CN106331928B - 带地面反射器的纯正无线耳机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通讯技术领域的带地面反射器的纯正无线耳机，包括入耳式耳机壳及设置于入耳式耳机壳内的RF信号产生装置，RF信号产生装置包括天线、主射频PCB、电池和充电PCB，该天线为螺旋天线，螺旋天线的顶部尾端连接有横向延伸的金属尾线，RF信号产生装置还包括金属框架和金属接地环，主射频PCB设置于金属框架的顶部，金属接地环位于螺旋天线的正下方，螺旋天线的底部线圈与金属接地环的顶部之间留的间隙。有了金属接地环，可以改变辐射地面电流，辐射方向的角度得到调整，天线的辐射方向大约倾斜了15度，由于辐射方向发生了变化，可以确保耳塞之间以及主要装置和音频源之间的无线信号传输和接收更加稳定，使无线连接更稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种耳机，特别涉及带地面反射器的纯正无线耳机。
背景技术
大多数的普通无线耳机仅使用一个射频接收器保持耳机与音频源(例如：手机)之间的通信。一副全无线耳机的左耳和右耳之间没有电线连接，通过无线通信频道可以同步左耳和右耳之间的立体声播音，为了实现全无线耳机效果，每侧耳塞均要一个单独的无线接收器，最常见的全无线耳机通过两个蓝牙通信线路实现。
为了确保左耳塞和右耳塞之间的正常通信，很显然，我们可以尽量使天线远离人体皮肤，最大化降低人体衰减作用，较大型的天线还可以提高射频传输效率，抵消人体的衰减作用，这两种选择均无法让产品的形成因素与耳廓匹配。而使耳机不靠近耳廓，同时把电子产品放入较大产品内是常用的全无线产品设计方法。但是，较大产品尺寸与微型化的理念背道而驰，永远无法形成轻型化和适合入耳应用的产品因素。设计全无线耳机的另一个选择是耳挂式设计，将天线放置在耳挂内部，通过这种设计方法，可以轻松地将天线与人体皮肤隔离，但是，这种结构较大，这样并不适合入耳设备。
中国专利公开号为CN105792049A的发明专利公开了采用最佳单极天线的纯正无线耳机，该最佳单极天线能够在佩戴于头部的入耳式“主-从”听筒之间建立合适RF通信链路，同时，该最佳单极天线也能够维持主听筒与移动电话之间具有适当RF通信链路，其适于产生RF通信链路以及RF爬波与人体皮肤相耦合，确保天线具有全方向辐射特点。但是，经试验可得知，该发明技术还存在以下缺陷：1)单极天线不能确保天线辐射最佳，会受到头部的影响，头部的人脸造成的阻挡效应；2)主装置和辅助装置之间的连接不够牢固；3)辐射方向不与人的脸部轮廓平行，从而导致射频范围较小，无线连接稳定性较差。
发明内容
本发明的目的是解决以上缺陷，提供带地面反射器的纯正无线耳机，其对天线辐射的方向进行改进，使无线连接更稳定可靠。
本发明旨在设计一种可以在入耳式主装置和辅助装置之间(头部在中间)进行良好的射频通信的射频天线，该天线还可以保持主装置和音频源之间的正确连接(例如：手机)，而将该射频天线应用于无线耳则可使无线连接更稳定可靠。
本发明中，RF是指射频，因此RF信号是指射频信号。
经合理设计，天线能够控制收发RF信号，天线是主听筒与移动电话之间主链路、主从听筒之间链路的关键组件。
大量研究表明，RF波可通过皮肤表面传输至不同身体部位，基于此现象，我们可得出如下结论，RF波无需通过媒介(如人体)进行直线传输，作为替代方案，可沿人体曲面进行传输。此类在人体皮肤表面进行的RF传输称为“RF爬波”，耦合至人体皮肤的RF波和天线辐射图均将影响产生RF爬波的能力。
由于RF传输功率受蓝牙芯片组限制，因此，“通过增强RF输出功率，以产生更强的RF爬波”这一方法不可取。同时，较高功率也将致使功耗较高，并且不适于便携设备，特别是入耳式耳机应用，因为其电池容量有限。因此，“左耳”-“右耳”之间的最短通信距离为耳廓背面，据此，在耳廓背面产生RF爬波为最佳选择。
当音频源距离用户太远或太近，当放在用户的不同裤子口袋内时，无线耳机通常需要具备一定的通信稳定性，为了达到这一要求，天线应当具有全方位辐射功能。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
带地面反射器的纯正无线耳机，包括入耳式耳机壳及设置于入耳式耳机壳内的RF信号产生装置，入耳式耳机壳由顶壳和底壳配对扣合组成，入耳式耳机壳的内部设有容纳空腔，底壳的底部向下延伸，底壳的底部为与容纳空腔导通的出音口，底壳的内底部设有与出音口导通的扬声器，并在底壳的底部套装有用于塞入外耳道口的耳垫，底壳的顶部为与耳甲腔的形状配对的定位台，定位台的外底面配对贴合在耳甲腔的表面，定位台的外壁与耳屏接触，RF信号产生装置位于容纳空腔内，RF信号产生装置包括天线、主射频PCB、电池和充电PCB，主射频PCB包括蓝牙芯片组，该天线用于与音频源及副听筒的天线建立RF通信链路，电池与充电PCB进行电性连接，充电PCB、天线及扬声器均与主射频PCB进行电性连接。
主射频PCB横向安装在容纳空腔内，该天线为螺旋天线，螺旋天线的顶部尾端连接有横向延伸的金属尾线，金属尾线往容纳空腔的中部方向延伸，该RF信号产生装置还包括金属框架和金属接地环，金属框架为中空且竖向设置的管状结构，电池被包裹于金属框架内部，主射频PCB设置于金属框架的顶部，主射频PCB的一端为用于安装螺旋天线的天线设定区，天线设定区沿金属框架的顶部横向往外延伸，螺旋天线安装在天线设定区上且往上延伸，金属接地环位于螺旋天线的正下方，螺旋天线的底部线圈与金属接地环的顶部之间留有间隙，且金属接地环与金属框架接触，使金属接地环与金属框架组合形成用于调整射频信号的辐射角度的地面反射器。
上述说明中，作为优选的方案，该间隙大于或者等于3mm，且该间隙小于6mm，如果距离射频馈电点太近，地面反射器会影响螺旋天线。
上述说明中，作为优选的方案，以螺旋天线为中心点且以入耳式耳机壳中最接近螺旋天线的外壁为半径画圆球，该圆球所形成的空间为天线放置区域，螺旋天线位于该天线放置区域内，且该圆球的半径大于4毫米。
当圆球的半径等于4毫米，也就是指螺旋天线与人体皮肤或组织的距离等于4毫米时，螺旋天线的顶部为最佳天线反馈点，其满足所有设计准则，能够确保实现最佳RF爬波产生及与音频源(如智能手机)间建立稳固RF链路。螺旋天线与人体皮肤或组织的距离大于4毫米时，在此间距条件下，入耳式蓝牙设备的天线增益和效率衰减处于可接受范围内，螺旋天线也能够维持主听筒与移动电话之间具有适当RF通信链路。
耳廓、耳甲腔区域是允许放置入耳式耳机的唯一凹陷区域，同时，也正是由于人耳孔和耳朵背面附近的最薄人体组织，其才属于允许RF波穿透耳廓，并在耳朵背面产生RF爬波的最佳部位。
上述说明中，作为优选的方案，所述金属接地环为横向设置的弧形结构，金属接地环的外侧贴紧着底壳的内侧。
上述说明中，作为优选的方案，所述金属框架的顶部设有三个以上向上延伸的焊接卡牙，主射频PCB上设有用于配对穿入焊接卡牙内的焊接孔，通过焊接卡牙与主射频PCB进行直接焊接。
上述说明中，作为优选的方案，所述金属框架的顶部设有与主射频PCB厚度配对的连接口，主射频PCB的边沿均匀焊接在金属框架的顶部边沿，主射频PCB的天线设定区从连接口往外延伸，连接口用于使主射频PCB与金属框架进行均匀连接，以获得较好的接地效果。
上述说明中，作为优选的方案，所述金属框架由铜箔材料构成。
上述说明中，作为优选的方案，所述充电PCB位于电池的下方。
本发明所产生的有益效果如下：
1)螺旋天线的顶部尾端连接有横向延伸的金属尾线，金属尾线往容纳空腔的中部方向延伸，增设的金属尾线距离人体皮肤较远，因此与普通螺旋线圈相比，带金属尾线的螺旋天线不太容易受到人体皮肤吸收影响；
2)RF信号产生装置还包括金属框架,金属框架为中空且竖向设置的管状结构，主射频PCB设置于金属框架的顶部，金属框架用于增加接地尺寸，增设的金属框架用于达到更好更有效的射频信号辐射和接收；
3)RF信号产生装置还包括金属接地环，金属接地环位于螺旋天线的正下方,使金属接地环与金属框架组合形成地面反射器，有了金属接地环，可以改变辐射地面电流，辐射方向的角度得到调整，加了地面反射器后，与没有地面反射器的天线相比，天线的辐射方向大约倾斜了15度，使射频信号辐射转向螺旋线圈的垂直轴，在射频范围和无线连接稳定性方面，辐射方向是无线耳机性能的决定因素，与人的脸部轮廓平行的辐射方向是无线耳机设备的理想方向，因此地面反射器会再次提高射频辐射和接收，控制整体产品的无线性能；
4)由于辐射方向发生了变化，主音频装置(主听筒)和副音频装置(副听筒)之间的连接更牢固，天线辐射方向为全方位型，可以确保耳塞之间以及主要装置和音频源之间的无线信号传输和接收更加稳定，使无线连接更稳定可靠，这归功于无线信号来自各个方向，受到音频源位置以及不同情况下用户的头朝向影响，全方位天线方向可以降低存在某个低于链路预算的特定角度的可能性。
附图说明
图1为本发明实施例的结构分解示意图；
图2为本发明实施例的组合状态示意图；
图3为本发明实施例的剖面图；
图4为本发明实施例中RF信号产生装置的立体结构示意图；
图5为本发明实施例中3D天线辐射工作原理图；
图6为本发明实施例中3D天线辐射的方向调整示意图；
图6中，A为现有技术中天线的辐射方向指示线，B为实施例中转动15度后天线的辐射方向指示线，图1～6中,1为顶壳，2为底壳，3为耳垫，4为主射频PCB，5为螺旋天线，6为金属尾线，7为金属接地环，8为金属框架，9为充电PCB，10为电池，11为扬声器，12为焊接卡牙，13为人体头部，14为RF通信链路。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本实施例，参照图1～图6，其具体实施的带地面反射器的纯正无线耳机包括入耳式耳机壳及设置于入耳式耳机壳内的RF信号产生装置，入耳式耳机壳由顶壳1和底壳2配对扣合组成，入耳式耳机壳的内部设有容纳空腔，底壳2的底部向下延伸，底壳2的底部为与容纳空腔导通的出音口，底壳2的内底部设有与出音口导通的扬声器11，并在底壳2的底部套装有用于塞入外耳道口的耳垫3，底壳2的顶部为与耳甲腔的形状配对的定位台，定位台的外底面配对贴合在耳甲腔的表面，定位台的外壁与耳屏接触。
如图1、图3和图4所示，RF信号产生装置位于容纳空腔内，RF信号产生装置包括天线、主射频PCB4、电池10和充电PCB9，充电PCB9位于电池10的下方，主射频PCB4包括蓝牙芯片组，该天线用于与音频源及副听筒的天线建立RF通信链路14，电池10与充电PCB9进行电性连接，充电PCB9、天线及扬声器11均与主射频PCB4进行电性连接。
如图1、图3和图4所示，主射频PCB4横向安装在容纳空腔内，该天线为螺旋天线5，螺旋天线5的顶部尾端连接有横向延伸的金属尾线6，金属尾线6往容纳空腔的中部方向延伸，该RF信号产生装置还包括金属框架8和金属接地环7，金属框架8为中空且竖向设置的管状结构，电池10被包裹于金属框架8内部，主射频PCB4设置于金属框架8的顶部，主射频PCB4的一端为用于安装螺旋天线5的天线设定区，天线设定区沿金属框架8的顶部横向往外延伸，螺旋天线5安装在天线设定区上且往上延伸，金属接地环7位于螺旋天线5的正下方，螺旋天线5的底部线圈与金属接地环7的顶部之间留有间隙，且金属接地环7与金属框架8接触，本实施例中，该间隙大于3mm，且小于6mm就最佳，如果距离射频馈电点太近，接地环反射器会影响螺旋天线5，金属接地环7为横向设置的弧形结构，金属接地环7的外侧贴紧着底壳2的内侧，这种弧形结构可将金属接地环7尺寸最大化。金属接地环7与金属框架8组合形成用于调整射频信号的辐射角度的地面反射器，金属框架8用于增加接地尺寸，增设的金属框架8用于达到更好更有效的射频信号辐射和接收。
螺旋天线5的顶部尾端连接有横向延伸的金属尾线6，金属尾线6往容纳空腔的中部方向延伸，增设的金属尾线6距离人体皮肤较远，因此与普通螺旋线圈相比，带金属尾线6的螺旋天线5不太容易受到人体皮肤吸收影响。
RF信号产生装置还包括金属接地环7，金属接地环7位于螺旋天线5的正下方,使金属接地环7与金属框架8组合形成地面反射器，有了金属接地环7，可以改变辐射地面电流，辐射方向的角度得到调整，加了地面反射器后，与没有地面反射器的天线相比，如图6所示，天线的辐射方向大约倾斜了15度，使射频信号辐射转向螺旋线圈的垂直轴，在射频范围和无线连接稳定性方面，辐射方向是无线耳机性能的决定因素，与人的脸部轮廓平行的辐射方向是无线耳机设备的理想方向，因此地面反射器会再次提高射频辐射和接收，控制整体产品的无线性能。
本实施例中，以螺旋天线5为中心点且以入耳式耳机壳中最接近螺旋天线5的外壁为半径画圆球，该圆球所形成的空间为天线放置区域，螺旋天线5位于该天线放置区域内，且该圆球的半径大于4毫米，螺旋天线5与人体皮肤或组织的距离大于4毫米时，在此间距条件下，入耳式蓝牙设备的天线增益和效率衰减处于可接受范围内，螺旋天线5也能够维持主听筒与移动电话之间具有适当RF通信链路14。
如图5所示，其中示出了EM波如何辐射，如何穿透人体头部13耳廓并与耳廓背面的人体皮肤耦合，以及在左右耳机之间形成RF通信链路14。
如图3和图4所示，金属框架8的顶部设有五个向上延伸的焊接卡牙12，主射频PCB4上设有用于配对穿入焊接卡牙12内的焊接孔，通过焊接卡牙12与主射频PCB4进行直接焊接，金属框架8的顶部设有与主射频PCB4厚度配对的连接口，主射频PCB4的边沿均匀焊接在金属框架8的顶部边沿，主射频PCB4的天线设定区从连接口往外延伸，这种结构可使金属框架8与主射频PCB4进行均匀连接，以获得较好的接地效果，以达到更好更有效的射频信号辐射和接收。
以上内容是结合具体的优选实施例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.带地面反射器的纯正无线耳机，包括入耳式耳机壳及设置于入耳式耳机壳内的RF信号产生装置，入耳式耳机壳由顶壳和底壳配对扣合组成，入耳式耳机壳的内部设有容纳空腔，底壳的底部向下延伸，底壳的底部为与容纳空腔导通的出音口，底壳的内底部设有与出音口导通的扬声器，并在底壳的底部套装有用于塞入外耳道口的耳垫，底壳的顶部为与耳甲腔的形状配对的定位台，定位台的外底面配对贴合在耳甲腔的表面，定位台的外壁与耳屏接触，RF信号产生装置位于容纳空腔内，RF信号产生装置包括天线、主射频PCB、电池和充电PCB，主射频PCB包括蓝牙芯片组，该天线用于与音频源及副听筒的天线建立RF通信链路，电池与充电PCB进行电性连接，充电PCB、天线及扬声器均与主射频PCB进行电性连接，其特征在于：主射频PCB横向安装在容纳空腔内，该天线为螺旋天线，螺旋天线的顶部尾端连接有横向延伸的金属尾线，金属尾线往容纳空腔的中部方向延伸，该RF信号产生装置还包括金属框架和金属接地环，金属框架为中空且竖向设置的管状结构，电池被包裹于金属框架内部，主射频PCB设置于金属框架的顶部，主射频PCB的一端为用于安装螺旋天线的天线设定区，天线设定区沿金属框架的顶部横向往外延伸，螺旋天线安装在天线设定区上且往上延伸，金属接地环位于螺旋天线的正下方，螺旋天线的底部线圈与金属接地环的顶部之间留有间隙，且金属接地环与金属框架接触，使金属接地环与金属框架组合形成用于调整射频信号的辐射角度的地面反射器。
2.根据权利要求1所述带地面反射器的纯正无线耳机，其特征在于：该间隙大于或者等于3mm，且该间隙小于6mm。
3.根据权利要求1或者2所述带地面反射器的纯正无线耳机，其特征在于：以螺旋天线为中心点且以入耳式耳机壳中最接近螺旋天线的外壁为半径画圆球，该圆球所形成的空间为天线放置区域，螺旋天线位于该天线放置区域内，且该圆球的半径大于4毫米。
4.根据权利要求3所述带地面反射器的纯正无线耳机，其特征在于：所述金属接地环为横向设置的弧形结构，金属接地环的外侧贴紧着底壳的内侧。
5.根据权利要求1或者2或者4所述带地面反射器的纯正无线耳机，其特征在于：所述金属框架的顶部设有三个以上向上延伸的焊接卡牙，主射频PCB上设有用于配对穿入焊接卡牙内的焊接孔，通过焊接卡牙与主射频PCB进行直接焊接。
6.根据权利要求5所述带地面反射器的纯正无线耳机，其特征在于：所述金属框架的顶部设有与主射频PCB厚度配对的连接口，主射频PCB的边沿均匀焊接在金属框架的顶部边沿，主射频PCB的天线设定区从连接口往外延伸。
7.根据权利要求1或者2或者4或者6所述带地面反射器的纯正无线耳机，其特征在于：所述金属框架由铜箔材料构成。
8.根据权利要求1或者2或者4或者6所述带地面反射器的纯正无线耳机，其特征在于：所述充电PCB位于电池的下方。
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