CN110915065B - 可穿戴音频设备的天线 - Google Patents

Abstract

公开了示例可穿戴音频设备。在一个示例实施方式中，可穿戴音频设备包括限定内部和外部的壳体。外部可以具有耳朵接合表面。可穿戴音频设备可以包括位于壳体的内部内的音频源。可穿戴音频设备可以包括位于内部内的天线。天线可以具有弧形导体，该弧形导体具有限定开口的第一端和第二端。天线可以被定位在可穿戴音频设备的壳体内，使得当可穿戴音频设备被穿戴在耳朵中时，天线的开口相对于弧形导体的中间部分被定位为离耳朵更远。

Description

可穿戴音频设备的天线

技术领域

本公开总体上涉及可穿戴音频设备。

背景技术

天线可以与可穿戴设备结合使用，以将信号无线地传送到可穿戴设备。由于数个原因，实施诸如耳塞的小型可穿戴设备的天线可能是有挑战性的。例如，由于设备的小型形状因素(form factor)的限制，可用于天线的体积可能很小。然而，天线的性能可能高度地依赖于天线的大小。作为另一示例，可用于天线的接地平面的空间可能很小。接地平面的大小的减少可能导致天线辐射性能的下降。

作为进一步的示例，可穿戴设备中天线与诸如触摸面板、麦克风、印刷电路板等的其他组件之间的物理间隙可能很小。较小的间隙可能引起天线与其他组件之间的高频耦接，这可能导致天线性能下降，以及由于装配(assembly)中其他组件的较大公差的天线的性能的较大变化。作为进一步的示例，多个身体效应(body effect)可能降低天线的性能。由于诸如皮肤的身体部位是高损耗的介质，在高频下具有高介电常数，因此效应可能包括衰减、失谐和遮蔽。

发明内容

本公开的实施例的方面和优点将在以下的描述中被部分地阐述，或者可以从描述中获知，或者可以通过实施例的实施而获知。

本公开的一个示例方面指向一种可穿戴音频设备。可穿戴音频设备可以包括限定内部和外部的壳体。外部可以具有耳朵接合表面。可穿戴音频设备可以包括位于壳体的内部内的音频源。可穿戴音频设备可以包括位于内部内和/或壳体内的天线。天线可以形成壳体的一部分。天线可以具有弧形导体，该弧形导体具有第一端、第二端和中间的中间部分。第一端和第二端限定在它们之间的开口。天线可以被定位在可穿戴音频设备的壳体内，使得当可穿戴音频设备被穿戴在耳朵中时，天线的开口相对于弧形导体的中间部分被定位为离耳朵更远。

本公开的其他示例方面指向与可穿戴音频设备相关联的系统，装置，有形的、非暂时性计算机可读介质和设备。

参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解各种实施例的这些和其他特征、方面和优点。被结合在本说明书中并且组成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与描述一起用于解释有关的原理。

附图说明

在说明书中阐述了指向本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，该说明书参考了附图，其中：

图1示出了根据本公开的示例实施例的可穿戴音频设备系统；

图2示出了根据本公开的示例实施例的在耳朵中的可穿戴音频设备；

图3示出了根据本公开的示例实施例的可穿戴音频设备；

图4示出了根据本公开的示例实施例的可穿戴音频设备的内部组件；

图5示出了根据本公开的示例实施例的可穿戴音频设备的内部组件；

图6示出了根据本公开的示例实施例的天线的平面图；

图7示出了根据本公开的示例实施例的位于可穿戴音频设备壳体的顶盖的内部中的天线；

图8示出了根据本公开的示例实施例的在可穿戴音频设备中所实施的天线的电场和电流分布；

图9示出了根据本公开的示例实施例的相对于人耳放置的天线；

图10示出了根据本公开的示例实施例的接近可穿戴音频设备的触摸面板放置的天线；

图11示出了根据本公开的示例实施例的可穿戴音频设备的接地平面和触摸面板；

图12示出了根据本公开的示例实施例的可穿戴音频设备的接地平面和触摸面板；

图13示出了根据本公开的示例实施例的被实施为可穿戴音频设备的一部分的射频扼流圈；

图14示出了根据本公开的示例实施例的示例天线的天线回波损耗；以及

图15示出了根据本公开的示例实施例的天线辐射和总效率。

具体实施方式

现在将详细参考实施例，在图中示出了该实施例的一个或多个示例。通过解释实施例而不是限制本公开来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分所示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，旨在本公开的方面覆盖这样的修改和变型。

本公开的示例方面指向一种用于可穿戴音频设备的天线，该可穿戴音频设备诸如是用于向用户提供音频的耳塞。根据本公开的示例实施例，可以将天线设计并且集成到可穿戴音频设备中以改善天线性能。例如，天线可以被集成到可穿戴音频设备中，使得当由用户穿戴可穿戴音频设备时(例如，当在用户的耳朵中时)，与最大电场和/或最小电流相关联的天线的部分可以位于离组织最远的位置。

在一些实施例中，可穿戴音频设备可以包括具有顶盖的壳体。天线可以是弧形或弯曲的导体，该导体具有限定开口的第一端和第二端。天线可以位于可穿戴音频设备的顶盖中。例如，在一些实施例中，可以使用激光直接结构化处理(laser direct structuringprocess)将天线印刷在顶盖的内表面上。天线可以被配置为以变化的频率来操作，该变化的频率诸如是大约2.4GHz。在一些实施例中，天线可以具有半波长的长度。这可以增加天线面积和辐射效率。

馈送元件可以在接近第一端或第二端的位置被耦接到天线。馈送元件可以在阻抗大约为50欧姆的位置被耦接到天线。馈送元件可以用于激励天线。当被激励时，天线可以在接近由第一端和第二端所限定的开口的天线的部分处具有最大电场。天线可以被定位在可穿戴音频设备的顶盖内，使得当由用户穿戴可穿戴音频设备时，开口相对于天线的其他部分(例如，与最大电流相关联的部分)被定位为离耳朵更远。以该方式，天线可以被定位在可穿戴音频设备内，使得天线的最大电场在可穿戴音频设备的形状因素允许的范围内远离耳朵。以该方式定位天线可以具有以下技术优点，通过贴近皮肤来减少天线遭受的性能损耗，诸如是失谐、衰减和遮蔽效应。

在一些实施例中，可穿戴音频设备可以包括位于壳体中接近天线的一个或多个组件，诸如是用于控制可穿戴音频设备的触摸面板。例如，触摸面板可以位于由弧形导体所限定的区域。在一些实施例中，触摸面板可以包括与天线共同位于顶盖中的紧密间隔的平面金属片。为了减少由触摸面板与天线所引起的干扰，可以接近触摸面板实施接地平面。例如，接地平面可以与触摸面板以间隔的平行关系布置。接地平面可以减少来自触摸面板或可穿戴音频设备中的其他电路组件的金属损耗。

在一些实施例中，接地平面可以是网状的(例如，开槽的接地平面)。使用网状接地平面可以减少触摸面板与接地平面之间的电容。这可以具有改善触摸面板的触摸感测灵敏度的技术效果。

在一些实施例中，接地平面可以包括延伸部，该延伸部沿着与和触摸面板进行通信(例如，用于将信号传送到可穿戴音频设备中的印刷电路板)的导体相关联的路径。延伸部可以是接地平面的实体部分。

在一些实施例中，用于在可穿戴音频设备中承载功率和/或音频信号的导体可以在导体被连接到可穿戴音频设备中的印刷电路板的位置处包括RF扼流圈。RF扼流圈可以用于将导体与天线隔离，并且减少由导体所造成的天线性能变化。

如在本文中所使用的，术语“弧形”指的是形成弧形、弓形或拱形的任何形状。弧形天线可以由一个或多个弯曲段，被布置为形成弧的多个直段，或者弯曲段、直段和其他段的组合组成。结合数值使用术语“大约”指的是在所述数值的20％以内。

现在参考附图，现在将阐述本公开的示例实施例。将参考诸如用于向用户提供音频的耳塞的可穿戴音频设备来讨论本公开的方面。图1示出了根据本公开的示例实施例的可穿戴音频设备系统100。可穿戴音频设备系统100可以包括第一可穿戴音频设备102、第二可穿戴音频设备104以及连接器(例如，电缆、电线等)106，以连接第一可穿戴音频设备102和第二可穿戴音频设备104。第一可穿戴音频设备102和第二可穿戴音频设备104中的至少一个可以包括用于传送无线信号的天线。可以根据本公开的示例实施例来配置天线。

如图2中所示，可穿戴音频设备102可以被穿戴在用户的耳朵中。可穿戴音频设备102可以向用户提供音频，以允许用户例如听音乐、听通过电话或视频通话讲话的人、听音频回放或者听从用户设备所输出的其他音频，该用户设备诸如是智能手机、笔记本电脑、平板电脑、台式电脑、具有一个或多个处理器的显示器、可穿戴设备或其他用户设备。

参考图3，可穿戴音频设备102可以包括壳体114。壳体114可以容纳可穿戴音频设备的各种内部组件，诸如是天线、触摸面板、音频源、印刷电路板、用于传送音频信号的导体、音频源等。

壳体114包括耳朵接合表面116，该耳朵接合表面116的形状和大小适合在用户的耳朵内。耳朵接合表面116可以至少部分地包括聚酰胺材料。壳体114可以包括顶盖115。顶盖115可以容纳例如可穿戴音频设备的天线。在一些实施例中，顶盖115可以是从壳体114可移除的。可以使用例如激光直接结构化处理来制作顶盖115。如图2中所示，当可穿戴音频设备102被穿戴在用户的耳朵中时，耳朵接合表面116与耳朵接合。顶盖115可以远离耳朵延伸并且当可穿戴音频设备102被穿戴在耳朵中时被暴露。

图4和5示出了根据本公开的示例实施例的可穿戴音频设备的内部组件。示例组件可以包括音频源150。音频源150可以是例如扬声器驱动器。扬声器驱动器可以将经由一个或多个导体向扬声器驱动器所传送的电信号转换为音频，用于经由扬声器155输出。

可穿戴音频设备102可以包括一个或多个麦克风152。麦克风152可以被配置为记录可穿戴音频设备附近可观察的环境噪声。环境噪声可以被用于例如提供可穿戴音频设备102的噪声消除能力。

可穿戴音频设备102可以包括印刷电路板154(例如，柔性印刷电路板)。印刷电路板154可以包括用于从源向用户提供音频输出的各种电路组件(例如，处理器、存储器、信号处理电路、专用集成电路等)。

可穿戴音频设备102可以包括触摸面板160。触摸面板160可以用于检测来自用户的触摸输入(例如，用户触摸壳体114的顶盖115)。与触摸输入相关联的信号可以被传送到印刷电路板154，以控制可穿戴音频设备的各种操作特征(例如，音量、静音、声道等)。

可穿戴音频设备102可以包括天线200。天线200可以用于向可穿戴音频设备102和/或从可穿戴音频设备102传送无线信号(例如，RF信号)。馈送元件210可以从天线200向印刷电路板154传送信号和/或从印刷电路板154传送信号。

图6示出了根据本公开的示例实施例的示例天线200的平面图。如图所示，天线200包括弧形导体204(例如，迹线(trace))。弧形导体204包括限定开口212的第一端206和第二端208。弧形导体204可以包括在第一端206与第二端208之间(例如，在第一端206与第二端208之间的一半)的中间部分220。弧形导体204的连接部分214位于接近第一端206。连接部分214的宽度大于与弧形导体204的其余部分相关联的宽度。连接部分214可以被配置为接收馈送元件210。

在一些实施例中，弧形导体204可以具有被配置为适应以特定频率传送RF信号的长度。例如，对于特定操作频率，弧形导体204可以具有等于大约λ/2的长度，其中λ是与特定频率相关联的波长。在一示例实施例中，弧形导体204具有被配置为以大约2.4GHz传送信号的长度。

根据本公开的示例实施例，天线200可以位于可穿戴音频设备102的顶盖115内。例如，如图7中所示，天线200可以围绕圆形顶盖115的外围部分延伸。在一些实施例中，天线200可以被印刷到圆形顶盖115上(例如，使用激光直接结构化处理)。馈送元件210从天线200的连接部分214延伸。

图8示出了关于天线200的方位角的电场和电流的图。更具体地，曲线302将电场绘制为关于天线200的方位角的函数。如图所示，电场在接近天线200的第一端206和第二端208(例如，接近开口212)的位置处最大。电场在天线200的中间部分220处或天线200的中间部分220附近最小。

曲线304将电流绘制为关于天线200的方位角的函数。如图所示，电流在接近天线200的中间部分220的位置处最大。电流在接近天线200的第一端206和第二端208(例如，接近开口212)的位置处最小。

根据本公开的示例方面，天线200被定位和/或定向在可穿戴音频设备102内(例如，在顶盖115内)，使得当可穿戴音频设备102被穿戴在用户的耳朵中时，与最大电场相关联的天线200的部分相对于与最小电场相关联的天线200的部分被定位为离用户的耳朵更远。例如，与最小电流相关联的天线的部分相对于与最大电流相关联的天线200的部分被定位为离用户的耳朵更远。

图9示出了根据本公开的示例实施例的天线相对于用户的耳朵的一个示例定位。如图9中所示，天线200可以被定位和/或定向，使得由第一端206和第二端208所限定的开口212相对于天线200的中间部分220被定位为离耳朵更远。以该方式，可以减少由耳朵所造成的天线200的性能下降。

图10、11和12示出了根据本公开的示例实施例的可穿戴音频设备102中的接地平面的示例实施方式。可穿戴音频设备102可以包括触摸面板160或传感器。触摸面板160可以包括紧密间隔的平面金属片。触摸面板160可以被布置在由弧形天线所限定的区域A内。例如，触摸面板160可以与天线200一起被布置在顶盖115内。

触摸面板可以用于检测来自用户的触摸输入(例如，用户触摸壳体114的顶盖115)。与触摸输入相关联的信号可以被传送到印刷电路板154，以控制可穿戴音频设备的各种操作特征(例如，音量、静音、声道等)。触摸面板160可以被布置在可穿戴音频设备102的印刷电路板154上。触摸面板160可以经由一个或多个导体165向印刷电路板154提供信号。

因为触摸面板160贴近天线200，所以触摸面板160可能影响天线200的操作性能。为了减少由触摸面板160所造成的天线200的操作性能的变化，接地平面180可以与触摸面板160以间隔的平行关系布置。接地平面180可以是导电平面。在一些实施例中，接地平面180可以是网状的(例如，开槽的)，以减少触摸面板160与接地平面180之间的电容。

如图12中所示，接地平面180可以包括延伸部185，该延伸部185沿着由用于将触摸面板160连接到印刷电路板154的导体165所采取的路径。延伸部185可以是固体导电材料。延伸部185可以将接地平面180连接到印刷电路板154。

图13示出了根据本公开的示例实施例的包括RF扼流圈的可穿戴音频设备102。更具体地，用于向可穿戴音频设备102传送功率和/或信号的每个导体190可以包括RF扼流圈195。在一些实施例中，导体190可以在导体被连接到印刷电路板154的位置处包括RF扼流圈195。RF扼流圈195可以消除或减少来自由天线所接收和/或创建的信号的RF噪声。

图14示出了根据本公开的示例实施例的可穿戴音频设备的天线的示例性能特征。图14沿纵轴绘制S11参数(例如，反射系数)(以dB为单位)，并且沿横轴绘制频率。如由曲线402所示，天线以它的预期的操作频率(例如，大约2.4GHz)表现出良好的性能特征。

图15示出了根据本公开的示例实施例的可穿戴音频设备的天线的示例性能特征。图15沿纵轴绘制天线效率(以dB为单位)，并且沿横轴绘制频率。曲线404代表天线的辐射效率。曲线406代表天线的总效率。如图所示，天线以它的预期的操作频率(例如，大约2.4GHz)表现出良好的效率。

尽管已经相对于本主题的特定示例实施例详细描述了本主题，但是应该理解的是，本领域技术人员在理解了前述内容之后，可以容易地产生对这样的实施例的改变、变型和等同物。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本公开不排除包括对于本领域普通技术人员来说显而易见的对本主题的这样的修改、变型和/或添加。

Claims (19)

1.一种可穿戴音频设备，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体限定内部和外部，所述外部具有耳朵接合表面；

音频源，所述音频源被包含在所述壳体的所述内部内；以及

天线，所述天线位于所述壳体的所述内部内，所述天线包括弧形导体，所述弧形导体具有第一端和第二端，并且具有在所述第一端与所述第二端之间所限定的开口；

其中，所述天线被定位，使得当所述可穿戴音频设备被穿戴在耳朵中时，所述天线的所述开口相对于所述弧形导体的中间部分被定位为离所述耳朵更远。

2.根据权利要求1所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述第一端和所述第二端与所述天线的最大电场相关联。

3.根据前述权利要求中任一项所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述中间部分与所述天线的最大电流相关联。

4.根据权利要求1所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述壳体包括顶盖，其中，所述天线被布置在所述顶盖内。

5.根据权利要求1所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述可穿戴音频设备包括：

触摸面板，所述触摸面板位于由所述弧形导体所限定的区域内；以及

接地平面，所述接地平面与所述触摸面板以间隔的平行关系定位。

6.根据权利要求5所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述接地平面的至少一部分是网状的。

7.根据权利要求1所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述可穿戴音频设备包括馈送元件，所述馈送元件被耦接到接近所述天线的所述第一端的连接部分。

8.根据权利要求1所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述可穿戴音频设备包括一个或多个导体，所述一个或多个导体用于传送与所述可穿戴音频设备相关联的信号。

9.根据权利要求8所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述一个或多个导体中的每个导体在所述导体被连接到位于该壳体内的印刷电路板的位置处被耦接到射频（RF）扼流圈。

10.根据权利要求1所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述壳体包括顶盖，当所述可穿戴音频设备被穿戴在耳朵中时，所述顶盖远离所述耳朵延伸，并且所述天线位于所述顶盖内。

11.根据权利要求10所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述天线被印刷到所述顶盖上。

12.根据权利要求11所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述第一端和所述第二端与所述天线的最大电场相关联。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述可穿戴音频设备包括：

触摸面板，所述触摸面板位于由所述弧形导体所限定的区域内；以及

接地平面，所述接地平面接近所述触摸面板定位。

14.根据权利要求13所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述接地平面的至少一部分是网状的。

15.根据权利要求1所述的可穿戴音频设备，其特征在于，进一步包括：

金属组件，所述金属组件位于由所述弧形导体所限定的区域内；以及

接地平面，所述接地平面与所述金属组件以间隔的平行关系定位。

16.根据权利要求15所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述壳体包括顶盖，所述天线和所述金属组件位于所述顶盖内。

17.根据权利要求15-16中任一项所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述接地平面包括延伸部，所述延伸部沿着由导体所采取的路径，所述导体将所述金属组件耦接到位于所述壳体的所述内部内的印刷电路板。

18.根据权利要求15-16中任一项所述的可穿戴音频设备，其特征在于，所述接地平面是网状的。

19.根据权利要求15-16中任一项所述的可穿戴音频设备，其特征在于，触摸面板包括所述金属组件。

Images