CN108140938B - 家用器具中的hf传输路径 - Google Patents

Abstract

一种家用器具，其中包括壳体（200）。家用器具还包括被设立成接收或者发送电磁信号的通信单元（201）和外部‑天线（103、122）。所述通信单元（201）布置在所述壳体（200）中。家用器具还包括布置在所述壳体（200）的外壁（210）上的所述触摸敏感的屏幕（300）。所述外部‑天线（103、122）布置在所述触摸敏感的屏幕（300）之中或之上，使得借助所述外部‑天线（103、122），电磁信号能够被发送到所述壳体（200）之外的接收器上或者能够由所述壳体（200）之外的发送器来接收。

Description

家用器具中的HF传输路径

技术领域

本发明涉及一种具有通信单元的家用器具。所述家用器具可以包括由独立的波导结构组成的HF传输路径。

背景技术

如家用器具（例如洗衣机、干衣机、洗碗机、烤箱、冰箱等）这样的装置或者电的设备通常出于稳定性原因而具有金属的且由此对HF（高频）辐射屏蔽的壳体。结果是，在这样的装置中提供无线的通信能力（例如WLAN、蓝牙、GPS、UMTS、LTE等）通常是困难的。

发明内容

本文献致力于这样的技术任务，即以成本有效且可靠的方式在具有屏蔽的壳体的装置中、尤其是在家用器具中提供无线的通信能力。

该任务通过独立权利要求得到解决。尤其在从属权利要求中描述有利的实施方式。

根据一方面，描述了一种装置。该装置能够包括家用器具、尤其是例如洗衣机、干衣机、洗碗机、烤箱或冰箱这样的家用器具或者对应于这样的家用器具。该装置包括具有多个壳体壁的壳体。在此，一个或多个（必要时所有的）壳体壁可以包括导电材料（例如金属）。因而，壳体可以具有对电磁波（尤其是在30MHz至300GHz的范围中）的屏蔽的特性。

该装置进一步包括被设立成接收或发送电磁信号的通信单元（在该文献中也被称为通信模块）和外部天线。电磁信号可以包括在上述30MHz到300GHz的频率范围中的频率。电磁信号可以例如包括蓝牙信号或WLAN信号。尤其是，电磁信号可以与频带标准IEEE802.11或IEEE 802.15.1之一相符。

该装置可以包括触摸敏感的屏幕，所述屏幕能够实现装置的用户（Nutzer）将控制指令输入到（einzugeben）装置上。这样的屏幕典型地布置在壳体（尤其是在壳体的外壁上）的(对于用户)容易接近的位置处。

该装置进一步包括被设立成接收或者发送电磁信号的通信单元和外部天线。在此，通信单元可以直接或间接地通过外部天线接收或者发送电磁信号。尤其是，外部天线可以对应于通信单元的、直接与通信单元连接的模块天线。替代地，第二天线的外部天线可以对应于本文献中描述的波导结构。

外部天线可以布置在触摸敏感的屏幕之中或者之上，使得借助外部天线，电磁信号能够被发送到壳体之外的接收器上或由壳体之外的发送器接收。这样可以实现外部天线可以以可靠的（即尽可能无衰减）方式将电磁信号发送到外部通信伙伴上或由外部通信伙伴接收。通过将外部天线布置在触摸敏感的屏幕中之中或者之上，因而在具有屏蔽的壳体的装置中以成本有效且可靠的方式提供了无线的通信能力。

如上面已经所说明的那样，通信单元可以具有模块天线。在此，通信单元和模块天线可以布置在壳体（即在壳体的内部空间中）中，使得通过通信单元和模块天线的布置使通信单元和在装置的壳体之外的通信伙伴（即发送器或接收器）之间的通信变得困难（尤其是基于壳体的屏蔽效果（Wirkung））。

该装置可以进一步包括具有第一天线和第二天线的至少一个波导结构。波导结构至少部分地布置在装置的壳体中。波导结构被设立成借助第一天线接收并且借助第二天线（又）发出由模块天线发出（aussenden）的电磁信号。在此，第二天线可以对应于外部天线。沿相反的方向，波导结构被设立成借助第二天线接收电磁信号并且借助第一天线将其发送（senden）到模块天线上。为此目的，典型地至少第一天线布置在装置的壳体中。波导结构因此被设立成在装置的壳体之内传递电磁信号。在此，波导结构优选为被动结构（在没有电的能量供应的情况下），因此以特别成本有利的方式提供所述被动结构。

第二天线（尤其是外部天线）可以被布置，使得借助第二天线能够将电磁信号发送到壳体之外的接收器上或者能够由壳体之外的发送器接收。为此目的，第二天线必要时能够布置在装置的壳体之外。替代地，为此目的，第二天线能够布置在壳体的一位置处，在所述位置处壳体（相较于壳体的其它位置）具有相对高的用于电磁信号的透射率（例如透射率为50％、70％、90％或以上）。

布置的波导结构的应用能够实现以成本有效且可靠的方式在装置中、尤其是在家用器具中提供通信能力。因此，可以以有效的方式提供无线联网的装置。

波导结构可以包括被设立成在第一天线和第二天线之间传输电磁信号的导电的导体电路。这样例如可以使电磁信号通过导体电路由壳体之内的第一天线传导向壳体之外的第二个天线上（或者反之亦然）。因此，通信单元可以以有效的方式与壳体之外的外部通信伙伴（例如与WLAN接入点）进行通信。

如已经说明的那样，壳体可以包括具有导电材料（例如金属）的（第一）壁。波导结构可以具有介电的载体层，导体电路布置在介电的载体层上。介电的载体层可以在此用作用于导体电路的载体层。波导结构可以布置在第一壁上，使得介电的载体层将所述导体电路与第一壁绝缘。例如，波导结构可以具有粘合层，可利用所述粘合层将介电的载体层粘合到第一壁上。因此，壳体的导电的（第一）壁以有效的方式用作用于带状导体（英语“microstrip”微带线）的质量体。如此形成的带状导体被设立成以相对低的损耗在第一天线和第二天线之间传输电磁信号。

替代地，波导结构可以被设计，使得通过第一天线和第二天线的电磁耦合、尤其是通过谐振耦合来传输第一天线和第二天线之间的电磁信号。为此目的，第一天线和第二天线可以被建立，使得第一天线和第二天线具有共同的谐振频率。尤其是，第一天线和第二天线可以相同地进行建立。通过使用谐振耦合的天线，可以造成在第一和第二天线之间的电磁信号相对无损耗的传输。以类似的方式，波导结构的第一天线和模块天线也可以通过谐振的电磁耦合进行耦合，以便能够尽可能实现无损地传输电磁信号。

该装置可以包括多个波导结构。在此，波导结构被布置，使得相应第一波导机构的第二天线与相邻的第二波导结构的第一天线（谐振地）耦合。这样，多个波导结构可以形成用于使所述模块天线的所述电磁信号从所述壳体出来或者从所述壳体之外到达所述模块天线（202）的路径。尤其是，在所述路径上第一波导结构的第一天线可以与模块天线（谐振地）耦合。此外，在所述路径上最后的波导结构的第二天线可以实现与壳体之外的通信伙伴的无线连接。通过相互排列的波导结构的应用，能够以成本有效且可靠的方式建立外部通信伙伴（例如与WLAN接入点）与通信单元之间的通信连接。

波导结构可以具有载体层（其包括例如介电的载体层）。第一天线和第二天线可以被按压到载体层上。波导结构的导体电路也可以被按压到载体层上。因此，可以在装置中使用具有成本有利的被按压的波导结构。

波导结构可以具有粘合层，可以利用粘合层将（被按压的）波导结构粘合到壳体的壁上。因此，能够在装置的壳体中对波导结构实现有效的安装。

触摸敏感的屏幕典型地包括被设立成探测屏幕的触摸的导电结构。例如，可以在触摸敏感的屏幕上布置（三角形的）导体电路，以便探测屏幕的触摸的位置。第二天线可以包括导电结构的至少一部分。换句话说，第二天线可以至少部分地集成到屏幕的导电结构中。这能够实现在装置中尤其是成本和结构空间有效地提供无线的通信能力。

导电结构可以至少部分地包括赋予导电结构天线特性的超材料。尤其是，超材料可以具有多个（相同）微观结构（例如具有分别2mm、1mm或更小的尺寸），所述微观结构分别具有天线功能。随后，通过多个微观结构可以提供第二天线，所述第二天线能够发出或者接收具有特定有效范围（例如50m、100m或更多）的电磁信号。例如，超材料可以包括多个（微观的）电磁振荡回路。因此，以有效的方式，触摸敏感的屏幕的功能可以与天线功能进行结合。

替代地或补充地，第二天线可以布置在屏幕的触摸不敏感的部分上。这样可以确保第二天线可以尽可能无衰减地与外部通信伙伴交换电磁信号。

根据另一方面，描述了用于传递电磁信号的波导结构。波导结构可以具有本文献中描述的特征中的一个或多个特征。尤其是，波导结构可以具有带有第一侧和第二侧的（典型地介电的）载体层。载体层可以在第一侧上是自粘合的，使得波导结构能够以第一侧固定在表面上（例如在壳体壁上）。

此外，波导结构包括布置在载体层的第二侧上的第一天线和第二天线。尤其是，第一天线和第二天线可以被按压到载体层的第二面上。天线被设计，使得波导结构能够借助第一天线接收电磁信号并能够借助第二天线发出电磁信号（和/或反之亦然）。因此，波导结构可以以有效的方式用于传递电磁信号（例如用于通过屏蔽的壳体进行传递）。尤其是，可以通过并列（Aneinanderreihung）波导结构来建立用于电磁信号的传输路径。

波导结构（尤其是载体层）典型地具有1至10cm的长度和/或宽度。此外，波导结构典型地具有在1mm范围中的厚度（垂直于载体层）。自粘合的波导结构因此可以如此设计成一种“贴片”或“贴纸”，所述贴片或贴纸可以粘合到屏蔽的壳体的壁上，以便提供用于电磁信号的传输路径。

根据另一方面，本文献中描述的波导结构中的一个或多个波导结构用于传递电磁信号。

根据另一方面描述了家用器具，尤其是例如洗衣机、干衣机、洗碗机、烤箱或冰箱的家用器具。家用器具包括具有多个壳体壁的壳体。在此，一个或多个（必要时所有的）壳体壁可以包括导电材料（例如金属）。因此，壳体可以具有对电磁波（尤其是在30MHz至300GHz的范围内）的屏蔽的特性。家用器具可以具有本文献中描述的特征的任意组合。

尤其是，家用器具包括布置在壳体的外壁上的触摸敏感的屏幕。触摸敏感的屏幕能够实现家用器具的用户将控制指令输入到家用器具上。典型地，触摸敏感的屏幕包括被设立成探测屏幕的触摸的导电结构。

此外，家用器具包括被设立成接收或者发送电磁信号的通信单元和天线（例如模块天线）。电磁信号可以包括在上述30MHz到300GHz的频率范围中的频率。电磁信号可以例如包括蓝牙信号或WLAN信号。尤其是，电磁信号可以与频带标准IEEE 802.11或IEEE802.15.1之一相符。

通信单元布置在壳体中。另一方面，天线布置在触摸敏感的屏幕之中或之上。尤其是，天线可以包括触摸敏感的屏幕的导电结构的至少一部分。这样可以在家用器具中提供结构空间有效的且可靠的（即尽可能无衰减的）无线的通信能力。

应该注意的是，本文献中描述的装置和系统既可以单独使用也可以与本文献中描述的其它装置和系统组合使用。此外，本文献中描述的装置和系统的任何方面可以以各种各样的方式彼此组合。尤其是，权利要求的特征可以以各种各样的方式彼此组合。

附图说明

此外借助实施例对本发明进行进一步描述。在此，

图1a、1b、1c是示例性的用于传导电磁波的波导结构；

图2a、2b是家用器具中的波导结构的示例性的布置；并且

图3a、3b、3c是示例性的、在家用器具的触摸敏感的屏幕之上或之中的天线结构。

具体实施方式

如开头所说明的那样。本文献致力于在具有至少部分屏蔽的壳体的装置中或设备中有效地提供无线的通信能力。该装置或设备优选对应于家用器具。然而替代地，具有至少部分屏蔽的壳体的其它装置、例如具有屏蔽的车身的机动车也是可考虑的。为了通过无线的通信连接进行通信，家用器具可以具有带有天线202的通信单元201（参见图2a和2b）。通信单元201可以例如被设立成与通信伙伴（Kommunikationspartner）建立WLAN、蓝牙、GPS、UMTS、LTE等通信连接。

为了建立（Aufbau）可靠的通信连接，具有天线202的通信单元201必须布置在家用器具的壳体200之内（innerhalb）的位置（Ort）上，在所述位置上，在3MHz和300GHz之间、尤其是在30Mhz和300GHz之间的频率范围内尽可能无损耗地辐射且尽可能无损耗地（verlustfreie）接收电磁辐射（Strahlen）是可能的。然而这尤其是在使用金属的壳体200时，典型地是不可能的。

一种可能性是，将通信单元201安装（verbauen）在家用器具的壳体200中的任意位置处，并且将在有利的辐射/接收位置处的附加的天线通过同轴的（koaxiale）导线与通信单元201连接。然而，通过家用器具的壳体200的这种布线（Verkabelung）昂贵且成本高昂。

以有效的方式，替代地可以使用被按压的波导结构100、110、120（参见图1a、1b、1c），以便从家用器具的壳体200中传导通过通信单元201的天线202（在本文献中也称为模块天线）发射的电磁波或者沿相反方向将壳体200外的电磁波传导向通信单元201的天线202。

波导结构100、110包括第一天线101、导体电路102和第二天线103。电磁波通过第一天线101被接收，通过导体电路102传导到第二天线103上并由第二天线103发射（ausgestrahlt）（或者反之亦然）。在此，导体电路102典型地布置在波导结构100、110的介电的载体层105上。

波导结构120包括彼此（谐振地）耦合的第一天线121和第二天线122，并且因此可以实现从第一天线121到第二天线122传输电磁波（或者反之亦然）。天线121、122在此布置在载体层上。

借助波导结构100、110、120，可以以灵活且有效的方式建立通过家用器具的壳体200的路径，以便使通信单元201的模块天线202的电磁波从壳体200中传导出来或者沿相反的方向将电磁波从壳体200外的点传导向通信单元201的模块天线202。这在图2a中的示例中通过波导结构120来完成。在此，由模块天线202发射（abgestrahlte）的电磁波由第一波导结构120的第一天线121接收并且传输到该第一波导结构120的第二天线122上。随后，第二天线122又发射由接下来的波导结构120的第一天线121接收的电磁波，等等，直到最后将最后的波导结构120的第二天线122的电磁波发射在从壳体200出来的路径（Pfad）上。沿相反的方向，最后的波导结构120的第二天线122的电磁波因此可以通过壳体200被导引向通信单元201的模块天线202。

图2b示出在家用器具的壳体200的壁210处的波导结构100的示例性的应用。波导结构100的第一天线101布置在壳体壁210的第一（内）侧上，并且可以用于接收由模块天线202发射的电磁波。为此目的，第一天线101和模块天线202可以谐振地相互耦合。已接收的电磁波随后通过导体电路102传导到壳体壁210的另一（外）侧上，并在那里由波导结构100的第二天线103发射。沿相反的方向，这样的电磁波可以由第二天线103接收并被传递（weitergeleitet）到通信单元201的模块天线202上。

因此描述了在家用器具中用于HF（高频）波导的相对简单的被按压的结构100、110、120的应用。这些结构100、110、120由优选谐振构造的被耦合的结构组成。实施成自粘合地，使得这些结构100、110、120可以在家用器具中灵活放置（plazieren）。结构100、110、120可以用于将HF信号通过家用器具进行传导并且在合适的位置处将其发射。在此，结构100、110、120可以相互独立地放置在家用器具中并且必要时自由地耦合（如在结构120的情况下）。替代地，两个天线结构101、103可以通过导线102耦合，其中导线102承担波导。在此，第一天线101接收HF信号并且第二天线103在合适的位置处发射HF信号。

波导结构100、110、120的应用示出了相对于在家用器具中使用具有附加的天线的同轴的导线的简单和成本有利的替代方案。

即便在使用波导结构100、110、120时，也可能难以在家用器具的壳体200上保留（reservieren）合适的位置用于发射/用于接收电磁波。另一方面，家用器具通常具有布置在家用器具的壳体200的外侧处的触摸敏感的屏幕。触摸敏感的屏幕典型地具有导电结构（例如仿效西洋双陆棋游戏板布置的导体电路）。

触摸敏感的屏幕可以基于其定位并且必要时基于可用的导电结构以有效的方式用作用于发射或用于接收电磁波的天线。这在图3a、3b、3c中示例性地示出。触摸敏感的屏幕300包括三角形的导体电路301，其中分组302可以用作天线（参见图3a）。图3b示出了一个示例，其中使用了用于专用天线312的屏幕300的部分区域（而没有使用屏幕300的导电结构301）。图3c示出了一个示例，其中用于提供天线的微结构322已经被集成到屏幕300的三角形的导体电路301中。换句话说，对于屏幕300的导体电路301，可以使用赋予导体电路301天线的功能的超材料。

因此，触摸显示器300的触摸覆盖部301（即能够导电结构）能够用于HF发射和用于HF接收。为此，必要时可以将附加的合适的结构施加到触摸覆盖部上（例如偶极天线、超材料等）。替代地，可以将HF信号恰当地耦入到触摸显示器300的现有的结构301中。在此，除了原本（eigentlichen）的功能之外，触摸覆盖部301被用作天线。在此，触摸覆盖部301可以关于HF功能进行优化。尤其是例如能够在图3c中示出的那样，为此目的使用超材料。

通过使用触摸敏感的屏幕300作为天线可以关于HF发射和HF接收来改善家用器具的性能。基于触摸敏感的屏幕300的位置，在此，天线自动地位于家用器具的壳体200的外侧上。此外，触摸敏感的屏幕300典型地易于接近，并且因此通常具有良好的关于HF发射/接收的特性。通常仅仅针对短的时间进行屏幕300上的触摸操作，使得由于触摸操作使HF发射或HF接收仅受到轻微的影响。此外，不一定能覆盖天线结构，因为家用器具的用户通常希望看到屏幕300。

本发明不限于所示出的实施例。尤其应该注意的是，说明书和附图仅仅应当阐明所建议的装置和系统的原理。

Claims (9)

1.家用器具，其包括，

壳体（200）；

布置在所述壳体（200）的外壁（210）上的触摸敏感的屏幕（300）；和

被设立成接收或者发送电磁信号的通信单元（201）和外部天线（103、122）；其中所述通信单元（201）布置在所述壳体（200）中；并且其中所述外部天线（103、122）布置在所述触摸敏感的屏幕（300）之中或之上，使得借助所述外部天线（103、122），电磁信号能够被发送到所述壳体（200）之外的接收器上或者能够由所述壳体（200）之外的发送器来接收，

其中，

所述触摸敏感的屏幕（300）包括被设立成探测所述屏幕（300）的触摸的导电结构（301）；并且

所述外部天线（202、103、122）包括导电结构（301）的至少一部分，

并且其中，

所述导电结构（301）至少部分地包括赋予所述导电结构（301）天线特性的超材料。

2.根据权利要求1所述的家用器具，其中，

所述超材料包括多个电磁振荡回路（322）。

3.根据权利要求1或2所述的家用器具，其中，

所述通信单元（201）包括模块天线（202）；

所述家用器具包括具有第一天线（101、121）和第二天线（103、122）的至少一个波导结构（100、110、120），

所述波导结构（100、110、120）被设立，

借助所述第一天线（101、121）接收并借助所述第二天线（103、122）发出由所述模块天线（202）发出的电磁信号；和/或

借助所述第二天线（103、122）接收电磁信号并借助所述第一天线（101、121）发送到所述模块天线（202）；

所述第二天线（103、122）是所述外部天线（103、122）。

4.根据权利要求3所述的家用器具，其中所述波导结构（100、110、120）包括被设立成在所述第一天线（101）和所述第二天线（103）之间传输所述电磁信号的导电的导体电路（102）。

5.根据权利要求4所述的家用器具，其中，

所述壳体（200）包括具有导电材料的第一壁（210）；

所述波导结构（100、110、120）具有介电的载体层（105），所述导体电路（102）布置在所述介电的载体层（105）上；并且

所述波导结构（100、110、120）布置在所述第一壁（210）上，使得所述介电的载体层（105）将所述导体电路（102）与所述第一壁（210）绝缘。

6.根据权利要求3所述的家用器具，其中所述波导结构（100、110、120）被设计，使得通过所述第一天线（121）和所述第二天线（122）的电磁耦合来传输所述第一天线（121）和所述第二天线（122）之间的所述电磁信号。

7.根据权利要求6所述的家用器具，其中，

所述电磁耦合是谐振耦合。

8.根据权利要求3所述的家用器具，其中，所述家用器具包括多个波导结构（100、110、120），其中所述多个波导结构（100、110、120）形成用于使所述模块天线（202）的所述电磁信号从所述壳体（200）出来或者从所述壳体（200）之外到达所述模块天线（202）的路径。

9.根据权利要求3所述的家用器具，其中，

所述波导结构（100、110、120）具有载体层；并且

将所述第一天线（101、121）和所述第二天线（103、122）按压到所述载体层上；和/或

所述波导结构（100、110、120）具有粘合层，可利用所述粘合层将所述波导结构（100、110、120）粘合到所述壳体（200）的壁（210）上。

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