专利名称：用于无线设备的薄膜天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在数据处理系统中使用的无线键盘，尤其涉及在数据处理系统中使用的无线键盘的天线。
相关技术描述传统的射频无绳设备包括一个射频发射器和一个天线，该天线用于将射频信号从该设备发射到与例如主机系统连接的一个天线和接收器的组合体(通常称为“接收器”)。尤其是，与个人电脑或工作站配合使用的无绳设备包括射频发射器和天线，该天线为了方便用户一般装入到这样的设备，比如，内置键盘、鼠标、相机、小键盘等等的普通外壳之内。在过去，大多数传统的射频无绳计算机外围设备通常在2.4GHz相对高的频率范围内进行工作，以确保在传统的射频无绳设备和与主机系统相连接的接收器之间的强射频信号连接。该较高的频率范围提供了更强的射频信号强度，以确保在传统的无绳键盘和主机系统之间的射频链路不中断。它们也要求更小的天线长度。然而，较高频率的系统要求更多的能量从而导致缩短电池寿命，并且，用于这样高频率的设备的电路是复杂和昂贵的。这些缺点对于用户来说就是较高的成本和不方便。
为了减少电路的复杂性和成本，以及增加电池的寿命，传统的射频无绳设备也设计为在一个较低的射频频率范围内，例如，在100MHz以下进行工作。例如，今天，一些传统的射频无绳键盘设计为在27MHz范围内或40-49MHz范围内进行工作。该27MHz范围在无线计算机外围设备之中获得更大的接受，因为其它的无线设备和应用正移到该超高频(UHF)范围进行工作。这在该27MHz范围内引起更小的拥挤，因此在设备之间有更小的冲突机会。
在该27MHz范围内进行工作的设备的问题是它要求更大的天线以提供有效的射频链路。例如，一个传统的工作在27MHz范围内的射频无绳键盘理想的情况要求一种5.5米长的偶级天线或者一种2.75米长的高于地平面的鞭状天线。考虑到传统的射频无绳键盘的尺寸，以上两种长度的天线都是不可行的。因此，在工作在27MHz范围内的传统的射频无绳设备中的传统的天线在长度上是较短的，因而不是很有效。其次，这限制了用户的自由，因为在传统的射频无绳设备与跟主机系统相连的接收器之间的最大距离受到了很大的限制。
然而，在传统的射频无绳设备中的传统的天线的另一个问题是在传统的射频无绳设备的外壳内的该天线的位置。该天线的布局必须小心规划，而且该天线必须组装以避免同别的金属部分产生冲突，例如，在键盘中，在键盘内的键矩阵可能与射频信号发生冲突。这将增加设计、制造和测试成本，而这些成本增加了射频无绳设备的总产品成本。
因此，需要一种在无绳设备和其它有限空间中使用的天线，以便(1)帮助提高天线的效率，(2)帮助减少能量消耗，(3)降低来自在该设备或有限空间中的内部组件的敏感度，以及(4)减少总的设计和制造成本。
发明概述本发明包括一个用于无线或无绳设备的薄膜按键开关矩阵装置结构，它包含了一个配置在该按键开关矩阵装置或系统中的多个薄膜的一个或多个表面上的天线。而且，为了提高通信性能，在本发明的一个实施例中，当在该按键开关矩阵装置中的电矩阵没有闭合电路时，在该按键开关矩阵中的通信电路通过将射频信号加载到该天线上来发射该射频信号。
本发明也包括一个射频键盘装置，此装置用于无绳(或无线)键盘或类似的设备，例如，具有六个或更多的按键(例如，一个2×3按键矩阵)设备。该键盘装置包括一个按键开关矩阵装置、一个处理系统、一个天线和一个通信电路。该按键开关矩阵装置与该通信电路相连接。该通信电路与该天线相连接。
该按键开关矩阵装置配置为安装在该无线设备的外壳之内，例如，在一个键盘的塑料管壳之内。该按键开关矩阵装置包括一个电矩阵，该电矩阵包括在一些薄膜层上的两个或更多行和列的导电材料。每个行列交叉点都是一个开关点。每个开关点与该键盘中的一个按键相关联。通常，该电矩阵是一个断开的电路。然而，当一个按键按下时，开关点与在电矩阵中的相关的行和列连接，以产生关联并且闭合该电路以产生一个与该按下的键相关的信号。当该按键释放时，该电矩阵又再次变为断开的电路。
该扫描电矩阵以搜索闭合电路的处理系统，定位闭合电路并产生与该按键相关的信息。该通信电路使用该处理系统产生的信息并且生成了一个相应的射频信号。在一个实施例中，当在电矩阵中没有开关点形成一个闭合电路时，该通信电路与该天线连接以发射该射频信号。
本发明中的天线可以由导电材料或印刷物质(例如，导电墨水或金属迹线等)制成，并且在任何该多个薄膜的其中之一的一个表面或者该按键开关矩阵装置多个层上配置成一种几何图形。该天线可以是一个环形天线结构，并且该环形可以沿着该按键开关矩阵装置最外面的边缘进行配置以增加该环形的长度。此外，该天线可以沿着至少两个平面进行配置以帮助增加该环形的长度。该天线可以包括印刷在该薄膜表面上的元件，该元件连接到其它的元件，例如各种电线，以增加了整体环形尺寸。该多个印刷元件或几何图形能形成一个同该天线相连的地平面，以提高整体发射性能。
本发明可以方便地将用于一个键盘的电矩阵和在按键开关矩阵装置之内的天线进行结合。这将提供一个好处，即通过包括一个能在按键开关矩阵制造过程期间以比独立制造的天线更低的成本制造的可以印刷在多个薄膜层上的天线，为无绳键盘提供一个低成本的按键开关矩阵装置。该印刷元件有助于生产出一个具有很大环形长度的环形天线，该天线允许在无绳设备中使用一个更低频率的通信电路，例如，工作在27MHz范围。该低频率通信电路帮助减少能量消耗，帮助增加电池寿命，帮助减少该无绳键盘的设计、加工和使用成本。
在说明书中描述的特征和优点没有全部包括，尤其是，考虑到附图、说明书和权利要求，一些附加的特征和优点对于本领域普通技术人员是显而易见的。此外，需要强调的是说明书使用的语言主要是为了易读和教导的目的，它并不限制本发明的主题。
附图简要说明当结合附图时，从下面的详细描述和附加的权利要求中，本发明具有的其它优点和特征将变得更加显而易见，其中附
图1示出了根据本发明的供一个主机系统使用的一个射频键盘的一个实施例。
附图2是一个根据本发明的说明计算机键盘的一个示意图。
附图3是一个根据本发明的说明一个无线键盘的内部结构的示意图。
附图4a示出了根据本发明的一个按键开关矩阵的各个层的一个实施例。
附图4b和4c示出了根据本发明的一个按键开关矩阵装置的第一和第二实施例。
附图5是一个按照本发明的一个实施例的一个具有印刷天线元件的改进按键开关薄膜的示意图。
附图6a，6b和6c是根据本发明的说明包括一个金属化薄膜的环形天线的不同实施例的示意图。
附图7a，7b和7c是根据本发明的说明包括一个金属化薄膜的环形天线的各种可替换实施例的示意图。
附图8a，8b和8c是根据本发明的说明包括一个金属化薄膜的天线的不同实施例的示意图。
附图9a，9b和9c示出了根据本发明的一个具有多个印刷天线元件的按键开关矩阵装置薄膜系统中的各个层的实施例。
附图10示出了根据本发明的一个用于发射射频信号的过程的一个实施例。
附图11示出了根据本发明的一个用于接收射频信号的过程的一个实施例。
发明详细描述各个附图和下面的描述仅为了举例说明涉及本发明的最佳实施例。应当注意，根据下面的讨论，这里所披露的各种结构和方法的各个可替换实施例将很容易当作各种可行的替换物，使用它们没有脱离本发明的原则。
现在将详细参考本发明的几个实施例，这些实施例的例子在各个附图中进行了说明。应当指出，相似或相同的参考数字可以在附图中使用，而且可以指示相似或相同的功能性，这在任何地方都可行的。本发明的各个实施例用于描述的目的，所述实施例包括配置在按键开关矩阵装置的天线、无绳(或无线)键盘或者类似的系统，该类似的系统包含一个包括一个天线的按键开关矩阵装置。然而，这里所描述的相同原则适用于其它各种无线设备，比如，无线鼠标、数码相机(照片和录像)、操纵杆和游戏手柄等等。
附图1示出了根据本发明的一个数据处理系统101的一个实施例，该数据处理系统包括一个供一个处理器系统120(或主机系统)使用的射频键盘110。该射频键盘110通过一个无线通信链路130与主机进行通信。虽然该无线通信链路130优选以低于100MHz的频率进行工作，例如近似27MHz的范围，像27.045MHz到27.145MHz，但它可以是一个工作在任意频率的射频链路。
该主机系统120是一个传统的主机系统，例如，个人电脑，工作站或游戏平台。该主机系统120包括一个射频接收器(单向通讯)或一个射频收发器(双向通讯)，用于通过该无线通信链路130与该射频键盘110进行连接。
该射频键盘110是一个传统的射频键盘，用于与该主机系统120进行通信，例如，通过各个按键输入数据。该射频键盘110是其它无线或无绳设备的代表，例如，无线鼠标或相机等。该射频键盘110可以具有一个射频发射器(单向通讯)或射频收发器(双向通讯)，用于通过该无线通信链路与该射频键盘110进行连接。
该射频键盘110可以具有一种传统的键盘布局，例如，一种82键、101键、104键或者108键的标准键盘布局，或者人体工程键盘等，而且可以具有传统的键盘尺寸，例如35至50厘米长，15至20厘米宽，2至6厘米高。在另一可替换实施例中，该射频键盘可以具有更小的尺寸，例如，6至9厘米长，9至15厘米宽，1至4厘米高，或者可以是一种数字按键键盘，例如，用于支付系统的数字按键键盘、信用卡磁性读取器、掌上电脑、扫描仪或者无线数据输入单元等。
作为另一种选择，该射频键盘110可以具有一种传统的数字按键键盘或游戏手柄布局，例如，10键或者12键的数字和/或符号数字按键键盘布局，而且可以具有传统的数字按键键盘尺寸，例如，100至200毫米长，90至180毫米宽，20至60毫米高。此外，在另一可选实施例中，该射频键盘110可以具有波浪形、突起或凹面的布局，例如，为了人体工程的目的。为了便于讨论，将该射频键盘110描述为一种双向通信的101键的键盘。
附图2是根据本发明的该无线键盘110的一个实施例的一个外部示意图。无线键盘110具有一个外壳210和包括一个或多个键帽215a的键帽子系统215。该外壳210可以由塑料构成，例如，注模热塑性塑料或者其它类似的材料。此外，键帽215a也可以由热塑性塑料材料构成。
应当注意，无线键盘110的键盘功能在功能和结构上类似于商用键盘，比如，来自纽约Armonk的IBM公司的一种101键的键盘，来自WA Redmond的微软公司的一种波浪形键盘，来自于CA Fremont的罗技公司的任何无绳键盘或者任何其它类似的商用键盘。此外，该无线键盘125的尺寸可以近似为46厘米×18厘米×3厘米，例如，如前所述，为了示例使用了一个键盘实施例，但是不同尺寸和形状的各种其它无线设备，诸如鼠标、数字按键键盘、手提电脑或相机等，可以同样和这里所述的发明一起使用。
现在参考附图3a，一个示意图示出了一个按键开关系统300的各个内部结构组件，该按键开关系统用在诸如无线键盘110这样的一种无线设备中。该按键开关系统300包括一个按键开关基座310、一个包含一个或多个按键开关印刷电路薄膜或印刷电路板层的按键开关矩阵子系统315和一个可选的刚性构件320，例如，一个金属板或一个硬塑料板等等。该按键开关基座310包括多个按键开关325，例如，多个薄膜按键开关或者多个机械按键开关等。该按键开关基座310可以和键盘按键215或按键开关矩阵子系统315进行集成，以便在按键开关矩阵子系统315中根据对各个按键215的按下执行开关操作。该按键开关矩阵子系统315，例如是一个印刷电路板(按键开关PCB)或一个印刷电路薄膜(按键开关PCM)等。应当注意的是，在一个按键开关PCB实施例中，该刚性构件320不是必需的，因为如果开关操作需要刚性，则可以由该PCB自身来提供，其通常具有非常有限范围的弹性。此外，如下面进一步所述，由刚性构件320的一个金属板实施例提供的任何功能能用类似的功能元件替代，例如，薄的铜胶片或者导电墨水印记等。
该按键开关基座310和该按键开关矩阵子系统315可以由轻型弹性塑料或者其它类似的材料构成。典型地，在一个按键开关PCB实施例中的该按键开关矩阵子系统315由一种基底材料的一个或多个层构成，该基底材料实质上是刚性的(低z轴或垂直扩展)，例如，FR-4、其它环氧物(BT)、树脂或聚酰胺等。各个电路连接通常用例如金这样的沉淀金属制作，为元件布置、各个迹线连接和各个导孔形成多个触点以相互连接各个层。典型地，例如，使用激光等以机械方式打各个导孔。一个钝化层或胶片电隔离各个迹线，为各个元件和连接器等仅留下多个暴露的触点。
在一种薄膜型的按键开关矩阵315中，各个层(例如，顶层420a，底层420b，全体420和该按键开关机械层430)典型地由弹性基底材料制作，比如，胶片薄膜、弹性聚合体、编织物或塑料橡胶等，该弹性基底材料在包括z轴在内的所有轴上都是非常有弹性的。优选地，该按键开关PCM的各个薄膜层以及其电路中包含的导电迹线和触点都由各种非常有弹性的材料制作。用于各个迹线和触点等的弹性材料包括弹性电线、导电墨水或磁带线等。各个按键开关PCM比各个PCB替换物更细、更轻和更便宜。此外，各种弹性按键开关PCM更加通用，而且能够用在更大范围的不同形状和尺寸的各种外壳中，例如，在鼠标的顶凸部分，在单一平面内不是平的而是凸状或凹面的各种键盘，比如，各种人体工程键盘或专业键盘等。此外，层间连接在制造期间的生产可以更简单。然而，在一些实施例中，各个薄膜层可以是非常坚硬的，例如，硬塑料，而且，在各个薄膜层上的各个导电迹线，不管是否具有弹性的，也可以是非常坚硬的，例如，金属迹线或电线等。典型地，该按键开关矩阵子系统315在尺寸上进行配置以具有与该无线设备内部周长相等的周长，比如，该射频键盘110的周长。
该刚性构件320可以由刚性的金属材料构成，而且例如可以具有40厘米×15厘米的尺寸。每个按键开关325与一个特定的键帽215相关联，而该键帽与在无线键盘110上的一个特定字符或功能相关联。
该按键开关基座310连接到该按键开关矩阵子系统315。该按键开关基座310和按键开关矩阵子系统315的组合体可以连接到该可选的刚性构件320，该刚性构件为该无线键盘110的该按键开关系统300提供了结构刚度。该刚性构件320也保护该按键开关矩阵子系统315避免静电释放。
附图4a示出了根据本发明的一个按键开关矩阵子系统315的各个层的一个实施例。该按键开关矩阵子系统315包括一系列的电触点。每个电触点处于断开位置直到由一个特定的按键开关325闭合。当一个用户按下该相关的键帽215时，一个按键开关325便闭合该电触点。如下面进一步所描述的，该射频无线键盘125向与一个主机120相关联的一个射频接收器子系统，发射一个对应于与该特定的键帽215和按键开关325相关联的字符或功能的射频信号。该射频信号可以用标识该字符或功能的信息进行数字编码，或者可以使用调制方案以传送该相应字符或功能的一个标识。
该按键开关矩阵子系统315包括一组按键矩阵层420和一个或多个按键开关机械层430。例如，第一层420a包括多个导电行460a，第二层420b包括多个导电列460b，两者合起来组成电矩阵460。该多个导电行和多个导电列可以由多个沉淀或印刷的迹线，或者例如磁带线这样的多个小电线组成。此外，该按键并关矩阵子系统315可以包括一个单一的按键开关机械层430，以选择性地隔离该多个行460a和该多个列460b。该按键开关机械层430可以配置为在各个触点450处具有孔口，以便当该按键开关矩阵子系统315安装在一个键盘110中时，该多个触点450放置在每个键盘按键215的下面。
该多个按键矩阵层420和多个按键开关机械层430可以是分离的层，或者可以是集成为一个电矩阵460。在一种分离的层结构中，该多个按键矩阵层420或该多个按键开关机械层430可以分成多个附加层，例如，第一层可以包括一个电矩阵460a的各个行，而第二层可以包括该电矩阵460b的各个列，或者，该两层都可以包括一个电矩阵460的各个行和各个列。此外，应当注意，如果一种弹性物质用于该按键开关矩阵子系统315，一种刚性构件320，例如，一种刚性聚合体，可以用作支撑以在该射频键盘110内部提供附加的结构支持。
该各个按键开关机械层430可以是一种传统的机械结构，例如，橡皮圆形机械结构、金属触点机械结构、薄膜机械结构、泡沫塑料机械结构或者电容性机械结构，该机械结构将在各个分离的按键矩阵层420中的各个导电行460a电连接到各个导电列460b。该多个按键开关机械层430能够位于如上述的该按键开关基座310中，或者，可以在该按键开关矩阵子系统315中用一组薄膜层实现，该按键开关矩阵子系统315由在该键盘110中的各个按键215直接激励。
该各个按键矩阵层420和该各个按键开关机械层430构成该电矩阵460。该电矩阵460可以是一个包括多个电线或迹线的两个或多个行460a以及两个或多个列460b的电路网络。该矩阵电路460的行460a和列460b的每个交叉点都配置位于在该键盘的一个键下面，从而形成使用按键压力可闭合的开关点450。该多个按键矩阵层420也包括至少一部分天线490。该天线490的各个组件(各个部件或者元件)可以位于在该按键开关矩阵子系统315中的任何一个或多个薄膜的一个或多个表面上。根据本发明，天线490的各个部件或元件也可以用各种导电印刷物质进行印刷，诸如各种金属墨水。将使用金属墨水印刷的薄膜称为金属化薄膜321，即金属薄膜321是一个具有一个顶面或表面和一个底面或表面的薄膜，该薄膜具有一种使用导电墨水在其中一面或两面印刷的几何结构。为了便于制造，该电矩阵460和位于该各个金属化薄膜321上的天线490的各个部件可以用相同的处理过程进行制造，例如，沉淀金属迹线或金属线，使用导电墨水印刷，或它们的组合。
金属化薄膜321使用一种导电印刷物质进行印刷或涂层，比如，金属或导电的墨水或涂料。各种导电墨水或涂料在本领域是公知的，它们包括包括任何含有导电微粒的墨水，该导电微粒产生一种合成特征，该合成特征是传导电流，例如，由电磁能引起或响应于电磁能的电流。以导电墨水能使用的任何方式进行涂层或印刷操作，例如，旋压、丝网印刷或喷墨印刷等。该金属化薄膜321使用一种利用其电特性的图案进行印刷以部分电路，例如，一个天线490的电路。这些几何形状和图案可以包括各种完整的表面、多边形表面、环形、网格、螺旋形、偶极和用于改变该特定天线490工作参数的其它形状。本领域技术人员将认识到，涉及选择一种图案或几何图形的各种设计选择和任何这样的图案适合用于本发明。
该天线490可以配置成一个环形天线，例如，沿着一个金属薄膜321的主外围或边缘，或在按键矩阵顶层420a(金属化薄膜321)的上表面上的一个螺旋印刷几何图形中，以提供一个大的天线环长度。图4b示出了根据本发明的一个按键开关矩阵子系统315的一个实施例的概念视图。该按键开关矩阵子系统315包括该电矩阵460和沿着在该按键开关矩阵子系统315中的一个金属化薄膜321的外围部分的一个天线490。该金属化薄膜321可以是该按键开关矩阵子系统315中各个层420/430的任何一层或者它们中的几层连接在一起，以形成该天线490。
另外，该天线490也可以配置为扩展到除该按键开关矩阵子系统315的几何平面之外的一个第二几何平面上。附图4c示出了根据本发明的一个按键开关矩阵子系统315的另一个实施例的概念视图。这个实施例包括该电矩阵460和一个天线490，该天线有一部分扩展到一个几何空间，该几何空间独立于由该(多个)金属化薄膜321占据的几何空间。例如，该天线490的第一部分可以在一个金属化薄膜321上，而该天线490的第二部分可以在一个独立的平面中与该天线490的第一部分连接或者从该天线490的第一部分中伸出来，该独立的平面可以平行于该天线490的第一部分。应当注意，天线490的第二部分可以是，例如，电连接到印刷在该金属化薄膜321中的几何图形的一个导线或一个天线电线。
另外，该按键开关矩阵子系统315的一个实施例包括印刷在一个或多个金属薄膜321中的其它天线部分。附图5显示了一个天线490，该天线包括一个导电平面，该导电平面以对该按键开关机械层430(金属薄膜321)的顶面全部涂上导电墨水的方式进行印刷。由于该导电平面在该按键开关机械层430的顶面上，因此在底层420b中不会引起短路，而且由于顶层420a仅具有位于在该按键开关机械层430中的开关点450″上面的″各个电导点，因此，通过接触该导电墨水没有短路该顶层420a的电压。各种导电平面，例如各种地面，典型地连接到天线以改善射频传输的性能。这些导电平面可以用几种方法产生，例如，用各种金属板、涂层印刷电路板和印刷薄膜等。在本发明的一个实施例中，在一个金属化薄膜321的一个表面上的一个导电地面使用导电墨水进行印刷。
如上所述，在一个实施例中，该按键开关机械层430的顶面使用导电墨水或涂料全部覆盖。在另一个实施例中，该按键开关机械层430的顶面使用节省墨水的图案进行印刷，该图案接近完全涂层表面的效果，例如，如图5所示的间距很小的线网格。在两个实施例中，这样的一个涂层表面形成一个弹性导电平面，其可以用作该天线490的一部分。这个导电平面的功能类似于金属板320，该金属板用于其它射频键盘天线，例如，在美国专利No.6507753中描述的一个射频键盘天线，该美国专利转让给了与本发明相同的受让人，并且在这里以参考方式并入其全部内容。
如上所述，该天线490可以是一个环形天线。附图6a、6b和6c是根据本发明的示出由一个金属化薄膜321组成的环形天线490的不同实施例的示意图。该环形天线490包括该金属化薄膜321、一个天线导线415和一个连接器导线420。为了清楚起见，该金属化薄膜321显示为一个近似长方形(321)，然而，如上所述，该金属化薄膜在任意面上能具有一个印刷几何图形或图案，而一个按键开关矩阵315的任意一个或多个层可以是一个金属化薄膜231。此外，该金属化薄膜321不局限于一个按键开关矩阵315层，相反，它可以是一个无线设备内在的任意表面，在其上可以涂层、印刷或沉淀金属墨。另外，在这些图中，印刷在该金属化薄膜上的实际图案或图形没有显示。例如，该金属化薄膜321可以用间隔较紧的网格印刷，该网格具有类似于如图5所示的一个金属板的网格的电特性。
一个射频单元520可以看作是该环形天线490的一部分，或者，如下面所讨论的，可以看作是该环形天线490连接的一个独立元件。一个射频单元可以包括一个发射机或收发器，该发射机或收发器连接到该天线和该无线设备的其它元件，例如，一个用于该按键开关系统300的控制器。现在参照附图6a，该天线导线415在第一末端连接到该射频单元520中的一个放大器的一个输入/输出(I/O)端口，而在第二末端连接到第一末端或该金属化薄膜321的截面(接触点或者端点)。通过该连接器导线420，第二末端或该金属化薄膜321的截面连接到该放大器的第二输入/输出端口，该第二输入/输出端口可以是一个用于该射频单元520的地线。
该天线导线415和该金属化薄膜321形成了一个天线环，该天线环使用一到多个连接器420，例如，多个连接线或迹线，连接到该射频单元520的各个输出端。该天线环的长度可以近似等于该无线键盘110的长度，而该天线环的宽度可以和该无线键盘110中的剩余空闲空间(高、长和/或宽)一样大。例如，该天线环可以具有40厘米长和2厘米宽。在其它实施例中，该天线环的长度和/或宽度可以增大或缩短。
该环形天线490产生一个磁场，通过该磁场，来自该射频单元520的射频信号将根据公知的电磁传播原理，发射到与该数据处理终端或主机120相关联的一个接收器子系统。在该天线导线415和该金属化薄膜321之间的空间提供了一个大的用于发射该射频信号的天线环表面。如上所述，该全封闭的环形天线以较低的频率，比如在27MHz频带，方便地使无线键盘工作，没有大而笨重的干涉用户空间的天线。
应当注意，在本发明的一个实施例中，该环形天线490包括一个具有一个线匝的天线导线415。在本发明的另一实施例中，该天线导线415可以具有多于一个线匝。该天线导线415的各个附加线匝扩展该环状天线的表面面积，以增加该环形天线490的发射范围。此外，应当注意，在本发明的其它实施例中，该天线环可以位于与图6a所示的该金属化薄膜321相同的几何平面或任何其它平面，例如，如图6b(在下面)和6c(在上面)所示。如图6a所示，该天线导线415可以直接连接到该射频单元250，或者，如图6b和6c所示，通过一个连接器420进行连接。
图7a是根据本发明的在该射频无线键盘110内的一个环形天线490的第二个实施例的示意图。图7b是根据本发明的该环形天线490的第二个实施例的一个独立示意图。在图7a、7b和7c中，印刷在金属化薄膜321上的图形或图案显示为阴影表面区域。应当注意，用在这些图中的实线不需要对应于在该实际的金属化薄膜321中的导电墨水线。在图中显示的各个线仅打算举例说明该区域的整体轮廓，在该区域中，这些图形或图案，例如，能用导电墨水进行印刷。应当进一步注意，虽然图7a的该天线490在功能上等效于图6a的该天线490，但是，该天线导线415已经删除并且用印刷在该金属化薄膜321上的一个不同图形代替，该图形与跟该天线490的性能相关的图形相比具有相同的电特性。
这样，在图7a、7b和7c中所示的射频天线490包括一个金属化薄膜321的其它实施例，该金属化薄膜321具有用于该环形天线490的一个或多个部分或元件的多个印刷几何图形或图案。例如，图7a示出了第一天线部分或元件322a以及第二天线部分或元件322b。另外，该射频单元520通过多个连接器420，例如多个电线或迹线等，连接到该金属化薄膜321。该第一天线部分或元件322a和该第二天线部分或元件322b印刷在该相同的金属化薄膜321上，而且在它们之间形成了一个割断间隔322c。在该射频单元520中的放大器的一个输入/输出端口利用一个连接器420连接到该第一天线部分或元件322a上。在该射频单元520中的放大器的第二输入/输出端口连接到该第二天线部分或元件322b上，其中该第二输入/输出端口可以是该射频单元520的地线。该多个连接器420能在接触点322d和322e连接到该金属化薄膜。接触点322d和322e能用导电墨水进行印刷，或者用任何能够与各个连接器420连接的导电材料进行沉淀，该导电材料，例如，是用于电线接合、其它电线或迹线的接合剂或金属焊料。
一个天线环由多个图形的几何结构形成，该多个图形印刷为在该金属化薄膜321上的该第一天线部分或元件322a和第二天线部分或元件322b。再一次说明，该天线环的长度可以近似等于该无线键盘110的长度，而该天线环的宽度可以和该无线键盘110内的剩余空闲空间(高，长和/或宽)一样大，该天线环可以位于如上图6a、6b和6c所述的任何平面。
在该第一天线部分或元件322a和第二天线部分或元件322b之间的该隔断间隔322c是该金属化薄膜321的表面的一部分，当该图形或图案形成时，该部分表面没有用导电墨水印刷。该隔断间隔322c能提供一个大的用于发射射频信号的天线环长度。而且，该金属化薄膜321上的各个几何结构可以印刷以包括多于两个天线部分以便形成一个具有两个或更多线匝的隔断间隔，该隔断间隔在如图7c中显示的该第一天线部分或元件322a进行了说明。而且，应当注意，该天线490的各个部分或元件不需要印刷在金属化薄膜231相同的面上，例如，在附图7c中虚线322b举例说明为一个印刷迹线或者在金属化薄膜321的背面上的第二天线部分或元件322b。另外，该天线各个部分可以印刷在该按键开关矩阵315的不同层上。例如，第一部分或元件可以印刷在该薄膜顶层420a的底面，而第二天线部分322b可以印刷在该按键开关机械膜430的一个图形或图案中，以便这两个部分仅仅在接触点重叠。
如上所述，所述各个附加线匝和各个天线部分扩展了该天线环的长度以增加该天线490的发射范围。另外，在该按键开关矩阵子系统315的不同面和层中的各个印刷天线部分的位置和分布的可变性为设计提供了灵活性，以在没有增加由该电路占用的整体物理空间的情况下改善射频发射的性能。这个特征在各种尺寸受约束的设备中是有益的，比如，无线键盘、鼠标和数字按键键盘等，它们空间是有限的，但是需要大的天线环用于在100MHz以下的频率进行发射，比如在27MHz范围内。而且，该金属化薄膜321的弹性允许将天线490结合在具有非传统外壳的无线设备中，例如，在各种凸状或凹面的键盘中、在其它曲面的键盘设计(例如，为了最佳的人体工程使用，或为了增加美学吸引力)中或者在可折叠的键盘中等。
附图8a是根据本发明的在该射频无线键盘110中的一个天线490的第三个实施例的示意图。附图8b是该天线490的第三个实施例的一个独立示意图。应当注意，在这个实施例中所示的天线490类似于在图7a、7b和7c中所示的天线490，以便不需要大的天线尺寸来发射来自该无线键盘110的射频单元520中的射频信号，该射频信号在较低频率范围中，例如，在27MHz频率范围中。
该天线490包括第三个实施例的金属化薄膜321、射频单元520和连接器420。应当注意，第三个实施例的金属化薄膜321类似于在先前附图中所示的、关于例如为防止静电释放而作为天线490的一部分的金属化薄膜321。在该射频单元520中的放大器的输出端通过该连接器420直接连接到该金属化薄膜321上。在该金属化薄膜321和该射频单元520之间没有地连接。在这个实施例中，该天线490包括作为鞭形天线或偶极天线的金属化薄膜321。该天线490的鞭形天线产生一个电场，经由该电场，射频信号根据电磁传播原理发射到与一个主机数据处理系统120相关联的一个接收器子系统。如在先前实施例中所述的，该金属化薄膜321可以包括满足最佳的天线性能要求的任何几何图形或图案设计，例如，多边形表面、网格图案、偶极或螺旋等。
按照本发明的另一方面，无线设备可以执行一个分时过程，以确保按键开关功能和天线490的电磁场相互之间不发生干涉。这样的过程的各种例子在共同审理中的美国专利申请No.10/112285中进行了充分描述，在这里以参考的方式并入其全部内容。一般来说，根据本发明当一个用户按下与按键开关矩阵子系统315相关联的按键或按钮时，控制器限制射频信号的发射。通过经由按键开关动作的次数限制射频信号的发射，在按键开关系统300的两个使用之间干涉的数量和程度都减到了最小，或者至少可以容易当作干涉。
附图9示出了根据本发明一个实施例的该按键开关矩阵系统315的一部分，该按键开关矩阵系统与在一个无线键盘110内的一个控制器单元720相连接。该控制器单元720可以包括或连接到一个射频单元520。该控制器单元包括一个微控制器单元(MCU)530和一个开关单元730。该MCU530与该射频单元520和该开关单元730相连接。该开关单元730也与在该按键开关矩阵子系统315的电矩阵460中的多个行460a和/或多个列460b相连接。该射频单元520也与该天线490相连接。
该开关单元730可以由硬件、软件(比如，固化软件)或它们的组合构成。该开关单元730配置为控制该射频单元520是否能该加载天线490，或者控制该MCU530是否能扫描该电矩阵460。在这个实施例中，当该MCU530正在扫描该电矩阵460时，该开关单元730配置为保持该射频单元520在一个关闭(或待命或睡眠)状态，而当该射频单元520在一个开(包括唤醒或启动)状态时，配置为断开该电矩阵460。
在如图9中所示的一个实施例中，如果按下在该射频键盘110上的一个按键215y，则该MCU530和该开关单元730将不启动该射频单元520以加载该天线490。在这个实施例中，当在与该按下的按键215y相关联的开关点570y处的相应的行460a和列460b连接上时，在该电矩阵460中的电路闭合了。来自该形成的闭合电路的电流通过该开关单元730流到该MCU530。
图9所示的结构能可选择地用于防止假回路，该假回路由按下一个按键和在一个开关点570处连接一个特殊的行460a和列460b所导致。通过该开关单元730将这个假回路打断(或取消)。因此，在启动该射频单元520和加载该天线490之前不需要等待该按下的按键释放。因此，当该MCU530检测一个按下的按键215(或按键改变)时，该MCU530断开该电矩阵460，并且启动该射频单元520。该射频单元520加载该天线490用于发射射频信号。然后MCU530恢复与该电矩阵460的连接，并且继续扫描该电矩阵460以确定一个按键215的下一次按下。
图10示出了根据本发明的用于发射射频信号的过程的一个实施例。为了便于讨论，该过程将参考先前描述的MCU530、射频单元520和电矩阵460进行描述。
该过程开始910，当该按键开关矩阵子系统315的开关单元730和电矩阵460的启动(或连接)920时，通过该射频键盘110的各个按键215接收来自于用户的输入。该MCU530扫描930该电矩阵路460以捕捉出现的变化(例如，通过连续闭合一个断开的电路，一个额外按键215按下或者一个按键215释放)。更具体地，该MCU530扫描930该电矩阵460，以确定940没有开关点570受到触发。只要该过程继续以确定940是否任何开关点570受到触发，该MCU530就继续扫描930该电矩阵460。
当该MCU530确定940一个开关点570受到触发时，该MCU530失效(或断开)950电矩阵460。与该变化的按键215状态相关的信息以尽可能小的时延发送给该射频单元520，以致似乎是同时完成，比如，在几乎相同的时间。更具体地，在一个实施例中，通过一个开关子系统使该电矩阵460失效，例如，先前描述的开关单元730。该MCU530产生960一个编码数据信号，该信号为无线发射准备信息。该MCU530启动该射频单元520并且将该编码数据信号发送给该射频单元520。通过使用一个射频调制方案，该射频单元520从该编码数据信号中产生970一个射频数据信号(或射频信号)并且加载到该天线490的天线。然后发射980该射频信号以便在与主机系统120相关联的一个收发器或接收器处进行接收。然后该过程允许该MCU530通过该开关单元730再一次使920该电矩阵460有效，或者该过程结束990。
附图11示出了根据本发明的用于接收射频信号的一个过程的一个实施例。为了便于讨论，该过程将参考先前描述的MCU530、射频单元520和电矩阵460进行描述。
在该过程的开始1010，该MCU530确定1020该射频键盘110是否工作在接收模式。如果没有工作在接收模式，它可能工作在如图9所述的发射模式。如果该射频键盘110工作在接收模式，该MCU530使按键开关矩阵子系统315的该电矩阵460失效1030，并且启动该射频单元520。
该射频单元520接收射频信号(或射频数据信号)1040，该信号在由一个发射装置，比如，与主机系统120相关联的一个收发器，发射之后在该天线490中引起适当的电磁扰动(例如，电流)。该射频单元520和MCU530然后适当地处理1050该接收的射频信号。然后该过程利用该MCU530继续将该射频单元520变成关闭状态(例如，将该射频单元520设置在待命状态)，并且再一次使该电矩阵460有效。该过程然后可以返回以确定该射频键盘110是否在接收模式中。或者，该过程结束1060。
本发明提供以各种模式操作射频键盘的灵活性，包括作为专用于仅发射数据的设备。在另一实施例中，射频键盘110可以在接收模式和发射模式之间交替变换以交换数据，而且允许后台扫描按键开关矩阵315。在另一实施例中，射频键盘配置为以预定的间隔发射和/或接收。
通过在金属薄膜321上印刷、涂层或沉淀导电墨水形成期望的几何图形，例如，平面、环线、网格，螺旋、偶极或者其它用于改变或改善形成的特定天线的工作参数的图形，本发明至少局部结合一个天线490在一个金属化薄膜321中。例如，一个天线490包括在用于一个射频键盘110的一个薄膜按键开关矩阵315的各个层内。通过印刷天线在一个环形结构中，该环形结构设置为为天线提供一个大的天线环，这就提供了一个益处，即提供一个低成本高性能的天线。该大的天线环允许在无绳设备，比如，键盘、鼠标、数字按键键盘、个人数字助理或相机等中，有效地使用低频通信电路，例如，工作在27MHz的射频发射器和/或接收器。该低频通信电路可以帮助无绳设备减少能量消耗，增加电池寿命，以及减少设计和制造的成本。更高效率增加了低频通信电路所限制的操作的灵活性和自由度。
当对本发明具体的实施例和应用已经阐述和说明后，应当明白本发明不局限于在这里所公开的实施例。本领域技术人员将很容易从下列讨论中认识到，在这里所公开的结构和方法的可替换实施例，可以在没有脱离公开的本发明的原则的情况下进行使用。在不脱离由附加的权利要求定义的本发明的精神和范围内可以对在这里公开的本发明的方法和装置的结构、操作和细节作出修改和改变。
权利要求
1.一种用于无绳设备的装置，包括一个天线组件，配置为连接到一个无线发射器，该天线组件进一步配置用于电磁传播一个来自于该无线发射器的信号；以及一个按键开关矩阵系统的一个金属化薄膜，该金属化薄膜具有一个表面，该表面包含使用导电性墨水印刷的第一几何图形，该第一几何图形配置为与该天线组件连接。
2.如权利要求1所述的装置，其中，印刷在该金属化薄膜上的该第一几何图形包括一个地平面。
3.如权利要求1所述的装置，其中，配置该天线组件以形成一个天线环。
4.如权利要求1所述的装置，其中，该信号与一个按下的按键相对应，该信号通过多个在该按下的按键上电连接的导电迹线在该按键开关矩阵系统中产生。
5.如权利要求1所述的装置，其中，该金属化薄膜是在一个三层按键开关矩阵系统中的顶层、中间层或底层薄膜。
6.如权利要求1所述的装置，进一步包括一个第二金属薄膜，该第二金属薄膜具有使用导电墨水印刷的第二几何图形，该第二几何图形连接到该第一几何图形并且配置为形成一个天线的至少一部分。
7.如权利要求1所述的装置，其中，该无绳设备是键盘、鼠标、数码相机、操纵杆或游戏手柄的其中之一。
8.一种用于无绳设备的装置，包括用于通过连接到一个无线发射器来传播电磁能的装置；以及用于配置为连接到一个射频传输系统的电接地的装置，该用于电接地的装置印刷在一个按键开关矩阵系统的一个薄膜上并且连接到该用于传播的装置上。
9.如权利要求8所述的装置，其中，配置该用于传播的装置以形成一个环形天线。
10.如权利要求8所述的装置，其中，该射频传输系统包括发射机、接收器或收发器的其中之一。
11.如权利要求8所述的装置，其中，该按键开关矩阵系统是在键盘、鼠标、数码相机、操纵杆或游戏手柄的内部。
12.一种在一个具有多个薄膜的薄膜按键开关装置上制造多个天线组件的方法，该方法包括使用一种导电印刷材料在多个薄膜的其中一个薄膜的一个表面上印刷一个几何图形，该几何图形形成一个地平面；以及将该印刷几何图形与一个或多个天线组件电连接。
13.如权利要求12所述的方法，其中，该印刷包括丝网印刷、墨喷印刷和激光印刷的其中之一。
14.如权利要求12所述的方法，其中，该导电印刷材料是一种金属墨水。
15.如权利要求12所述的方法，其中，该几何图形是一个网格或一个连续的多边形表面。
全文摘要
一种配置用于具有多个按键的键盘的射频键盘装置。该装置包括一个按键矩阵和一个通信电路。该按键矩阵包括一个具有多个开关点的电矩阵和一个具有多个印刷几何图形的金属化薄膜，该几何图形是天线的一部分。每个开关点与多个按键中的一个按键相关联，并且当该开关点与该电矩阵连接时能够产生与该按键相关的信息。该天线部分可以位于包括该按键开关矩阵系统的多个薄膜的任何表面上。该通信电路连接该天线并且通过该天线发射该信息。为了改善性能，当在该电矩阵中的该多个开关点连接时发射射频信号。
文档编号G06F3/02GK1553302SQ200410028319
公开日2004年12月8日 申请日期2004年1月30日 优先权日2003年1月31日
发明者格哈德·施奈德, 丹尼尔·博南诺, 博南诺, 格哈德 施奈德 申请人:罗技欧洲公司