用于入耳式無(wú)線(xiàn)耳機(jī)的可折疊pcb板螺旋天線(xiàn)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了無(wú)線(xiàn)耳機(jī)天線(xiàn)【技術(shù)領(lǐng)域】的用于入耳式無(wú)線(xiàn)耳機(jī)的可折疊PCB板螺旋天線(xiàn)，它包括一天線(xiàn)PCB、一垂直于天線(xiàn)PCB的立方體PCB組和分別與天線(xiàn)PCB和立方體PCB組進(jìn)行相互連接的柔性PCB，該立方體PCB組由兩塊以上的硬性PCB豎向折疊組合形成立方體結(jié)構(gòu)，天線(xiàn)PCB與立方體PCB組之間形成距離保持不變的恒定間隙，恒定間隙有利于螺旋天線(xiàn)到接地面之間的耦合形成，這也有利于通過(guò)螺旋天線(xiàn)產(chǎn)生圓極化電磁波。本發(fā)明的螺旋天線(xiàn)非常適合入耳式耳機(jī)的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的倒F型天線(xiàn)具有相似功效和增益系數(shù)，與傳統(tǒng)的倒F型天線(xiàn)設(shè)計(jì)完全不同，螺旋天線(xiàn)下方的接地平面進(jìn)一步延伸，比四分之一波長(zhǎng)更長(zhǎng)，有助于提高螺旋天線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的輻射效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于入耳式無(wú)線(xiàn)耳機(jī)的可折疊PCB板螺旋天線(xiàn)
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)耳機(jī)天線(xiàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種螺旋天線(xiàn)，特別涉及用于入耳式無(wú)線(xiàn)耳機(jī)的可折疊PCB板螺旋天線(xiàn)。
[0003]【背景技術(shù)】
[0004]根據(jù)外形尺寸，大部分無(wú)線(xiàn)耳機(jī)可以分為入耳式、耳罩式或外掛式耳機(jī)。如今，
2.4GHz的藍(lán)牙方案是多媒體應(yīng)用中最受歡迎的無(wú)線(xiàn)解決方案，而陶瓷芯片天線(xiàn)或PCB直接印制倒F型天線(xiàn)則是天線(xiàn)設(shè)計(jì)中最容易的解決方案。無(wú)論陶瓷天線(xiàn)還是PIFA (PCB印制倒F型天線(xiàn))天線(xiàn)，它們均是根據(jù)RF載波有效發(fā)射和接收為四分之一波長(zhǎng)的原則而設(shè)計(jì)。陶瓷材料具有高介電常數(shù)的特性，可以使有效波長(zhǎng)縮短，有助于陶瓷天線(xiàn)的外形尺寸變得更小。然而，陶瓷天線(xiàn)的小型化并不意味著其沒(méi)有不良影響。隨著尺寸減小，陶瓷天線(xiàn)的輻射效率也降低。大部分陶瓷天線(xiàn)根據(jù)其尺寸獲得OdBi至4dBi的增益。通常而言，陶瓷天線(xiàn)的尺寸越短或越小，損耗會(huì)越多。陶瓷天線(xiàn)由于尺寸較小，損耗較高，通信范圍也將減少。
[0005]印制倒F形PCB天線(xiàn)的設(shè)計(jì)非常穩(wěn)健，但是其尺寸至少限制為30mm (四分之一波長(zhǎng))。它的性能通常與偶極天線(xiàn)相似，具有大約2dBi的增益。為了使輻射更加有效，天線(xiàn)需要長(zhǎng)于四分之一波長(zhǎng)的接地平面。這些與波長(zhǎng)相關(guān)的物理限制使產(chǎn)品尺寸縮小變得更加困難。
[0006]許多研究和文件涉及緊湊型倒F型天線(xiàn)的設(shè)計(jì)，減小倒F型天線(xiàn)外形尺寸的設(shè)計(jì)也是RF工程的一個(gè)共同課題。采用折測(cè)線(xiàn)的方法折疊輻射體長(zhǎng)度是縮短倒F型天線(xiàn)的常用方法。然而，輻射體折疊程度越高，天線(xiàn)的輻射效率和增益越低，它會(huì)影響到無(wú)線(xiàn)應(yīng)用性倉(cāng)泛。
[0007]耳罩式和外掛式耳機(jī)有足夠空間裝入陶瓷或PCB型天線(xiàn)，這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該不大。由于PIFA天線(xiàn)的PCB面積需要大約30毫米長(zhǎng)，入耳式耳機(jī)幾乎不能在產(chǎn)品殼體內(nèi)裝入如此大的天線(xiàn)。因?yàn)樘沾傻某叽缧?，很明顯入耳式耳機(jī)的解決方案為陶瓷天線(xiàn)。陶瓷芯片天線(xiàn)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是限制天線(xiàn)區(qū)域附近“非金屬”區(qū)的空間利用率。除了性能以外，該產(chǎn)品的無(wú)線(xiàn)通信范圍將降低。這些就是為什么陶瓷芯片天線(xiàn)不能幫助解決入耳式天線(xiàn)應(yīng)用的原因。
[0008]現(xiàn)本發(fā)明人研發(fā)出一種能夠解決上述問(wèn)題的可折疊PCB板螺旋天線(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是解決以上缺陷，提供用于入耳式無(wú)線(xiàn)耳機(jī)的可折疊PCB板螺旋天線(xiàn)，其與傳統(tǒng)的倒F型天線(xiàn)具有相似功效和增益系數(shù)。
[0010]螺旋天線(xiàn)是由金屬線(xiàn)或PCB走線(xiàn)的單導(dǎo)線(xiàn)組成并纏繞成螺旋的形狀。螺旋天線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)應(yīng)用中最常見(jiàn)的一種選擇，具有方便構(gòu)建、良好的物理強(qiáng)度和圓極化的優(yōu)點(diǎn)。圓極化天線(xiàn)也有助于減少方向接收問(wèn)題，有利于耳機(jī)的使用。[0011]多圈螺旋天線(xiàn)通常具有較高的電感效應(yīng)，高電感會(huì)產(chǎn)生高Q值，很容易使天線(xiàn)的諧振頻率與附近的人體或金屬物體失諧。為了避免上述問(wèn)題，本發(fā)明采用單匝線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)。
[0012]針對(duì)上述螺旋天線(xiàn)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的:
用于入耳式無(wú)線(xiàn)耳機(jī)的可折疊PCB板螺旋天線(xiàn)，它包括:
一天線(xiàn)PCB，該天線(xiàn)PCB為硬性電路板，其表面印制有倒F型天線(xiàn)和與倒F型天線(xiàn)連接的螺旋天線(xiàn)，本發(fā)明所述的螺旋天線(xiàn)為單匝線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，并設(shè)有與倒F型天線(xiàn)的RF饋電點(diǎn)平行的短路螺柱，短路螺柱用于減少螺旋天線(xiàn)的電阻抗，使螺旋天線(xiàn)具有有效的輻射和接收能力，同時(shí)用于與需要的無(wú)線(xiàn)頻段進(jìn)行諧振。本發(fā)明通過(guò)短路螺柱結(jié)合倒F型天線(xiàn)的方法來(lái)匹配新的螺旋天線(xiàn)。
[0013]本發(fā)明的內(nèi)容還包括一垂直于天線(xiàn)PCB的立方體PCB組，該立方體PCB組由兩塊以上的硬性PCB豎向折疊組合形成立方體結(jié)構(gòu)，從電氣角度而言，立方體PCB組的硬性PCB分別通過(guò)銅引線(xiàn)和銅層進(jìn)行裝配，從而使立方體PCB組形成堅(jiān)實(shí)的金屬體。立方體PCB組的頂面為平整面，立方體PCB組位于螺旋天線(xiàn)的邊緣下方，各硬性PCB之間的接地端均通過(guò)柔性電路板進(jìn)行連接。該立方體PCB組包含基帶硬件電路和射頻電路，基帶硬件電路和射頻電路的接地端共同形成地線(xiàn)層。另外還包括柔性PCB，柔性PCB分別與天線(xiàn)PCB和立方體PCB組進(jìn)行相互連接，柔性PCB的一端分別與立方體PCB組的地線(xiàn)層連接，其另一端直接與天線(xiàn)PCB連接，短路螺柱和倒F型天線(xiàn)的RF饋電點(diǎn)分別通過(guò)柔性PCB的引線(xiàn)直接連接至立方體PCB組，使天線(xiàn)PCB的螺旋天線(xiàn)直接接地。
[0014]傳統(tǒng)的倒F型天線(xiàn)具有與接地平面平行的四分之一波長(zhǎng)的輻射體，它在輻射體和接地平面之間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)耦合。由于電場(chǎng)耦合的影響，形成了 RF饋電點(diǎn)傳輸?shù)膶?dǎo)行電磁波并在輻射體周?chē)袘?yīng)出電場(chǎng)。電場(chǎng)感應(yīng)機(jī)制形成了自由空間電磁波的傳播機(jī)制。所有傳輸機(jī)制基于共面設(shè)計(jì)，也就是一切都在平面上，這也限制了其應(yīng)用到入耳式無(wú)線(xiàn)設(shè)備上。
[0015]本發(fā)明試圖模擬倒F型天線(xiàn)電場(chǎng)耦合機(jī)制的相同效果，在螺旋天線(xiàn)和其下金屬接地之間保持恒定間隙。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在螺旋天線(xiàn)下的立方體PCB組需要保持平整。天線(xiàn)PCB與立方體PCB組之間形成距離保持不變的恒定間隙，恒定間隙有利于螺旋天線(xiàn)到接地面之間的耦合形成，這也有利于通過(guò)螺旋天線(xiàn)產(chǎn)生圓極化電磁波。
[0016]它與傳統(tǒng)的共面倒F型天線(xiàn)設(shè)計(jì)完全不同。入耳式耳機(jī)有附加導(dǎo)線(xiàn)連接至揚(yáng)聲器的另一側(cè)形成立體聲系統(tǒng)。通過(guò)利用這些導(dǎo)線(xiàn)，螺旋天線(xiàn)下方的接地平面通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)一步延伸，比四分之一波長(zhǎng)更長(zhǎng)，有助于提高天線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的輻射效率。
[0017]上述技術(shù)方案中，更為優(yōu)選的方案為:該恒定間隙的高度大于5_。
[0018]上述技術(shù)方案中，更為優(yōu)選的方案為:該射頻電路包括Pi型網(wǎng)絡(luò)匹配電路或者T型網(wǎng)絡(luò)匹配電路，Pi型網(wǎng)絡(luò)匹配電路或者T型網(wǎng)絡(luò)匹配電路用于將電阻轉(zhuǎn)換到50歐姆并加寬整個(gè)螺旋天線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度。由于短路螺柱的存在，螺旋天線(xiàn)電阻的電阻部分仍低于50歐姆，因此需要附加Pi型網(wǎng)絡(luò)匹配電路或者T型網(wǎng)絡(luò)匹配電路將電阻轉(zhuǎn)換到50歐姆并加寬整個(gè)螺旋天線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度。
[0019]本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果如下:
1)本發(fā)明的螺旋天線(xiàn)非常適合入耳式耳機(jī)的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的倒F型天線(xiàn)具有相似功效和增益系數(shù)；
2)與傳統(tǒng)的倒F型天線(xiàn)設(shè)計(jì)完全不同，螺旋天線(xiàn)下方的接地平面進(jìn)一步延伸，比四分之一波長(zhǎng)更長(zhǎng)，有助于提高螺旋天線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的輻射效率；
3)螺旋天線(xiàn)和立方體PCB組之間的恒定間隙有利于螺旋天線(xiàn)到接地面之間的耦合形成，這也有利于通過(guò)螺旋線(xiàn)產(chǎn)生圓極化電磁波；
4)增設(shè)短路螺柱的結(jié)構(gòu)可幫助減少螺旋天線(xiàn)的電阻抗；
5)立方體PCB組形成一地線(xiàn)層，使其厚度尺寸更大，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)只是由一個(gè)平面PCB構(gòu)成地線(xiàn)層，形成薄的平面設(shè)計(jì)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖；
圖4為傳統(tǒng)倒F型天線(xiàn)和新發(fā)明螺旋天線(xiàn)的傳輸功率輻射比較圖；
圖1?圖3中，I為天線(xiàn)PCB，2為柔性PCB，3為USB充電接口，4為立方體PCB組，5為恒定間隙；
101為倒F型天線(xiàn)，102為螺旋天線(xiàn)，103為RF饋電點(diǎn)，104為短路螺柱；
401為硬性PCB —，402為硬性PCB 二，403為硬性PCB三，404為柔性電路板，405為銅引線(xiàn)插腳；
圖4中，A為傳統(tǒng)倒F型天線(xiàn)的傳輸功率輻射圖，B為新發(fā)明螺旋天線(xiàn)的傳輸功率輻射圖。
[0021]
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023]本實(shí)施例，參照?qǐng)D1?圖3，其【具體實(shí)施方式】包括一天線(xiàn)PCBl、一垂直于天線(xiàn)PCBl的立方體PCB組4和用于連接天線(xiàn)PCBl和立方體PCB組4的柔性PCB2。
[0024]其中，該天線(xiàn)PCBl為硬性電路板，其表面印制有倒F型天線(xiàn)101和與倒F型天線(xiàn)101連接的螺旋天線(xiàn)102，并設(shè)有與倒F型天線(xiàn)101的RF饋電點(diǎn)103平行的短路螺柱104。如圖1所示，天線(xiàn)PCBl的表面還設(shè)置有用于接入耳式耳機(jī)天線(xiàn)進(jìn)行充電的小型USB充電接口 3。本實(shí)施例的螺旋天線(xiàn)102為單匝線(xiàn)圈，突破了將單匝線(xiàn)圈作為螺旋天線(xiàn)102用于入耳式耳機(jī)的無(wú)線(xiàn)應(yīng)用。
[0025]本實(shí)施例的立方體PCB組4由三塊硬性PCB豎向折疊組合形成立方體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，本實(shí)施例的三塊硬性PCB均同向排列，且相互處于平行狀態(tài)，分別為硬性PCB — 401、硬性PCB 二 402和硬性PCB三403，如圖3所示展開(kāi)后各硬性PCB之間的接地端均通過(guò)柔性電路板404進(jìn)行連接，本實(shí)施例所述的柔性電路板404與柔性PCB2的含義一樣，其所起的作用也是一樣的，主要用于接地端的連接。硬性PCB — 401的表面焊接有若干個(gè)用于與入耳式耳機(jī)進(jìn)行焊接的銅引線(xiàn)插腳405，銅引線(xiàn)插腳405從硬性PCB — 401的表面引出并折彎后向下延伸，與傳統(tǒng)的倒F型天線(xiàn)101設(shè)計(jì)完全不同，螺旋天線(xiàn)102下方的接地平面進(jìn)一步延伸，比四分之一波長(zhǎng)更長(zhǎng)，有助于提高螺旋天線(xiàn)102網(wǎng)絡(luò)的輻射效率。銅引線(xiàn)插腳405也就是硬性PCB的接地端。由于立方體PCB組4的硬性PCB分別通過(guò)銅引線(xiàn)和銅層進(jìn)行裝配，從而使立方體PCB組4形成堅(jiān)實(shí)的金屬體，各硬性PCB組成的頂面為平整面，金屬體位于螺旋天線(xiàn)102的邊緣下方。如圖2所示，本實(shí)施例的硬性PCB共設(shè)有兩塊，分別為硬性PCB 一 401和硬性PCB 二 402，其均豎向設(shè)置，且相互處于相鄰的垂直狀態(tài)。本實(shí)施例中，立方體PCB組4的硬性PCB中包含基帶硬件電路和射頻電路，基帶硬件電路和射頻電路的接地端共同形成地線(xiàn)層。該射頻電路包括Pi型網(wǎng)絡(luò)匹配電路，Pi型網(wǎng)絡(luò)匹配電路用于將電阻轉(zhuǎn)換到50歐姆并加寬整個(gè)螺旋天線(xiàn)102網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度。
[0026]柔性PCB2的一端分別與立方體PCB組4的地線(xiàn)層連接，其另一端直接與天線(xiàn)PCBl連接，短路螺柱104和倒F型天線(xiàn)101的RF饋電點(diǎn)103分別通過(guò)柔性PCB2的引線(xiàn)直接連接至立方體PCB組4，使天線(xiàn)PCBl的螺旋天線(xiàn)102直接接地。如圖2和圖3所述，本實(shí)施例中倒F型天線(xiàn)101的RF饋電點(diǎn)103和短路螺柱104分別通過(guò)柔性PCB2電性延伸至立方體PCB組4的硬性PCB。
[0027]另外，天線(xiàn)PCBl與立方體PCB組4之間形成距離保持不變的恒定間隙5，該恒定間隙5的高度大于5_。恒定間隙5有利于螺旋天線(xiàn)102到接地面之間的耦合形成，這也有利于通過(guò)螺旋天線(xiàn)102產(chǎn)生圓極化電磁波。
[0028]如圖4所示，圖中，A為傳統(tǒng)倒F型天線(xiàn)101的傳輸功率輻射圖，B為新發(fā)明螺旋天線(xiàn)102的傳輸功率輻射圖，傳統(tǒng)倒F型天線(xiàn)101和新發(fā)明螺旋天線(xiàn)102間的發(fā)送功率平均差別在0.5dB以?xún)?nèi)。這也意味著，新發(fā)明的螺旋天線(xiàn)102具有相似功效和增益系數(shù)，非常適合入耳式耳機(jī)的應(yīng)用。
[0029]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于入耳式無(wú)線(xiàn)耳機(jī)的可折疊PCB板螺旋天線(xiàn)，其特征在于，它包括: 一天線(xiàn)PCB，該天線(xiàn)PCB為硬性電路板，其表面印制有倒F型天線(xiàn)和與倒F型天線(xiàn)連接的螺旋天線(xiàn)，并設(shè)有與倒F型天線(xiàn)的RF饋電點(diǎn)平行的短路螺柱，短路螺柱用于減少螺旋天線(xiàn)的電阻抗，使螺旋天線(xiàn)具有有效的輻射和接收能力，同時(shí)用于與需要的無(wú)線(xiàn)頻段進(jìn)行諧振； 一垂直于天線(xiàn)PCB的立方體PCB組，該立方體PCB組由兩塊以上的硬性PCB豎向折疊組合形成立方體結(jié)構(gòu)，立方體PCB組的硬性PCB分別通過(guò)銅引線(xiàn)和銅層進(jìn)行裝配，從而使立方體PCB組形成堅(jiān)實(shí)的金屬體，立方體PCB組的頂面為平整面，立方體PCB組位于螺旋天線(xiàn)的邊緣下方,各硬性PCB之間的接地端均通過(guò)柔性電路板進(jìn)行連接,該立方體PCB組包含基帶硬件電路和射頻電路，基帶硬件電路和射頻電路的接地端共同形成地線(xiàn)層； 分別與天線(xiàn)PCB和立方體PCB組進(jìn)行相互連接的柔性PCB，柔性PCB的一端分別與立方體PCB組的地線(xiàn)層連接，其另一端直接與天線(xiàn)PCB連接，短路螺柱和倒F型天線(xiàn)的RF饋電點(diǎn)分別通過(guò)柔性PCB的引線(xiàn)直接連接至立方體PCB組，使天線(xiàn)PCB的螺旋天線(xiàn)直接接地； 天線(xiàn)PCB與立方體PCB組之間形成距離保持不變的恒定間隙，恒定間隙有利于螺旋天線(xiàn)到接地面之間的耦合形成，這也有利于通過(guò)螺旋天線(xiàn)產(chǎn)生圓極化電磁波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于入耳式無(wú)線(xiàn)耳機(jī)的可折疊PCB板螺旋天線(xiàn)，其特征在于:該恒定間隙的高度大于5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述用于入耳式無(wú)線(xiàn)耳機(jī)的可折疊PCB板螺旋天線(xiàn)，其特征在于:該射頻電路包括Pi型網(wǎng)絡(luò)匹配電路或者T型網(wǎng)絡(luò)匹配電路，Pi型網(wǎng)絡(luò)匹配電路或者T型網(wǎng)絡(luò)匹配電路用于將電阻轉(zhuǎn)換到50歐姆并加寬整個(gè)螺旋天線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK103943948SQ201410139680
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】楊少聰, 林文泰, 陳杰斌 申請(qǐng)人:中名(東莞)電子有限公司