包括集成天線的照明設(shè)備和燈具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括集成天線的照明設(shè)備。本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括照明設(shè)備的燈具。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于室內(nèi)應(yīng)用和室外應(yīng)用兩者而言，光源的遠(yuǎn)程管理越來(lái)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(duì)燈的這一遠(yuǎn)程管理的強(qiáng)大技術(shù)，特別是對(duì)家庭和辦公室環(huán)境而言。趨勢(shì)已經(jīng)移動(dòng)向通過(guò)向照明設(shè)備發(fā)送RF控制信號(hào)直接控制光源或者照明設(shè)備(例如燈的可交換元件)，而不是控制向燈的功率供應(yīng)。
[0003]包括通信電路的這種光源的一個(gè)示例可以在已公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)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(shè)備之類(lèi)的照明設(shè)備。該照明設(shè)備進(jìn)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(shí)現(xiàn)RF信號(hào)通信(例如以經(jīng)由遠(yuǎn)程控制來(lái)控制設(shè)備)。天線被設(shè)置為在散熱器外部相距至少2mm。
[0004]這一照明設(shè)備的問(wèn)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(shè)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(shè)備。本發(fā)明的第二方面提供燈具。有利的實(shí)施例在從屬實(shí)施例中限定。
[0007]依照本發(fā)明的第一方面的照明設(shè)備包括熱連接到散熱器的光發(fā)射器。照明設(shè)備進(jìn)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(hào)。散熱器導(dǎo)電并且包括開(kāi)口，該開(kāi)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(hào)。天線發(fā)射(和接收)具有輻射分布的通信信號(hào)，該輻射分布通常為全方向輻射分布，以允許天線周?chē)鷮挿秶鷥?nèi)的通信。偶極天線是天線的示例，其通常用于照明設(shè)備并且具有這種全方向輻射分布一一實(shí)際上在偶極天線周?chē)拇笾颅h(huán)圈形的輻射分布。因?yàn)樯崞鲗?dǎo)電并且因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的照明設(shè)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(hào)中的很多信號(hào)可以由散熱器或者其它周?chē)诒危@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(shè)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(lèi)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(hào)從孔徑被導(dǎo)向走。這一方向性輻射特性可以由照明設(shè)備的設(shè)計(jì)者用于將通信信號(hào)從散熱器導(dǎo)向走并且從任何其它周?chē)妥钃踉?dǎo)向走，這減少了通信信號(hào)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(shè)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(hào)的一部分之后)限制空氣經(jīng)過(guò)散熱器的流動(dòng)，并且因此限制從散熱器向環(huán)境的熱量流動(dòng)。從散熱器向殼體中的環(huán)境的重要熱量流動(dòng)緊挨著在殼體的光發(fā)射開(kāi)口處，照明設(shè)備從該光發(fā)射開(kāi)口發(fā)射光。在已知的照明設(shè)備中，散熱器被設(shè)置為距離延伸的天線至少2mm遠(yuǎn)，從而定位成遠(yuǎn)離殼體的光發(fā)射開(kāi)口，這可以減少經(jīng)由光發(fā)射開(kāi)口從散熱器到環(huán)境的熱量流動(dòng)。在根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)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(yù)定義尺寸的開(kāi)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(kāi)口延伸，并且因此實(shí)現(xiàn)經(jīng)由光發(fā)射開(kāi)口的從散熱器到環(huán)境中的相對(duì)良好的熱量流動(dòng)。因此，居于在根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備中具有孔徑天線的方向性輻射分布之后，這一照明設(shè)備還可以改善照明設(shè)備中的散熱器的效率，從而允許根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的光發(fā)射功率的增加。
[0009]已公開(kāi)的英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)GB2483113公開(kāi)的是，照明設(shè)備可以包括電路，該電路包括用于與遠(yuǎn)程設(shè)備通信的通信電路。這一已公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)一步公開(kāi)的是，散熱器被設(shè)置為充當(dāng)用于通信電路的天線。然而，這一已公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)中未公開(kāi)的是應(yīng)該如何配置散熱器使得其充當(dāng)用于通信電路的天線。在根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備中，散熱器包括開(kāi)口，該開(kāi)口具有用于組成孔徑天線的尺寸。
[0010]W02012150589A1公開(kāi)了與照明設(shè)備組合的天線。天線606被包圍在殼體604中。殼體604具有開(kāi)口，以允許由天線606發(fā)射的信號(hào)離開(kāi)殼體604。然而，天線606本身在半球616內(nèi)發(fā)射輻射(第14頁(yè)，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(kāi)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(méi)有表達(dá)天線激發(fā)熱散布器104再發(fā)射輻射。
[0012]US2012/0300453公開(kāi)了 LED燈泡。中空光轉(zhuǎn)移部件70可以充當(dāng)信號(hào)收發(fā)器。然而，這一中空部件70由諸如陶瓷材料之類(lèi)的電介質(zhì)制造(第0032段)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，其功能僅是引導(dǎo)輻射。電介質(zhì)部件70不能被初級(jí)天線激發(fā)從而生成電場(chǎng)以便單獨(dú)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(shè)備的實(shí)施例中，通信電路連接到初級(jí)輻射器，該初級(jí)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(hào)以將表示通信信號(hào)的電場(chǎng)感應(yīng)到孔徑天線中。當(dāng)散熱器中的開(kāi)口的尺寸被設(shè)計(jì)為使得開(kāi)口充當(dāng)用于特定頻率的孔徑天線時(shí)，在開(kāi)口附近由初級(jí)輻射器發(fā)射的基本頻率的任何信號(hào)將在開(kāi)口內(nèi)感應(yīng)電場(chǎng)?？玳_(kāi)口的這種電場(chǎng)使得開(kāi)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(hào)。初級(jí)輻射器可以例如是被設(shè)置在散熱器內(nèi)的天線，或者可以例如包括將信號(hào)直接饋送到孔徑天線的開(kāi)口中的饋送線。這種饋送線可以例如是微帶線或者波導(dǎo)。在其中初級(jí)輻射器是天線的實(shí)施例中，初級(jí)輻射器可以例如包括相對(duì)高的邊緣場(chǎng)。初級(jí)輻射器的邊緣場(chǎng)是散布到圍繞初級(jí)輻射器的電介質(zhì)材料中的泄漏場(chǎng)。當(dāng)使用具有相對(duì)高的邊緣場(chǎng)的初級(jí)輻射器時(shí)的益處是對(duì)孔徑的激發(fā)可以間接通過(guò)接近耦合實(shí)現(xiàn)。初級(jí)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(kāi)口的偶極天線。當(dāng)這一偶極天線發(fā)射特定頻率的通信信號(hào)時(shí)，電場(chǎng)將在開(kāi)口中被感應(yīng)，該開(kāi)口隨后將充當(dāng)孔徑天線并且將通信信號(hào)從開(kāi)口再發(fā)射走并且從根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備再發(fā)射走。備選地，初級(jí)輻射器可以是平面反相場(chǎng)天線(進(jìn)一步地還表示為PIFA)或者貼片天線，這些通常是具有相對(duì)高的邊緣場(chǎng)的天線。甚至進(jìn)一步備選地，初級(jí)輻射器可以是微帶線或者波導(dǎo)。這種微帶或者波導(dǎo)組成用于對(duì)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(shè)備中，孔徑天線的開(kāi)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(hào)的波長(zhǎng)。在散熱器中具有開(kāi)口(該開(kāi)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(kāi)口對(duì)于特定頻率的通信信號(hào)敏感，使得電場(chǎng)可以在開(kāi)口內(nèi)生成?？讖教炀€的開(kāi)口的精確形狀可以確定預(yù)定義頻率的所發(fā)射的(和接收的)通信信號(hào)的偏振?？讖教炀€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(duì)通信信號(hào)的范圍敏感。通常，無(wú)線通信在所謂的通信帶上進(jìn)行。例如，對(duì)于照明設(shè)備中的無(wú)線通信而言眾所周知的標(biāo)準(zhǔn)Zigbee具有16個(gè)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(gè)孔徑天線優(yōu)選地能夠經(jīng)由這些不同的信道中的每個(gè)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(shè)備的實(shí)施例中，連接到散熱器中的開(kāi)口的邊沿的內(nèi)表面被成形為將通信信號(hào)從初級(jí)輻射器引導(dǎo)到孔徑天線。因此，開(kāi)口與內(nèi)表面一起組成了到散熱器中的凹部。在這種實(shí)施例中，連接到邊沿的內(nèi)表面是(開(kāi)端式)波導(dǎo)，該波導(dǎo)充當(dāng)用于依賴(lài)于開(kāi)口的尺寸的特定頻率的孔徑天線。在照明設(shè)備的實(shí)施例中，由開(kāi)口和內(nèi)表面形成的凹部的橫截面具有與孔徑天線的開(kāi)口的邊沿的形狀相同的形狀一一橫