CN114824768A - 回路天线及tws耳机 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及无线通信技术领域，公开了一种回路天线及TWS耳机。其中的回路天线包括第一介质基板、第二介质基板、辐射单元和寄生单元；第二介质基板与第一介质基板层叠设置；辐射单元包括位于同一回路中的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元设置在第一介质基板远离第二介质基板的一面，第二天线单元设置在第二介质基板远离第一介质基板的一面；寄生单元设置在第一介质基板与第二介质基板之间并与辐射单元耦合。本申请实施例提供的回路天线及TWS耳机，能够在实现小型化的过程中，提高天线的带宽和辐射效率。

Description

回路天线及TWS耳机

技术领域

本申请实施例涉及无线通信技术领域，特别涉及一种回路天线及TWS耳机。

背景技术

随着TWS(true wireless stereo，真实无线立体声)技术和智能化的发展，TWS耳机正在无线连接、语音交互、智能降噪、健康监测和听力增强/保护等领域发挥重要的作用。TWS耳机不仅会是智能手机的标配，甚至未来会成为人体器官中不可缺失的部分。天线作为TWS耳机实现与其他设备之间相互通讯的关键部件，决定着TWS耳机的使用性能。

TWS耳机中的天线目前遇到的主要挑战，主要是耳机内部结构环境复杂且可利用空间少，所以如何实现天线的小型化是一个重要的问题。但是，目前TWS耳机中的天线在实现小型化的过程中，会严重降低天线的带宽和辐射效率。

发明内容

本申请实施方式的目的在于提供一种回路天线及TWS耳机，能够在实现小型化的过程中，提高天线的带宽和辐射效率。

为解决上述技术问题，本申请的实施方式提供了一种回路天线，包括第一介质基板、第二介质基板、辐射单元和寄生单元；第二介质基板与第一介质基板层叠设置；辐射单元包括位于同一回路中的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元设置在第一介质基板远离第二介质基板的一面，第二天线单元设置在第二介质基板远离第一介质基板的一面；寄生单元设置在第一介质基板与第二介质基板之间并与辐射单元耦合。

本申请的实施方式还提供了一种TWS耳机，包括上述的回路天线。

本申请实施方式提供的回路天线及TWS耳机，通过在第一介质基板与第二介质基板相互远离的一面分别设置第一天线单元与第二天线单元，进而通过第一天线单元与第二天线单元形成回路天线，可以有效利用两块介质基板的纵向空间，以便实现小型化。并且，通过在第一介质基板与第二介质基板之间添加寄生单元与辐射单元耦合，可以改善辐射单元的辐射性能。通过寄生单元起到的谐振激励作用，可以实现回路天线的高带宽覆盖。同时，提高天线辐射效率。

另外，辐射单元还包括依次贯穿第一介质基板与第二介质基板设置的两个短路针，第一天线单元包括相对设置的第一部分和第二部分，第二天线单元包括相对设置的第一端和第二端，第一端经一个短路针与第一部分的一端电连接，第二端经另一个短路针与第二部分的一端电连接。这样，通过在辐射单元中加载短路针，可以降低辐射单元的工作频率，便于实现回路天线的小型化。

另外，第一天线单元、第二天线单元均设置成具有开口的环状。这样，通过设计特定长度的电流路径，可以便于与天线所需的工作频率进行匹配。

另外，第一部分的另一端为接地端，第二部分的另一端为馈电端。这样，可以分别通过接地端与馈电端实现辐射单元的接地与馈电。

另外，接地端与馈电端靠近第一介质基板边缘的中部设置。这样，可以使地平面上的电流分布均匀，使回路天线的辐射远场对称。

另外，辐射单元还包括馈电微带，馈电微带与第二部分的另一端电连接。这样，通过馈电微带直接馈电，可以展宽回路天线的阻抗带宽。

另外，寄生单元为矩形贴片、方形贴片或者环形贴片。这样，可以通过不同形式的寄生单元，实现不同的谐振特性。

另外，寄生单元的边缘处设置有两个延伸枝节，两个延伸枝节设置在两个短路针相互远离的一侧。这样，可以通过延伸枝节，改善寄生单元的谐振特性。

另外，馈电单元，馈电单元包括匹配电感和匹配电容，匹配电感的一端用于连接激励源，匹配电感的另一端与匹配电容的一端并联后连接至辐射单元，匹配电容的另一端接地。这样，通过匹配电感与匹配电容调整馈电单元的阻抗，使激励信号以最大能量的形式耦合至回路天线的辐射单元。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请实施例提供的未示出介质基板时、回路天线的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的未示出介质基板时、回路天线的局部放大结构示意图；

图3是本申请实施例提供的第一介质基板与第二介质基板堆叠后的剖面结构示意图；

图4是本申请实施例提供的回路天线的回波损耗图；

图5是本申请实施例提供的回路天线的辐射效率图；

图6是本申请实施例提供的第一介质基板上设置第一天线单元的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的第二介质基板上设置第二天线单元的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的馈电单元的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，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、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

随着通讯技术的不断发展，人们对移动终端的需求越来越多样化。由于TWS耳机自身具备的便携性，以及伴随着音质上的不断优化，TWS耳机正成为很多用户在购买耳机时的第一选择。但是，TWS耳机中由于内部可利用空间少，只留下很少的区域给天线。因此，在小尺寸的TWS耳机中，如何设计小型化的天线结构，以实现与移动终端的正常通讯功能(如蓝牙连接、无线网络连接)，是一个亟待解决的问题。

目前TWS耳机中的天线在实现小型化的过程中，通常使用高介电常数的介质基板，或者通过弯曲电流路径的辐射器的布局实现小型化。但是，这两种小型化方式均会严重降低天线的带宽和辐射效率。

另外，由于天线在小型化过程中，辐射结构的不对称性会导致天线在左右耳存在信号降幅的差异，增大天线共板设计的难度。

本申请实施例提供了一种回路天线，将位于同一回路中的两个天线单元布置在两块介质基板相互远离的一侧，并在两块介质基板之间增加寄生单元。其中，通过将两个天线单元布置在两块介质基板相互远离的表面上，能够有效利用介质基板的纵向空间，使得天线所需的横向净空面积减少至少一半，以便实现天线结构的小型化。同时，通过加载寄生单元，可以与回路天线中的辐射单元耦合，以通过多模谐振展宽天线的带宽。根据天线工作时的回波损耗，可以得出天线在工作频段内的效率达到了50％以上，具备较好的天线辐射效率。

下面结合图1至图3说明本申请实施例提供的回路天线的结构。

如图1至图3所示，本申请实施例提供的回路天线包括第一介质基板11、第二介质基板12、辐射单元13和寄生单元14，第二介质基板12与第一介质基板11层叠设置，辐射单元13包括位于同一回路中的第一天线单元131和第二天线单元132，第一天线单元131设置在第一介质基板11远离第二介质基板12的一侧，第二天线单元132设置在第二介质基板12远离第一介质基板11的一侧；寄生单元14设置在第一介质基板11与第二介质基板12之间并与辐射单元13耦合。

第一介质基板11和第二介质基板12为天线辐射结构的基板，第一介质基板11和第二介质基板12可以采用介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02的FR4介质基板。两块介质基板采用层叠结构，两块介质基板相互远离的一面，即堆叠后露出在外的面积较大的表面，用于设置回路天线的辐射单元13，两块介质基板之间用于添加回路天线的寄生单元14。

辐射单元13为回路天线的辐射结构，辐射单元13包括设置于第一介质基板11上的第一天线单元131和设置于第二介质基板12上的第二天线单元132。第一天线单元131和第二天线单元132位于同一回路中，即位于同一电流路径中。回路天线辐射时的电流信号会依次经过第一天线单元131与第二天线单元132。第一天线单元131和第二天线单元132可以采用微带线形式，直接贴合或者印刷在对应的介质基板上。

寄生单元14是回路天线中与辐射单元13耦合的部分，寄生单元14设置于两块介质基板之间，即位于第一天线单元131与第二天线单元132之间。在回路天线工作时，可以与辐射单元13中的天线单元进行耦合，以改善辐射单元13的辐射性能。通过辐射单元13激励起一个谐振点，以及寄生单元14激励起一个谐振点，从而通过多模谐振展宽回路天线的阻抗带宽。

图4和图5分别给出了加载寄生单元14后回路天线的回波损耗图与工作效率图，从图4中可以看出，6dB线覆盖了2.5至2.8GHz频带，且频宽280MHz。从图5中可以看出加载了寄生单元14后的天线辐射效率，在天线工作频带内辐射效率均达到了50％以上，说明具备较好的辐射效率。

本申请实施例提供的回路天线，通过在第一介质基板11与第二介质基板12相互远离的一面分别设置第一天线单元131与第二天线单元132，进而通过第一天线单元131与第二天线单元132形成回路天线，可以有效利用两块介质基板的纵向空间，以便实现小型化。并且，通过在第一介质基板11与第二介质基板12之间添加寄生单元14与辐射单元13耦合，可以改善辐射单元13的辐射性能。通过寄生单元14起到的谐振激励作用，可以实现回路天线的高带宽覆盖。同时，提高天线辐射效率。

需要说明的是，第一天线单元131与第二天线单元132是形成辐射单元13的主体部分，在辐射单元13中的完整回路中，即在第一天线单元131与第二天线单元132所在的完整回路中存在连接结构。通过连接结构在两块介质基板的纵向上，实现位于不同介质基板表面上的第一天线单元131与第二天线单元132之间的电连接。

在一些实施例中，可以通过加载短路针133，实现第一天线单元131与第二天线单元132在两块介质基板纵向上的信号传输。因此，辐射单元13还可以包括两个短路针133，两个短路针133依次贯穿第一介质基板11与第二介质基板12设置。如图6所示，第一天线单元131包括相对设置的第一部分1311和第二部分1312。如图7所示，第二天线单元132包括相对设置的第一端1321和第二端1322，第二天线单元132的第一端1321经一个短路针133与第一部分1311的一端电连接，第二端1322经另一个短路针133与第二部分1312的另一端电连接。

位于不同介质基板表面上的第一天线单元131与第二天线单元132，通过加载短路针133连接，从而便于实现在两个介质基板纵向上的小型化布置。同时，加载短路针133，可以降低辐射单元13的工作频率，有利于实现辐射单元13的小型化，并提高辐射单元13的辐射效率。

在另一些实施例中，第一天线单元131与第二天线单元132也可以采用微带线实现电连接。通过在第一介质基板11与第二介质基板12的纵向上加载微带线，分别连接第一部分1311的一端与第二天线单元132的第一端1321，以及第二部分1312的一端与第二天线单元132的第二端1322。微带线也可以为第一天线单元131的一部分，即在一些实施例中，可以将第一天线单元131中第一部分1311的一端，以及第二部分1312的一端沿两块介质基板的纵向延伸至第二天线单元132所在表面，以与第二天线单元132的第一端1321与第二端1322电连接，或者将第二天线单元132的第一端1321以及第二端1322沿两块介质基板的纵向延伸至第一天线单元131所在表面，以与第一部分1311的一端、第二部分1312的一端电连接。

另外，也可以采用一体成型的辐射单元13，即第一天线单元131与第二天线单元132，以及位于两块介质基板纵向上的连接部分为一体结构，同样能够起到辐射作用。

在本申请的一些实施例中，第一天线单元131、第二天线单元132可以均设置成具有开口的环状。

如图2所示，第一天线单元131和第二天线单元132大体呈轴对称结构，这样，能够降低多个天线单元共板设计的难度。同时，环状的第一天线单元131与第二天线单元132可以实现特定长度的电流路径，以便与天线的工作频率进行匹配。

在一些实施例中，第一部分1311的另一端为接地端，第二部分1312的另一端为馈电段。

接地端是辐射单元13中用于接地的一端，馈电端是辐射单元13中用于馈电的一端。接地端与馈电端位于介质基板的相同表面上。

如图1所示，在辐射单元13的一侧，设置有与第一天线单元131所在平面平行的地平面101，接地端可以与该地平面101电连接，进而实现接地。

需要说明的是，接地端与馈电端的位置可互换，即第一部分1311的另一端与第二部分1312的另一端中的一者可用于接地，另一者可用于馈电。

在一些实施例中，接地端与馈电端可以靠近第一介质基板11边缘的中部设置。

通过将接地端与馈电端设置在第一介质基板11边缘的中部，可以使得地平面101上的电流分布均匀，使回路天线的辐射远场对称。

在一些实施例中，辐射单元13还可以包括馈电微带134，馈电微带134与第二部分1312的另一端电连接。

如在实际情形下，可以通过50欧姆微带直接馈电，从而在2.5～2.8GHz(吉赫兹)产生两个谐振点，以展宽回路天线的阻抗带宽。

在本申请的一些实施例中，寄生单元14可以为矩形贴片、方形贴片或者环形贴片。

寄生单元14是在回路天线中起到谐振作用的部件，通过调整寄生单元14的形状或者尺寸，可以使寄生单元14与辐射单元13进行匹配，以达到所需的谐振频率。在实际情形下，寄生单元14的形状可以为矩形、方形或者环形。同时，寄生单元14可以采用金属贴片的形式，从而方便设置在第一介质基板11与第二介质基板12之间。

在本申请的一些实施例中，寄生单元14的边缘处可以设置两个延伸枝节141，两个延伸枝节141设置在两个短路针133相互远离的一侧。

通过在寄生单元14的边缘处加入两个延伸枝节141，可以通过延伸枝节141改善寄生单元14的谐振特性。如图2所示，两个延伸枝节141位于矩形寄生贴片的一个侧边上，并且两个延伸枝节141分别位于矩形寄生贴片的两个转角处。两个延伸枝节141于两个短路针133相互远离的一侧延伸，与辐射单元13整体形成对称结构，从而降低天线共板设计时的难度。

在本申请的一些实施例中，回路天线还可以包括馈电单元。如图8所示，馈电单元包括匹配电感15和匹配电容16，匹配电感15的一端用于连接激励源17，匹配电感15的另一端与匹配电容16的一端并联后连接至辐射单元13，匹配电容16的另一端接地。

激励源用于向回路天线发出激励信号，以通过天线进行电磁波信号的辐射而与其他设备进行通讯。电感与电容可以调整馈电单元的阻抗，使激励信号以最大能量的形式耦合至回路天线的辐射单元13。激励源的激励信号经电感与电容调整共振频率后到达回路天线，并经回路天线向外辐射。

在一些实施例中，匹配电感15的电感量可以为2.5nH(纳亨)，匹配电容16的电容值可以为0.3F(法拉)。

本申请实施例还提供了一种TWS耳机，包括上述实施例中的回路天线。

第一天线单元131与第二天线单元132形成回路天线，可以有效利用两块介质基板的纵向空间，以便实现小型化。并且，通过在第一介质基板11与第二介质基板12之间添加寄生单元14与辐射单元13耦合，可以改善辐射单元13的辐射性能。通过寄生单元14起到的谐振激励作用，可以实现回路天线的高带宽覆盖。同时，提高天线辐射效率。

另外，通过整体呈对称形状的辐射单元13，有利于进行多个天线单元共板的设计。在空间紧凑的环境下，通过在辐射单元13中加载短路针133和寄生单元14的形式实现回路天线的小型化和宽阻抗带宽性能，并保证了天线的高效率辐射。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (10)

1.一种回路天线，其特征在于，包括：

第一介质基板；

第二介质基板，与所述第一介质基板层叠设置；

辐射单元，包括位于同一回路中的第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元设置在所述第一介质基板远离所述第二介质基板的一面，所述第二天线单元设置在所述第二介质基板远离所述第一介质基板的一面；

寄生单元，设置在所述第一介质基板与所述第二介质基板之间并与所述辐射单元耦合。

2.根据权利要求1所述的回路天线，其特征在于：

所述辐射单元还包括依次贯穿所述第一介质基板与所述第二介质基板设置的两个短路针，所述第一天线单元包括相对设置的第一部分和第二部分，所述第二天线单元包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端经一个所述短路针与所述第一部分的一端电连接，所述第二端经另一个所述短路针与所述第二部分的一端电连接。

3.根据权利要求2所述的回路天线，其特征在于：

所述第一天线单元、所述第二天线单元均设置成具有开口的环状。

4.根据权利要求2所述的回路天线，其特征在于：

所述第一部分的另一端为接地端，所述第二部分的另一端为馈电端。

5.根据权利要求4所述的回路天线，其特征在于：

所述接地端与所述馈电端靠近所述第一介质基板边缘的中部设置。

6.根据权利要求2所述的回路天线，其特征在于：

所述辐射单元还包括馈电微带，所述馈电微带与所述第二部分的另一端电连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的回路天线，其特征在于：

所述寄生单元为矩形贴片、方形贴片或者环形贴片。

8.根据权利要求7所述的回路天线，其特征在于：

所述寄生单元的边缘处设置有两个延伸枝节，两个所述延伸枝节设置在两个所述短路针相互远离的一侧。

9.根据权利要求1所述的回路天线，其特征在于：

还包括馈电单元，所述馈电单元包括匹配电感和匹配电容，所述匹配电感的一端用于连接激励源，所述匹配电感的另一端与所述匹配电容的一端并联后连接至所述辐射单元，所述匹配电容的另一端接地。

10.一种TWS耳机，其特征在于，包括：

权利要求1至9任一项所述的回路天线。

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