维的组合大大增强了电子狗的有效辐射模式和功率。

3D天线的尺寸不限于示例中所描述的尺寸。例如，HDMI形状因子的电子狗可以与音频/视频设备（如电视机）一起使用。这样的电子狗可以插入尺寸可能受限的电视机的后部。因此，电子狗中的天线可能小于用于电视机的其它类型的无线天线。还可以对天线设计和尺寸进行调整以提供增强的信号功率。因此，可以存在无线通信设备的不同应用，其需要垂直于PCB安装的3D导线天线的不同尺寸和配置。此外，电子狗可以用于连接至一个装置或同时连接至多个装置。连接至电子狗的装置可以是任何适合的类型，例如但不限于计算机鼠标、键盘、视频摄像机、音频/视频接收器、音频耳机、有线电视机顶盒、台式或移动计算机、智能电话和平板电脑。在一些实施方式中，可以根据电子狗要连接的装置的类型对其进行不同配置。

图5和图6各自示出了分别与两个不同的常规电子狗相比的、根据本发明实施方式提供的电子狗的辐射模式。在每个图中，根据本发明实施方式提供的电子狗是容纳3D导线天线的微型电子狗。为了对每个电子狗创建辐射模式图，在电子狗附接至具体的笔记本电脑的相同USB端口时，对功率进行测量。

图5是示出了第一常规电子狗（其为具有2D天线的微型电子狗）的辐射模式（507）的曲线图。测量根据本发明实施方式的电子狗（下文中缩写为“具有3D天线的微型电子狗”或简称为“3D天线”）的辐射模式（505）。如使用该图所测量的，3D天线与第一常规电子狗之间的辐射信号的平均差为+12dB。因此，对相同形状因子的电子狗中的3D天线和2D天线进行比较表明3D天线优于2D天线。

图6是示出了与3D天线（505）的辐射模式相比的、第二常规电子狗的测量辐射模式（607）的图。第二常规电子狗是2D纳米电子狗。2D纳米电子狗中的天线印制在PCB上。如在该图中可以看到的，3D天线的性能使得较小的电子狗能够表现得与较大的电子狗几乎一样好，平均仅有2dB的差异。

图8A-8D是示出了根据本发明实施方式处于装配阶段的USB电子狗的部件的简化图。图8A示出了安装在PCB上的3D导线天线。子配件810包括附接至PCB200的天线300。天线300具有类似弹簧的特性。天线被侧面挤压以与PCB的端部中的凹口对齐。天线插入后，弹性力从侧面沿着箭头方向作用以使天线保持在合适的位置，同时使天线的端部450焊接至PCB。

图8B示出了通过将子配件810放置到支架830中而构建的子配件840。

图8C示出了端盖的布局。端盖110覆盖天线300，并且允许用户拿住电子狗以将电子狗插入USB插口中以及从USB插口移出电子狗。端盖有两个部分：用于利用手指握住电子狗的较厚部分，和部分延伸到PCB上方的较薄部分。端盖110的较薄部分在侧部和顶部上分别具有两个凹部851和852。从支架的底部看，端盖从顶部放置到支架上并且在853处卡扣到支架中。

图8D示出了插头上方的金属壳的布局。顶部和底部附图从不同角度观察了相同的子配件870。在子配件870中，金属壳130包住PCB的一部分并且形成插入USB插口中的插头。金属壳卡扣顶部上的金属夹子882安装到端盖上的凹部852中，并且金属壳卡扣两侧上的金属夹子881安装到端盖侧面上的相应的凹部851中。

图7是根据本发明实施方式的用于装配涉及图8A-D所示部件和子配件的USB电子狗的步骤的简化流程图。为了描述这些装配步骤，假设PCB朝向水平位置定位并且天线朝向垂直位置，但是装配的电子狗可在其它方向上使用。导线天线的垂直部分430与440之间的线段部分的长度略大于PCB上的凹口822之间的距离。在步骤710中，3D天线被弹性加载到PCB上以形成子配件810。为了将天线附接至PCB，导线天线430和440的垂直定向的部分可以朝向彼此足够近地挤压，使得垂直部分能够插入到PCB上的凹口822中。导线天线部分430和440插入到PCB凹口822中后，弹性力侧面（平行于宽度410）作用以使天线保持在合适的位置，同时，在步骤720中使天线的水平定向部分450焊接至PCB。因此，在焊接期间PCB自身用作保持夹具，避免了在该装配步骤期间需要另外的塑料零件来使天线保持在合适位置并且消除了需要PCB上有额外空间来放置焊接夹具。另外，将天线弹性加载到PCB上实现了非常小的零件的简易装配。该设计使得3D天线形状占用最小的空间，并且还提供最大的RF模式。

在步骤730中，将子配件810从顶部插入到支架830中，创造了子配件840。在步骤740中，从顶部将端盖110放置在天线上方并且卡扣到子配件840中。端盖中的钩子将端盖保持到子配件840的支架830上以形成子配件860。从USB插口中移除电子狗需要保持住端盖并且向远离插头的方向拔出电子狗。将端盖从顶部而不是从端部朝向插头卡扣到支架上避免了在从USB插口移除电子狗时端盖与电子狗分离。在步骤750中，金属壳130在电子狗的插头端部上方朝向端盖110滑动，以与端盖的一部分重叠，并且将端盖紧固到电子狗上。金属壳中的夹子分别卡扣到支架侧面和端盖重叠部分的顶部的凹部中。除了将天线焊接至PCB以外，可以不用胶水或其它附加的粘合物质来进行电子狗的整个装配。这减少了装配所需的零件和时间。

应当理解的是，图7所示的具体步骤提供了根据本发明实施方式的用于装配无线通信电子狗的具体方法。图7所示的各个步骤可以包括适合各个步骤的以多种顺序进行的多个子步骤。此外，可以根据具体的应用添加或移除另外的步骤。本领域的普通技术人员会识别许多变型、修改和替代。

还应当理解的是，本文所描述的实施例和实施方式只用于说明目的，并且鉴于其示教本领域的普通技术人员将做出多种修改或变化，并且这些修改和变化包括在本申请的精神和范围以及所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种用于构建无线通信设备的方法，所述方法包括：

提供具有安装表面的印刷电路板PCB；

沿着垂直于所述安装表面的方向在所述安装表面上安装天线；

通过将具有安装天线的所述PCB放置在支架的顶侧中，来形成第一子配件；

通过在所述天线上放置端盖部件并且将所述端盖部件卡扣到支架中以使所述端盖部件保持至所述支架，来形成第二子配件，所述端盖部件包住所述天线，其中，所述卡扣包括将所述端盖部件上的钩子插入所述支架上的凹部中，其中，所述端盖部件还包括适于抓握所述无线通信设备的较厚部分和附接至所述无线通信设备的插头部分的较薄部分；

在所述第二子配件上滑动金属壳，以与所述端盖部件的所述较薄部分重叠；以及

将所述金属壳中的钩子插入所述支架和所述端盖部件的所述较薄部分的表面中，以将所述无线通信设备保持在一起。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无线通信设备的所述插头部分在表面上具有一个或更多个凹部。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，从所述金属壳的内表面突出的钩子卡扣到所述端盖部件的所述较薄部分的表面上的凹部中。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，从所述金属壳的内表面突出的钩子卡扣到所述支架上的凹部中。

5.一种无线通信设备，包括：

具有插头端和相对的端盖端的子配件，所述子配件包括具有第一表面和第二表面的支架，其中，所述第一表面保持印刷电路板PCB；

其中，所述支架包括一个或更多个凹部；

放置在所述子配件的所述端盖端处的所述第一表面上的端盖顶部配件，所述端盖顶部配件包括底部边上的一个或更多个钩子，其中，每个钩子卡扣到所述支架上的一个或更多个凹部中的相应的凹部中，其中，所述端盖顶部配件还包括适于抓握所述无线通信设备的较厚部分和附接至所述无线通信设备的插头部分的较薄部分；以及

覆盖所述子配件的所述插头端的金属壳，其中，所述金属壳包括一个或更多个钩子，所述一个或更多个钩子中的每个钩子插入到所述端盖顶部配件上的一个或更多个凹部中的相应的凹部中，其中，所述金属壳与所述端盖顶部配件的所述较薄部分重叠。

6.根据权利要求5所述的无线通信设备，其中，所述金属壳上的所述一个或更多个钩子卡扣到所述支架中的一个或更多个凹部中的相应的凹部中。

7.根据权利要求5所述的无线通信设备，其中，所述子配件还包括在所述子配件的所述端盖端处附接至所述PCB的安装表面的天线，其中，所述天线定向为垂直于所述PCB的所述安装表面，

所述端盖顶部配件覆盖所述天线。

8.根据权利要求7所述的无线通信设备，其中：

所述天线和所述金属壳的边隔开至少1.8mm。

9.根据权利要求8所述的无线通信设备，其中，

所述端盖顶部配件的所述较厚部分和所述较薄部分是单件模制塑料制品的部分。

10.一种无线通信设备，包括：

子配件，其包括被配置为保持印刷电路板PCB的支架，其中，所述子配件包括第一部分和与所述第一部分相对的第二部分，其中，所述子配件的所述第一部分包括附接至所述PCB的天线器件；

端盖部分，其被配置为插入到所述子配件上，以容纳所述子配件的、包括附接至所述PCB的所述天线部分的所述第一部分，其中，所述端盖部分还包括适于抓握所述无线通信设备的较厚部分和附接至所述无线通信设备的插头部分的较薄部分；以及

金属壳部分，其被配置为插入到所述子配件上，以容纳所述子配件的、包括所述PCB的所述第二部分，其中，所述端盖部分和所述金属壳部分被锁定位置以容纳所述子配件，其中，所述金属壳与所述端盖部分的所述较薄部分重叠，并且其中，所述金属壳包括一个或多个钩子，每个钩子插入所述支架和所述端盖部分的所述较薄部分的表面中，以将所述无线通信设备保持在一起。