包括集成天線的照明設備和燈具的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及包括集成天線的照明設備。本發(fā)明進一步涉及包括照明設備的燈具。
【背景技術】
[0002]對于室內(nèi)應用和室外應用兩者而言，光源的遠程管理越來越流行。智能照明已經(jīng)變得廣泛普及，并且RF通信是要用于對燈的這一遠程管理的強大技術，特別是對家庭和辦公室環(huán)境而言。趨勢已經(jīng)移動向通過向照明設備發(fā)送RF控制信號直接控制光源或者照明設備(例如燈的可交換元件)，而不是控制向燈的功率供應。
[0003]包括通信電路的這種光源的一個示例可以在已公開的專利申請US2012/0274208A1中找到，其涉及包括用于產(chǎn)生光的光源(例如LED)的諸如替換照明設備之類的照明設備。該照明設備進一步包括散熱器，散熱器由具有低于0.01 Ωπι的電阻率的材料制成(例如金屬散熱器)，是殼體的一部分并且將熱量從光源傳走。連接到天線的射頻通信電路用于實現(xiàn)RF信號通信(例如以經(jīng)由遠程控制來控制設備)。天線被設置為在散熱器外部相距至少2mm。
[0004]這一照明設備的問題是已知光源中的裝置的通信效率不是最優(yōu)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供具有連接到天線的通信電路的照明設備，其中通信效率得到改善。
[0006]本發(fā)明的第一方面提供照明設備。本發(fā)明的第二方面提供燈具。有利的實施例在從屬實施例中限定。
[0007]依照本發(fā)明的第一方面的照明設備包括熱連接到散熱器的光發(fā)射器。照明設備進一步包括耦合到散熱器的通信電路，以用于發(fā)送和/或接收通信信號。散熱器導電并且包括開口，該開口具有用于組成用于特定頻率的孔徑天線的尺寸，以用于經(jīng)由散熱器有方向地發(fā)送和/或接收特定頻率的通信信號。天線發(fā)射(和接收)具有輻射分布的通信信號，該輻射分布通常為全方向輻射分布，以允許天線周圍寬范圍內(nèi)的通信。偶極天線是天線的示例，其通常用于照明設備并且具有這種全方向輻射分布一一實際上在偶極天線周圍的大致環(huán)圈形的輻射分布。因為散熱器導電并且因為根據(jù)本發(fā)明的照明設備通常用于被包圍的環(huán)境中，例如用于建筑物的天花板中或者燈具中，全方向通信信號中的很多信號可以由散熱器或者其它周圍元件遮蔽，這顯著減少了通信效率。與例如上述偶極天線相比，孔徑天線具有完全不同的輻射分布。根據(jù)本發(fā)明的照明設備包括孔徑天線，并且孔徑天線的使用保證了通信效率可以顯著增加。與很多其它類型的天線相比，孔徑天線具有方向性輻射特性，其中大部分的通信信號從孔徑被導向走。這一方向性輻射特性可以由照明設備的設計者用于將通信信號從散熱器導向走并且從任何其它周圍和阻擋元件導向走，這減少了通信信號的損耗并且因此改善了通信的效率。
[0008]如上文已經(jīng)提到的那樣，根據(jù)本發(fā)明的照明設備通常由例如燈具中的某種殼體包圍。這種殼體還可以(居于遮蔽通信信號的一部分之后)限制空氣經(jīng)過散熱器的流動，并且因此限制從散熱器向環(huán)境的熱量流動。從散熱器向殼體中的環(huán)境的重要熱量流動緊挨著在殼體的光發(fā)射開口處，照明設備從該光發(fā)射開口發(fā)射光。在已知的照明設備中，散熱器被設置為距離延伸的天線至少2mm遠，從而定位成遠離殼體的光發(fā)射開口，這可以減少經(jīng)由光發(fā)射開口從散熱器到環(huán)境的熱量流動。在根據(jù)本發(fā)明的照明設備中，天線是孔徑天線，該孔徑天線主要包括在散熱器中具有預定義尺寸的開口。這種裝置使得散熱器能夠靠近殼體或者燈具的光發(fā)射開口延伸，并且因此實現(xiàn)經(jīng)由光發(fā)射開口的從散熱器到環(huán)境中的相對良好的熱量流動。因此，居于在根據(jù)本發(fā)明的照明設備中具有孔徑天線的方向性輻射分布之后，這一照明設備還可以改善照明設備中的散熱器的效率，從而允許根據(jù)本發(fā)明的照明設備的光發(fā)射功率的增加。
[0009]已公開的英國專利申請GB2483113公開的是，照明設備可以包括電路，該電路包括用于與遠程設備通信的通信電路。這一已公開的專利申請進一步公開的是，散熱器被設置為充當用于通信電路的天線。然而，這一已公開的專利申請中未公開的是應該如何配置散熱器使得其充當用于通信電路的天線。在根據(jù)本發(fā)明的照明設備中，散熱器包括開口，該開口具有用于組成孔徑天線的尺寸。
[0010]W02012150589A1公開了與照明設備組合的天線。天線606被包圍在殼體604中。殼體604具有開口，以允許由天線606發(fā)射的信號離開殼體604。然而，天線606本身在半球616內(nèi)發(fā)射輻射(第14頁，第10行至第14行)。這一天線606不激發(fā)殼體604再發(fā)射輻射。
[0011]US2012/0293652公開了具有集成熱散布器的LED模塊。天線114被放置在熱散布器104內(nèi)。然而，其沒有表達天線激發(fā)熱散布器104再發(fā)射輻射。
[0012]US2012/0300453公開了 LED燈泡。中空光轉(zhuǎn)移部件70可以充當信號收發(fā)器。然而，這一中空部件70由諸如陶瓷材料之類的電介質(zhì)制造(第0032段)。因此，本領域技術人員可以理解的是，其功能僅是引導輻射。電介質(zhì)部件70不能被初級天線激發(fā)從而生成電場以便單獨地發(fā)射經(jīng)改善的輻射。
[0013]相比之下，在根據(jù)本發(fā)明的照明設備的實施例中，通信電路連接到初級輻射器，該初級輻射器至少部分地由散熱器圍繞并且發(fā)送和/或接收特定頻率處的通信信號以將表示通信信號的電場感應到孔徑天線中。當散熱器中的開口的尺寸被設計為使得開口充當用于特定頻率的孔徑天線時，在開口附近由初級輻射器發(fā)射的基本頻率的任何信號將在開口內(nèi)感應電場?？玳_口的這種電場使得開口根據(jù)孔徑天線的輻射特性有方向地再發(fā)射通信信號。初級輻射器可以例如是被設置在散熱器內(nèi)的天線，或者可以例如包括將信號直接饋送到孔徑天線的開口中的饋送線。這種饋送線可以例如是微帶線或者波導。在其中初級輻射器是天線的實施例中，初級輻射器可以例如包括相對高的邊緣場。初級輻射器的邊緣場是散布到圍繞初級輻射器的電介質(zhì)材料中的泄漏場。當使用具有相對高的邊緣場的初級輻射器時的益處是對孔徑的激發(fā)可以間接通過接近耦合實現(xiàn)。初級輻射器可以例如是電連接到通信電路并且位于散熱器內(nèi)靠近開口的偶極天線。當這一偶極天線發(fā)射特定頻率的通信信號時，電場將在開口中被感應，該開口隨后將充當孔徑天線并且將通信信號從開口再發(fā)射走并且從根據(jù)本發(fā)明的照明設備再發(fā)射走。備選地，初級輻射器可以是平面反相場天線(進一步地還表示為PIFA)或者貼片天線，這些通常是具有相對高的邊緣場的天線。甚至進一步備選地，初級輻射器可以是微帶線或者波導。這種微帶或者波導組成用于對孔徑的直接激發(fā)的饋送線或者傳輸線。
[0014]在根據(jù)本發(fā)明的照明設備中，孔徑天線的開口的外邊沿具有基本上等于Ν*( λ/4)的尺寸，Ν是整數(shù)并且λ是特定頻率的通信信號的波長。在散熱器中具有開口(該開口具有外邊沿，該外邊沿具有基本上等于Ν*( λ/4)的尺寸)保證了開口對于特定頻率的通信信號敏感，使得電場可以在開口內(nèi)生成?？讖教炀€的開口的精確形狀可以確定預定義頻率的所發(fā)射的(和接收的)通信信號的偏振。孔徑天線的邊沿的尺寸可以稍微偏離限定的尺寸一一因此，尺寸基本上等于N* ( λ /4)?？梢源嬖趶倪@一精確邊沿尺寸的小偏離，以增加孔徑天線的帶寬，從而使得孔徑天線對通信信號的范圍敏感。通常，無線通信在所謂的通信帶上進行。例如，對于照明設備中的無線通信而言眾所周知的標準Zigbee具有16個信道，在這些信道上可以傳輸范圍從2.405GHz到2.480GHz的數(shù)據(jù)。單個孔徑天線優(yōu)選地能夠經(jīng)由這些不同的信道中的每個信道通信，并且因此孔徑天線的總帶寬可以足夠?qū)捯愿采w這一頻帶。因此，可以選擇從精確的Ν*(λ/4)邊沿尺寸的偏離以覆蓋所有Zigbee信道。
[0015]在照明設備的實施例中，連接到散熱器中的開口的邊沿的內(nèi)表面被成形為將通信信號從初級輻射器引導到孔徑天線。因此，開口與內(nèi)表面一起組成了到散熱器中的凹部。在這種實施例中，連接到邊沿的內(nèi)表面是(開端式)波導，該波導充當用于依賴于開口的尺寸的特定頻率的孔徑天線。在照明設備的實施例中，由開口和內(nèi)表面形成的凹部的橫截面具有與孔徑天線的開口的邊沿的形狀相同的形狀一一橫