TWI782500B - 耳機模組 - Google Patents

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Abstract

一種耳機模組，包括一天線結構。天線結構包括一第一輻射體、一第二輻射體、一導通件及一第一絕緣件。第一輻射體包括一饋入端。第二輻射體包括一接地端，第一輻射體與第二輻射體之間具有一第一槽縫。導通件連接第一輻射體與第二輻射體。第一絕緣件設置於第一槽縫內。第一輻射體、第二輻射體、導通件及第一絕緣件共同作為耳機模組的一外殼的至少一部分。

Description

耳機模組
本發明是有關於一種耳機模組，且特別是有關於一種具有天線的耳機模組。
一般藍牙耳機的天線採用電天線架構，天線設置在外殼之內。因電天線架構為末端開路，該處的電流小且電場強，易受人體電介質造成頻帶偏移，進而影響天線效率。
本發明提供一種耳機模組，其利用耳機模組的外殼形成磁天線架構，因其不易受人體影響其諧振模態，而具有較佳的天線效率。
本發明的一種耳機模組，包括一天線結構。天線結構包括一第一輻射體、一第二輻射體、一導通件及一第一絕緣件。第一輻射體包括一饋入端。第二輻射體包括一接地端，第一輻射體與第二輻射體之間具有一第一槽縫。導通件連接第一輻射體與第二輻射體。第一絕緣件設置於第一槽縫內。第一輻射體、第二輻射體、導通件及第一絕緣件共同作為耳機模組的一外殼的至少一部分。
在本發明的一實施例中，上述的耳機模組更包括一觸控面板及一第二絕緣件。觸控面板設置於第一輻射體旁，且與第一輻射體之間具有一第二槽縫。第二絕緣件設置於第二槽縫內，其中第一輻射體、第二輻射體、導通件、第一絕緣件、觸控面板及第二絕緣件共同作為耳機模組的外殼。
在本發明的一實施例中，上述的觸控面板與第一輻射體位於不同平面。
在本發明的一實施例中，上述的耳機模組更包括一第一電路板，設置在外殼內，包括位於相對兩表面的一第一天線彈腳及一第二天線彈腳，第一天線彈腳抵接於第一輻射體的饋入端，且第二天線彈腳抵接於第二輻射體的接地端。
在本發明的一實施例中，上述的第一電路板包括鄰近於第一天線彈腳與第二天線彈腳的一邊緣，邊緣與外殼之間存在一間隙。
在本發明的一實施例中，上述的第一電路板對齊於第一槽縫。
在本發明的一實施例中，上述的耳機模組更包括一第二電路板及一連接排線。第二電路板設置在外殼內且設置於第一電路板的一側。連接排線連接第一電路板與第二電路板，以使第一電路板電性連接於第二電路板，且導通件對應連接排線設置。
在本發明的一實施例中，上述的導通件的寬度大於等於連接排線的寬度。
在本發明的一實施例中，上述的天線結構耦合出一頻段，第一槽縫的長度為頻段的2/3倍波長。
在本發明的一實施例中，上述的第一槽縫包括一第一末端與一第二末端，導通件位於第一末端與第二末端之間，第一槽縫在靠近饋入端處與第一末端的一第一距離大於第一槽縫在靠近饋入端處與第二末端的一第二距離。
在本發明的一實施例中，上述的第一距離用以耦合出一頻段，且第二距離用以調整頻段的阻抗匹配。
在本發明的一實施例中，上述的第一距離大於等於第二距離的3倍。
在本發明的一實施例中，當耳機模組被放置於人耳內時，饋入端靠近人耳的對耳輪而遠離耳垂。
基於上述，本發明的耳機模組的第一輻射體、第二輻射體、導通件及第一絕緣件共同作為耳機模組的外殼的至少一部分。第一輻射體包括饋入端，第二輻射體包括接地端。導通件連接第一輻射體與第二輻射體。第一輻射體與第二輻射體之間具有第一槽縫，以隔開彼此。第一絕緣件設置於第一槽縫內，以使得外觀完整。藉由上述設計，本發明的耳機模組具有磁天線形式的天線結構，不易受人體影響其諧振模態，而具有較佳的天線效率。
圖1是依照本發明的一實施例的一種耳機模組的外觀示意圖。請參閱圖1，本實施例的耳機模組20包括一天線結構100。天線結構100包括一第一輻射體110、一第二輻射體120、一導通件130及一第一絕緣件140。在本實施例中，天線結構100的第一輻射體110、第二輻射體120、導通件130及第一絕緣件140共同作為耳機模組20的一外殼30的至少一部分。
具體地說，在本實施例中，第二輻射體120為接地輻射體。由圖1可見，第二輻射體120作為耳機模組20的大部分外殼30。第一輻射體110為主輻射體，且位於第二輻射體120的一側(圖1的上側)。第一輻射體110與第二輻射體120之間具有一第一槽縫S1，而使第一輻射體110與第二輻射體120隔開於彼此。第一槽縫S1的寬度約為0.5公厘至1.2公厘之間，但不以此為限制。
第一絕緣件140設置於第一槽縫S1內，以維持外觀的完整且可用以保持第一輻射體110與第二輻射體120之間的距離。第一槽縫S1包括一第一末端E1與一第二末端E2。導通件130位於第一末端E1與第二末端E2之間，且連接第一輻射體110與第二輻射體120。
在本實施例中，天線結構100為電場耦合於第一槽縫S1的磁天線架構(槽縫天線)，第一槽縫S1的長度為天線結構100耦合出一頻段的2/3倍波長。天線結構100所耦合出的一頻段例如為2.4GHz的藍牙頻段，但頻段不以此為限制。
此外，在本實施例中，第一輻射體110、第二輻射體120及導通件130以金屬為例，第一絕緣件140以塑膠為例。第一輻射體110、第二輻射體120、導通件130及第一絕緣件140可以透過射出成型的方式製作，而成為一體。當然，第一輻射體110、第二輻射體120、導通件130及第一絕緣件140的材料與製作方式不以此為限制。
習知設置於外殼內的電天線架構，因電天線為末端開路，該處的電流小且電場強，易受人體電介質造成頻帶偏移。並且，在具有電天線架構的耳機模組中，主機板在沿著天線路徑處需設置天線淨空區，使得主機板上的空間不能完整地被電路佈局所運用。
相較於習知的電天線架構，本實施例的天線結構100為電場耦合於第一槽縫S1的磁天線架構(槽縫天線)，不易受人體影響其諧振模態，而具有較佳的天線效率。此外，由於本實施例的天線結構100為磁天線架構，本實施例的耳機模組20不需要在電路板(圖2的第一電路板50)或主機板上設置天線淨空區，而可充分利用電路板或主機板上的空間。
此外，如圖1所示，在本實施例中，耳機模組20為觸控式耳機模組，耳機模組20更包括一觸控面板40及一第二絕緣件45。觸控面板40設置於第一輻射體110旁(圖1的上側)，且與第一輻射體110之間具有一第二槽縫S2，以隔開觸控面板40與第一輻射體110。第一輻射體110位於觸控面板40與第二輻射體120之間。
第二絕緣件45設置於第二槽縫S2內，以維持外觀完整。第二槽縫S2的寬度約為1公厘至2公厘之間，但不以此為限制。在本實施例中，第一槽縫S1的寬度等於第二槽縫S2的寬度，但在其他實施例中，第一槽縫S1的寬度也可以不等於第二槽縫S2的寬度，例如第一槽縫S1的寬度可以是大於或小於第二槽縫S2的寬度。
在習知的電天線中，天線需與觸控面板間隔較大的距離，以減少天線與觸控面板之間的電氣耦合。觸控面板的面積會被縮減，以避免觸控面板(例如在邊緣部位)與天線之間太靠近。本實施例的耳機模組20由於是採用磁天線的架構，耳機模組20的觸控面板40不需離第一輻射體110的上緣太遠，而可採用大面積的觸控面板40。
此外，在本實施例的耳機模組20中，觸控面板40與第一輻射體110可選擇地位於不同平面。具體地說，在圖1中，觸控面板40呈水平，第一輻射體110則往上下方向延伸。這樣觸控面板40與第一輻射體110位於不同平面的設計可降低彼此影響，進一步避免觸控訊號或是天線訊號相互干擾。
由圖1可見，在本實施例中，第一輻射體110、第二輻射體120、導通件130、第一絕緣件140、觸控面板40及第二絕緣件45共同作為耳機模組20的外殼30。當然，在其他實施例中，耳機模組也可以不具有觸控面板40及第二絕緣件45，在這樣的耳機模組中，圖1的觸控面板40及第二絕緣件45所在位置的區域可被第一輻射體110或是其他的絕緣件取代，耳機模組的形式不以圖1為限制。
圖2是圖1的耳機模組的透視示意圖。圖3是圖1的耳機模組的第一電路板、第二電路板及連接排線的透視示意圖。請參閱圖2與圖3，耳機模組20更包括一第一電路板50，設置在外殼30內。第一電路板50包括位於相對上下兩表面的一第一天線彈腳52及一第二天線彈腳54。第一輻射體110包括一饋入端112，第二輻射體120包括一接地端122。由圖3可見，第一天線彈腳52抵接於第一輻射體110的饋入端112，且第二天線彈腳54抵接於第二輻射體120的接地端122。
此外，耳機模組20更包括一第二電路板60及一連接排線65。第二電路板60設置在外殼30內且設置於第一電路板50的一側(例如是圖3的下側)。連接排線65連接第一電路板50與第二電路板60，以使第一電路板50電性連接於第二電路板60。
由圖3可見，在本實施例中，第一電路板50對齊於第一槽縫S1，這樣的設計可使得天線訊號的整體響應較佳。此外，由於第一電路板50對齊於第一槽縫S1，第一電路板50的上表面到第一輻射體110的距離相近於第一電路板50的下表面到第二輻射體120的距離。因此，第一天線彈腳52及第二天線彈腳54可選用兼容的元件來抵接第一輻射體110與第二輻射體120，而增加製造的方便性。
在其他實施例中，若第一電路板50不對齊於第一槽縫S1，例如第一電路板50比第一槽縫S1來得低，則位於上方的第一天線彈腳52需要選用高度較大的元件，才能確保第一天線彈腳52能夠抵接到第一輻射體110。也就是說，在此狀況下，第一天線彈腳52及第二天線彈腳54可能需要選用不同的工料來製作。
另外，由圖2與圖3可見，在本實施例中，導通件130對應連接排線65設置。也就是說，導通件130設置在靠近連接排線65的位置。由於連接排線65可能會影響到第一槽縫S1處的電場，將導通件130設置在靠近連接排線65的位置可降低連接排線65影響到第一槽縫S1處的電場的機率，避免影響到天線訊號。
此外，在本實施例中，導通件130的寬度W1大於等於連接排線65的寬度W2。導通件130作為電氣隔離之用，降低連接排線65影響第一槽縫S1處的電場的機率，實務上可有效延展阻抗頻寬，並且提升藍牙操作頻帶的天線效率。
此外，如圖2所示，在本實施例中，第一電路板50包括鄰近於第一天線彈腳52與第二天線彈腳54的一邊緣(圖2的第一電路板50在左上側的邊緣)，邊緣與外殼30之間存在一間隙I，以避免第一電路板50與第一輻射體110之間以及第一電路板50與第二輻射體120之間過於靠近，而影響天線訊號傳輸。間隙I的寬度約介於0.3公厘至1公厘之間，但不以此為限制。
另外，在本實施例中，第一槽縫S1在靠近饋入端112處與第一末端E1的一第一距離D1大於第一槽縫S1在靠近饋入端112處與第二末端E2的一第二距離D2。
具體地說，第一槽縫S1可區分為兩部分，其中一個部分是由饋入端112向圖2的右側順時針繞過約3/4圈的第一槽縫S1到第一末端E1，另一個部分是由饋入端112向圖2的左側逆時針繞過約1/4圈的第一槽縫S1到第二末端E2。第一距離D1約大於等於第二距離D2的3倍。在本實施例中，第一距離D1的長度介於38公厘至42公厘之間，例如為40公厘適於耦合出具良好輻射效率的2.25GHz~2.6GHz操作頻段，可滿足磁天線架構中諧振路徑的需求，並完整含括藍牙操作頻段(2.4GHz~2.484GHz)。第二距離用以調整此頻段的阻抗匹配。
總體來說，在本實施例中，耳機模組20的天線結構100透過下列的方式較佳地耦合出2.4GHz的訊號。第一，第一槽縫S1的長度控制在頻率2.4GHz的2/3倍波長。第二，饋入端112的位置被良好地選擇，而使第一距離與第二距離具有適當的長度，以在能夠耦合出2.4GHz的前提下，具有較佳的阻抗匹配。第三，選用相對介電常數介於2.7至3.0之間的第一絕緣件140。
第一絕緣件140的相對介電常數越高，天線訊號的頻段會往低頻方向移動。第一絕緣件140的相對介電常數越低，天線訊號的頻段會往高頻方向移動。第一絕緣件140的相對介電常數介於2.7至3.0之間可較佳地符合2.4GHz的頻段。經由上述設計，耳機模組20的天線結構100可具有良好的輻射表現。
圖4是將圖1的耳機模組放入人耳內的示意圖。要說明的是，在圖4中，耳機模組20以透視表示，以清楚表示出饋入端112與第一槽縫S1的第一末端E1與第二末端E2之間的相對位置。請參閱圖4，人耳10包括位在耳道的孔洞(被塞入耳機模組20的部位)上方的對耳輪11、位在耳道的孔洞的下方的耳垂12、以及位在耳道的孔洞與臉頰之間的耳屏13。
由於耳機模組20會與電子裝置(未繪示，例如是手機或平板電腦)之間存在藍牙連線，以手機來說，手機可能會被使用者拿持或是放在口袋內。耳機模組20與電子裝置之間的藍牙連線會被人體阻隔。在本實施例中，當耳機模組20被放置於人耳10內時，饋入端112會靠近人耳10的對耳輪11而遠離耳垂12。這樣的設計可使得耳機模組20與電子裝置之間的藍牙連線具有良好的跨體(跨越人體)表現。
具體地說，天線諧振路徑從靠近對耳輪11處的饋入端112沿第一距離D1所繞的路徑，沿途經過人耳10靠近耳屏13、耳垂12的部位，最後到第一槽縫S1的第一末端E1。這樣的天線諧振路徑與耳骨的相對距離較遠，佩戴時可減少天線訊號被耳骨吸收的機率，以降低人耳對天線訊號的影響。再者，因磁天線架構的電流分佈受到物質的邊界條件限制，可降低實務上因人而異的佩戴狀況所造成的頻率偏移，有助於優化佩戴時的輻射性能。此外，饋入端112靠近人耳10的對耳輪11的設計還可使得天線輻射的方向朝向圖4的右下方(朝向手機位置的方向)，而提升跨體表現。
圖5是圖1的耳機模組的頻率-效率的關係圖。請參閱圖5，在本實施例中，當耳機模組20的天線結構100佩戴於人耳時，在2.4GHz至2.484GHz頻段的輻射效率大於-8.0dB，經匹配電路優化後的天線效率大於-8.5dB，具有良好的表現。
綜上所述，本發明的耳機模組的第一輻射體、第二輻射體、導通件及第一絕緣件共同作為耳機模組的外殼的至少一部分。第一輻射體包括饋入端，第二輻射體包括接地端。導通件連接第一輻射體與第二輻射體。第一輻射體與第二輻射體之間具有第一槽縫，以隔開彼此。第一絕緣件設置於第一槽縫內，以使得外觀完整。藉由上述設計，本發明的耳機模組具有磁天線形式的天線結構，不易受人體影響其諧振模態，而具有較佳的天線效率，也不需要在電路板或主機板上設置天線淨空區來提升天線效能，而可充分利用電路板或主機板上的空間。
D1、D2:距離 E1:第一末端 E2:第二末端 I:間隙 S1:第一槽縫 S2:第二槽縫 10:人耳 11:對耳輪 12:耳垂 13:耳屏 20:耳機模組 30:外殼 40:觸控面板 45:第二絕緣件 50:第一電路板 52:第一天線彈腳 54:第二天線彈腳 60:第二電路板 65:連接排線 100:天線結構 110:第一輻射體 112:饋入端 120:第二輻射體 122:接地端 130:導通件 140:第一絕緣件
圖1是依照本發明的一實施例的一種耳機模組的外觀示意圖。 圖2是圖1的耳機模組的透視示意圖。 圖3是圖1的耳機模組的第一電路板、第二電路板及連接排線的透視示意圖。 圖4是將圖1的耳機模組放入人耳內的示意圖。 圖5是圖1的耳機模組的頻率-效率的關係圖。
E1:第一末端 E2:第二末端 S1:第一槽縫 S2:第二槽縫 20:耳機模組 30:外殼 40:觸控面板 45:第二絕緣件 100:天線結構 110:第一輻射體 120:第二輻射體 130:導通件 140:第一絕緣件

Claims (11)

  1. 一種耳機模組，包括：一天線結構，包括：一第一輻射體，包括一饋入端；一第二輻射體，包括一接地端，該第一輻射體與該第二輻射體之間具有一第一槽縫；一導通件，連接該第一輻射體與該第二輻射體；以及一第一絕緣件，設置於該第一槽縫內，其中該第一輻射體、該第二輻射體、該導通件及該第一絕緣件共同作為該耳機模組的一外殼的至少一部分，其中該第一槽縫包括一第一末端與一第二末端，該導通件位於該第一末端與該第二末端之間，該第一槽縫在靠近該饋入端處與該第一末端的一第一距離大於該第一槽縫在靠近該饋入端處與該第二末端的一第二距離，該第一距離用以耦合出一頻段，且該第二距離用以調整該頻段的阻抗匹配。
  2. 如請求項1所述的耳機模組，更包括：一觸控面板，設置於該第一輻射體旁，且與該第一輻射體之間具有一第二槽縫；以及一第二絕緣件，設置於該第二槽縫內，其中該第一輻射體、該第二輻射體、該導通件、該第一絕緣件、該觸控面板及該第二絕緣件共同作為該耳機模組的該外殼。
  3. 如請求項2所述的耳機模組，其中該觸控面板與該第一輻射體位於不同平面。
  4. 如請求項1所述的耳機模組，更包括：一第一電路板，設置在該外殼內，包括位於相對兩表面的一第一天線彈腳及一第二天線彈腳，該第一天線彈腳抵接於該第一輻射體的該饋入端，且該第二天線彈腳抵接於該第二輻射體的該接地端。
  5. 如請求項4所述的耳機模組，其中該第一電路板包括鄰近於該第一天線彈腳與該第二天線彈腳的一邊緣，該邊緣與該外殼之間存在一間隙。
  6. 如請求項4所述的耳機模組，其中該第一電路板對齊於該第一槽縫。
  7. 如請求項4所述的耳機模組，更包括：一第二電路板，設置在該外殼內且設置於該第一電路板的一側；以及一連接排線，連接該第一電路板與該第二電路板，以使該第一電路板電性連接於該第二電路板，且該導通件對應該連接排線設置。
  8. 如請求項7所述的耳機模組，其中該導通件的寬度大於等於該連接排線的寬度。
  9. 如請求項1所述的耳機模組，其中該天線結構耦合出一頻段，該第一槽縫的長度為該頻段的2/3倍波長。
  10. 如請求項1所述的耳機模組，其中該第一距離大於等於該第二距離的3倍。
  11. 如請求項1所述的耳機模組，其中當該耳機模組被放置於人耳內時，該饋入端靠近該人耳的對耳輪而遠離耳垂。
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