专利名称：Usb线天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及扩展了信息终端设备的输入输出用的USB (通用串行总线)电缆的功能的USB线天线。
背景技术：
通常为了通过便携式电话机等信息终端设备接收电视广播等，采用在信息终端设备内设置专用的接收天线或从用于收听音频信号的耳机终端捕捉天线输入中的任一方法。—方面，有要在家中的厨房等没有电视广播的天线插座的房间接收电视广播的要求，在这种情况下，也提出了将电力传输用的电缆作为电视广播用的天线使用的方案(例如参照专利文献I)。专利文献I所述的技术是将设置于电力传输用电缆的电源电路侧的高阻滤波电感器与设置于移动终端侧的高阻滤波电感器的距离设定为所接收的电视广播等载波频率的1/4波长的整数倍。从而可以接收宽频带的电视广播等。此外，本申请发明人等提出了在使作为天线使用的电缆传输频率重复的其他信号时，即使共享连接器也可以得到足够的天线性能的接收装置(参照专利文献2)。现有技术文献专利文献1:特开2010-157991号公报专利文献2 :特开2010-219904号公报在这样的情况 下，和以往一样有很多希望通过信息终端设备收听收看FM广播和电视的需求。但是，随着最近的信息终端设备的薄型化、小型化，没有足够的空间放置大量的连接器。因此，如果可以将所有的信息终端设备的传输信号用和供电用的USB线作为接收电视广播等的电波的天线使用，则有很好的效果。
实用新型内容实用新型所要解决的课题本实用新型的目的在于提供一种USB线天线，在该USB线天线中，与信息终端设备的USB端子连接的USB线具有高频信号的天线功能，可以利用该USB线接收FM广播和电视等的电波。解决课题的手段为了解决上述课题，本实用新型的USB线天线是使连接于与信息终端设备连接的规定长度的USB线的USB连接器的ID端子与USB线的金属屏蔽层连接。此外，在USB线的电源供给线和地线的两端连接对所需波段的高频信号形成高阻抗的高阻滤波元件，在USB线的差分信号的传输线的两端连接对上述所需波段的高频信号形成高阻抗的共模电感。通过这样将USB线兼用作接收所需波段的高频信号的天线。此外，该天线接收的所需波段的高频信号是FM频带、VHF频带或UHF频带中的任一种或多种波段的信号。根据本实用新型USB线天线，能够将连接信息终端设备和主计算机所必须的USB线作为接收电视广播等的高频天线使用，因此无需在信息终端设备侧设置内置天线。此外，无需在信息终端设备侧设置用于连接电视广播等接收天线的专用连接器，因此，可以进一步实现信息终端设备的小型化、薄型化。
图1是示出本实用新型的USB线天线的实施方式例的简图。图2是示出在一侧连接了 A型USB连接器、在另一侧连接了 B型USB连接器的USB线天线的具体例子的图，其中，图2的(A)是从上面看的俯视图，图2的(B)是B型的电缆侧USB-B连接器20 (这里是μ USB-B连接器)的截面图，图2的(C)是A型的电缆侧USB-A连接器30 (这里是标准型USB-A连接器)的截面图，图2的(D)是正视图。图3是示出在图2所示的USB线天线中，使插入地线的铁氧体磁珠(FB)的直流电阻为I Ω、使插入差分信号线的共模电感的高频电阻为90 Ω (IOOMHz)时进行USB1.1 (图3的(A))和USB2. O (图3的(B))的差分信号的符合性测试时的眼形图案的图。图4是示出在图2所示的USB线天线中，使插入地线的铁氧体磁珠(FB)的直流电阻为O. 05Ω、使插入差分 信号线的共模电感的高频电阻为90Ω (IOOMHz)时进行USB1.1(图4的(A))和USB2. O (图4的(B))的差分信号的符合性测试时的眼形图案的图。图5是示出在图2所示的USB线天线中，使插入地线的铁氧体磁珠(FB)的直流电阻为O. 05 Ω、使插入差分信号线的共模电感的高频电阻为120 Ω (IOOMHz)时进行USB1.1(图5的(A))和USB2. O (图5的(B))的差分信号的符合性测试时的眼形图案的图。图6是示出使用图2所示的USB线天线接收VHF频带(图6的(A))和UHF频带(图6的(B))的电视电波时的频率-增益特性的图。图7是示出使电流在设置于USB线天线的电力传输线上的铁氧体磁珠(FB)中流动时的频率与高频阻抗的关系的图。图8是示出连接USB线天线的USB-A连接器的具体结构的图。图9是示出在USB线天线上未连接AC适配器的情况下(图9的(A))与连接了 AC适配器的情况下(图9的(B))的频率-增益特性的图(在插入了铁氧体磁芯的情况下)。图10是示出在USB线天线上未连接AC适配器的情况下(图10的(A))与连接了 AC适配器的情况下(图10的(B))的频率-增益特性的图(在未插入铁氧体磁芯的情况下)。
具体实施方式
如上所述，随着目前信息终端设备的小型化、薄型化，将难以确保在信息终端设备侧设置接收电视广播的电波所需的天线或与外部天线连接的专用连接器的空间。例如，作为用于接收电视广播的电波的天线，本申请发明人等提出了几个关于耳机天线的方案。但事实上该耳机天线所需要的耳机用端子的直径大小已经成为进一步推动信息终端设备薄型化的一个障碍。因此，最近的薄型的信息终端设备也有的不具有耳机端子，而是仅设置了 USB端子。这样的信息终端设备使用USB线从主计算机向信息终端设备进行充电，同时在主计算机与信息终端设备之间传输各种信号。本申请发明人等为了解决上述问题，着眼于大量信息终端设备所装载的USB端子和与其连接的USB线，考虑是否可以将USB线作为电视广播等的接收天线使用，并进行了各种思考和实验。其结果如下所述，提出了将USB线作为可以接收电视广播等的电波的天线使用的方法。以下参考图1至图10，就本实用新型的USB线天线的实施方式例(以下称为“本例”)进行说明，按照以下步骤进行说明。1. USB线天线的简要构成2. USB线天线的具体示例3.对USB线天线保持USB线功能的验证4. USB线天线的频率-增益特性5.插入USB线天线的电源供给线的FB的高频阻抗特性6.连接USB线天线的USB-A连接器的一个具体示例7.在USB线天线上连接AC适配器时的特性比较〈USB线天线的简要构成〉图1是用于说明本例的USB线天线的结构及其工作原理的图。如图1所示，在信息终端设备(以下也称为“接收机(set)”)侧设置连接USB线用的USB母连接器。以下将设置在该接收机侧的USB连接器称为“接收机侧USB连接器10”。然后在适当长度(例如95cm 115cm左右)的同轴屏蔽线的一端安装B型的USB公连接器。为了区别于接收机侧USB连接器10，将该USB公连接器称为“电缆侧USB-B连接器20”。此外，在USB线的另一端安装A型USB公连接器。将该USB连接器称为“电缆侧USB-A连接器30”。该USB连接器是标准型的USB连接器，用于与主计算机侧连接。首先参考图1就接收机侧USB连接器10进行说明，然后就与本例的USB线天线的具体连接关系进行说明。一般来说，接收机侧USB连接器10 (母头)和电缆侧USB-B连接器20 (公头)具有5个连接引脚和屏蔽端子。这些接收机侧USB连接器10和线端USB-B连接器20通常使用μ USB-B连接器。而与主计算机侧连接的电缆侧USB-A连接器30是可以供给电源的标准型的A型USB连接器。最近A型和B型之间的区别变得模糊，有的接收机侧USB连接器10也使用A型或AB型(主机侧和接收机侧两者兼用的USB连接器)的μ USB连接器。如图1所示，接收机侧USB连接器10的第I引脚(Ipin)是电源供给用的Vbus/MIC端子，从未图示的主计算机侧经由该第I引脚向信息终端设备(接收机)供电的同时，向与接收机侧连接的耳机麦克风等提供电压。在连接该接收机侧USB连接器10的第I引脚的线上串联高阻滤波用的铁氧体磁珠11。以下将铁氧体磁珠简记为“FB”。接收机侧USB连接器10的第2引脚 (2pin)和第3引脚(3pin)是通过USB线收发的差分信号的信号线的端子，如果向该端子输入声音信号，第2引脚(D-端子)则成为L声道的端子，第3引脚(D+端子)则成为R声道的端子。在连接该以差分使用的第2引脚和第3引脚的线上连接共模电感12。通过该共模电感12抑制高频信号，只使声音信号通过。在以下的说明中，也将该高频信号称为“RF信号”或“天线信号”。接收机侧USB连接器10的第4引脚(4pin)是用于识别所插入的插头类型和该插头用途即该插头用于做什么的ID端子(ID是Identification的简称，是“识别端子”的意思)。如图1所示，在本示例的接收机侧USB连接器10中，将作为ID端子使用的第4引脚作为接收电视广播等的天线端子使用。因此，在连接第4引脚的线上串联大约IOOOpF的电容14，通过该电容14向接收机内的未图示的调谐器电路提供向第4引脚提供的天线信号。此外，接收机侧USB连接器10的第4引脚当然作为通常的ID端子使用。在实现作为通常的ID端子的功能方面，由于电视等的高频信号碍事，因此为了将其去掉在连接了第4引脚的线上与电容14并行连接作为高频信号滤波元件的FB 13。通过这样去掉了电视信号等高频的天线信号的ID信号被向接收机侧的未图示的ID识别电路输出。接收机侧USB连接器10的第5引脚(5pin)是接地用的接地端子，连接该第5引脚的线与后述的电缆侧USB-B连接器20和接收机的各外部屏蔽层连接并接地。此外，如上所述，图1所示的USB线天线是在同轴屏蔽线21的一端安装基板22，在该基板22上连接电缆侧USB-B公连接器20。该电缆侧USB-B连接器20与接收机侧USB连接器10—样，通常也使用B型的μ USB连接器，除此之外也可以使用A型或AB型的μ USB连接器。在电缆侧USB-B连接器20的ID端子(第4引脚)和地线之间连接电阻器23，通过该电阻器23的阻值可以知道连接了何种用途的USB连接器以及USB线是被如何使用的。此外，在该ID端 子上连接同轴屏蔽线21的金属屏蔽层27，该金属屏蔽层27发挥后述的单极天线的作用。此外，在图1所示的电缆侧USB-B连接器20的第I引脚所连接的电源供给线上连接作为用于过滤高频信号的元件的FB 24。并且，在传输差分信号的第2引脚(D-端子)和第3引脚(D+端子)上连接共模电感25。该共模电感25与设置于接收机侧USB连接器10的共模电感12 —样，也具有过滤高频的功能。此外，在电缆侧USB-B连接器20的第5引脚所连接的地线上同样连接作为过滤高频的元件的FB 26。如图1所示，在同轴屏蔽线21另一端连接标准A型的电缆侧USB-A连接器30。在该电缆侧USB-A连接器30的第I引脚上连接高阻滤波用的FB 31。此外，在被供给差分信号的第2引脚和第3引脚所连接的信号线上连接共模电感32。而且，在第5引脚所连接的地线上也连接高阻滤波用的FB 33。此外，为了满足通常的USB线的信号功能以及电视信号那样的高频信号的天线功能，插入地线的FB 33的直流电阻优选小于等于O. 25 Ω。此外，共模电感32使用例如对IOOMHz的高频形成90 Ω或120 Ω的产品等。此外，在本例的USB线天线上，同轴屏蔽线21的外皮导体即金属屏蔽层27与电缆侧USB-B连接器20的ID端子(第4引脚)连接。如图1所示，与该ID端子连接的金属屏蔽层27是与地线不同的屏蔽用的线。将金属屏蔽层27与ID端子(第4引脚)连接，用于接收电视信号等电波的理由如下。即USB2. O的信号传送用的传送时钟被定为480Mbps。由于该传送时钟信号在差分信号线与地线之间工作，因此，如果将USB线的地线作为电视信号的天线使用，则该天线成为除了电视等RF信号外还叠加USB的480Mbps的时钟信号的状态。发生所谓的“模糊现象”。因此，如果将USB线作为电视广播用的天线使用，就不能将地线作为天线使用。本申请发明人等进行试验后发现了通过使用不用于地线的金属屏蔽层27就可以解决这个问题。此夕卜，由于USB2. O的480Mbps的时钟相当于240MHz的频率，因此尤其是VHF-H(高频带)频带受到不利影响。此外，将电缆侧USB-B公连接器20插入接收机侧USB母连接器10时，必须进行是否插入了可以接收电视广播等的电波的天线的判断(检测)。因此，向电缆侧USB-B连接器20的ID端子(第4引脚)所连接的线与第5引脚所连接的地线之间插入电阻器23。根据电缆侧USB-B连接器20的种类，换句话说，根据该电缆侧USB-B连接器20的用于怎样的用途，该电阻器23形成不同的阻值。因此，通过检测该电阻器23的值(阻值)，可以检测插入了具有电视广播等的天线功能的USB连接器。由于电阻器23的阻值通常形成高阻抗(几百kQ )，因此，ID线与地线在高频率是开放的，地线对ID线的天线特性没有影响。但必须注意的是，与ID线以外的各线连接的FB64 FB 67通过后，有可能因耦合电容等的电容器发生高频耦合。这种情况下，由于高频电流向各端子流动，因此天线特性变差。〈USB线天线的具体示例〉图2是示出上述的USB线天线的例子。图2的(A)是从上面看的俯视图，图2的(B)是B型的电缆侧USB-B连接器20 (这里是yUSB-B连接器)的截面图，图2的(C)是A型的电缆侧USB-A连接器30 (这里是标准型USB-A连接器)的截面图，图2的(D)是正视图。各图的尺寸基于USB连接器和μ USB-B连接器的标准规格。此外，在图2中与图1相同的部件使用相同的符号。如图2的(Α)、(B)、(C)所示，电缆侧USB-B连接器20窄的一侧的边宽为7mm，适合作为今后将向着进一步薄型化方向发展的便携式电话机等的连接端子。而与主计算机连接的电缆侧USB-A连接器30的截面窄的一侧的宽度为7. 8mm。日本的电视广播使用的是90MHz 108MHz(lch 3ch)、170MHz 222MHz(4ch 12ch)波段。此外，在VHF频带中，有时将90MHz 108MHz称为VHF-L频带(低频带)，将170MHz 222MHz称为VHF-H频带(高频带)。在本例的USB线天线上，为了可以接收VHF-H频带和UHF频带两者，将电缆的长度调整为200MHz的大约四分之三波长(3/4 · λ )的115cm。此外，用高频激励接收UHF。〈对USB线天线保持USB功能的验证〉重要的是在将上述的本例的USB线天线的电缆侧USB-B连接器20与接收机侧USB连接器10连接并接收电视信号时，是否能保持原本的USB功能。因此，在本例的USB线天线上进行验证USB的功能是否变差的符合性测试。图3至图5是示出测试本例的USB线天线是否满足USB1.1和USB2. O两个 规格的符合性测试的眼形图案。图3是示出在图2所示的USB线天线上，设地线的FB 26,FB 33的直流电阻为1Ω、与传输差分信号的D-线、D+线连接的共模电感25、32为90Ω (100MHz)时进行了 USB的符合性测试的结果。图3的(A)示出了 USB1.1的符合性试验的眼形图案40a，图3的(B)示出了 USB2. O的符合性试验的眼形图案40b。该眼形图案也称为眼图或眼开口率，对许多波形信号的变化进行采样性叠加，将其显示为图形。横轴表示时间，纵轴表示电压。看该眼形图案，如果在相同位置(定时和电压)叠加多个信号波形，则形成质量好的波形，而如果信号波形的位置(定时和电压)错开，信号波形与中央的六角形的形状(模板)重叠，则形成质量不好的波形。此外，也可以看出传输特性差的波形是中央的六角形的形状(模板43)形成薄且扁平的形状，其面积缩小。此夕卜，由于信号线与模板的关系近似人的眼睛睁开的形状，因此该测试也称为眼形图案测试(或眼图测试)。在此，该眼形图案40a表示插入地线的FB的直流电阻为I Ω、IOOMHz下的共模电感的阻抗为90 Ω情况下的USB1.1的符合性测试的结果。在该USB1.1的符合性测试中同时显示通过D+ = O. 35V、D- = -O. 35V的信号线的相位差为180°的差分信号41a、42a。只看该显示的眼形图案40a就可以看出差分信号41a或42a的一部分波形与六角形状的模板43a重叠。根据该结果，本例的USB线天线不满足USB1.1的功能，即USB1.1的符合性试验不合格(NG)。而图3的(B)的眼形图案40b示出了插入地线的FB的直流电阻为I Ω、100MHz下的共模电感的阻抗为90 Ω情况下的USB2. O的符合性测试的结果。在该USB2. O的符合性测试中同时显示通过D + = O. 4V、D- = -O. 4V的信号线的相位差为180°的差分信号41b、42b。只看该图3的(B)就可以看出在连接第2引脚和第3引脚的线中传输的差分信号41、42进入D + = O. 4V、D- = -O. 4V的平行线之间，进而六角形状的模板43进入两个差分信号41、42围住的区域内。S卩，图3的(B)示出了只要是USB2. 0，则即使将电缆所连接的USB连接器的第4引脚作为天线输入端子使用，眼形图案测试也合格，换句话说也满足USB2. O的规格。此外，在USB2. O的规格中，传输USB信号的时钟是480Mbps，频带相当于VHF频带(240MHz)。
图4的(A)、图4的 (B)也是示出使用图2所示的USB线天线进行了 USB1.1和USB2. O的差分信号的符合性测试的结果的眼形图案50a、50b。与图3的(A)、图3的(B)的不同点在于使插入地线的FB 26、FB33的直流电阻为O. 05 Ω。共模电感25、32的IOOMHz的阻抗依然为90 Ω。如图4的(A)所示，在眼形图案50a中，D+和D-的所有的差分信号线51a、52a包住眼形图案53a。此外，在图的4 (B)所示的眼形图案50b中，也是差分信号线D+和D-的差分信号线51b、52b包住眼形图案53b但不重叠。该结果表示该USB线天线的USB1.1和USB2. O的符合性测试合格，即满足USB1.1和USB2. O的双方的规格。图5的(A)、图5的(B)也是示出图2所示的USB线天线的符合性测试结果的眼形图案的图。与图4的(A)、图4的(B)的不同点在于插入差分信号线的共模电感25、32使用IOOMHz的电阻为120Ω的产品。地线的FB 26, FB 33的直流电阻与图4的(A)、图4的(B)相同为O. 05 Ω。在该图5的(A)所示的USB1.1的符合性测试中，D+和D-的所有差分信号线61a、62a都包围眼形图案63a，在图5的(B)所示的USB2. O的符合性测试中，D+和D-的所有差分信号线61b、62b也都在眼形图案63b的外侧且不重叠。该结果证明了通过适当地选择插入地线的FB 26、FB 33的直流电阻和插入差分信号线的共模电感25、33的阻抗，可以得到满足USB1.1和USB2. O双方规格的USB线天线。(USB线天线的频率-增益特性〉如上所述，图1和图2所示的本例的USB线天线在与接收机的地线(GND)之间形成单极式天线。进行了使用该USB线天线接收VHF-H频带和UHF频带的电视广播的电波的试验。即，将图2所示的USB线天线的样品与接收机侧USB母连接器10 (参考图1)连接，检测电视电波等高频信号的传输特性。表I和图6的(A)示出了通过图1所示的USB线天线接收VHF波段的电视广播时的频率-增益特性。如表I和图6的(A)所示，确认了在170MHz 220MHz的VHF波段，垂直偏振波显示_5dBd (210MHz、-4. 04dBd)以上的增益特性，水平偏振波显示-20dBd(210MHz、-17. 24dBd)以上的增益特性(参考表I)。表I
权利要求1.一种USB线兼用作天线的USB线天线，其中， 与连接于信息终端设备的规定长度的所述USB线的USB连接器的ID端子连接至所述USB线的金属屏蔽层， 在所述USB线的电源供给线和地线的两端连接有对所需波段的高频信号形成高阻抗的高阻滤波元件，以及 在所述USB线的差分信号传输线的两端连接有对所述所需波段的高频信号形成高阻抗的共模电感， 所述USB线接收所述所需波段的高频信号。
2.根据权利要求1所述的USB线天线，其中，用所述天线接收的所述所需波段的高频信号是FM频带、VHF频带和UHF频带中任一种或多种波段的信号。
3.根据权利要求2所述的USB线天线，其中，在与所述ID端子连接的ID线与所述USB线的地线之间连接有用于识别与所述ID端子连接的所述USB线的种类的电阻器。
4.根据权利要求3所述的USB线天线，其中，插入所述电源供给线的所述高阻滤波元件在电流在所述电源供给线上流动时也具有高阻抗。
5.根据权利要求4所述的USB线天线，其中，插入所述地线的所述高阻滤波元件的直流电阻小于等于O. 25 Ω。
6.根据权利要求1所述的USB线天线，其中，插入所述USB线的D-和D+差分信号线的两端的所述共模电感的所述所需波段上的阻抗大于等于90 Ω。
专利摘要本实用新型提供一种USB线天线。连接与信息终端设备连接的USB线的ID端子和USB线的金属屏蔽层。然后，通过USB线的金属屏蔽层和地线形成单极天线。通过这样依然具有USB线的功能，并且可以接收FM频带、VHF频带或UHF频带的电波。
文档编号H01Q1/46GK202905945SQ20122021419
公开日2013年4月24日 申请日期2012年5月11日 优先权日2011年5月18日
发明者吉野功高, 坪井觉 申请人:索尼公司