本发明提供了一种无线通信设备，其包括具有第一部分和第二部分的外罩。第一部分适于插入电子装置的插口中并且第二部分包括端盖。无线通信设备还包括封装在外罩内的印刷电路板（PCB）以及接合至PCB并且封装在端盖内的天线，其中该印刷电路板具有安装表面。天线定向为垂直于PCB的安装表面。
外罩，具有第一部分和第二部分，所述第一部分适于插入电子装置的插口中并且所述第二部分包括端盖；
印刷电路板PCB，封装在所述外罩内，所述印刷电路板PCB具有安装表面；
天线，接合至所述印刷电路板PCB并且封装在所述端盖内，所述天线定向为垂直于所述印刷电路板PCB的所述安装表面。
2.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述外罩的所述第一部分包括具有第一开口端部和第二开口端部的金属外壳。
3.根据权利要求2所述的无线通信设备，其中，沿着从所述金属外壳的第一开口端部到所述金属外壳的第二开口端部延伸的方向测量的、所述端盖的长度小于或等于3mm。
所述端盖的宽度大于所述金属外壳的宽度，所述宽度是沿着与从所述金属外壳的第一开口端部到所述金属外壳的第二开口端部延伸的方向垂直的方向测量的。
5.根据权利要求2所述的无线通信设备，其中，所述印刷电路板PCB的所述第一部分装入金属外壳中，并且所述端盖的宽度不宽于所述金属外壳的宽度，所述宽度是沿着与从所述金属外壳的第一开口端部到所述金属外壳的第二开口端部延伸的方向垂直的方向测量的。
6.根据权利要求2所述的无线通信设备，其中，所述天线在不使用时能够收回到所述金属外壳中，并且在使用时能够伸出到所述金属外壳外。
7.根据权利要求2所述的无线通信设备，其中，所述印刷电路板PCB的第一部分封装在所述金属外壳中，并且所述印刷电路板PCB的第二部分封装在所述端盖中。
8.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述天线由金属线构成。
9.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述天线由金属板构成。
10.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述天线是三维天线。
11.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述天线是二维天线。
12.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述电子装置的插口符合通用串行总线标准。
13.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述电子装置的插口符合标准IEEE1394接口。
14.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述电子装置的插口符合高清晰度多媒体接口HDMI。
15.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，所述电子装置的插口符合微型USB标准。
无线通信设备，包括具有第一定向的插头和具有第二定向的天线，其中，所述第一定向和所述第二定向彼此垂直；以及插入所述电子装置的通信端口中的插头，所述无线通信设备接收所述外围装置传输的射频信号并且基于接收到的射频信号向所述处理器传送数据。
17.根据权利要求16所述的无线通信系统，其中，所述电子装置的通信端口是USB端口。
18.根据权利要求16所述的无线通信系统，其中，所述电子装置的通信端口是标准IEEE1394接口端口。
19.根据权利要求16所述的无线通信系统，其中，所述电子装置的通信端口是HDMI端口。
20.根据权利要求16所述的无线通信系统，其中，所述天线包括金属线。
21.根据权利要求16所述的无线通信系统，其中，所述天线包括金属板。
22.根据权利要求16所述的无线通信系统，其中，所述天线是三维的。
23.根据权利要求16所述的无线通信系统，其中，所述外围装置是计算机鼠标、键盘、打印机、扫描仪、游戏控制器、数码相机、便携式媒体播放器、硬盘驱动器以及闪存驱动器之一。
天线器件，被配置为三维轮廓，其中，所述天线器件被配置为传输无线信号，其中，所述三维轮廓使得所述天线器件能够产生至少-8dB的平均增益；
印刷电路板PCB，被配置为保持所述天线器件；以及支架，被配置为容纳所述印刷电路板和所述天线器件。
25.根据权利要求24所述的无线通信设备，其中，至少-8dB的所述平均增益是在与所述印刷电路板PCB的平面正交的平面内测量的。
26.根据权利要求25所述的无线通信设备，其中，在与所述印刷电路板PCB的平面正交的平面内测量的所述平均增益为至少-10dB。
27.根据权利要求26所述的无线通信设备，其中，在与所述印刷电路板PCB的平面正交的平面内测量的所述平均增益为至少-15dB。
28.根据权利要求24所述的无线通信设备，还包括覆盖所述支架的至少一部分和所述印刷电路板PCB的至少一部分的金属护套。
29.根据权利要求28所述的无线通信设备，其中，所述天线器件基本上没有被所述金属护套覆盖。
30.根据权利要求29所述的无线通信设备，其中，所述天线器件基本上被端盖覆盖。
31.根据权利要求30所述的无线通信设备，其中，所述端盖的长度等于或小于约3mm。
32.根据权利要求31所述的无线通信设备，其中，所述端盖的长度等于或小于约
用于无线通信的3D天线
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2012年11月7日提交的美国非临时申请第13/671,086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，其全部内容为了所有目的而通过引用合并于此。
[0003] 本申请涉及共有的题为“Wireless Communications Apparatus（无线通信设备）”的美国专利申请第13/671,224号和题为“Wireless Communications Antenna Assembly（无线通信天线组件）”的美国专利申请第13/671,348号，其全部内容为了所有目的而通过引用合并于此。
背景技术
[0004] 无线USB（通用串行总线）是一种短程无线电通信协议。它被设计为在2.0GHz至10.6GHz的频率范围内进行操作。无线USB可以用于计算机与计算机外围装置（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、数码相机、便携式媒体播放器、硬盘驱动器和闪存驱动器的通信。
[0005] 用于在计算机与外围装置之间提供无线通信的其他商业无线收发器使用其他标准，诸如火线（IEEE1394）和微型USB（mini-USB）标准。这些其他标准使用具有不同插头尺寸的形状因子。
[0006] “微型纳米（nano）”电子狗（dongle）是一种具有特定形状因子的USB电子狗，其中，端盖突出超过插口表面约6.8mm。“微型（pico）”电子狗是一种具有特定形状因子的USB电子狗，其中，相比于微型纳米电子狗，端盖突出超过插口表面较小的量。因此，微型电子狗的端盖的长度小于微型纳米电子狗的长度。由于方便将微型电子狗电子狗插入便携式电脑或其他移动计算装置，而不是在每次使用前插入电子狗并且在运输移动计算装置之前移除电子狗，所以微型电子狗形状因子是期望的。使电子狗的端盖与移动计算装置的边缘几乎齐平降低了电子狗在移动计算装置在运送中时可能损坏的可能性。然而，制造具有足够辐射图案（radiation pattern）和功率的小电子狗会是一个挑战。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图案的天线的尺寸。因此，寻求改进的天线设计。
发明内容
[0007] 本发明的某些实施例涉及一种无线通信设备，其包括具有第一部分和第二部分的外罩（housing），第一部分适于插入电子装置的插口中并且第二部分包括端盖。该无线通信设备还可以包括接合至PCB并且封装在端盖中的天线，该天线定向为垂直于PCB的安装表面。
[0008] 本发明的其他实施例涉及一种无线通信系统，其包括耦接至处理器的电子装置。该无线通信系统还可以包括传输射频信号的外围装置、包括具有第一定向的插头以及具有第二定向的天线的无线通信设备，其中，第一定向和第二定向彼此垂直。一些实施例可以包括插入电子装置的通信端口中的插头，无线通信设备接收外围装置传输的射频信号并基于接收到的射频信号向处理器传送数据。
[0009] 本发明的其他实施例涉及一种无线通信设备，其包括：被配置成三维轮廓（profile）的天线器件，其中，该天线器件被配置为传输无线信号，其中，该三维轮廓使得天线器件能够产生至少-8dB的平均增益。该无线通信设备还可以包括被配置为保持天线器件的印刷电路板（PCB）以及被配置为容纳印刷电路板和天线器件的支架。
附图说明
[0010] 图1是根据本发明的实施例的USB电子狗的简化图。
[0011] 图2是根据本发明的实施例的移除了金属外壳的USB电子狗的简化图。
[0012] 图3A是示出了根据本发明的实施例的微型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。
[0013] 图3B是示出了根据本发明的实施例的具有二维（2D）金属板天线的微型电子狗的透视图的简化图。
[0014] 图3C是根据本发明的实施例的示出了三维（3D）导线天线的移除了端盖的微型电子狗的简化图。
[0015] 图3D是根据本发明的实施例的示出了天线与护罩（shield）之间的空间隔离的微型电子狗的简化侧视图。
[0016] 图4是示出了根据本发明的实施例的导线天线的三个尺度的简化图。
[0017] 图5是示出了根据本发明的实施例的与2D微型电子狗相比的3D微型电子狗的测量辐射图案和功率的图。
[0018] 图6是示出了根据本发明的实施例的与2D微型纳米电子狗相比的3D微型电子狗的测量辐射图案和功率的图。
[0019] 图7是根据本发明的实施例的用于使用图8A-8D所示的部件装配电子狗的步骤的简化流程图。
[0020] 图8A-8D是示出了根据本发明的实施例的在装配阶段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；图8B示出了安装到支架中的PCB/天线子组件；图8C示出了端盖的安装和放置；以及图8D示出了金属外壳的放置。
具体实施方式
[0021] 图1是根据本发明的实施例的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包括装入金属外壳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计算机或便携式计算机的装置中，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提供了用于夹住电子狗以插入USB端口中以及从USB端口中移除的位置。较宽的端盖还给出了在其下面滑动指尖以夹住电子狗从而从装置中拔出的更大区域。
[0022] 在替选实施例中，电子狗模块可以使用不同种类的机械插头，诸如火线、HDMI（高清晰度多媒体接口）或者微型USB。具有这些替选的形状因子之一或者任何其他形状因子的电子狗中的部件可以根据形状因子适当地缩放。例如，PCB和/或天线可以大于本文的具体示例中所描述的PCB和天线。此外，不同实施例的电子狗可以替代或省略本文的示例中所描述的某些部件。例如，电子狗可以省略金属外壳而支持使用塑料或其他材料的外壳，或者可以提供在不使用外壳的情况下使端盖紧固至PCB的不同方式。
[0023] 图2是根据本发明的实施例的从插头中移除了金属外壳130的、从底部看的电子狗100的简化图。从插头中移除金属外壳使得PCB200暴露。
[0024] 图3A是示出了根据本发明的实施例的参考微型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表示具有参考微型纳米电子狗形状因子的PCB200的长度。长度320包括对于参考微型纳米电子狗的插头长度321和端盖长度322。对于参考微型纳米电子狗，天线在端盖部分（长度322）内印制在PCB200上，从而与PCB200在同一平面内。金属外壳一般覆盖插头长度321。印制在端部长度322上的天线没有被金属外壳覆盖。在其他参考微型纳米电子狗中，迹线（trace）可以将天线连接至位于金属外壳内的内部电路，从而在插头长度321内提供天线的一部分。由于金属护套可以阻断或干扰天线的辐射图案，所以金属外壳与天线的接近和重叠影响辐射图案。端盖可以施加在PCB200的长度322之上以覆盖和保护天线。
[0025] 尺度（dimension）330示出了微型电子狗中的PCB200的长度，该长度包括插头的长度331和天线的长度332。在一些实施例中，微型电子狗中的插头的长度331与微型纳米电子狗中的长度321大致相同。根据本发明的实施例，天线的长度332包括定向为垂直于PCB200的天线300和焊接至PCB200的尾部的长度。根据透视图，如图3A所示的垂直部分是倾斜的，但是垂直部分可以相对于PCB200的平面上下延伸。尺度333示出了天线300相对于PCB200的大致垂直部分（不包括焊接的延伸部）的长度。端盖可以施加在天线300的部分或全部之上和/或周围以覆盖天线300并用于保护。端盖可以由塑料或者不会显著降低天线300的无线发射或接收特性的其他材料制成。端盖还可以使天线300的部分或全部与包围PCB200的金属外壳绝缘，从而降低金属外壳可能引起的干扰。在一些实施例中，微型电子狗的天线部分332的长度约为参考微型纳米电子狗的天线部分322的一半。根据本发明的实施例，微型电子狗提供了与参考微型纳米电子狗类似的性能和辐射图案，但是较短的天线部分延伸到金属外壳之外。根据本发明的一些实施例，微型电子狗的配置提供了使用参考微型纳米电子狗无法实现的益处。例如，减少参考微型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图案。如果要维持参考微型纳米电子狗的天线部分，但是要部分插入到金属外壳内以实现与微型电子狗相同的整体长度，则性能会由于来自金属外壳的干扰而再次降低。
[0026] 图3B提供了根据本发明的实施例的具有二维（2D）金属板天线的微型电子狗的简化透视图。图3B（1）示出了作为完整封装件的微型电子狗的透视图。二维（2D）金属板天线位于端盖307内。图3B（2）是从与图3B（1）的角度相同的角度看到的透视图，但是移除了金属外壳305和端盖307，从而露出了PCB350和天线340。图3B（3）是从图3B（2）所示的器件的下面看到的透视图。图3B（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。将平板天线340定向为垂直于PCB350使得天线能够适配于较短的微型端盖中。垂直定向还提供了准3D性能。
[0027] 由于附图不是按比例绘制的，所以图3B（2）所示的平板天线看上去没有适配于图3B（1）所示的端盖。然而，将显而易见的是，平板天线实际上确实适配于端盖。此外，如图
3B（4）所示，夹持部（clip）342附接至天线340以使得天线能够在适当的耦接位置接合至PCB。虽然示出了两个夹持部342，但是根据具体的器件几何结构和设计，可以使用另外的或更少的夹持部。
[0028] 图3C是示出了根据本发明的实施例的三维（3D）导线天线300的移除了端盖的微型电子狗的简化图。导线天线300的形状通过在三个维度上进行辐射而克服了其尺寸限制。天线的形状以及其在电子狗中的放置和定向影响了辐射图案。天线可以基于期望的形状因子来调整和优化。在一些实施例中，利用天线与护罩（即，图1所示的金属外壳130）之间的最小距离来避免电流分流。
[0029] 图3D是示出了根据本发明的实施例的三维（3D）导线天线300与护罩130之间的空间隔离的微型电子狗的简化侧视图。最小距离可以基于端盖外罩110的厚度。在实施例中，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。在实施例中，天线300可以不宽于和/或不高于插头120。在这样的实施例中，天线300在不使用时可以收回到插头120中，而在使用时可以延伸到插头120外。
[0030] 在实施例中，天线可以是三维的并且由导线制成，从而类似于被弯曲使得不再放平的回形针的形状。如图3A所示，天线的长度333约为1.8mm，其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的实施例的导线天线300的高度和宽度尺度的简化图。在图4中，所示出的尺度被标记为宽度410和高度420。由于端盖的宽度可以宽于USB插口的宽度，所以宽度410可以与标准USB插口的宽度12mm相同或者大于标准USB插口的宽度12mm。在所示的实施例中，天线的宽度为约11.75mm，并且端盖稍宽于USB插口。为了使天线300在电子狗的插头部分中在围绕PCB的金属外壳外部，从插头突出的端盖必须至少与天线长度333一样长。在所示的实施例中，高度420表示当PCB处于水平定向时天线的垂直尺度。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。在所示的实施例中，高度420为约4mm。因此，容纳该示例天线300的微型电子狗可以稍厚于（即，高于）其长度。
[0031] 这样的3D天线可以具有如下辐射图案：其能够改进接收来自发射机的信号的能力并且提供关于放置发射机的更大灵活性。将天线从覆盖插头的金属外壳中移除以及使天线成形为三维的结合大大增强了电子狗的有效辐射图案和功率。
[0032] 3D天线的尺寸不限于示例中所描述的尺度。例如，具有HDMI形状因子的电子狗可以与音频/视频设备（诸如电视机）一起使用。这样的电子狗可以插入电视机的尺寸可能受到限制的背部。因此，电子狗内的天线可以小于用于电视机的其他类型的无线天线。还可以对天线设计和尺度进行调整以提供增大的信号功率。因此，可以存在无线通信装置的不同应用，其需要垂直于PCB安装的3D导线天线的不同尺寸和构造。此外，电子狗可以用于连接至一个装置或者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，诸如但不限于计算机鼠标、键盘、摄影机、音频/视频接收机、音频耳机、电缆盒、台式或移动计算机、智能电话和平板电脑。在一些实施例中，电子狗可以根据其要连接的装置的类型而不同地进行配置。
[0033] 图5和图6各自示出了分别与两个不同的传统电子狗相比的根据本发明的实施例所提供的电子狗的辐射图案。在每幅图中，根据本发明的实施例所提供的电子狗是容纳3D导线天线的微型电子狗。为了为每个电子狗创建辐射图案的图，在电子狗附接至特定便携式计算机的相同USB端口时，对功率进行测量。
[0034] 图5是示出了第一传统电子狗的辐射图案（507）的曲线图，该第一传统电子狗为具有2D天线的微型电子狗。针对根据本发明的实施例的电子狗（下文中缩写为“具有3D天线的微型电子狗”或简称为“3D天线”）来测量辐射图案（505）。如可以使用该图测量到，3D天线与第一传统电子狗之间的辐射信号的平均差为+12dB。因此，将该3D天线与具有相同形状因子的电子狗中的2D天线进行比较表明3D天线优于2D天线。
[0035] 图6是示出了与3D天线（505）的辐射图案相比的第二传统电子狗的测量辐射图案（607）的图。第二传统电子狗是2D微型纳米电子狗。2D微型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。
[0036] 图8A-8D是示出了根据本发明的实施例的在装配阶段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。子组件810包括附接至PCB200的天线300。天线300具有像弹簧一样的特性。天线被横向挤压以与PCB的端部中的凹口（notch）对齐。一旦插入天线，弹力沿着箭头方向在横向上起作用以使天线保持在合适的位置，同时使天线450的端部焊接至PCB。
[0037] 图8B示出了通过将子组件810放置到支架830中而构造的子组件840。
[0038] 图8C示出了端盖的放置。端盖110覆盖天线300，并且允许用户保持电子狗以将电子狗插入USB插口中以及从USB插口移出。端盖有两个部分：用于用手指夹住电子狗的较厚部分以及部分地延伸到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。
[0039] 图8D示出了金属外壳在插头之上的放置。顶部和底部图示从不同角度观察了相同的子组件870。在子组件870中，金属外壳130包住PCB的一部分并且构成插入USB插口中的插头。金属外壳卡扣的顶部上的金属夹持部882适配于端盖上的凹部852，并且在金属外壳卡扣的两侧的金属夹持部881适配于在端盖的各侧的相应凹部851。
[0040] 图7是根据本发明的实施例的用于装配涉及图8A-D所示的部件和子组件的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定向在水平位置并且天线定向在垂直位置，但是装配的电子狗可在其他定向上使用。导线天线的垂直部分430与440之间的导线段（segment）的长度稍大于PCB上的凹口822之间的距离。在步骤710中，将3D天线弹簧加载到PCB上以构成子组件810。为了将天线附接至PCB，导线天线430和440的垂直定向部分可以朝向彼此挤压得足够近，以使得垂直部分可以插入到PCB上的凹口822中。一旦导线天线部分430和440插入PCB凹口822中，弹力在横向上（平行于宽度410）起到使天线保持在合适的位置的作用，同时在步骤720中将天线的水平定向部分450焊接至PCB。因此，PCB自身在焊接期间用作夹持装置，从而避免了在该装配步骤期间需要另外的塑料零件来将天线保持在合适位置以及消除了需要PCB上的额外空间来放置焊接夹具（soldering fixture）。另外，将天线弹簧加载到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图案。
[0041] 在步骤730中，将子组件810从顶部插入到支架830中，从而产生了子组件840。在步骤740中，将端盖110从顶部放置在天线上方并且卡扣到子组件840中。端盖中的钩部将端盖保持到子组件840的支架830上以形成子组件860。从USB插口中移除电子狗需要保持端盖并且在远离插头的方向上拔出。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将电子狗从USB插口移除时端盖与电子狗分离。在步骤750中，将金属外壳
130在电子狗的插头端部上方朝向端盖110滑动，从而与端盖的一部分重叠，并且将端盖紧固地保持到电子狗上。金属外壳中的夹持部分别卡扣到支架的侧面和端盖的交叠部分的顶部上的凹部中。除了将天线焊接至PCB以外，可以不用胶水或其他另外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。
[0042] 应当理解的是，图7所示的具体步骤提供了根据本发明的实施例的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以适合于各个步骤的多种顺序执行的多个子步骤。此外，可以根据特定应用添加或移除另外的步骤。本领域的普通技术人员会认识到许多变型、修改和替代。
[0043] 还应当理解的是，本文所描述的示例和实施例仅用于说明目的，并且将向本领域的普通技术人员暗示鉴于其而做出的多种修改或变化，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。
