CN115377663B - 无线耳机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种无线耳机，包括耳机天线、耳塞部、和耳杆部。耳机天线包括主天线单元和谐振单元，主天线单元包括设于耳杆部上的第一辐射枝节。谐振单元设于耳杆部上，且包括第一金属枝节。第一辐射枝节与第一金属枝节相对设置，且均沿耳杆部的延伸方向设置。第一辐射枝节位于远离耳塞部的一侧，第一金属枝节位于靠近耳塞部的一侧。谐振单元用于与主天线单元进行电场耦合。该无线耳机通过给主天线单元增加谐振单元，使主天线单元与谐振单元产生电场耦合，能够将第一辐射枝节产生的平行电场分量转换为垂直电场分量，从而减少能被人体吸收的平行电场分量以及增加难以被人体吸收的垂直电场分量，进而可提高耳机天线的辐射性能。

Description

无线耳机

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线耳机。

背景技术

目前，无线耳机，例如真无线立体声(True Wireless Stereo，TWS)耳机因其小型化和便携性而得到迅速普及，深受大众的喜爱。无线耳机在与终端设备(例如手机)进行通信时，一般不是两个无线耳机同时连接终端设备，而是会分为主动耳机和从动耳机，其中主动耳机与终端设备进行通信连接，从动耳机与主动耳机进行通信连接。由此可见，无线耳机的天线设计有两点非常重要，一个是头模下的天线效率，另一个是穿头增益。其中，头模效率决定了无线耳机与终端设备通信时的信号强度，而穿头增益决定了两个无线耳机之间的信号强度。目前市面上的耳杆式TWS耳机天线一般设计在耳杆背部，由于受到TWS耳机的极小尺寸以及人头附近复杂的电磁环境所带来的影响，相比于终端设备上的天线，无论是自由空间性能还是头模下的性能，两者的差距都较大。其中，无线耳机天线在头模上的效率参考值为-12dB，穿头增益的业界参考值为-30dBi左右，可见，目前的无线耳机天线的头模效率和穿头增益仍有很大的提升空间。

发明内容

本申请提供一种无线耳机，相较于传统设计方案的耳杆式TWS耳机的耳机天线，所述无线耳机的耳机天线在天线效率、穿头增益、传输系数S21等天线性能上都有较大的改善，从而能够提高所述无线耳机与终端设备之间的通信性能、以及提高两个无线耳机之间的通信性能，能够为用户带来更好的使用体验。

第一方面，本申请提供了一种无线耳机，包括壳体和耳机天线，所述壳体包括耳塞部以及与所述耳塞部连接的耳杆部。所述耳机天线包括主天线单元和谐振单元，所述主天线单元包括第一辐射体以及馈电结构。所述第一辐射体包括沿所述耳杆部的延伸方向设置的第一辐射枝节。所述第一辐射枝节以及所述馈电结构均设于所述耳杆部上，所述馈电结构与所述第一辐射枝节的一端电连接。所述谐振单元设于所述耳杆部上，所述谐振单元包括沿所述耳杆部的延伸方向设置的第一金属枝节。所述第一辐射枝节与所述第一金属枝节相对设置，且所述第一辐射枝节位于所述耳杆部远离所述耳塞部的一侧，所述第一金属枝节位于所述耳杆部靠近所述耳塞部的一侧。其中，所述谐振单元用于与所述主天线单元进行电场耦合。

本申请提供的所述无线耳机通过给所述主天线单元增加谐振单元，并在所述耳杆部靠近所述耳塞部的一侧沿平行于所述耳杆部的延伸方向设置所述谐振单元的第一金属枝节，使所述主天线单元与所述谐振单元之间产生电场耦合，从而能够在所述第一辐射枝节与人头之间产生垂直于人头的垂直电场，达到将所述第一辐射枝节产生的平行电场分量转换为垂直电场分量的目的，进而减少能被人体吸收的平行电场分量以及增加难以被人体吸收的垂直电场分量，能够更进一步地激发所述耳机天线在人头附近辐射的表面波，并更进一步地提高所述主天线单元的辐射性能，最终达到优化用户使用所述无线耳机的体验与质量的目标。

在第一方面可能的实现方式中，所述第一辐射体还包括从所述第一辐射枝节远离所述馈电结构的一端弯折延伸出来的第二辐射枝节，所述第二辐射枝节设于所述耳杆部上。

在第一方面可能的实现方式中，所述耳塞部包括相对的第一端和第二端，所述耳杆部包括相对的第一端和第二端，所述耳杆部的第一端与所述耳塞部的第一端连接。所述耳塞部沿所述耳塞部的第一端至所述耳塞部的第二端的方向延伸，所述耳杆部沿所述耳杆部的第一端至所述耳杆部的第二端的方向延伸，所述耳杆部的延伸方向垂直于所述耳塞部的延伸方向，所述第二辐射枝节的延伸方向平行于所述耳塞部的延伸方向。

在第一方面可能的实现方式中，所述馈电结构设于所述耳杆部远离所述耳塞部的一端。所述第一辐射体还包括第三辐射枝节，所述第三辐射枝节设于所述耳塞部上且与所述第二辐射枝节远离所述第一辐射枝节的一端电连接。所述第三辐射枝节的延伸方向平行于所述耳塞部的延伸方向。

所述无线耳机通过在所述耳杆部中沿所述耳杆部的延伸方向设置所述第一辐射体的第一辐射枝节，沿平行于所述耳塞部的延伸方向设置所述第一辐射体的第二辐射枝节，以及将所述第一辐射枝节设置在所述耳杆部远离所述耳塞部的一侧，从而可增大所述第二辐射枝节的长度以及缩短所述第一辐射枝节的长度；同时，所述无线耳机还在所述耳塞部中设置所述第三辐射枝节，从而可进一步缩短所述第一辐射枝节的长度。由于所述第二辐射枝节和所述第三辐射枝节的延伸方向均平行于所述耳塞部的延伸方向，且垂直于所述第一辐射枝节和所述耳杆部的延伸方向，即垂直于人头，从而可通过增加所述第二辐射枝节和所述第三辐射枝节来缩短所述第一辐射枝节的长度，达到延长所述主天线单元的辐射电流的垂直电流路径以增加所述主天线单元辐射的电磁波的垂直电场分量，以及缩短所述辐射电流的平行电流路径以减少能被人体吸收的平行电场分量的目的，进而能够更多地激发所述耳机天线在人头附近辐射的表面波，以提高所述主天线单元的辐射性能。

在第一方面可能的实现方式中，所述主天线单元还包括设于所述耳杆部上的第二辐射体，所述馈电结构还与所述第二辐射体的一端电连接。

在第一方面可能的实现方式中，所述谐振单元还包括从所述第一金属枝节的至少一端弯折延伸出来的金属段，所述金属段和所述第一金属枝节共同使所述谐振单元谐振在目标谐振频段，从而使所述谐振单元能够与所述主天线单元进行电场耦合。

在第一方面可能的实现方式中，所述耳塞部包括相对的第一端和第二端，所述耳杆部包括相对的第一端和第二端，所述耳杆部的第一端与所述耳塞部的第一端连接。所述耳塞部沿所述耳塞部的第一端至所述耳塞部的第二端的方向延伸，所述耳杆部沿所述耳杆部的第一端至所述耳杆部的第二端的方向延伸，所述耳杆部的延伸方向垂直于所述耳塞部的延伸方向。所述金属段的延伸方向平行于所述耳塞部的延伸方向。

在第一方面可能的实现方式中，所述金属段包括从所述第一金属枝节远离所述耳塞部的一端弯折延伸出来的第二金属枝节以及从所述第一金属枝节靠近所述耳塞部的一端弯折延伸出来的第三金属枝节。

所述无线耳机通过在所述谐振单元的第一金属枝节的两端设置弯折延伸的金属段(第二金属枝节和第三金属枝节)，并将所述第二金属枝节和所述第三金属枝节的延伸方向均设置为平行于所述耳塞部的延伸方向，从而能够通过所述第二金属枝节和所述第三金属枝节来将所述第一金属枝节上产生的电流的方向从平行于人头的方向转换成垂直于人头的方向，可进一步增大所述耳机天线与人头之间的垂直电场分量，进而能够进一步激发所述耳机天线在人头附近辐射的表面波，以提高所述主天线单元的辐射性能。

在第一方面可能的实现方式中，所述第一辐射体的长度大致为蓝牙频段的电磁波波长的四分之一。可选地，所述第一辐射体的长度大致为WiFi频段的电磁波波长的四分之一。

在第一方面可能的实现方式中，所述第一辐射体的长度与所述第二辐射体的长度之和大致为蓝牙频段的电磁波波长的二分之一。可选地，所述第一辐射体的长度与所述第二辐射体的长度之和大致为WiFi频段的电磁波波长的二分之一。

在第一方面可能的实现方式中，所述谐振单元包含的金属枝节的长度之和为所述目标谐振频段的电磁波波长的二分之一。

在第一方面可能的实现方式中，所述耳杆部包括相对设置的第一外壳和第二外壳，所述第一外壳和所述第二外壳可拆卸连接以围设成收容腔来装载所述无线耳机的内部结构，其中，所述第一外壳位于所述耳杆部远离所述耳塞部的一侧，所述第二外壳位于所述耳杆部靠近所述耳塞部的一侧。所述第一辐射枝节固定于所述第一外壳上，所述第一金属枝节固定于所述第二外壳上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对本申请实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种无线耳机在佩戴状态下的示意图。

图2为图1所示的无线耳机的结构示意图。

图3为图2所示的无线耳机的结构分解图。

图4为图2所示的无线耳机的耳机天线的一种简化结构示意图。

图5为图4所示的耳机天线的主天线单元的工作原理示意图。

图6为图4所示的耳机天线的工作原理示意图。

图7为图4所示的耳机天线的一种实施尺寸示意图。

图8为图7所示的耳机天线的反射系数和传输系数的仿真曲线示意图。

图9为传统耳杆式TWS耳机天线与图7所示的耳机天线的辐射效率的仿真结果对比示意图。

图10为传统耳杆式TWS耳机天线与图7所示的耳机天线的系统效率仿真结果对比示意图。

图11为在双耳均佩戴无线耳机的情况下，传统耳杆式TWS耳机天线与图7所示的耳机天线的传输系数仿真结果对比示意图。

图12为图7所示的耳机天线的穿头增益仿真结果示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，不能理解为对本申请的限制。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

术语的解释

垂直：本申请所定义的垂直不限定为绝对的垂直相交(夹角为90度)的关系，允许在组装公差、设计公差、结构平面度的影响等因素所带来的不是绝对的垂直相交的关系，允许存在小角度范围的偏差，例如80度至100度的范围内，都可以被理解为是垂直的关系。

平行：本申请所定义的平行不限定为绝对平行，此平行的定义可以理解为基本平行，允许在组装公差、设计公差、结构平面度的影响等因素所带来的不是绝对平行的情况，这些情况会导到两个方向，例如第二辐射枝节的延伸方向和耳塞部的延伸方向之间不是绝对的平行，但是本申请也定义为这种情况是平行的。

目前，无线耳机，例如真无线立体声(True Wireless Stereo，TWS)耳机因其小型化和便携性而得到迅速普及，深受大众的喜爱。无线耳机可以无线连接手机、笔记本电脑、平板电脑、智能手表等终端设备，以与所述终端设备配合使用，从而可以处理终端设备的媒体、通话等音频业务。在使用时，通常由两个无线耳机以及一个电池盒构成一个无线耳机系统，其中，所述两个无线耳机能够分别作为左耳耳机和右耳耳机，左耳耳机能够配合用户的左耳使用，右耳耳机能够配合用户的右耳使用。所述电池盒内形成容纳腔来收纳两个无线耳机以及给两个无线耳机充电。

目前市面上的耳杆式TWS耳机天线一般设计在耳杆背部，由于受到TWS耳机的极小尺寸以及人头附近复杂的电磁环境所带来的影响，相比于终端设备上的天线，无论是自由空间性能还是头模下的性能，两者的差距都较大。为了克服耳机天线的极小尺寸以及人头附近复杂的电磁环境所带来的影响，保证耳机天线的性能稳定性，并尽可能提升耳机天线的天线效率，本申请提供一种无线耳机，所述无线耳机为耳杆式耳机，所述无线耳机的耳机天线为基于表面波的耳机天线，支持例如蓝牙无线通信或WiFi无线通信。

请一并参阅图1和图2，图1和图2示例性地示出了本申请实施例提供的一种无线耳机100在佩戴状态下的示意图及其结构示意图。所述无线耳机100可以为TWS耳机。所述无线耳机100包括壳体10，所述壳体10包括耳塞部11以及与所述耳塞部11连接的耳杆部12，所述耳杆部12的延伸方向垂直于所述耳塞部11的延伸方向。在一些实施方式中，所述耳杆部12可包括从其一端弯折延伸出来的连接部1221，所述耳杆部12的所述一端通过所述连接部1221与所述耳塞部11的一端连接。具体地，如图2所示，所述耳塞部11包括相对的第一端1101和第二端1102，所述耳杆部12包括相对的第一端1201和第二端1202，所述连接部1221从所述耳杆部12的第一端1201弯折延伸出来后，再与所述耳塞部11的第一端1101连接。所述耳塞部11沿所述第一端1101至所述第二端1102的方向延伸，即沿图2中所示的方向YO延伸。所述耳杆部12沿所述第一端1201至所述第二端1202的方向延伸，即沿图2中所示的方向ZO延伸。其中，所述方向YO与所述方向ZO垂直。

其中，所述耳塞部11用于嵌入用户耳朵。所述耳塞部11也可称为耳包部，所述耳杆部12也可称为耳柄部。当用户佩戴所述无线耳机100时，所述耳塞部11的至少部分结构嵌入用户耳朵内，所述耳杆部12位于用户耳朵外侧且靠近或接触用户耳朵。

所述耳杆部12包括相对设置的第一外壳121和第二外壳122，所述第一外壳121和所述第二外壳122可拆卸连接以围设成收容腔来装载所述无线耳机100的内部结构。其中，所述第一外壳121位于所述耳杆部12远离所述耳塞部11的一侧，所述第二外壳122位于所述耳杆部12靠近所述耳塞部11的一侧，即，所述连接部1221从所述第二外壳122的一端弯折延伸出来。所述第一外壳121和所述第二外壳122可通过例如扣合连接、螺纹连接等方式连接在一起，以便于所述无线耳机100的后期维修。

请一并参阅图2和图3，所述无线耳机100还包括设于所述壳体10内的主电路板21、麦克风22、电池23、扬声器组件24等电子元器件，其中，所述主电路板21可设于所述耳杆部12内，所述主电路板21可用于设置主芯片、触控组件等电子元器件。所述扬声器组件24设于所述耳塞部11的耳塞外壳111内，并用于实现所述无线耳机100的音频播放功能。所述电池23可设于所述耳塞部11或所述耳杆部12内，用于给所述无线耳机100的其他电子元器件供电。在本实施例中，所述电池23设于所述耳塞部11内。

应说明的是，图2和图3仅示意性地示出了所述无线耳机100包含的一些结构部件，这些结构部件的实际构造和位置不受图2和图3的限制，并且相对于图2和图3中所示出的结构部件，所述无线耳机100实际上可以具有更多或者更少的结构部件，例如所述无线耳机100还可包括设于所述耳杆部12上的拾音孔、设于所述耳杆部12内的防尘网组件等。

请一并参阅图3和图4，所述无线耳机100还包括设于所述壳体10上/内的耳机天线30，所述耳机天线30包括主天线单元31，所述主天线单元31用于实现所述无线耳机100的无线通信功能。在本实施例中，所述主天线单元31包括第一辐射体311和馈电结构313，其中，所述馈电结构313与所述第一辐射体311的一端电连接。具体地，所述第一辐射体311包括沿所述耳杆部12的延伸方向设置的第一辐射枝节3111，所述第一辐射枝节3111以及所述馈电结构313均设于所述耳杆部12上，所述馈电结构313与所述第一辐射枝节3111的一端电连接。

在本实施例中，所述第一辐射体311还可包括从所述第一辐射枝节3111远离所述馈电结构313的一端弯折延伸出来的第二辐射枝节3112，所述第二辐射枝节3112设于所述耳杆部12上。在本实施例中，所述第二辐射枝节3112的延伸方向垂直于所述第一辐射枝节3111和所述耳杆部12的延伸方向，且所述第二辐射枝节3112的延伸方向平行于所述耳塞部11的延伸方向。

进一步地，在本实施例中，所述第一辐射体311还包括第三辐射枝节3113，所述第三辐射枝节3113设于所述耳塞部11上且与所述第二辐射枝节3112远离所述第一辐射枝节3111的一端电连接。在本实施例中，所述第三辐射枝节3113的延伸方向平行于所述耳塞部11的延伸方向。

在其他实施例中，所述第一辐射体311可不包括所述第三辐射枝节3113，或者，所述第一辐射体311可不包括所述第二辐射枝节3112和所述第三辐射枝节3113。

在本实施例中，所述主天线单元31还包括设于所述耳杆部12上的第二辐射体312，所述馈电结构还与所述第二辐射体312的一端电连接。可以理解的是，在所述第一辐射体311包含所述第三辐射枝节3113的情况下，所述馈电结构313和所述第二辐射体312均设于所述耳杆部12远离所述耳塞部11的一端。在所述第一辐射体311不包含所述第三辐射枝节3113的情况下，所述馈电结构313和所述第二辐射体312可设于所述耳杆部12远离所述耳塞部11的一端，或设于所述耳杆部12靠近所述耳塞部11的一端。由于所述耳杆部12的内部空间有限，所述第二辐射体312可沿所述耳杆部12的延伸方向设置，或沿其他方向设置，本申请对所述第二辐射体312的设置方向不做限定。

所述主天线单元31还包括射频模块(图未示)，所述第一辐射体311和所述第二辐射体312分别通过所述馈电结构313与所述射频模块电连接。

在本实施例中，所述第一辐射体311、所述第二辐射体312、和所述馈电结构313的结构将所述主天线单元31构造成一个折合偶极子天线。在其他实施例中，所述主天线单元31可不包括所述第二辐射体312，所述第一辐射体311和所述馈电结构313的结构将所述主天线单元31构造成一个单极子天线。

在本实施例中，所述主天线单元31采用FPC(Flexible Printed Circuit Board，柔性电路板)天线，相应地，所述无线耳机100还包括设于所述耳杆部12内的第一线路板25和第二线路板26，以及设于所述耳塞部11内的第三线路板27，其中，所述第一线路板25、所述第二线路板26以及所述第三线路板27均为柔性电路板，所述第一辐射枝节3111和所述第二辐射枝节3112可设于所述第一线路板25上，所述第三辐射枝节3113可设于所述第三线路板27上，所述第二辐射体312可设于所述第二线路板26上。

具体地，在一种实施方式中，所述第一线路板25上形成有第一接地层，所述第二线路板26上形成有第二接地层，所述第三线路板27上形成有第三接地层，其中，所述第一接地层可用作所述第一辐射枝节3111和所述第二辐射枝节3112，所述第三接地层可用作所述第三辐射枝节3113，所述第二接地层可用作所述第二辐射体312。也就是说，所述无线耳机100直接采用位于所述耳杆部12内的第一线路板25的第一接地层来作为所述主天线单元31的第一辐射体311的第一辐射枝节3111和所述第二辐射枝节3112，采用位于所述耳塞部11内的第三线路板27的第三接地层来作为所述主天线单元31的第一辐射体311的第三辐射枝节3113，采用位于所述耳杆部12内的第二线路板26的第二接地层来作为所述主天线单元31的第二辐射体312。如此，无需另外再设置用于承载所述第一辐射体311和所述第二辐射体312的支架，避免支架占用所述无线耳机100有限的内部空间，既简化了所述无线耳机100的结构，又在保障所述无线耳机100能够有效收发信号的前提下，提高所述无线耳机100的器件集成度，使所述无线耳机100的结构更加紧凑，从而减小所述无线耳机100的体积。

可以理解的是，所述第一线路板25上还可设置有芯片、传感器、所述麦克风22等的第一供电线和第一信号线，所述第一接地层为所述第一供电线和所述第一信号线提供参考地。所述第二线路板26上还可设置有芯片等的第二供电线和第二信号线，所述第二接地层为所述第二供电线和所述第二信号线提供参考地。所述第三线路板27上还可设置有所述电池23、芯片、传感器、所述扬声器组件24等的第三供电线和第三信号线，所述第三接地层为所述第三供电线和所述第三信号线提供参考地。

为了确保所述第一辐射体311和所述第二辐射体312辐射的射频信号不会传送至其他电子元器件的参考地面，所述第一接地层、所述第二接地层以及所述第三接地层可分别通过隔离结构与所述无线耳机100的壳体10内的电子元器件的参考地面隔离。其中，所述隔离结构可采用电感、电容、电阻、或其组合等，电子元器件的参考地面是指电子元器件的接地端。所述第一接地层、所述第二接地层以及所述第三接地层可不与所述主电路板21的接地层电连接。相关的具体结构可采用现有技术，在此不进行赘述。

在另一种实施方式中，所述第一线路板25上可设置第一金属贴片来形成所述第一辐射枝节3111和所述第二辐射枝节3112，所述第二线路板26上可设置第二金属贴片来形成所述第二辐射体312，所述第三线路板27上可设置第三金属贴片来形成所述第三辐射枝节3113。

在其他实施方式中，所述主天线单元31也可以采用陶瓷天线或激光成型天线(Laser Direct structuring，LDS天线)等。

在本实施例中，所述馈电结构313包括馈电端口(图未示)，所述馈电端口分别与所述第一辐射枝节3111的一端、所述第二辐射体312的一端、以及所述射频模块电连接。

为了确保所述主天线单元31的辐射体的完整性，在一些实施方式中，所述第一辐射枝节3111可与所述第二辐射体312直接电连接，所述馈电端口可设于所述第一辐射枝节3111或所述第二辐射体312上，或设于所述第一辐射枝节3111与所述第二辐射体312的连接处。可选地，在一些实施方式中，所述无线耳机100还可包括设于所述耳杆部12内的第四线路板(图未示)，所述第四线路板上形成有第四接地层来构成所述主天线单元31的第三辐射体，或者，所述第四线路板上设置有第四金属贴片来形成所述主天线单元31的第三辐射体，其中，所述第三辐射体电连接于所述第一辐射枝节3111的一端与所述第二辐射体312的一端之间，所述馈电端口可设于所述第三辐射体上。本申请对所述第一辐射枝节3111与所述第二辐射体312之间的连接方式不做具体限定。

在一种实施方式中，所述射频模块可设于所述第二线路板26上，所述馈电端口可通过金属弹片、金属连接柱等连接元件来与所述第二线路板26上的射频模块电连接，以实现收发信号的传输。可选地，在另一种实施方式中，所述射频模块可设于所述主电路板21上，所述馈电结构313还可包括馈电传输线(图未示)，所述馈电传输线的一端与所述馈电端口电连接，另一端与所述主电路板21上的射频模块电连接。

在本实施例中，所述无线耳机100为支持蓝牙无线通信的蓝牙无线耳机，相应地，在所述主天线单元31包含所述第二辐射体312的实施例中，所述第一辐射体311、所述第二辐射体312、和所述馈电结构313的结构将所述主天线单元31构造成一个折合偶极子天线，所述第一辐射体311的长度与所述第二辐射体312的长度之和大致为蓝牙频段的电磁波波长的二分之一；在所述主天线单元31不包含所述第二辐射体312的实施例中，所述第一辐射体311和所述馈电结构313的结构将所述主天线单元31构造成一个单极子天线，所述第一辐射体311的长度大致为蓝牙频段的电磁波波长的四分之一。

在另一种实施例中，所述无线耳机100为支持WiFi无线通信的WiFi无线耳机，相应地，在所述主天线单元31包含所述第二辐射体312的实施例中，所述第一辐射体311的长度与所述第二辐射体312的长度之和大致为WiFi频段的电磁波波长的二分之一；在所述主天线单元31不包含所述第二辐射体312的实施例中，所述第一辐射体311的长度大致为WiFi频段的电磁波波长的四分之一。

需要说明的是，“大致为”的意思是所述主天线单元31的辐射体的长度近似等于蓝牙频段或WiFi频段的电磁波波长的二分之一或四分之一，即所述主天线单元31的辐射体的长度与蓝牙频段或WiFi频段的电磁波波长的二分之一或四分之一的差值在预设范围内，在具体实施时，可通过匹配电路等的调节使得所述主天线单元31的辐射体的电长度等于蓝牙频段或WiFi频段的电磁波波长的二分之一或四分之一，但所述主天线单元31的辐射体的物理长度不一定精确等于蓝牙频段或WiFi频段的电磁波波长的二分之一或四分之一。

在本实施例中，所述耳机天线30还包括设于所述耳杆部12上的谐振单元32，所述谐振单元32包括沿所述耳杆部12的延伸方向设置的第一金属枝节321。其中，所述第一辐射枝节3111与所述第一金属枝节321相对设置，且所述第一辐射枝节3111位于所述耳杆部12远离所述耳塞部11的一侧，所述第一金属枝节321位于所述耳杆部12靠近所述耳塞部11的一侧。

在一种实施方式中，所述第一辐射枝节3111固定于所述第一外壳121上，所述第一金属枝节321固定于所述第二外壳122上。具体地，所述第一外壳121可用作所述第一线路板25的支架来固定所述第一线路板25，从而将所述第一辐射枝节3111固定于所述第一外壳121上，使所述第一辐射枝节3111位于所述耳杆部12远离所述耳塞部11的一侧。所述第二外壳122可用作所述第一金属枝节321的支架来固定所述第一金属枝节321，使所述第一金属枝节321位于所述耳杆部12靠近所述耳塞部11的一侧。其中，所述第一金属枝节321可设于所述第二外壳122的内侧、外侧或作为所述第二外壳122的一部分结构，本申请对此不进行限定。

在本实施例中，所述谐振单元32用于与所述主天线单元31进行电场耦合。具体地，所述谐振单元32的目标谐振频段靠近且略高于所述主天线单元31的工作频段，所述谐振单元32包含的金属枝节的长度之和为所述目标谐振频段的电磁波波长的二分之一。

由于受限于所述耳杆部12的极小尺寸，所述第一金属枝节321的长度可能无法做到所述目标谐振频段的电磁波波长的二分之一。为了延长所述第一金属枝节321的电长度以使所述谐振单元32谐振在所述目标谐振频段，所述谐振单元32还可包括从所述第一金属枝节321的至少一端弯折延伸出来的金属段，所述金属段和所述第一金属枝节321共同使所述谐振单元32谐振在所述目标谐振频段，从而使所述谐振单元32能够与所述主天线单元31产生电场耦合。

在本实施例中，所述金属段包括从所述第一金属枝节321远离所述耳塞部11和所述连接部1221的一端弯折延伸出来的第二金属枝节322以及从所述第一金属枝节321靠近所述耳塞部11和所述连接部1221的一端弯折延伸出来的第三金属枝节323。

在一些实施方式中，所述金属段(即所述第二金属枝节322和所述第三金属枝节323)的延伸方向垂直于所述第一金属枝节321和所述耳杆部12的延伸方向，并且平行于所述耳塞部11的延伸方向。在其他实施方式中，所述金属段也可沿其他方向延伸。

在其他实施例中，若所述第一金属枝节321的长度可以做到所述目标谐振频段的电磁波波长的二分之一，所述谐振单元32也可以不设置所述第二金属枝节322和所述第三金属枝节323。

下面结合图5和图6来对所述耳机天线30的工作原理进行介绍。

请参阅图5，当所述主天线单元31馈电而辐射电磁波时，在所述第一辐射体311和所述第二辐射体312上均产生辐射电流。其中，所述辐射电流沿着所述第一辐射体311和所述第二辐射体312的延伸方向传输。在所述无线耳机100处于佩戴状态时，由于所述耳塞部11的至少部分结构嵌入用户耳朵内，而所述耳杆部12位于用户耳朵外侧且靠近或接触用户耳朵。因此，所述耳杆部12是大致平行于人头的。因此，所述第二辐射枝节3112和所述第三辐射枝节3113上的电流方向均垂直于人头，而所述第一辐射枝节3111上的电流方向平行于人头。相应地，所述第二辐射枝节3112和所述第三辐射枝节3113产生的电场方向均主要垂直于人头，而所述第一辐射枝节3111产生的电场方向主要平行于人头。

根据基本电磁理论，表面波是沿着不同介质分界面传播的电磁波。在所述无线耳机100与人头附近，所述耳机天线辐射出的电磁波的电场分量在空气与人头的交界面如果主要表现为平行分量，则衰减较大；如果所述电场分量主要表现为垂直分量，则衰减较小。当电磁波表现为空气与人头的交界面的表面波时，平行电场分量容易被人头/人体吸收，而垂直电场分量不易被人体吸收，且垂直电场分量的增加可以明显优化天线的辐射性能。应说明的是，本申请所述的“垂直分量”或“垂直电场分量”指的是垂直于人头/人体的电场分量，本申请所述的“平行分量”或“平行电场分量”指的是平行于人头/人体的电场分量。

在本实施例中，所述无线耳机100通过在所述耳杆部12中沿所述耳杆部12的延伸方向设置所述第一辐射体311的第一辐射枝节3111，沿平行于所述耳塞部11的延伸方向设置所述第一辐射体311的第二辐射枝节3112，以及将所述第一辐射枝节3111设置在所述耳杆部12远离所述耳塞部11的一侧，从而可增大所述第二辐射枝节3112的长度以及缩短所述第一辐射枝节3111的长度；同时，所述无线耳机100还在所述耳塞部11中设置所述第三辐射枝节3113，从而可进一步缩短所述第一辐射枝节3111的长度。由于所述第二辐射枝节3112和所述第三辐射枝节3113的延伸方向均平行于所述耳塞部11的延伸方向，且垂直于所述第一辐射枝节3111和所述耳杆部12的延伸方向，即垂直于人头，从而可通过增加所述第二辐射枝节3112和所述第三辐射枝节3113来缩短所述第一辐射枝节3111的长度，达到延长所述主天线单元31的辐射电流的垂直电流路径以增加所述主天线单元31辐射的电磁波的垂直电场分量，以及缩短所述辐射电流的平行电流路径以减少能被人体吸收的平行电场分量的目的，进而能够更多地激发所述耳机天线30在人头附近辐射的表面波，以提高所述主天线单元31的辐射性能。

另外，由于所述第一辐射体311的第一辐射枝节3111产生的电场方向平行于人头，使得所述主天线单元31所辐射的电磁波的一部分能量会被人体吸收。为了减少能被人体吸收的平行电场分量以提高所述主天线单元31的辐射性能，需要尽可能多地激励起垂直于人头的垂直电场分量，以提高表面波电场分量的有效分量。

请参阅图6，所述无线耳机100通过给所述主天线单元31增加谐振单元32，并在所述耳杆部12靠近所述耳塞部11的一侧沿平行于所述耳杆部12的延伸方向设置所述谐振单元32的第一金属枝节321，通过所述第一金属枝节321挡在所述第一辐射枝节3111与人头之间，并使所述主天线单元31与所述谐振单元32之间产生电场耦合，从而能够在所述第一辐射枝节3111与人头之间产生垂直于所述耳杆部12和人头的垂直电场，达到将所述第一辐射枝节3111产生的平行电场分量转换为垂直电场分量的目的，进而减少能被人体吸收的平行电场分量以及增加难以被人体吸收的垂直电场分量，能够更进一步地激发所述耳机天线30在人头附近辐射的表面波，并更进一步地提高所述主天线单元31的辐射性能，最终达到优化用户使用所述无线耳机100的体验与质量的目标。

进一步地，所述无线耳机100通过在所述谐振单元32的第一金属枝节321的两端设置弯折延伸的金属段(第二金属枝节322和第三金属枝节323)，并将所述第二金属枝节322和所述第三金属枝节323的延伸方向均设置为平行于所述耳塞部11的延伸方向，除了能够通过所述第二金属枝节322和所述第三金属枝节323来延长所述第一金属枝节321的电长度之外，如图6所示，所述第二金属枝节322和所述第三金属枝节323还能将所述第一金属枝节321上产生的电流的方向从平行于人头的方向转换成垂直于人头的方向，从而可进一步增大所述耳机天线30的垂直电场分量，进而能够进一步激发所述耳机天线30在人头附近辐射的表面波，以提高所述主天线单元31的辐射性能。

综上所述可知，本申请提供的所述耳机天线30实质上为基于表面波的TWS耳机天线。

下面以所述无线耳机100的耳机天线30工作在蓝牙频段为例，对所述无线耳机100的耳机天线30的天线效率、穿头增益、传输系数S21等天线性能参数进行仿真分析。

请一并参阅图6和图7，在一种实施例中，所述第一辐射枝节3111的长度L1设为25mm，所述第二辐射枝节3112的长度L2设为6.4mm，所述第三辐射枝节3113的长度L3设为10mm，所述第二辐射体312的长度L4为1～10mm，所述第一金属枝节321的长度L5设为30mm，所述第二金属枝节322和所述第三金属枝节323的长度L6均设为3mm，所述馈电端口采用离散端口模式馈电，输入阻抗按50欧姆设计。应说明的是，以上尺寸参数或匹配参数仅为工作在蓝牙频段的超小型TWS耳机天线的一种实施例的设计参数，所述耳机天线30的设计并不限于以上的尺寸参数或匹配参数，本领域的技术人员可以根据实际设计需求来修改或调整尺寸参数或匹配元件参数，例如，本领域的技术人员可修改尺寸参数或匹配元件参数来设计支持其他无线通信方式的无线耳机的耳机天线。凡是根据本申请的技术方案做出的技术变形，均涵盖在本申请的保护范围之内。

图8-图11为以图7所示的尺寸参数设计的耳机天线30在匹配后的天线性能参数仿真示意图。

请参阅图8，图8为图7所示的耳机天线30的反射系数S11和传输系数S21(也可称为耦合系数)的仿真曲线示意图。从图8可看出，以图7所示的尺寸设计的耳机天线30在匹配后，所述耳机天线30的-6dB阻抗带宽为2418-2483GHz，基本上覆盖蓝牙频段。从反射系数S11的曲线可看出，所述耳机天线30工作的中心频点为2450MHz。当人体的两耳均佩戴无线耳机时，所述耳机天线30在中心频点2450MHz处的传输系数S21为-48.4dB，能够满足所述耳机天线30的设计要求。

请参阅图9，图9为传统耳杆式TWS耳机天线与图7所示的耳机天线30的辐射效率的仿真结果对比示意图。其中，传统耳杆式TWS耳机天线将馈电结构313设于所述耳杆部12远离所述耳塞部11的一端，将所述第一辐射枝节3111设于所述耳杆部12靠近所述耳塞部11的一侧，且未设置所述第二辐射枝节3112和所述谐振单元32，所述第三辐射枝节3113与所述第一辐射枝节3111远离所述馈电结构313的一端电连接。

从图9可看出，传统设计方案的耳杆式TWS耳机天线在中心频点2450MHz处的辐射效率为-9.3dB。而以图7所示的尺寸设计的耳机天线30在匹配后，所述耳机天线30在中心频点2450MHz处的辐射效率为-6.4dB，相较于传统设计方案的耳杆式TWS耳机天线的辐射效率，所述耳机天线30的辐射效率提高了3dB左右，可见，所述耳机天线30的辐射效率得到了明显改善。

请参阅图10，图10为传统耳杆式TWS耳机天线与图7所示的耳机天线30的系统效率仿真结果对比示意图。从图10可看出，传统设计方案的耳杆式TWS耳机天线在蓝牙频段带宽内的平均系统效率为-9.3dB。而以图7所示的尺寸设计的耳机天线30在匹配后，所述耳机天线30在蓝牙频段带宽内的平均系统效率为-7dB左右，相较于传统设计方案的耳杆式TWS耳机天线的系统效率，所述耳机天线30的系统效率提高了2.5dB左右，可见，所述耳机天线30的系统效率得到了明显改善。

请参阅图11，图11为在双耳均佩戴无线耳机的情况下，传统耳杆式TWS耳机天线与图7所示的耳机天线30的传输系数仿真结果对比示意图。从图10可看出，传统设计方案的耳杆式TWS耳机天线在中心频点2450MHz处的传输系数S21为-62.6dB。而以图7所示的尺寸设计的耳机天线30在匹配后，所述耳机天线30在中心频点2450MHz处的传输系数S21为-48.4dB，相较于传统设计方案的耳杆式TWS耳机天线的传输系数，改善了14dB左右，能够满足所述耳机天线30的设计要求。

请参阅图12，图12为图7所示的耳机天线30的穿头增益仿真结果示意图。从图12可看出，耳机在非佩戴一侧耳朵附近的最小增益值达到-22.5dBi，大于业界的参考值-30dBi。通过仿真软件计算出人头最大SAR(Specific Absorption Rate，吸收比)值为0.48W/Kg@1g，小于业界的参考值1.1W/Kg@1g，即降低所述耳机天线30的SAR值，可见，较于传统设计方案的耳杆式TWS耳机天线，图7所示的耳机天线30在穿头增益上也有较大改善，能够满足所述耳机天线30的设计要求。

综上分析可知，相较于传统设计方案的耳杆式TWS耳机的耳机天线，本申请提供的所述无线耳机100的耳机天线30，通过在所述耳塞部11和所述耳杆部12中沿平行于所述耳塞部11的延伸方向设置所述第三辐射枝节3113和所述第二辐射枝节3112，并在所述主天线单元31的第一辐射枝节3111与人头之间增加了所述谐振单元32，使得所述耳机天线30在天线效率、穿头增益、传输系数S21等天线性能上都有较大的改善，从而显著优化了所述无线耳机100的天线性能，提高了所述无线耳机100使用的安全性，进而能够确保所述无线耳机100具有良好的连接性能，以提高所述无线耳机100与终端设备之间的通信性能、以及提高两个无线耳机100之间的通信性能，能够为用户带来更好的使用体验。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟知本领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换方案，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种无线耳机，包括：

壳体，包括耳塞部以及与所述耳塞部连接的耳杆部；以及

耳机天线，包括：

主天线单元，包括第一辐射体以及馈电结构；所述第一辐射体包括沿所述耳杆部的延伸方向设置的第一辐射枝节；所述第一辐射枝节以及所述馈电结构均设于所述耳杆部上，所述馈电结构与所述第一辐射枝节的一端电连接；以及

谐振单元，设于所述耳杆部上，所述谐振单元包括沿所述耳杆部的延伸方向设置的第一金属枝节；所述第一辐射枝节与所述第一金属枝节相对设置，且所述第一辐射枝节位于所述耳杆部远离所述耳塞部的一侧，所述第一金属枝节位于所述耳杆部靠近所述耳塞部的一侧；其中，所述谐振单元用于与所述主天线单元进行电场耦合；

所述主天线单元还包括设于所述耳杆部上的第二辐射体，所述馈电结构还与所述第二辐射体的一端电连接，其中，所述第二辐射体沿所述耳杆部的延伸方向设置。

2.根据权利要求1所述的无线耳机，其特征在于，所述第一辐射体还包括从所述第一辐射枝节远离所述馈电结构的一端弯折延伸出来的第二辐射枝节，所述第二辐射枝节设于所述耳杆部上。

3.根据权利要求2所述的无线耳机，其特征在于，所述耳塞部包括相对的第一端和第二端，所述耳杆部包括相对的第一端和第二端，所述耳杆部的第一端与所述耳塞部的第一端连接；

所述耳塞部沿所述耳塞部的第一端至所述耳塞部的第二端的方向延伸，所述耳杆部沿所述耳杆部的第一端至所述耳杆部的第二端的方向延伸，所述耳杆部的延伸方向垂直于所述耳塞部的延伸方向，所述第二辐射枝节的延伸方向平行于所述耳塞部的延伸方向。

4.根据权利要求3所述的无线耳机，其特征在于，所述馈电结构设于所述耳杆部远离所述耳塞部的一端；

所述第一辐射体还包括第三辐射枝节，所述第三辐射枝节设于所述耳塞部上且与所述第二辐射枝节远离所述第一辐射枝节的一端电连接；所述第三辐射枝节的延伸方向平行于所述耳塞部的延伸方向。

5.根据权利要求1所述的无线耳机，其特征在于，所述谐振单元还包括从所述第一金属枝节的至少一端弯折延伸出来的金属段，所述金属段和所述第一金属枝节共同使所述谐振单元谐振在目标谐振频段，从而使所述谐振单元能够与所述主天线单元进行电场耦合。

6.根据权利要求5所述的无线耳机，其特征在于，所述耳塞部包括相对的第一端和第二端，所述耳杆部包括相对的第一端和第二端，所述耳杆部的第一端与所述耳塞部的第一端连接；

所述耳塞部沿所述耳塞部的第一端至所述耳塞部的第二端的方向延伸，所述耳杆部沿所述耳杆部的第一端至所述耳杆部的第二端的方向延伸，所述耳杆部的延伸方向垂直于所述耳塞部的延伸方向；所述金属段的延伸方向平行于所述耳塞部的延伸方向。

7.根据权利要求6所述的无线耳机，其特征在于，所述金属段包括从所述第一金属枝节远离所述耳塞部的一端弯折延伸出来的第二金属枝节以及从所述第一金属枝节靠近所述耳塞部的一端弯折延伸出来的第三金属枝节。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的无线耳机，其特征在于，所述第一辐射体的长度大致为蓝牙频段的电磁波波长的四分之一；或者

所述第一辐射体的长度大致为WiFi频段的电磁波波长的四分之一。

9.根据权利要求1所述的无线耳机，其特征在于，所述第一辐射体的长度与所述第二辐射体的长度之和大致为蓝牙频段的电磁波波长的二分之一；或者

所述第一辐射体的长度与所述第二辐射体的长度之和大致为WiFi频段的电磁波波长的二分之一。

10.根据权利要求7所述的无线耳机，其特征在于，所述谐振单元包含的金属枝节的长度之和为所述目标谐振频段的电磁波波长的二分之一。

11.根据权利要求1所述的无线耳机，其特征在于，所述耳杆部包括相对设置的第一外壳和第二外壳，所述第一外壳和所述第二外壳可拆卸连接以围设成收容腔来装载所述无线耳机的内部结构，其中，所述第一外壳位于所述耳杆部远离所述耳塞部的一侧，所述第二外壳位于所述耳杆部靠近所述耳塞部的一侧；

所述第一辐射枝节固定于所述第一外壳上，所述第一金属枝节固定于所述第二外壳上。