用于入耳式無線耳機(jī)的可折疊pcb板螺旋天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了無線耳機(jī)天線【技術(shù)領(lǐng)域】的用于入耳式無線耳機(jī)的可折疊PCB板螺旋天線，它包括一天線PCB、一垂直于天線PCB的立方體PCB組和分別與天線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到接地面之間的耦合形成，這也有利于通過螺旋天線產(chǎn)生圓極化電磁波。本實(shí)用新型的螺旋天線非常適合入耳式耳機(jī)的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的倒F型天線具有相似功效和增益系數(shù)，與傳統(tǒng)的倒F型天線設(shè)計(jì)完全不同，螺旋天線下方的接地平面進(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網(wǎng)絡(luò)的輻射效率。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及無線耳機(jī)天線【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種螺旋天線，特別涉及用于 入耳式無線耳機(jī)的可折疊PCB板螺旋天線。 用于入耳式無線耳機(jī)的可折疊 PCB板螺旋天線

【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)外形尺寸，大部分無線耳機(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)用中最受歡迎的無線解決方案，而陶瓷芯片天線或PCB直接 印制倒F型天線則是天線設(shè)計(jì)中最容易的解決方案。無論陶瓷天線還是PIFA (PCB印制倒 F型天線)天線，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，有助于陶瓷天線的外形尺寸變得更小。 然而，陶瓷天線的小型化并不意味著其沒有不良影響。隨著尺寸減小，陶瓷天線的輻射效率 也降低。大部分陶瓷天線根據(jù)其尺寸獲得OdBi至4dBi的增益。通常而言，陶瓷天線的尺 寸越短或越小，損耗會(huì)越多。陶瓷天線由于尺寸較小，損耗較高，通信范圍也將減少。
[0003] 印制倒F形PCB天線的設(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相似，具有大約2dBi的增益。為了使輻射更加有效，天線需 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。
[0004] 許多研究和文件涉及緊湊型倒F型天線的設(shè)計(jì)，減小倒F型天線外形尺寸的設(shè)計(jì) 也是RF工程的一個(gè)共同課題。采用折測(cè)線的方法折疊輻射體長(zhǎng)度是縮短倒F型天線的常 用方法。然而，輻射體折疊程度越高，天線的輻射效率和增益越低，它會(huì)影響到無線應(yīng)用性 能。
[0005] 耳罩式和外掛式耳機(jī)有足夠空間裝入陶瓷或PCB型天線，這個(gè)問題應(yīng)該不大。由 于PIFA天線的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。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。陶瓷芯片天線 的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是限制天線區(qū)域附近"非金屬"區(qū)的空間利用率。除了性能以外，該產(chǎn)品的無線 通信范圍將降低。這些就是為什么陶瓷芯片天線不能幫助解決入耳式天線應(yīng)用的原因。
[0006] 現(xiàn)本實(shí)用新型人研發(fā)出一種能夠解決上述問題的可折疊PCB板螺旋天線。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0007] 本實(shí)用新型的目的是解決以上缺陷，提供用于入耳式無線耳機(jī)的可折疊PCB板螺 旋天線，其與傳統(tǒng)的倒F型天線具有相似功效和增益系數(shù)。
[0008] 螺旋天線是由金屬線或PCB走線的單導(dǎo)線組成并纏繞成螺旋的形狀。螺旋天線是 無線應(yīng)用中最常見的一種選擇，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 線也有助于減少方向接收問題，有利于耳機(jī)的使用。
[0009] 多圈螺旋天線通常具有較高的電感效應(yīng)，高電感會(huì)產(chǎn)生高Q值，很容易使天線的 諧振頻率與附近的人體或金屬物體失諧。
[0010] 針對(duì)上述螺旋天線所存在的問題，本實(shí)用新型是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 用于入耳式無線耳機(jī)的可折疊PCB板螺旋天線，它包括：
[0012] 一天線PCB，該天線PCB為硬性電路板，其表面印制有倒F型天線和與倒F型天線 連接的螺旋天線，本實(shí)用新型所述的螺旋天線為單匝線圈結(jié)構(gòu)，并設(shè)有與倒F型天線的RF 饋電點(diǎn)平行的短路螺柱，短路螺柱用于減少螺旋天線的電阻抗，使螺旋天線具有有效的輻 射和接收能力，同時(shí)用于與需要的無線頻段進(jìn)行諧振。本實(shí)用新型通過短路螺柱結(jié)合倒F 型天線的方法來匹配新的螺旋天線。
[0013] 本實(shí)用新型的內(nèi)容還包括一垂直于天線PCB的立方體PCB組，該立方體PCB組由 兩塊以上的硬性PCB堅(jiān)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分別通過銅引線和銅層進(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組位于螺旋天線的邊緣下方，各硬性PCB之間的接地端均通 過柔性電路板進(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層。另外還包括柔性PCB，柔性PCB分別與天線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組的地線層連接，其另一端直接 與天線PCB連接，短路螺柱和倒F型天線的RF饋電點(diǎn)分別通過柔性PCB的引線直接連接至 立方體PCB組，使天線PCB的螺旋天線直接接地。
[0014] 傳統(tǒng)的倒F型天線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 磁波并在輻射體周圍感應(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)用到入耳式無線設(shè)備上。
[0015] 本實(shí)用新型試圖模擬倒F型天線電場(chǎng)耦合機(jī)制的相同效果，在螺旋天線和其下金 屬接地之間保持恒定間隙。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在螺旋天線下的立方體PCB組需要保持平 整。天線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 線到接地面之間的耦合形成，這也有利于通過螺旋天線產(chǎn)生圓極化電磁波。
[0016] 它與傳統(tǒng)的共面倒F型天線設(shè)計(jì)完全不同。入耳式耳機(jī)有附加導(dǎo)線連接至揚(yáng)聲器 的另一側(cè)形成立體聲系統(tǒng)。通過利用這些導(dǎo)線，螺旋天線下方的接地平面通過導(dǎo)線進(jìn)一步 延伸，比四分之一波長(zhǎng)更長(zhǎng)，有助于提高天線網(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)螺旋天線網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度。由于短路螺柱的存在，螺旋天線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)螺旋天線網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度。
[0019] 本實(shí)用新型所產(chǎn)生的有益效果如下：
[0020] 1)本實(shí)用新型的螺旋天線非常適合入耳式耳機(jī)的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的倒F型天線具有 相似功效和增益系數(shù)；
[0021] 2)與傳統(tǒng)的倒F型天線設(shè)計(jì)完全不同，螺旋天線下方的接地平面進(jìn)一步延伸，t匕 四分之一波長(zhǎng)更長(zhǎng)，有助于提高螺旋天線網(wǎng)絡(luò)的輻射效率；
[0022] 3)螺旋天線和立方體PCB組之間的恒定間隙有利于螺旋天線到接地面之間的耦 合形成，這也有利于通過螺旋線產(chǎn)生圓極化電磁波；
[0023] 4)增設(shè)短路螺柱的結(jié)構(gòu)可幫助減少螺旋天線的電阻抗；
[0024] 5)立方體PCB組形成一地線層，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)成地線層，形成薄的平面設(shè)計(jì)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖；
[0027] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)展開示意圖；
[0028] 圖4為傳統(tǒng)倒F型天線和新實(shí)用新型螺旋天線的傳輸功率輻射比較圖；
[0029] 圖1?圖3中，1為天線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；
[0030] 101為倒F型天線，102為螺旋天線，103為RF饋電點(diǎn)，104為短路螺柱；
[0031] 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 為銅引線插腳；
[0032] 圖4中，A為傳統(tǒng)倒F型天線的傳輸功率輻射圖，B為新實(shí)用新型螺旋天線的傳輸 功率輻射圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0034] 本實(shí)施例，參照?qǐng)D1?圖3,其【具體實(shí)施方式】包括一天線PCB1、一垂直于天線PCB1 的立方體PCB組4和用于連接天線PCB1和立方體PCB組4的柔性PCB2。
[0035] 其中，該天線PCB1為硬性電路板，其表面印制有倒F型天線101和與倒F型天線 101連接的螺旋天線102,并設(shè)有與倒F型天線101的RF饋電點(diǎn)103平行的短路螺柱104。 如圖1所示，天線PCB1的表面還設(shè)置有用于接入耳式耳機(jī)天線進(jìn)行充電的小型USB充電接 口 3。本實(shí)施例的螺旋天線102為單匝線圈，突破了將單匝線圈作為螺旋天線102用于入耳 式耳機(jī)的無線應(yīng)用。
[0036] 本實(shí)施例的立方體PCB組4由三塊硬性PCB堅(jiān)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所示展開后各硬性PCB之間的接地端均通過柔性 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)行焊接的銅引線插腳405,銅引線插腳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101設(shè)計(jì)完全不同，螺旋天線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102網(wǎng)絡(luò)的輻射效率。銅引線插腳405 也就是硬性PCB的接地端。由于立方體PCB組4的硬性PCB分別通過銅引線和銅層進(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 - 401和硬性PCB二402,其均堅(jiān)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102網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度。
[0037] 柔性PCB2的一端分別與立方體PCB組4的地線層連接，其另一端直接與天線PCB1 連接，短路螺柱104和倒F型天線101的RF饋電點(diǎn)103分別通過柔性PCB2的引線直接連 接至立方體PCB組4,使天線PCB1的螺旋天線102直接接地。如圖2和圖3所述，本實(shí)施例 中倒F型天線101的RF饋電點(diǎn)103和短路螺柱104分別通過柔性PCB2電性延伸至立方體 PCB組4的硬性PCB。
[0038] 另外，天線PCB1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102到接地面之間的耦合形成，這也有利 于通過螺旋天線102產(chǎn)生圓極化電磁波。
[0039] 如圖4所示，圖中，A為傳統(tǒng)倒F型天線101的傳輸功率輻射圖，B為新實(shí)用新型螺 旋天線102的傳輸功率輻射圖，傳統(tǒng)倒F型天線101和新實(shí)用新型螺旋天線102間的發(fā)送 功率平均差別在〇. 5dB以內(nèi)。這也意味著，新實(shí)用新型的螺旋天線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。
[0040] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn) 定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(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 實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 用于入耳式無線耳機(jī)的可折疊 PCB板螺旋天線，其特征在于，它包括： 一天線PCB，該天線PCB為硬性電路板，其表面印制有倒F型天線和與倒F型天線連接 的螺旋天線，并設(shè)有與倒F型天線的RF饋電點(diǎn)平行的短路螺柱，短路螺柱用于減少螺旋天 線的電阻抗，使螺旋天線具有有效的輻射和接收能力，同時(shí)用于與需要的無線頻段進(jìn)行諧 振； 一垂直于天線PCB的立方體PCB組，該立方體PCB組由兩塊以上的硬性PCB堅(jiān)向折疊 組合形成立方體結(jié)構(gòu)，立方體PCB組的硬性PCB分別通過銅引線和銅層進(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 的邊緣下方,各硬性PCB之間的接地端均通過柔性電路板進(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層； 分別與天線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組的地線層連接，其另一端直接與天線PCB連接，短路螺柱和倒F型天線的RF饋電 點(diǎn)分別通過柔性PCB的引線直接連接至立方體PCB組，使天線PCB的螺旋天線直接接地； 天線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 線到接地面之間的耦合形成，這也有利于通過螺旋天線產(chǎn)生圓極化電磁波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于入耳式無線耳機(jī)的可折疊 PCB板螺旋天線，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所述用于入耳式無線耳機(jī)的可折疊 PCB板螺旋天線，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)螺旋天線網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK203850422SQ201420168787
【公開日】2014年9月24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