用于声学装置的rf屏蔽的制作方法
【专利摘要】一种接收器，该接收器包括壳体和套筒。该壳体形成腔室，而且线圈设置在腔室中并辐射磁通量。套筒至少部分地包围线圈，使得从线圈辐射的大部分磁通量被套筒阻挡。套筒由高导电材料构成并且与壳体绝缘。
【专利说明】用于声学装置的RF屏蔽
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利要求在2011年9月9日提交的名称为“RF Shielding For AcousticDevices”的美国临时申请N0.61/532,619的优先权，其内容通过引用其全部内容而并入于此。
【技术领域】
[0003]本申请涉及声学装置，并且更具体地说，涉及屏蔽这些装置以防止与其它信号的电磁干扰。
【背景技术】
[0004]各种类型的麦克风和接收器已经使用多年。在这些装置中，不同的电气部件被一起容纳在壳体或组件内。其它类型的声学装置可以包括其它类型的部件。这些装置可以用于诸如助听器的收听器中或者诸如蜂窝电话和计算机的其它电子装置中。
[0005]接收器马达通常包括线圈、磁轭、衔铁，以及磁铁。施加至线圈的电信号在马达内产生磁场，其使得衔铁移动。衔铁和簧片形成磁路。虽然该磁路将大部分磁场有效地保持在马达内，但该场的一部分漏出该组件，并且辐射到其周围空间里。在辐射频率，涡流防止磁场通过磁路行进，增加了辐射场。在这些频率，辐射模式完全由于线圈引起。
[0006]收听器通常使用高频脉冲宽度调制(PWM)或者脉冲密度调制(PDM)信号来向接收器供电。这些开关信号允许数字信号处理器(DSP)直接驱动接收器，避免了在利用传统模拟放大器向接收器供电之前，执行信号的数模转换方面的复杂性和功率低效率。为了高效率来说，这些系统通常使用高载频，例如，从0.2至2MHz。正好超出开关放大器的载频的频率范围是用于无线电通信的优选频率范围，并且数据信号载频置于音频信号载波的非整数倍处，以使得干扰最小化。
[0007]许多收听器向其它收听器发送数据。遗憾的是，音频信号的调制积包含位于载频的上方的达十倍的显著能量，其与要发送的数据信号的频率范围交叠。换句话说，该接收器辐射射频(RF)能量并且干扰对所发送的数据信号的接收。这又限制了数据信号的发送范围，和/或需要更高功率信号来发送。尽管可以使用更高功率信号，但这种较高功率信号在声学装置的电池上产生了更高的消耗。
[0008]接收器壳体通常采用两个部分，杯状部和盖子。接收器壳体通常由诸如μ合金(mu metal)的材料制成,其形成屏蔽部以帮助防止磁场逸出。然而，μ合金的有效性随着频率而降低。如果代替地使用高导电材料(例如，银、金、铜、铝)，则该屏蔽在射频下的有效性将得以改进。这种高导电材料促进了涡流的流动，其将形成等于并与接收器马达辐射的磁场相反的磁场，由此，防止磁场从马达泄漏。然而，这些材料具有诸如成本增加、强度欠缺，或者屏蔽音频频率的问题。
【专利附图】
【附图说明】[0009]为更全面理解本公开，参照下面详细描述和附图进行说明，其中:
[0010]图1A是根据本发明不同实施方式的具有RF屏蔽部的接收器的立体图；
[0011]图1B是根据本发明不同实施方式的具有RF屏蔽部的接收器的立体图，其中套筒移动以覆盖线圈区域和端子；
[0012]图1C是根据本发明不同实施方式的具有RF屏蔽部的接收器的立体图，其中线圈代替了套筒；
[0013]图1D是根据本发明不同实施方式的图1A的接收器的侧剖视图；
[0014]图2A是根据本发明不同实施方式的用于接收器的RF屏蔽部的立体图；
[0015]图2B是根据本发明不同实施方式的用于接收器的RF屏蔽部的立体图；
[0016]图2C是根据本发明不同实施方式的用于接收器的RF屏蔽部的立体图。
[0017]图3是根据本发明不同实施方式的示例屏蔽材料的趋肤深度的表。
[0018]技术人员应当清楚，附图中的部件为简单和清楚起见而例示。还应清楚的是，特定动作和/或步骤可以按出现的特性次序描述或描绘，而本领域技术人员应当明白，有关顺序的这种特异性实际上不需要。还应明白的是，在此使用的术语和表达具有普通含义，如按照这种术语和表达有关它们对应的各自调查和研究范围的本来样子，除另外在此阐述了特定含义以外。
【具体实施方式】
[0019]在存在音频信号和数据信号这两者声学装置中，围绕着接收器壳体全部或一部分设置有RF屏蔽部，使得明显减少或消除因接收器和所发送的信号产生的RF能量所造成的干扰。换句话说，明显减少或消除来自接收器的RF泄漏，由此，减少和/或消除对所发送的数据信号的干扰。在此描述的方法容易使用和实现，并且允许在不明显干扰所发送的数据信号的情况下使用收听器(或其它类型的装置)。
[0020]不同于用高导电材料制成整个壳体，在某些方面，在接收器壳体外部增加由高导电材料制成的薄的带也是足够的。流过该带的涡流将消除辐射场。在这些实施方式中的许多实施方式中，该带不需要覆盖接收器的整个长度。如果该带被设置成使得从马达辐射的大部分磁通量穿过该带，则该磁通量将被导电环阻挡，极大地减少了辐射场。这些方法提供改进的RF屏蔽，同时对接收器的尺寸和成本增加极少。
[0021]在这些实施方式中的许多实施方式中，接收器包括壳体和套筒。壳体形成腔室，而且线圈被设置在腔室中并辐射磁通量。套筒至少部分地包围线圈，以使从线圈辐射的大部分磁通量被套筒阻挡。套筒由高导电材料构成并且与壳体绝缘。
[0022]在其它方面，套筒与壳体隔开并且包围壳体。在其它示例中，套筒包括衬套并且设置在腔中和壳体内。
[0023]还在其它方面，套筒由诸如铝和铜的材料构成。其它示例也是可以的。还在其它方面，套筒是绕线。在其它示例中，套筒由至少一个板构成。在其它方面，套筒是管。在另一些方面，套筒包括至少一个开口。在其它示例中，套筒涂覆有保护涂层以防止腐蚀。在又一些方面，壳体包括端子头，并且端子头具有耦接至其的至少一条导线。套筒延伸超出端子头。在其它方面，接收器可以设置在收听器或其它电子装置内。该套筒减少或消除了因线圈造成的对其它信号的干扰。[0024]下面，参照图1A和图1D，对收听器101中使用的接收器100的一个示例进行描述。接收器100包括包围接收器壳体106的部分104的套筒102。套筒102包括第一部分108和第二部分110。第一部分108可以是闻导电金属,第二部分110可以是绝缘体。导线112将接收器100耦接至其它电子装置。接收器包括处于部分104内的线圈114和其它电气部件(例如，隔板或簧片(且举几种))。其它部件可以处于部分104中和/或接收器的其余部分中。发音管118从接收器100向用户传送声能量。接收器从导线112接收电信号，并将这些信号转换成经由发音管118从接收器100发出的声能量。应当明白，接收器产生从接收器向外辐射的RF能量120。
[0025]接收器100是收听器101的一部分。在一个示例中，收听器101包括天线122，天线被用于从其它收听器接收RF发送124。应当清楚，当不使用套管时，RF能量120漏出并且导致对发送124的显著干扰。然而，当使用套管102时，泄漏量显著减少(或消除)，由此，减少或消除了对所发送信号的干扰。在一个示例中，防止大约百分之九十的RF能量被泄漏。其它示例也是可以的。
[0026]套筒102由诸如铜或铝的任何合适材料构成。其它材料也可以使用。无论使用什么材料，该材料都是具有低于特定水平的电阻率的高导电材料。该材料的厚度必须足够提供非常低的电阻。这通过利用具有极低电阻率的材料来最佳实现，如银、金、铜，或铝。这些都具有低于大约3微欧姆-厘米的电阻率。
[0027]至少部分地基于趋肤效应来选择屏蔽材料的有用厚度。交流电流的电流密度随着该深度按指数规律降低。这应归于根据电流流动所感应的涡流。来自这些涡流的场阻碍电流流动。对于屏蔽的情况来说，这些是响应于由接收器辐射的RF场的涡流。由此，仅需要薄的屏蔽材料层，而且厚度上的进一步增加一般不改进屏蔽。趋肤深度SD是表面之下电流衰减至Ι/e或者37%的深度，并且利用下式来计算:
[0028]SD=平方根(2 P / ω μ )
[0029]其中，P是导体的电阻率，ω是磁能量的角频率，并且μ是导体的磁导率。
[0030]图3中示出了用于套筒102的一些示例屏蔽材料的趋肤深度。屏蔽的有效性将增力口，直到该材料是图3中列出厚度的两倍为止。由于趋肤效应，因而RF屏蔽部的厚度在某些方面大约为0.002’ ’至0.005’ ’厚。厚度的其它示例也是可以的。
[0031]在本示例中，套筒102是四面中空结构。在另一个示例中，套筒102可以被成型为管。用于套管的形状的其它示例也是可以的。套管102可以在线圈114上居中，因为其包围线圈114。如在此使用的，“包围”意指屏蔽部围绕线圈114的至少一个尺度(例如，长度)。如在此所示，屏蔽部102围绕线圈114的长度L。换句话说，线圈114不延伸超出屏蔽部102的长度L。在一个方面，接收器的其它内部部件116可以被套筒102覆盖。应当清楚，围绕或至少部分包围线圈114显著减少了 RF泄漏量，由此减少了对信号124的干扰量。应当清楚，线圈信号120 —方面被屏蔽以防止干扰无线电信号124。
[0032]在一个方面，管延长超出接收器的端子头0.020’’(或更多)。长套管具有大约等于接收器长度的长度。具有该长度一半的套筒102低效，但仍提供显著的屏蔽。此外，在一个示例中，如果套筒102外伸出端子区，则获得有利的性能。针对套筒102延伸越过接收器端部的另选例是，增加横跨端子区的带，有效地将套筒102加盖。这大约是短套筒的双倍屏蔽效力。一般而言，套筒越长，穿透套筒的磁通线越多。[0033]开口套筒在一些示例中比盒状屏蔽部更容易使用，因其可以在将导线接合至接收器之前安装。在一个示例中，该特征表示套筒可以在被送货给消费者之前安装在接收器上。
[0034]增加越过导线112的端子的套筒外伸量将增加屏蔽效力，但增加了接收器尺寸。在一些方面，该外伸量不应延伸越过焊料块，以避免收听器内的装配问题。在使用长套筒屏蔽部时，外伸更有效，而在使用短套筒时具有小的多的效应。
[0035]在一些方面，套筒102涂覆有保护涂层以防止腐蚀。聚合物涂层既减少腐蚀又将套管与接收器的壳体绝缘，其是最佳屏蔽需要的。另外，趋肤效应将防止外部屏蔽部102纯粹作为增加的屏蔽部。在另一个示例中，铝套筒提供差不多一样好的保护，并且避免了腐蚀问题(即，套筒仅具有单层——招)。举两个例子，套筒102可以通过将其预先涂覆聚合物膜(其成为层104)，或者通过将箔的内表面阳极氧化(例如，成为第二部分104)而与接收器壳体绝缘。当将铝箔用于套筒102 (从而省略了层104)时，可以将铝箔焊接成管状形状，例如，利用钨惰性气体(TIG)焊料。
[0036]在另一个示例中，屏蔽部102被设置在壳体内部作为衬套(例如，铜制)。在这方面，该杯状部的铜衬套和盖子以促进高导电率的方式结合。
[0037]已经示出了高导电率和高导磁性屏蔽，以将RF泄漏减少至可接受水平。铝和铜是优选材料。当将铜用作屏蔽材料时，还可以使用防腐蚀保护(例如，采用单独的防腐蚀层的形式)。构成材料的其它示例也是可以的。在一个示例中，壳体上的屏蔽部允许穿过空气35cm的发送距离(从不使用屏蔽部时的27cm)。距离的其它示例也是可以的。
[0038]在另一些方面，套筒可以是固体金属片，在线圈上缠绕的非绝缘导线层，具有绝缘体的金属片(如图1A和图1B所示)，或者某一其它构造。
[0039]下面，参照图1B，套筒104被示出在用于导线112的端子区上延伸。图1B的其它部件和图1A与图1D的相同，从而在此未进一步加以讨论。
[0040]下面，参照图1C，套筒104被导线105替换。图1C的其它部件和图1A与图1D的相同，从而在此未进一步加以讨论。
[0041]下面，参照图2A，描述了套筒或屏蔽部的一个示例。在这个示例中，屏蔽部200包括四个侧板202、204、206和208。这些板形成了具有中空空间210的结构，其中设置了全部接收器或其一部分。涡流207帮助形成屏蔽效应。
[0042]下面，参照图2B，描述了套筒或屏蔽部的另一示例。在这个示例中，屏蔽部200包括四个侧板202、204、206和208。这些板形成了具有中空空间210的结构，其中放置了全部接收器或其一部分。在这个示例中，开口 212和214延伸贯穿这些板。在一个方面，可以在套筒添加将一个或更多个开口，只要它们不显著增加环绕套筒循环的电流的电阻即可。
[0043]下面，参照图2C，描述了套筒或屏蔽部的又一示例。在这个示例中，屏蔽部200包括三个板222、224和226，并且这些板边对边设置。这些板形成了具有中空空间210的结构，其中放置了全部接收器或其一部分。应当清楚，大量环将起作用以充任图1C所示的线圈。
[0044]应当清楚，图2A-图2C的屏蔽部仅仅是示例，并且其它形状、尺度，以及构造也是可以的。
[0045]应当清楚，改变屏蔽部的尺寸、形状和/或外伸量产生可变的衰减水平。例如，短套筒(覆盖线圈仅大约50%的接收器壳体长度)产生大约15db的衰减。尽管用更长的套筒可实现更多屏蔽，但是这种短套管提供足够的防干扰保护。在一个示例中，与在不利用屏蔽部的情况下天线的发送距离减少大约22%相比，利用在此描述的屏蔽部其仅减少大约1%。
[0046]在此对本发明的优选实施方式进行了描述，包括本发明人已知的用于执行本发明的最佳模式。应当明白，所示实施方式仅仅是示例性的，而不应被视为限制本发明的范围。
【权利要求】
1.一种接收器，该接收器包括: 壳体，该壳体形成腔室，其中，在所述腔室中设置有线圈，并且其中，该线圈辐射磁通量; 套筒，该套筒至少部分地包围所述线圈，以使从所述线圈辐射的大部分磁通量被所述套筒阻挡，其中，所述套筒由高导电材料构成并且与所述壳体绝缘。
2.根据权利要求1所述的接收器，其中，所述接收器还包括衔铁、磁体，或簧片中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的接收器，其中，所述套筒与所述壳体隔开并且包围所述壳体。
4.根据权利要求1所述的接收器，其中，所述套筒包括衬套并且设置在所述腔中且在所述壳体内。
5.根据权利要求1所述的接收器，其中，所述套筒由从包括铝和铜的组中选择的材料构成。
6.根据权利要求1所述的接收器，其中，所述套筒包括绕线。
7.根据权利要求1所述的接收器，其中，所述套筒包括至少一个板。
8.根据权利要求1所述的接收器，其中，所述套筒包括管。
9.根据权利要求1所述的接收器，其中，所述套筒包括至少一个开口。
10.根据权利要求1所述的接收器，其中，所述套筒涂覆有保护涂层以防止腐蚀。
11.根据权利要求1所述的接收器，其中，所述壳体包括端子头，并且所述端子头具有耦接至所述端子头的至少一条导线，并且其中，所述套筒延伸超出所述端子头。
12.—种收听器，该收听器包括: 天线，该天线用于接收无线信号； 接收器，该接收器包括: -壳体，该壳体形成腔室，其中，在所述腔室中设置有线圈，并且其中，所述线圈辐射磁通量； -套筒，该套筒至少部分地包围所述线圈，使得从所述线圈辐射的大部分磁通量被所述套筒阻挡，或者防止干扰所述无线信号，其中，所述套筒由高导电材料构成并且与所述壳体绝缘。
13.根据权利要求12所述的收听器，其中，所述接收器还包括衔铁、磁体，或簧片中的至少一种。
14.根据权利要求12所述的收听器，其中，所述接收器的所述套筒与所述壳体隔开并且包围所述壳体。
15.根据权利要求12所述的收听器，其中，所述接收器的所述套筒包括衬套并且设置在所述腔中且在所述壳体的内部。
16.根据权利要求12所述的收听器，其中，所述接收器的所述套筒由从包括铝和铜的组中选择的材料构成。
17.根据权利要求12所述的收听器，其中，所述接收器的所述套筒包括绕线。
18.根据权利要求12所述的收听器，其中，所述接收器的所述套筒包括至少一个板。
19.根据权利要求12所述的收听器，其中，所述接收器的所述套筒包括管。
20.根据权利要求12所述的收听器，其中，所述接收器的所述套筒包括至少一个开口。
21.根据权利要求12所述的收听器，其中，所述接收器的所述套筒涂覆有保护涂层以防止腐蚀。
22.根据权利要求12所述的收听器，其中，所述接收器的所述壳体包括端子头，并且所述端子头具有耦接至 所述端子头的至少一条导线，并且其中，所述套筒延伸超出所述端子头。
【文档编号】G10K11/16GK103975384SQ201280049423
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2011年9月9日
【发明者】托马斯·E·米勒 申请人:美商楼氏电子有限公司