用于射频无线键盘的天线系统和装置.pdf

较佳实施例的详细描述

以下将参照附图描述本发明的较佳实施例。相同的参照号表示相同或功
能相似的元件。本发明包括应用于无线键盘设备的一种廉价、高效、紧凑的
天线系统。该天线系统包括射频天线系统。

图1表示根据本发明的一个数据处理系统101。该数据处理系统101包括
含有中央处理单元(CPU)115、射频接收器子系统120、输入设备子系统130a、
视频子系统135a以及数据总线140的处理器系统110。CPU115、接收器子系
统120、输入设备子系统130a、视频子系统135a全都耦合到数据总线140。

此外，数据处理系统101包含鼠标130b、视频监视器135b和射频无线键
盘125。输入设备子系统与输入设备例如鼠标130b耦合。视频子系统135a耦
合到视频系统例如视频监视器135b。射频接收器子系统120耦合到射频输入
设备例如无线键盘125。

射频接收器子系统120可以是单通道接收器或多通道接收器。即，射频
接收器子系统120可以通过射频单独与无线键盘耦合，或者，与无线键盘和
其他射频发射设备，例如射频无线鼠标耦合。注意，在另一个实施例中，射
频接收器子系统120可以是一种独立设备，它可以耦合到处理器系统110，但
设置在处理器系统110的外面。

在数据处理系统101工作期间，无线键盘125将代表键盘特定键的射频
信号传送到处理系统110，具体地说传送到射频接收器系统120。射频接收器
系统120将射频信号转换为合适的键符，并将该键符送到CPU115进行处理。
CPU115可以将该键符送到显示单元135进行显示。

图2是根据本发明的无线键盘125的一个实施例的外形图。无线键盘125
具有盘体210和键帽子系统215，它包括一或多个键帽215a。盘体210可以
由塑料，例如注模热塑材料或其他类似材料制成。此外，键帽215a也可以由
热塑材料制成。

注意，无线键盘125的键盘功能在功能上和结构上可以与商用键盘相类
似，诸如纽约Armonk的IBM公司的101键键盘，华盛顿州Redmond的微软公
司的波浪形键盘，或者薄膜型键盘。此外，无线键盘125的尺寸例如约为46
厘米×18厘米×3厘米。

图3a是无线键盘125的键开关系统301的内部结构部件图。键开关系统
301包括键开关衬垫310、键开关印刷电路薄膜(键开关PCM)子系统315(包
括一或多个键开关印刷电路薄膜)以及金属板320。键开关衬垫包括键开关
315，它例如是薄膜键开关或机械键开关。注意，在另一个实施例中，键开关
PCM子系统315可以由键开关印刷电路板(键开关PCB)替换。此外，键开关
PCB可以结构成结合例如像铜薄膜之类的金属板320。

键开关衬垫310和键开关PCM子系统315可以由轻而柔性的塑料或其它
类似材料制成。金属板320例如可以由柔性或大体上刚性、尺寸为40厘米×
15厘米的金属材料制成。键开关325例如为薄膜键开关或机械键开关。每个
键开关325a与一个特定的键帽215a相联系，后者又与无线键盘125上的一
个特定的键符或功能相联系。

键开关衬垫310耦合到键开关PCM子系统315。组合的键开关衬垫310与
键开关PCM子系统315耦合到金属板，后者为无线键盘125的键开关系统101
提供结构上的刚性。金属板320还保护键开关PCM子系统315免遭静电放电
的损害。

此外，键开关PCM子系统315包括一系列的电触点。每个电触点为开路
状态，直至由一个特定的键开关325a将它闭合。当用户按下相关的键帽215
时，键开关325a将该电触点闭合。以下将进一步描述射频无线键盘125将表
示与特定键帽215a和键开关325a相关的字符或功能的射频信号发送到射频
接收器子系统120的过程。

图3b是根据本发明的一个射频发射器印刷电路板(射频发射器PCB)410
或一个射频发射器印刷电路薄膜(射频发射器PCM)的方框图。射频发射器
PCB410产生射频信号发射到接收器子系统120。射频发射器PCB410包括数字
处理电路350和具有两个输出端的小功率射频发射器电路360。在一个实施例
中，一个输出端是发射器PCB410的一个电气接地370。数字处理电路350耦
合到射频发射器电路360。

数字处理电路350包括键开关扫描器子系统352和键开关编码器子系统
354。射频发射器电路360包括调制器子系统362，还可以包括放大器子系统
364。扫描器子系统352耦合到键开关PCM子系统315和键开关编码器子系统
354。键开关编码器子系统354耦合到调制器子系统362。调制器子系统362
耦合到放大器子系统364。根据本发明，射频发射器电路360耦合到射频天线
系统。

在一个实施例中，无线键盘125操作期间，由扫描器子系统352扫描键
开关PCM子系统315，以检测因按下键帽215a而闭合的电触点。一旦检测到，
键开关编码器子系统354即产生一个与按下的键帽215a的字符或功能有关的
编码的数据信号。该编码的数据信号由调制器子系统362调制，由此可以作
为射频信号发射。在由射频天线系统发射之前，射频信号也可以由放大器子
系统364放大。注意，射频无线键盘125内的射频发射器PCB410以及其它电
气系统例如可以由两节1.5伏碱性或镍-镉电池供电。

图4a是根据本发明的无线键盘125内的一个射频天线系统401的一个实
施例的示意图。图4b是根据本发明的一个射频天线系统401的单独示意图。
射频天线系统401包括金属板320、天线导线415和连接器导线420。射频天
线系统401可以包括射频发射器PCB410。

天线导线415的第一端耦合到射频发射器PCB410的放大器子系统364的
输出端，第二端耦合到金属板320的第一端或第一部分。金属板320的第二
端或第二部分通过连接器导线420耦合到放大器子系统364的第二输出端，
它可以是射频发射器PCB410的接地端370。

天线导线415和金属板320形成了一个天线环，它耦合到放大器子系统364
的输出端。天线环的长度大致可相等于无线键盘125的长度，其宽度可以像
无线键盘125内的剩余空间(高度、长度和/或宽度)那样大。例如，该天线
环可以为40厘米长和2厘米宽。在另一个实施例中，天线环的长度和/或宽
度可以增大或缩小。

天线系统401的天线环产生一个磁场，按照电磁传播原理，射频信号由
此从射频发射器电路360发射到接收器子系统120。天线导线415与金属板320
之间的空间提供了一个较大的天线环表面，用以发射射频信号。

注意，在本发明的一个实施例中，射频天线系统401包括具有一匝的天
线导线415。在本发明的另一个实施例中，天线导线415可以有一匝以上。例
如，图4c表示天线导线415为两匝的一个天线环。天线导线415增加的匝数
扩大了天线环的表面积，增大了射频天线系统401的发射范围。此外注意，
在本发明的另一个实施例中，天线环可以卧放在与金属板320同一个几何平
面上，如图5a所示，或者处于任何其它的平面，例如图5b和5c所示。

图6a是根据本发明的第二个实施例的射频无线键盘125内的射频天线系
统403。图6b是根据本发明的射频天线系统403的第二个实施例的单独示意
图。注意，该天线系统403在功能上等效于天线系统401。

射频天线系统403包括第二个实施例的具有第一天线部分322a和第二天
线部分322b的金属板322、射频发射器PCB410以及连接导线420。射频天线
系统403也可以包括射频发射器PCB410。注意，第二个实施例的金属板322
在功能上和结构上都与上述金属板320相似。

第一天线部分322a和第二天线部分322b由同一金属板322形成，其间
形成一个切割空间322c。射频发射器电路360的放大器子系统364的一个输
出端经由连接线420耦合到第一天线部分322a。射频发射器电路360的放大
器子系统364的第二输出端(它可以是射频发射器PCB410的接地端370)耦
合到第二天线部分322b。

天线环由金属板322的第一天线部分322和第二天线部分322b形成。再
者，天线环的长度大致等效于无线键盘125的长度，其宽度可以像无线键盘125
内的剩余空间(高度、长度和/或宽度)那样大。天线环可以参照图5a，5b和
5c设置于任何平面。

第一天线部分322a和第二天线部分322c之间的切割空间322c提供较大
的天线环表面，以发射射频信号。再者，金属板可以切割成包含多于两个的
天线部分，形成具有两匝或多匝的切割空间，如图6c所示。如以上参照图4c
所述，附加的匝数扩大了天线环的表面积，增大了天线系统403的发射范围。
再者，由天线环发射的射频信号可以由接收器子系统120接收。

图7a是根据本发明第三个实施例的射频无线键盘125内的射频天线系统
405的示意图。图7b是该第三个实施例的射频天线系统405的单独示意图。
注意，该天线系统405与天线系统401相类似，这样就无需用大尺寸的天线
来发射来自无线键盘125的射频发射器电路360的射频信号。

该天线系统405包括第三个实施例的金属板324、射频发射器PCB410和
连接线420。注意，该第三个实施例的金属板324与金属板320相类似，它例
如用作天线系统部分，同时防止静电放电和提供结构上的刚性。射频发射器
电路360的放大器子系统364的输出经由连接线420直接耦合到金属板324。
金属板324与射频发射器PCB410之间没有接地连接。

天线系统405包括用作鞭状天线或偶极子天线的金属板324。天线系统405
的鞭状天线产生一个电场，根据电磁传播原理，射频信号由此发射到接收器
子系统120。

无线键盘125操作期间，当键帽215a被按下时，由射频发射器PCB产生
放大的射频信号，它表示与按下的键帽215a相关的键符或功能，如参照图3b
所示。射频信号沿着天线系统401、402、403的天线环(电流流动)或鞭状
天线(电压差)由放大器子系统364输出，作为由射频无线键盘125发射。
通过天线系统401、403、405发射的射频信号可以由接收器子系统120接收，
用以处理射频信号。

在本发明的一个实施例中，天线系统401、403、405被调谐以发射频率
为27兆赫的射频信号，尽管它也可以被调谐在发射功能上等效的其它频率上。
频率为27兆赫的发射射频信号形成约11米的波长。而常规的射频天线需要3
至6米的尺寸才能发射该射频信号，本发明的优点在于紧凑到可以装配在无
线键盘125内部而没有降低其性能。

本发明的天线系统401、403、405的优点在于采用无线键盘内现成的金
属板320、322、324作为射频天线系统的一部分，用以与接收器子系统120
通信。像现有的键盘元件用作天线系统401、403、405那样，综合金属板320、
322、324能有效地进行射频信号发射。再者，采用金属板320、322、324作
为天线系统401、403、405的一部分，由于键盘内存在金属板320、322、324，
可防止发射因过分衰减或干扰而失真的射频数据信号。注意，金属板320、322、
324可以有不同的几何形状并具有各种构造，而不脱离本发明的精神。

本发明还通过沿水平极化和垂直极化提供优良的辐射性能来提高天线的
效率。这样，即使射频发射器电路360或接收器子系统120并非平放在桌子
上，无线键盘125与接收器子系统120之间的射频信号连接质量仍保持高质
连接。天线系统401、403、405的另一优点在于接收器子系统120无需定制
的结构，而且可以简单地集成在台式或立式(tower)个人计算机内部。除了
高效以外，天线系统401、403、405还是紧凑的，由此可以安装在无线键盘125
的键盘盘体210内。

本发明的天线系统401、403、405的优点还在于采用了小功率的射频发
射器子系统364发射射频信号。尤其是，降低了无线键盘125的功耗，由此
增加了电池寿命。例如，天线系统401、403、405允许采用3.0伏的电源，
例如两节1.5伏的电池，其寿命比常规无线键盘内的6.0伏或更大的电源还
长。

尽管以上说明和描述了本发明的特定实施例和应用，应当理解本发明并
非局限于以上所述的精确结构和部件，对于本领域的熟练人员而言，在不脱
离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，还可以在上述本
发明的方法和设备的设计、操作和细节方面作出各种修改、变化和变换。