用于入耳式無線耳機的可折疊pcb板螺旋天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了無線耳機天線【技術領域】的用于入耳式無線耳機的可折疊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構，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。本發(fā)明的螺旋天線非常適合入耳式耳機的應用，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型天線設計完全不同，螺旋天線下方的接地平面進一步延伸，比四分之一波長更長，有助于提高螺旋天線網(wǎng)絡的輻射效率。
【專利說明】用于入耳式無線耳機的可折疊PCB板螺旋天線
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及無線耳機天線【技術領域】，具體涉及一種螺旋天線，特別涉及用于入耳式無線耳機的可折疊PCB板螺旋天線。
[0003]【背景技術】
[0004]根據(jù)外形尺寸，大部分無線耳機可以分為入耳式、耳罩式或外掛式耳機。如今，
2.4GHz的藍牙方案是多媒體應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型天線則是天線設計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的原則而設計。陶瓷材料具有高介電常數(shù)的特性，可以使有效波長縮短，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，損耗會越多。陶瓷天線由于尺寸較小，損耗較高，通信范圍也將減少。
[0005]印制倒F形PCB天線的設計非常穩(wěn)健，但是其尺寸至少限制為30mm (四分之一波長)。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，天線需要長于四分之一波長的接地平面。這些與波長相關的物理限制使產(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型天線的設計，減小倒F型天線外形尺寸的設計也是RF工程的一個共同課題。采用折測線的方法折疊輻射體長度是縮短倒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，它會影響到無線應用性倉泛。
[0007]耳罩式和外掛式耳機有足夠空間裝入陶瓷或PCB型天線，這個問題應該不大。由于PIFA天線的PCB面積需要大約30毫米長，入耳式耳機幾乎不能在產(chǎn)品殼體內(nèi)裝入如此大的天線。因為陶瓷的尺寸小，很明顯入耳式耳機的解決方案為陶瓷天線。陶瓷芯片天線的設計準則是限制天線區(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題的可折疊PCB板螺旋天線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是解決以上缺陷，提供用于入耳式無線耳機的可折疊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)。
[0010]螺旋天線是由金屬線或PCB走線的單導線組成并纏繞成螺旋的形狀。螺旋天線是無線應用中最常見的一種選擇，具有方便構建、良好的物理強度和圓極化的優(yōu)點。圓極化天線也有助于減少方向接收問題，有利于耳機的使用。[0011]多圈螺旋天線通常具有較高的電感效應，高電感會產(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。為了避免上述問題，本發(fā)明采用單匝線圈結構。
[0012]針對上述螺旋天線所存在的問題，本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的:
用于入耳式無線耳機的可折疊PCB板螺旋天線，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，本發(fā)明所述的螺旋天線為單匝線圈結構，并設有與倒F型天線的RF饋電點平行的短路螺柱，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，同時用于與需要的無線頻段進行諧振。本發(fā)明通過短路螺柱結合倒F型天線的方法來匹配新的螺旋天線。
[0013]本發(fā)明的內(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豎向折疊組合形成立方體結構，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行裝配，從而使立方體PCB組形成堅實的金屬體。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的輻射體，它在輻射體和接地平面之間產(chǎn)生恒定的電場耦合。由于電場耦合的影響，形成了 RF饋電點傳輸?shù)膶须姶挪ú⒃谳椛潴w周圍感應出電場。電場感應機制形成了自由空間電磁波的傳播機制。所有傳輸機制基于共面設計，也就是一切都在平面上，這也限制了其應用到入耳式無線設備上。
[0015]本發(fā)明試圖模擬倒F型天線電場耦合機制的相同效果，在螺旋天線和其下金屬接地之間保持恒定間隙。為了實現(xiàn)這一目標，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型天線設計完全不同。入耳式耳機有附加導線連接至揚聲器的另一側(cè)形成立體聲系統(tǒng)。通過利用這些導線，螺旋天線下方的接地平面通過導線進一步延伸，比四分之一波長更長，有助于提高天線網(wǎng)絡的輻射效率。
[0017]上述技術方案中，更為優(yōu)選的方案為:該恒定間隙的高度大于5_。
[0018]上述技術方案中，更為優(yōu)選的方案為:該射頻電路包括Pi型網(wǎng)絡匹配電路或者T型網(wǎng)絡匹配電路，Pi型網(wǎng)絡匹配電路或者T型網(wǎng)絡匹配電路用于將電阻轉(zhuǎn)換到50歐姆并加寬整個螺旋天線網(wǎng)絡的頻帶寬度。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)絡匹配電路或者T型網(wǎng)絡匹配電路將電阻轉(zhuǎn)換到50歐姆并加寬整個螺旋天線網(wǎng)絡的頻帶寬度。
[0019]本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果如下:
1)本發(fā)明的螺旋天線非常適合入耳式耳機的應用，與傳統(tǒng)的倒F型天線具有相似功效和增益系數(shù)；
2)與傳統(tǒng)的倒F型天線設計完全不同，螺旋天線下方的接地平面進一步延伸，比四分之一波長更長，有助于提高螺旋天線網(wǎng)絡的輻射效率；
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；
4)增設短路螺柱的結構可幫助減少螺旋天線的電阻抗；
5)立方體PCB組形成一地線層，使其厚度尺寸更大，傳統(tǒng)設計只是由一個平面PCB構成地線層，形成薄的平面設計。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實施例的立體結構示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例的立體結構簡化示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例的平面結構展開示意圖；
圖4為傳統(tǒng)倒F型天線和新發(fā)明螺旋天線的傳輸功率輻射比較圖；
圖1?圖3中，I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；
101為倒F型天線，102為螺旋天線，103為RF饋電點，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為銅引線插腳；
圖4中，A為傳統(tǒng)倒F型天線的傳輸功率輻射圖，B為新發(fā)明螺旋天線的傳輸功率輻射圖。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0023]本實施例，參照圖1?圖3，其【具體實施方式】包括一天線PCBl、一垂直于天線PCBl的立方體PCB組4和用于連接天線PCBl和立方體PCB組4的柔性PCB2。
[0024]其中，該天線PCBl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，并設有與倒F型天線101的RF饋電點103平行的短路螺柱104。如圖1所示，天線PCBl的表面還設置有用于接入耳式耳機天線進行充電的小型USB充電接口 3。本實施例的螺旋天線102為單匝線圈，突破了將單匝線圈作為螺旋天線102用于入耳式耳機的無線應用。
[0025]本實施例的立方體PCB組4由三塊硬性PCB豎向折疊組合形成立方體結構，如圖1所示，本實施例的三塊硬性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進行連接，本實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用于與入耳式耳機進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設計完全不同，螺旋天線102下方的接地平面進一步延伸，比四分之一波長更長，有助于提高螺旋天線102網(wǎng)絡的輻射效率。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行裝配，從而使立方體PCB組4形成堅實的金屬體，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，本實施例的硬性PCB共設有兩塊，分別為硬性PCB 一 401和硬性PCB 二 402，其均豎向設置，且相互處于相鄰的垂直狀態(tài)。本實施例中，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)絡匹配電路，Pi型網(wǎng)絡匹配電路用于將電阻轉(zhuǎn)換到50歐姆并加寬整個螺旋天線102網(wǎng)絡的頻帶寬度。
[0026]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PCBl連接，短路螺柱104和倒F型天線101的RF饋電點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PCBl的螺旋天線102直接接地。如圖2和圖3所述，本實施例中倒F型天線101的RF饋電點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。
[0027]另外，天線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。
[0028]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為新發(fā)明螺旋天線102的傳輸功率輻射圖，傳統(tǒng)倒F型天線101和新發(fā)明螺旋天線102間的發(fā)送功率平均差別在0.5dB以內(nèi)。這也意味著，新發(fā)明的螺旋天線102具有相似功效和增益系數(shù)，非常適合入耳式耳機的應用。
[0029]以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施例對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.用于入耳式無線耳機的可折疊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，并設有與倒F型天線的RF饋電點平行的短路螺柱，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，同時用于與需要的無線頻段進行諧振； 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豎向折疊組合形成立方體結構，立方體PCB組的硬性PCB分別通過銅引線和銅層進行裝配，從而使立方體PCB組形成堅實的金屬體，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)權利要求1所述用于入耳式無線耳機的可折疊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)權利要求1或者2所述用于入耳式無線耳機的可折疊PCB板螺旋天線，其特征在于:該射頻電路包括Pi型網(wǎng)絡匹配電路或者T型網(wǎng)絡匹配電路，Pi型網(wǎng)絡匹配電路或者T型網(wǎng)絡匹配電路用于將電阻轉(zhuǎn)換到50歐姆并加寬整個螺旋天線網(wǎng)絡的頻帶寬度。
【文檔編號】H01Q1/38GK103943948SQ201410139680
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權日:2014年4月9日
【發(fā)明者】楊少聰, 林文泰, 陳杰斌 申請人:中名(東莞)電子有限公司