CN114207939A - 用于鲁棒的跨越头和跨越体链接的天线设计 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种配件的金属结构或天线辐射器，该配件被配置为用作天线和输入控件两者。该设备可以是可穿戴设备，具有成形为与人体接触的第一表面和成形为在佩戴该设备时暴露的第二表面。天线辐射器可以位于设备外壳内部并耦合到印刷电路板(“PCB”)。PCB可以位于天线辐射器和外壳的表面之间，使得PCB可以屏蔽天线辐射器免受由于人体引起的天线损耗。电场可以在PCB和天线辐射器之间延伸。边缘电场可以改善配件和另一个设备之间的跨越头和跨越身体的连接性。

Description

用于鲁棒的跨越头和跨越体链接的天线设计
背景技术
可穿戴设备或配件通常具有将配件连接到主机设备的天线。在某些情况下，天线还可以将一个配件连接到另一个配件，诸如当配件是耳塞式耳机对时。该配件还可以包括用于接收输入的触摸板，所述输入诸如增大/减小回放音量、跳到下一首歌曲、接听电话等的命令。由于可穿戴设备的典型的小形状因子，触摸板和天线可能会争夺可穿戴设备内的空间，并且可能被定位为彼此非常接近。在某些情况下，设计可能需要配件中的更多空间，从而使配件比需要的更大。大型配件佩戴和/或携带可能很笨重或不舒服。此外，天线和触摸输入的接近可能导致配件之间以及配件与主机设备之间的连接性问题。
发明内容
本公开提供了一种可穿戴电子设备，其包括成形为佩戴在人体上的外壳，其中所述外壳的至少一个第一表面被成形为与身体接触并且所述外壳的至少一个第二表面被成形为当佩戴在身体上时暴露；位于外壳内的印刷电路板(“PCB”)；以及位于所述外壳内并配置为天线和输入控件的金属结构。金属结构可以位于距PCB一定距离处并且被定向为使得金属结构基本上平行于PCB。金属结构可以经由至少第一耦合件耦合到所述PCB。PCB和金属结构之间的电场可以在横向于人体纵向表面的切线的方向上延伸。
第一耦合件可以是天线馈电和触摸传感器输入。可穿戴设备还可以包括被配置为天线接地引脚或阻抗调谐接头的第二耦合件。
金属结构可以位于与所述外壳的至少一个第一表面相比更靠近所述外壳的至少一个第二表面。金属结构可具有中心区域和周边，其中所述金属结构在所述周边处从所述中心区域朝向所述PCB弯曲。输入控件可以是触摸板。
PCB可以被配置为使金属结构屏蔽开人体。电场可以被配置为在人体周围传播。当金属结构接收输入时，金属结构可以被配置为检测电容的变化。电子设备可以是耳塞式耳机。
本公开的另一方面包括一种设备，该设备包括印刷电路板(“PCB”)和被配置为天线和输入控件两者的金属结构。金属结构可以位于距PCB一定距离处并且被定向为使得金属结构基本上平行于PBC。金属结构可以通过至少第一耦合件耦合到PCB，使得金属结构基本上平行于PCB。电场可以在PCB和金属结构之间延伸。
附图说明
图1A是根据本公开的方面的示例配件的侧透视图。
图1B是根据本公开的方面的图1A的示例配件的俯视透视图。
图2是根据本公开的方面的示例电场图。
图3是图示根据本公开的方面的配件的示例使用的示意图。
具体实施方式
所公开的技术通常可以涉及连接到主机设备的可穿戴设备或配件。可穿戴设备可以是例如一个或多个耳塞式耳机、眼镜、虚拟现实(VR)耳机、摩托车头盔等。每个配件可以具有将配件连接到诸如智能电话的主机设备的天线。天线可以位于配件的外壳内。配件还可包括用于接收用户命令的输入控件，诸如触摸板或触摸输入。天线和触摸板可以组合或集成，使得天线和触摸板是配件外壳内的一个组件。在一些示例中，组合天线和触摸板可以被称为天线辐射器。天线辐射器可以用作天线和触摸板两者，因为即使它们被组合成一个元件，天线和触摸板也不会经历串扰。
通过将天线和触摸板组合成一个元件，天线辐射器在配件的外壳内可以比如果每个组件独立放置在外壳内时的每个组件更大。组合天线辐射器可以消除为两个独立组件——即天线和触摸板——创造空间的需要。因此，与具有天线和触摸板作为两个独立组件的配件相比，组合的天线和触摸板或天线辐射器的总尺寸可以在外壳内扩大。天线和触摸板的物理尺寸可能与无线电和触摸传感器的功能性能直接相关。因此，增加的一侧可能与增加的性能相关。天线辐射器可以附加地或替代地允许外壳的较低轮廓，因为外壳不再需要具有两个独立的组件的空间。在一些示例中，组合天线辐射器可以使两个元件——天线和触摸板——能够在设备内它们最优选的区域或位置共位，以最大化它们相应的性能。
天线辐射器可以耦合到配件的外壳内的印刷电路板(“PCB”)。PCB可以位于外壳和天线辐射器之间，使得PCB可以充当屏蔽以防止天线损耗。例如，当天线辐射器接触或接近接触人体时，可能会发生天线损耗。特别是，人体充当可能会降低或削弱天线组件的电介质。因此，通过将PCB放置在最靠近配件接触人体的外壳表面和天线辐射器之间，PCB可以帮助防止天线辐射器接触人体，从而防止天线损耗。根据一些示例，天线辐射器可以耦合到设备100内的电池或任何接地金属结构。
天线辐射器可以通过一个或多个接触点耦合到PCB。一个触点既可用作天线的馈电，也可用作触摸传感器的输入。其他触点可用作天线接地或阻抗调谐短截线，其可与触摸感应功能性完全隔离。根据一些示例，接触点可以是一个或多个弹簧夹。第一弹簧夹可用作天线馈电和输入控件的连接。第二弹簧夹可用作天线接地。
电磁场可以在PCB和天线辐射器之间和/或周围延伸或传播。与直接在PCB和天线辐射器之间传播相反，在PCB和天线辐射器周围传播的电磁场可以允许增强的配件之间的耦合，诸如当配件是耳塞式耳机对时。附加地或替代地，在PCB和天线辐射器周围传播的也称为边缘电场的电场可以允许配件和主机设备之间更好的耦合。
图1A和图1B示出了配件100的外壳内的天线辐射器的不同透视图。如这里所使用的，配件可以用于指代耦合到主机设备或另一配件并且能够接收来自用户的输入的任何电子设备。配件的示例可以包括耳塞式耳机、智能手表、耳机、其他可穿戴电子设备等。配件还可以包括其他电子设备，诸如膝上型电脑、集线器、平板电脑等。然而，图1A和图1B中所示的配件100是耳塞式耳机，然而，这仅是一个示例，并非旨在进行限制。
配件100可以包括外壳102、PCB 104、天线辐射器106和弹簧夹108、110。天线辐射器106可以是组合的天线和触摸板。因此，天线辐射器106可以用作天线和触摸板两者。配件100可以包括附加组件，诸如一个或多个处理器(例如中央处理单元(CPU))、存储数据和指令的存储器(例如，RAM和内部硬盘驱动器)、显示器(例如，具有屏幕的监视器、触摸屏或其他设备，诸如可操作以显示信息的智能手表显示器)以及用户输入设备(例如，键盘、触摸屏或麦克风)。
外壳102可以成形为佩戴在人体上。例如，外壳的至少一个第一表面可以成形为与身体接触并且外壳的至少一个第二表面可以成形为当配件100佩戴在身体上时暴露。第一表面和第二表面可以彼此相对。外壳102可以容纳配件100的内部组件。例如，外壳102内可以是PCB104、天线辐射器106、弹簧夹108、110和任何附加组件，如上所述。如图所示，外壳102的一部分被移除，使得配件100的内部组件可以是可见的。
PCB 104可以位于外壳102内。在一些示例中，PCB 104可以位于比外壳102的第二表面更靠近第一表面。也就是说，当配件100被佩戴时与其他组件相比PCB 104可以位于更靠近人体。
天线辐射器106的定位很重要，因为人体是电介质使得人体可能会降低或削弱天线组件的运作。根据一些示例，天线辐射器106可以在外壳102内位于PCB 104和外壳102的第二表面之间。也就是说，天线辐射器106可以位于更靠近外壳102的第二表面，即当配件100佩戴在身体上时PCB 104的暴露表面。在这样的示例中，PCB 104可以将天线辐射器106与身体屏蔽开或隔离，使得天线辐射器106受到来自身体的较少损耗影响。附加地或替代地，使天线辐射器106与PCB 104居中并且在外壳102内部与外壳102的第一表面相比更靠近外壳102的第二表面可以制造天线辐射器106。因此，与沿外壳周边具有天线的配件或易受在人体上放置影响的配件相比，天线和触摸板的功能更高效且不易受佩戴条件的影响。
例如，当配件100是耳塞式耳机时，如图所示，天线辐射器106可以位于外壳102内的中央，使得天线辐射器106不会与人体接触。在一些示例中，天线辐射器106以及因此天线和触摸板在设备100的外壳102限定的给定体积内可以具有与用户身体的最大间隙量。天线辐射器106的位置可以减少来自人体的介电负载效应，因此可以减少因配件的佩戴容限和旋转而引起的可变性。
如图1A和1B所示，天线辐射器106可以是具有圆形形状的实心结构。该结构可以是金属结构。天线辐射器的形状可以基于配件100和/或外壳102的形状而改变。因此，天线辐射器106可以具有正方形、矩形、椭圆形等形状并且具有如图所示的圆形形状仅是一个示例而不是限制性的。
根据一些示例，天线辐射器106可以具有被切除的结构的部分。切除可以在天线辐射器106中产生图案。这可以在不损害天线辐射器106的性能的情况下产生更轻和/或更便宜的天线辐射器106。另外或替代地，天线辐射器106上的天线图案可以制成网状形式。网状形式可以在不牺牲或降低天线辐射性能的情况下减小天线辐射器106的触摸电容。
天线辐射器106可以具有曲率。例如，天线辐射器可以具有中心区域112和周边114。天线辐射器106可以在周边从中心区域112朝向PCB 104弯曲。天线辐射器106的曲率可以是凸的。根据一些示例，天线辐射器106的曲率可以对应于或基本上遵循配件100的外壳102的曲率。因此，在一些示例中，天线辐射器106可以不弯曲或者天线辐射器106可以具有凹曲率。
天线辐射器106的尺寸可以设计成使得天线辐射器106的周边114位于距外壳102一定距离处。也就是说，天线辐射器106可以具有小于放置天线辐射器106的外壳102中的开口的尺寸。天线辐射器106的尺寸可以通过从配件100的外壳102拉开来减少误触。另外或替代地，天线辐射器106的尺寸可以提供最小的(如果有的话)从外壳102的额外突出。在一些示例中，天线辐射器106的尺寸可以降低对诸如暂停、播放等的输入的手指手势的敏感性。
天线辐射器106可以经由诸如弹簧夹110的至少一个接触点耦合到PCB 104。根据一些示例，可能有两个接触点，诸如第一和第二弹簧夹108、110。因此，到天线的射频(“RF”)电路和用于触摸板的触摸传感器电路都可以连接到天线辐射器106。这可以允许天线和触摸板独立工作而不会使它们相应的信号串扰。例如，天线RF信号可能不会影响或干扰触摸传感器信号，反之亦然。天线辐射器106可以耦合到PCB 104，使得天线辐射器106基本上平行于PCB。
第一弹簧夹110可以用作天线馈电和触摸传感器的输入。设备100可以包括要在弹簧夹110处实现的去耦电路，以便使无线电系统和触摸传感器系统在共享相同的金属结构106的同时正确且独立地起作用。将天线馈电与用于接收输入的信号的电路组合成一个弹簧夹110可以提高配件100的效率。此外，由于一个组件，弹簧夹108，可以具有两个功能，即天线接地和用于接收指示触摸输入的信号的电路，因此可以降低总制造成本。第二弹簧夹108可用作天线接地销或阻抗调谐接头。可以在弹簧夹108上实现具有计算电容值的电容器以防止触摸输入信号短路接地。
图2示出了在PCB和天线辐射器之间延伸的电场的示例。电场220可以在PCB 204和天线辐射器206之间延伸。保持在PCB 204和天线辐射器206之间的电场的部分可以是垂直电场224并且延伸超出PCB 204和天线辐射器206或在PCB 204和天线辐射器206之外的电场220的部分可以是边缘电场222。
与传统的单极天线相比，本文描述的天线辐射器可以降低电磁场集中。例如，天线的开口承载负责辐射的天线的最强的电场。这里描述的平面天线辐射器的天线开口可以比传统单极天线的天线开口宽。这可以消除天线电场的集中，因此有助于减少由于可能是高介电常数材料的人体组织的负载效应引起的变化。
垂直电场224可以在PCB 204和天线辐射器206之间延伸。垂直电场224可以使沿着天线辐射器206的表面传播的表面波最大化。随着表面波被最大化，跨越头和跨越体联系(linkage)的灵敏度可能会增加。诸如左右耳塞式耳机的两个耳塞式耳机之间可能会发生跨越头联系。左右耳塞式耳机与诸如智能手机的主机设备之间可能会发生跨越体联系。
当配件在使用中时，垂直电场224可能不是垂直的。例如，当配件是耳塞式耳机时，垂直电场224可以垂直于人体的切线垂直表面。特别地，垂直电场224可以垂直于用户耳朵或脸颊的切线垂直表面。因此，当配件被佩戴时，垂直电场224可以是水平的，或处于任何其他角度。
边缘电场222可以从PCB 204的边缘向外传播和/或辐射到天线辐射器206的边缘。随着边缘电场222从PCB 204辐射到天线辐射器206，边缘电场222的强度可以随着远离PCB204和天线辐射器206的距离增加而减小。边缘电场22可以允许配件之间和/或配件与主机设备之间的连接性和/或增加的连接性。例如，当配件是耳塞式耳机对时，来自右耳塞式耳机的边缘电场222可以在用户的头部周围传播并用于将右耳塞式耳机连接到左耳塞式耳机。附加地或替代地，来自左耳塞式耳机的边缘电场222可以在用户的头部周围传播并且用于将左耳塞式耳机连接到右耳塞式耳机。在一些示例中，来自配件的边缘电场222可以传播并用于将配件连接到主机设备。在这样的示例中，来自耳塞式耳机对的边缘电场222可以在用户周围传播并用于连接到主机设备，主机设备可以是用户手中的智能手机。
图3示出了在用户头部周围传播的边缘电场的示例。用户330可以佩戴左耳塞式耳机300a、右耳塞式耳机300b。右耳塞式耳机300a的边缘电场322可以在右耳塞式耳机300a和用户330周围传播。虽然未示出，但左耳塞式耳机300b可以具有在左耳塞式耳机300b和用户330周围传播的边缘电场。
边缘电场322的传播可以增加右耳塞式耳机300a和左耳塞式耳机300b之间和/或右耳塞式耳机300a和主机设备(未示出)之间的连接性。特别地，边缘电场322在人体周围和/或穿过人体的传播在远离配件的位置处可能比来自单极天线的电场更强。边缘电场322的增加的强度可以增加右耳塞式耳机300a和左耳塞式耳机300b之间的跨越头联系以及右耳塞式耳机300a和主机设备(未示出)之间的跨越体联系的连接性。
当与容纳天线辐射器的配件交互时，本文描述的天线辐射器的尺寸、形状和放置可以为用户提供更好的体验。特别地，通过将天线和触摸板的功能组合成一个元件，配件的整体尺寸可以减小和/或从配件伸出的突起可能很少，因为只需要为一个组件而不是两个组件留出空间。此外，通过将天线和触摸板的功能组合到一个元件中，天线辐射器允许在设备外壳内增加天线和触摸板的尺寸。根据一些示例，将天线和触摸板的功能组合成一个元件可以允许两个组件在它们的最佳性能有益位置共位。这可以通过增加天线孔径和/或体积来提高天线效率。
将天线辐射器放置在配件的外壳内可以降低来自用户身体的频率负载效应。此外，天线辐射器的内部放置可以降低天线辐射器与人体接触的可能性，防止人体削弱天线组件。
除非另有说明，否则上述替代示例不是相互排斥的，而是可以以各种组合实施以实现独特的优势。由于在不脱离由权利要求限定的主题的情况下可以利用以上讨论的特征的这些和其他变化和组合，因此实施例的前述描述应当通过说明的方式而不是通过权利要求限定的主题的限制来理解。此外，此处描述的实施例的提供以及表述为“诸如”、“包括”等的条款不应被解释为将权利要求的主题限制于具体实施例；相反，这些示例仅旨在说明许多可能实施例中的一个。此外，不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。

Claims (20)

1.一种可穿戴电子设备，包括：
外壳，所述外壳成形为佩戴在人体上，其中，所述外壳的至少一个第一表面被成形为与所述人体接触并且所述外壳的至少一个第二表面被成形为在佩戴在身体上时暴露；
位于所述外壳内的印刷电路板PCB；和
金属结构，所述金属结构位于所述外壳内并且被配置为天线和输入控件两者，
其中，所述金属结构位于距所述PCB一定距离处并且被定向成使得所述金属结构基本上平行于所述PCB，
其中，所述金属结构经由至少第一耦合件而耦合到所述PCB，并且
其中，所述PCB和所述金属结构之间的电场在横向于所述人体的纵向表面的切线的方向上延伸。
2.根据权利要求1所述的可穿戴电子设备，其中，所述第一耦合件是天线馈电和触摸传感器输入。
3.根据权利要求1所述的可穿戴电子设备，还包括被配置为天线接地引脚或阻抗调谐接头的第二耦合件。
4.根据权利要求1所述的可穿戴电子设备，其中，所述金属结构位于与所述外壳的所述至少一个第一表面相比更靠近所述外壳的所述至少一个第二表面。
5.根据权利要求1所述的可穿戴电子设备，其中，所述金属结构具有中心区域和周边，其中，所述金属结构在所述周边处从所述中心区域朝向所述PCB弯曲。
6.根据权利要求1所述的可穿戴电子设备，其中，所述输入控件是触摸板。
7.根据权利要求1所述的可穿戴电子设备，其中，所述PCB被配置为使所述金属结构屏蔽开所述人体。
8.根据权利要求1所述的可穿戴电子设备，其中，所述电场被配置为在所述人体周围传播。
9.根据权利要求1所述的可穿戴电子设备，其中，在所述金属结构接收输入时，所述金属结构被配置为检测电容的变化。
10.根据权利要求1所述的可穿戴电子设备，其中，所述可穿戴电子设备是耳塞式耳机。
11.一种设备，包括：
印刷电路板PCB；和
金属结构，所述金属结构被配置为天线和输入控件两者，
其中，所述金属结构位于距所述PCB一定距离处并且被定向成使得所述金属结构基本上平行于所述PCB，
其中，所述金属结构经由至少第一耦合件耦合到所述PCB，使得所述金属结构基本上平行于所述PCB，并且
其中，电场在所述PCB和所述金属结构之间延伸。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述第一耦合件是天线馈电和触摸传感器输入。
13.根据权利要求11所述的设备，还包括被配置为天线引脚或阻抗调谐接头的第二耦合件。
14.根据权利要求11所述的设备，其中，所述金属结构具有中心区域和周边，其中，所述金属结构在所述周边处从所述中心区域朝向所述PCB弯曲。
15.根据权利要求11所述的设备，其中，所述输入控件是触摸板。
16.根据权利要求10所述的设备，其中，所述电子设备被配置为佩戴在人体上。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述电场在横向于所述人体的纵向表面的切线的方向上延伸。
18.根据权利要求16所述的设备，其中，所述PCB被配置为使所述金属结构屏蔽开人体。
19.根据权利要求16所述的设备，其中，所述电场被配置为在所述人体周围传播。
20.根据权利要求11所述的设备，其中，在所述金属结构接收输入时，所述金属结构被配置为检测电容的变化。
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