CN112510357B - 天线组件及无线耳机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线组件及无线耳机。所述天线组件包括第一天线、第二天线、连接器和电路板；所述第一天线设置在所述电路板的一侧，并与所述电路板电性连接；所述第二天线设置在所述电路板背离所述第一天线的一侧，并通过所述连接器与所述电路板电性连接，所述第二天线、所述连接器和所述电路板构成地线，所述地线与所述第一天线构成偶极天线。当天线组件处于工作状态时，地线与第一天线形成谐振回路，由于第二天线、连接器和电路板连接后共同成为天线的一部分，延长了天线的有效长度，从而改善了天线的有效辐射范围，有效延长了天线的信号传输距离。

Description

天线组件及无线耳机

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线组件及无线耳机。

背景技术

随着TWS(True Wireless Stereo，真无线立体声)技术在蓝牙耳机领域的广泛应用，TWS蓝牙耳机市场处于持续火爆的态势，用户对于TWS蓝牙耳机的体验要求也变得越来越高，而天线的性能好坏对于一款TWS蓝牙耳机的通信能力起着至关重要的作用，因此，天线的有效信号范围变得越来越重要。然而，由于TWS蓝牙耳机体积较小，需要在很小的范围内设置天线、主板、电池、喇叭等电子元件，导致耳机内部的空间高度紧张，这也使得耳机内部留给天线的可用空间越来越小，再加上目前市面上现有的天线种类的堆叠自由度不高，导致天线的信号辐射范围和信号传输距离变得非常有限，严重影响到TWS蓝牙耳机的通讯性能。

发明内容

本申请实施例提供一种天线组件及无线耳机，能够改善天线的有效辐射范围，延长天线的信号传输距离。

本申请实施例提供了一种天线组件，其特征在于，包括第一天线、第二天线、连接器和电路板；

所述第一天线设置在所述电路板的一侧，并与所述电路板电性连接；

所述第二天线设置在所述电路板背离所述第一天线的一侧，并通过所述连接器与所述电路板电性连接，所述第二天线、所述连接器和所述电路板构成地线，所述地线与所述第一天线构成偶极天线。

在本申请一些实施例中，所述天线组件还包括支架；

所述支架设置在所述电路板背离所述第一天线的一侧，所述第二天线设置在所述支架上。

在本申请一些实施例中，所述连接器设置在所述支架的顶部，所述第二天线与所述连接器连接，并从所述支架的顶部延伸至所述支架的底部。

在本申请一些实施例中，所述支架包括台阶状结构，所述第二天线从所述支架的顶部沿着所述台阶状结构的表面延伸至所述支架的底部。

在本申请一些实施例中，所述第一天线和所述第二天线分别包括陶瓷天线、FPC天线和LDS天线中的任意一种。

在本申请一些实施例中，所述连接器设有第一连接端；

所述电路板背离所述第一天线的一侧设有第二连接端；

所述第一连接端与所述第二连接端相卡合，使所述连接器与所述电路板电性连接。

在本申请一些实施例中，所述电路板与所述第一天线之间设有至少两个弹片；

所述电路板与所述第一天线通过至少两个所述弹片连接。

在本申请一些实施例中，所述连接器包括弹片和板对板连接器中的任意一种。

在本申请一些实施例中，所述支架上还设有与所述电路板电性连接的触摸传感器；

所述触摸传感器与所述第二天线间隔设置。

本申请实施例还提供了一种无线耳机，包括保护壳，以及位于所述保护壳内的上述天线组件；

所述保护壳包括听筒腔室，所述天线组件中的第二天线设置在所述听筒腔室中。

本申请提供的天线组件及无线耳机，能够通过弹片将电路板与第一天线进行连接，并通过连接器将第二天线与电路板进行连接，使第一天线与第二天线处于电性连接状态。其中，第二天线、连接器和电路板构成了地线，此时，地线与第一天线构成了偶极天线，当天线组件处于工作状态时，地线与第一天线形成谐振回路，由于第二天线、连接器和电路板连接后共同成为天线的一部分，延长了天线的有效长度，从而改善了天线的有效辐射范围，延长了天线的信号传输距离。

附图说明

图1为本申请实施例提供的天线组件的结构示意图；

图2a至图2i为本申请实施例提供的天线组件在不同功率下的方向图；

图3a至图3i为现有技术中天线组件在不同功率下的方向图；

图4为本申请实施例提供的无线耳机的结构示意图。

具体实施方式

这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本申请的示例性实施例的目的。但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步说明。

如图1所示，图1是本申请实施例提供的天线组件的结构示意图，包括第一天线1、第二天线2、连接器3和电路板4，所述第一天线1设置在所述电路板4的一侧，并与所述电路板4电性连接，所述第二天线2设置在所述电路板4背离所述第一天线1的一侧，并通过所述连接器3与所述电路板4电性连接，所述第二天线2、所述连接器3和所述电路板4构成地线，所述地线与所述第一天线1构成偶极天线。

其中，第二天线2、连接器3和电路板4构成的地线与第一天线1构成了谐振回路。

电路板4与第一天线1电性连接，并通过连接器3将第二天线2与电路板4进行连接，使第一天线1与第二天线2处于电性连接状态。其中，第二天线2、连接器3和电路板4构成了地线，此时，地线与第一天线1构成了偶极天线，当天线组件处于工作状态时，地线与第一天线1形成谐振回路，由于第二天线2、连接器3和电路板4连接后共同成为天线的一部分，延长了天线的有效长度，从而改善了天线的有效辐射范围，延长了天线的信号传输距离。

具体地，所述天线组件还包括支架7，所述支架7与所述电路板4之间可以通过螺栓进行连接，所述支架7设置在所述电路板4背离所述第一天线1的一侧，所述第二天线2设置在所述支架7上。

其中，第一天线1和第二天线2分别包括陶瓷天线、FPC(Flexible-Printed-circuit，柔性印刷电路)天线和LDS(Laser-Direct-structuring，激光直接成型技术)天线中的任意一种。第一天线1和第二天线2还可以是其他天线，在此不作具体限定。

进一步地，所述连接器3设置在所述支架7的顶部，所述第二天线2与所述连接器3连接，并从所述支架7的顶部延伸至所述支架7的底部。其中，支架7的顶部是指支架7靠近电路板4的一侧，支架7的底部是指支架7背离电路板4的一侧，通过将第二天线2设置在支架7上，从而无需再额外预留第二天线2的设置空间，在改善天线辐射范围的同时还可以节省天线组件的空间。

其中，支架7还包括台阶状结构，即支架7的至少一侧面可以呈台阶状。第二天线2从支架7的顶部沿着台阶状结构的表面延伸至支架7的底部。通过设置台阶状结构，以在天线组件的有限空间内，充分利用支架7的结构设计，使设置在其表面的第二天线2的长度尽可能得到延长，从而进一步延长了地线的长度，改善了天线的有效辐射范围和天线的信号传输距离。

进一步地，如图1所示，所述连接器3设有第一连接端31，所述电路板4上设有第二连接端32。

具体地，所述第一连接端31设置在所述支架7的顶部，所述第二连接端32设置在所述电路板4上背离所述第一天线1的一侧，所述第二天线2与所述第一连接端31连接，且所述第一连接端31和所述第二连接端32分别包括多个端子，所述第一连接端31的多个端子与所述第二连接端32的多个端子相匹配，通过将所述第一连接端31和所述第二连接端32的多个端子进行卡合，使所述连接器3与所述电路板4电性连接。其中，卡合的连接方式较其余的焊接方式更加简单直接，组装高效可靠，且方便拆卸与维护。

其中，连接器3包括弹片和BTB(Board-to-board，板对板)连接器中的任意一种。例如，图1中的连接器3是BTB连接器，第一连接端31是公座，第二连接端32是母座，通过将公座与母座内的端子相卡合使得公座与母座处于电性连接的关系，进而使连接器3与电路板4电性连接。连接器3还可以是其他可以实现第二天线2与电路板4电性连接的器件，在此不作具体限定。

进一步地，如图1所示，所述电路板4与所述第一天线1之间设有至少两个弹片5，所述电路板4与所述第一天线1通过至少两个所述弹片5连接，通过设置所述弹片5使所述第一天线1与所述电路板4电性连接。

其中，为保证天线组件的工作效率，弹片5的个数应至少为两个，且每个弹片5之间的间距位于预设范围内，在实际应用中通常将弹片5的数量设置为2-3个，任意两弹片5之间的间距设置为20mm。

本申请中的天线组件可以应用于TWS(True Wireless Stereo，真无线立体声)蓝牙耳机中，由于TWS蓝牙耳机天线的频域范围为2.4GHz-2.5GHz，当天线的长度达到4/λ时，天线的传输效率最大，因此TWS蓝牙耳机天线频域范围对应的波长λ范围为30.25-30mm，且天线的长度与天线的辐射性能有着密切的关系，当天线的长度与天线的波长越接近时，天线的辐射性能就越优异。而在现有技术中，通常仅在天线组件中设置电路板以及位于电路板上的天线，并通过弹片将二者进行电性连接，由于受到空间布局的限制，电路板上的天线的长度通常仅能达到20mm，因此天线的辐射范围和信号的传输距离都非常有限。

基于此，本申请设置所述第一天线1和所述第二天线2，所述第一天线1设置在所述电路板4的一侧，所述第二天线2设置在所述电路板4背离所述第一天线1的一侧，并将所述第一天线1与所述第二天线2通过所述连接器3、所述电路板4以及所述弹片5进行电性连接，此时，所述第二天线2、所述连接器3和所述电路板4构成地线，与所述第一天线1形成谐振回路，由于所述第二天线2、所述连接器3和所述电路板4连接后共同成为天线的一部分，成功延长了天线的有效长度，从而改善了天线的有效辐射范围，延长了天线的信号传输距离。

进一步地，所述支架7上还设有与所述电路板4电性连接的触摸传感器6。其中，为了防止天线收发回路与触摸感应回路之间产生信号干扰，触摸传感器6与第二天线2间隔设置，且两者之间的优选距离为3-5mm。触摸传感器6用于检测触摸信号，并将检测到的触摸信号转换为控制信号，以控制无线耳机执行控制信号的控制命令。

其中，支架7的底部靠近入耳检测模块(图中未示出)，且入耳检测模块与电路板4电性连接。入耳检测模块用于检测无线耳机是否佩戴成功，在检测到无线耳机处于成功佩戴的状态后方可进行相关的数据采集以及音频控制。

对本申请实施例提供的天线组件进行实际测试，如图2a至图2i所示，图2a至图2i为本申请实施例提供的天线组件的天线传输功率图。

由于一个天线在所有方向上均有辐射功率，但在各个方向上的辐射功率却不一定相等，所以通常将天线的方向图(或称为天线的辐射模式)作为描述天线特性的重要特征之一。为了更直观地了解到本实施例产生的技术效果，对本实施例提供的天线组件进行了实际测试，并得出天线在与磁场方向平行的方向图切面(H切面)、与电场方向平行的两个方向图切面(E1切面、E2切面)，以及天线在2402MHz、2441MHz、2480MHz三种工作频率下的总辐射功率。

在频率为2402MHz时，天线在与磁场方向平行的切面(H切面)、与电场方向平行的两个切面(E1切面、E2切面)的方向图分别如图2a至图2c所示；在频率为2441MHz时，天线在与磁场方向平行的切面(H切面)、与电场方向平行的两个切面(E1切面、E2切面)的方向图分别如图2d至图2f所示；在频率为2480MHz时，天线在与磁场方向平行的切面(H切面)、与电场方向平行的两个切面(E1切面、E2切面)的方向图分别如图2g至图2i所示。

由此可以看出：

如表1所示，当天线工作频率为2402MHz时，天线的总辐射功率为8.34dBm；当天线工作频率为2441MHz时，天线的总辐射功率为8.12dBm；当天线工作频率为2480MHz时，天线的总辐射功率为8.07dBm。

表1

Frequency(MHz)	2402	2441	2480
				TRP(dBm)	8.34	8.12	8.07

其中，表1中所示的Frequency为天线的工作频率，单位为(MHz)；TRP(TotalRadiated Power，总辐射功率)，单位为(dBm)，TRP是通过对整个辐射球面的发射功率进行面积分并取平均得到的，TRP反映了天线组件的发射功率情况。

而现有技术中的天线在上述三种工作频率下的总辐射功率的实际测试结果如下：

在频率为2402MHz时，天线在与磁场方向平行的切面(H切面)、与电场方向平行的两个切面(E1切面、E2切面)的方向图分别如图3a至图3c所示；在频率为2441MHz时，天线在与磁场方向平行的切面(H切面)、与电场方向平行的两个切面(E1切面、E2切面)的方向图分别如图3d至图3f所示；在频率为2480MHz时，天线在与磁场方向平行的切面(H切面)、与电场方向平行的两个切面(E1切面、E2切面)的方向图分别如图3g至图3i所示。

由此可以看出：

如表2所示，当天线工作频率为2402MHz时，天线的总辐射功率为4.18dBm；当天线工作频率为2441MHz时，天线的总辐射功率为4.50dBm；当天线工作频率为2480MHz时，天线的总辐射功率为4.20dBm。

表2

Frequency(MHz)	2402	2441	2480
				TRP(dBm)	4.18	4.50	4.20

对比本申请实施例与现有技术的测试结果可见，在天线工作频率相同的情况下，本申请实施例的天线总辐射功率相比于现有技术中能达到的天线总辐射功率提高了接近两倍，由此可见，本申请实施例显著提高了天线的总辐射功率。

本申请提供的天线组件，能够通过弹片将电路板与第一天线进行连接，并通过连接器将第二天线与电路板进行连接，使第一天线与第二天线处于电性连接状态。其中，第二天线、连接器和电路板构成了地线，此时，地线与第一天线构成了偶极天线，当天线组件处于工作状态时，地线与第一天线形成谐振回路，由于第二天线、连接器和电路板连接后共同成为天线的一部分，延长了天线的有效长度，从而改善了天线的有效辐射范围，延长了天线的信号传输距离。

本申请实施例还提供了一种无线耳机，如图4所示，图4为本申请实施例提供的无线耳机的结构示意图，所述无线耳机8包括保护壳81，以及位于所述保护壳81内的上述实施例中的天线组件。其中，所述无线耳机8可以为蓝牙耳机，所述第一天线1与所述第二天线2为蓝牙天线。具体地，天线组件包括所述第一天线1、所述第二天线2、所述连接器3和所述电路板4，所述第一天线1设置在所述电路板4的一侧，并与所述电路板4电性连接，所述第二天线2设置在所述电路板4背离所述第一天线1的一侧，并通过所述连接器3与所述电路板4电性连接，所述第二天线2、所述连接器3和所述电路板4构成地线，所述地线与所述第一天线1构成偶极天线。

其中，所述保护壳81包括相连通的听筒腔室810和手柄腔室，所述天线组件中的第二天线2、触摸传感器6、支架7和连接器3可设置在所述听筒腔室810中，所述天线组件中的第一天线1、电路板4和弹片5可设置在所述手柄腔室中。为了让无线耳机的外观更加小巧、美观，对产品的工业设计也有了更高的要求，缩短无线耳机的手柄已成为现今无线耳机市场的一大趋势，这也使得所述手柄腔室的空间变得非常有限，通过将所述第二天线2设置在所述听筒腔室810中，在改善天线辐射范围的同时还可以节省所述手柄腔室的空间。

在本申请一些实施例中，所述天线组件还包括支架；所述支架设置在所述电路板背离所述第一天线的一侧，所述第二天线设置在所述支架上。其中，支架的底部靠近入耳检测模块，入耳检测模块通常基于电容式感应传感器的电容变化或者基于光感式感应传感器的光感变化，其功能在于判断当前无线耳机是否已佩戴好。

在本申请一些实施例中，所述连接器设置在所述支架的顶部，所述第二天线与所述连接器连接，并从所述支架的顶部延伸至所述支架的底部。

在本申请一些实施例中，所述支架包括台阶状结构，所述第二天线从所述支架的顶部沿着所述台阶状结构的表面延伸至所述支架的底部。其中，在支架上设置台阶状结构是为了更充分地利用支架的表面空间，台阶状结构可以使设置在其表面的第二天线的长度得到延长，从而进一步延长了地线的长度。

在本申请一些实施例中，所述第一天线和所述第二天线分别包括陶瓷天线、FPC天线和LDS天线中的任意一种。

其中，陶瓷天线是一种适合于蓝牙装置使用的小型化天线，通常分为块状陶瓷天线和多层陶瓷天线，块状天线是使用高温将整块陶瓷体一次烧结完成后再将天线的金属部分印在陶瓷块的表面上，多层天线烧制采用低温共烧的方式将多层陶瓷迭压对位后再以高温烧结，所以天线的金属导体可以根据设计需要印在每一层陶瓷介质层上，如此一来可以有效缩小天线尺寸，在介电损耗方面，陶瓷介质也比PCB电路板的介电损失小，非常适合在低耗电率的蓝牙模块中使用。其中，FPC天线(柔性贴片平板模块天线)，是由刻印上去的线路图和模块片材质构成的，FPC天线一般用于内置，作用于物联网路由器、线路板网卡内部等，厚度为0.1mm，为正方形或长方形状态，镀锡焊接位置根据实际应用的需求来确定，通常可以是中间或者左下角，其尾部一般是IPEX端子或者剥皮镀锡焊接接口，线材大小和线长可根据实际情况定制。其中，LDS天线是通过激光直接成型技术(Laser-Direct-structuring)，利用计算机按照导电图形的轨迹控制激光的运动，将激光投照到成型的天线支架上，再利用激光镭射技术直接在天线支架上化镀形成金属天线。

在本申请一些实施例中，所述连接器设有第一连接端；所述电路板背离所述第一天线的一侧设有第二连接端；所述第一连接端与所述第二连接端相卡合，使所述连接器与所述电路板电性连接。其中，连接器可以为BTB(Board-to-board，板对板)连接器或者弹片，BTB连接器是连接器的一种类型，包括公座与母座两个部分，通过公座与母座内的多个端子卡合使两部分连接，公座与母座的外壳为塑胶材质，内部的多个端子通常采用镀铜。其中，弹片具有导电特性，可抗干扰电磁波外溢，具有弹性并有避震压制的功能，同时具有易上焊锡性，可直接焊接于各类电路板上。

在本申请一些实施例中，所述电路板与所述第一天线之间设有至少两个弹片；

所述电路板与所述第一天线通过至少两个所述弹片连接。其中，弹片通常采用超薄(0.05mm-0.1mm厚度)和超厚不锈钢301或者304材料制作而成，在实际应用中通常会有镀镍、镀银、镀金等多种不同的表面处理，主要应用于薄膜开关、接触开关、PCB板、FPC板，且弹片的直径通常为3-20mm。

在本申请一些实施例中，所述连接器包括弹片和板对板连接器中的任意一种。

其中，板对板连接器不仅传输能力强，而且还有着轻薄、高频传输稳定、无需焊接、降噪等特点，在实际应用中的占用空间较小，从性能上来说，板对板连接器有着超强的耐腐蚀性和优越的耐环境性，既具备了柔性连接的优点，又承担着信号转化的功能，作为电子元器件之间连接的桥梁，性能十分优秀。

在本申请一些实施例中，所述支架上还设有与所述电路板电性连接的触摸传感器；

所述触摸传感器与所述第二天线间隔设置。其中，由于天线收发回路与触摸感应回路是两个不同的回路，间隔设置的目的在于避免天线组件处于工作状态时两个回路之间产生信号干扰。

本申请实施例还提供了一种无线耳机，包括保护壳，以及位于所述保护壳内的上述天线组件；

所述保护壳包括听筒腔室，所述天线组件中的第二天线设置在所述听筒腔室中。其中，保护壳的材质通常采用的是塑胶，听筒腔室内还容纳有扬声器等电子元器件。

本申请提供的无线耳机，能够通过弹片将电路板与第一天线进行连接，并通过连接器将第二天线与电路板进行连接，使第一天线与第二天线处于电性连接状态。其中，第二天线、连接器和电路板构成了地线，此时，地线与第一天线构成了偶极天线，当天线组件处于工作状态时，地线与第一天线形成谐振回路，由于第二天线、连接器和电路板连接后共同成为天线的一部分，延长了天线的有效长度，从而改善了天线的有效辐射范围，延长了天线的信号传输距离。

综上，虽然本申请已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本申请，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，因此本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种天线组件，其特征在于，包括第一天线、第二天线、连接器和电路板；

所述连接器设有第一连接端，所述电路板设有第二连接端；

所述第一连接端与所述第二连接端卡合，以使所述连接器与所述电路板电性连接；

所述第一天线设置在所述电路板的一侧，并与所述电路板电性连接；

所述第二天线设置在所述电路板背离所述第一天线的一侧，并通过所述连接器与所述电路板电性连接，所述第二天线、所述连接器和所述电路板构成地线，所述地线与所述第一天线构成偶极天线；

所述天线组件还包括支架；

所述支架设置在所述电路板背离所述第一天线的一侧，所述第二天线设置在所述支架上；

所述连接器设置在所述支架的顶部，所述第二天线与所述连接器连接，并从所述支架的顶部延伸至所述支架的底部；

所述支架上还设有与所述电路板电性连接的触摸传感器；

所述触摸传感器与所述第二天线间隔设置。

2.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线分别包括陶瓷天线、FPC天线和LDS天线中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述连接器设有第一连接端；

所述电路板背离所述第一天线的一侧设有第二连接端；

所述第一连接端与所述第二连接端相卡合，使所述连接器与所述电路板电性连接。

4.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述电路板与所述第一天线之间设有至少两个弹片；

所述电路板与所述第一天线通过至少两个所述弹片连接。

5.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述连接器包括弹片和板对板连接器中的任意一种。

6.一种无线耳机，其特征在于，所述无线耳机包括保护壳，以及位于所述保护壳内的如权利要求1至5任一项所述的天线组件；

所述保护壳包括听筒腔室，所述天线组件中的第二天线设置在所述听筒腔室中。