Устройство для защиты органов слуха с встроенной антенной приемника частотно-модулированных сигналов
DEVICE FOR PROTECTION OF HEARING ORGANS WITH INTEGRATED RECEIVER ANTENNA FOR FREQUENCY MODULATED SIGNALS

Область техники
Настоящее описание относится к слуховому устройству, содержащему УКВ приемник.
Уровень техники
Хорошо известны устройства для защиты органов слуха, включая устройства для защиты органов слуха, содержащие чашки, носимые поверх ушей пользователя. Некоторые устройства для защиты органов слуха дополнительно содержат УКВ приемник (FM-receiver) для обеспечения прослушивания УКВ-радиостанций в устройстве для защиты органов слуха. В сущности, устройства для защиты органов слуха, содержащие УКВ приемник, должны также содержать антенну. Вне всяких сомнений, наиболее широко используемой антенной для применения в такой конструкции является "штыревая антенна". Штыревые антенны, как правило, выступают из устройства для защиты органов слуха, зачастую в направлении вверх, что создает неудобства.
Сущность изобретения
В одном аспекте настоящее описание относится к устройству для защиты органов слуха. Устройство для защиты органов слуха содержит первую защитную чашку, размещаемую поверх уха пользователя. Защитная чашка содержит УКВ приемник, металлическую антенну и пластмассовый корпус. УКВ приемник расположен внутри защитной чашки. Металлическая антенна также расположена внутри защитной чашки и соединена с УКВ приемником. Металлическая антенна закреплена посредством заформовывания в пластмассовом корпусе. По меньшей мере одна точка соединения с антенной выступает из пластмассового корпуса.
В другом аспекте настоящее описание относится к способу изготовления ушной чашки для применения в устройстве для защиты органов слуха. Указанный способ включает этапы, на которых заливают расплавленный металл в продолговатую форму и затем охлаждают с целью создания антенны, размещают антенну в форме для отливки пластмассового корпуса, осуществляют литье под давлением пластмассового материала во второй форме, в результате чего получают антенну, замоноличенную в пластмассовый материал, за исключением двух выступающих соединительных участков антенны, и соединяют по меньшей мере один из соединительных участков с УКВ приемником посредством припаивания соединительного участка и УКВ приемника к общей монтажной плате.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в перспективе защитной чашки согласно настоящему описанию.
Фиг. 2 - вид в перспективе устройства для защиты органов слуха согласно настоящему описанию.
Фиг. 3а-3с - способ изготовления защитной чашки согласно настоящему описанию.
Фигуры не обязательно приведены в масштабе. Подобные ссылочные позиции на фигурах относятся к подобным компонентам. Тем не менее, следует понимать, что использование ссылочной позиции для обозначения компонента на заданной фигуре не предназначено для ограничения указанного компонента на другой фигуре, обозначенного той же ссылочной позицией.
Подробное описание изобретения
В следующем подробном описании предпочтительных воплощений приводятся ссылки на сопроводительные чертежи, на которых показаны специфические воплощения, в которых настоящее изобретение может быть реализовано на практике. Показанные воплощения не охватывают все воплощения согласно настоящему изобретению. Следует понимать, что могут использоваться и другие воплощения, при этом могут быть сделаны конструкционные или логические изменения без отклонения от объема настоящего изобретения. Таким образом, нижеследующее подробное описание не следует рассматривать в ограничительном смысле; объем настоящего изобретения определяется приложенной формулой изобретения.
Если не указано иное, все числа, обозначающие технологические размеры, количества и физические свойства, используемые в описании и формуле изобретения, должны рассматриваться как дополненные во всех случаях термином "приблизительно". Соответственно, если не указано обратное, числовые параметры, указанные в следующем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными значениями, которые могут изменяться в зависимости от предпочтительных свойств, которые стремятся получить специалисты в данной области техники с применением описанных в настоящем документе идей.
Используемые в настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа включают воплощения, имеющие ссылки на множественное число, если содержание ясно не указывает на обратное. Используемый в настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения, термин «или» обычно применяется в том смысле, который включает значение «и/или», если содержание ясно не указывает на обратное.
Термины, относящиеся к пространственному расположению, включая, но не ограничиваясь следующими терминами - "вблизи", "дистальный", "нижний", "верхний", "под", "ниже", "над" и "сверху", если таковые используются в настоящем документе, применяются для простоты описания пространственных расположений элементов друг относительно друга. Такие относящиеся к пространственному расположению термины охватывают различные ориентации устройства при использовании или функционировании, в дополнение к частным вариантам ориентаций, показанным на фигурах и описанным в настоящем документе. Например, если изображенный на фигурах объект опрокинут или перевернут, тогда части ранее описанные, как находящиеся внизу или под другими элементами, теперь будут расположены над указанными другими элементами.
В рамках настоящего документа, когда, например, элемент, компонент или слой описан, как формирующий "совпадающую границу раздела" с, или расположенный "на", "присоединенный к", "соединенный с", "уложенный на" или "контактирующий с" другим элементом, компонентом или слоем, он может быть расположен непосредственно на, присоединен непосредственно к, соединен непосредственно с, уложен непосредственно на, контактировать непосредственно с, или при этом промежуточные элементы, компоненты или слои могут быть расположены на, присоединены к, соединены с, или контактировать, например, с конкретным элементом, компонентом или слоем. Если элемент, компонент или слой, например, указан, как расположенный "непосредственно на", "присоединенный непосредственно к", "соединенный непосредственно с" или "контактирующий непосредственно с" другим элементом, то в таком случае не предполагается наличия, например, промежуточных элементов, компонентов или слоев.
Как упоминалось ранее, в настоящее время большинство устройств для защиты органов слуха, содержащих УКВ приемники, также содержат "штыревую антенну". Штыревые антенны, как правило, выступают из устройства для защиты органов слуха, зачастую в направлении вверх, что создает определенные проблемы. Например, если устройства для защиты органов слуха со штыревой антенной носятся в рабочей обстановке, как зачастую бывает, штыревая антенна иногда может мешать и препятствовать свободному передвижению рабочего. Кроме того, штыревые антенны часто повреждаются в рабочей обстановке вследствие их открытого размещения. Необходимость в установке относительно большой штыревой антенны в чашку устройства для защиты органов слуха может требовать создания чашек с более высоким профилем. Наконец, штыревые антенны, как правило, прикрепляются к УКВ приемнику после изготовления самой чашки, что требует наличия дополнительных производственных этапов для создания конечного продукта.
Настоящее изобретение обеспечивает решение всех этих проблем. Настоящее описание обеспечивает слуховое устройство, содержащее "скрытую" антенну УКВ приемника. Такая скрытая антенна защищена от воздействия элементов рабочей обстановки, не требует наличия дополнительного места для установки на поверхности чашки, позволяет использовать ушную чашку с более низким профилем. Кроме того, антенна может собираться на линии во время производства устройства для защиты органов слуха, исключая необходимость использования дополнительных производственных этапов. Таким образом, обеспечивается значительное улучшение по сравнению с известными в данной области технологиями.
На фиг. 1 показана защитная чашка, используемая в устройстве для защиты органов слуха согласно настоящему описанию. Первая защитная чашка 100 предназначена для размещения поверх уха пользователя. Под поверхностью чашки, противоположной поверхности, которая будет находиться в непосредственном контакте с головой пользователя, расположено множество элементов. В этом воплощении первая защитная чашка содержит УКВ приемник 102 и чип УКВ приемника. Первая защитная чашка дополнительно содержит металлическую антенну 104, расположенную внутри защитной чашки и соединенную с УКВ приемником. Защитная чашка также содержит пластмассовый корпус 106. Пластмассовый корпус может быть выполнен из пластмассы любого подходящего типа, включая АБС-пластик. Металлическая антенна 104 закреплена посредством заформовывания в пластмассовом корпусе 106. Тем не менее, по меньшей мере одна точка соединения с антенной, такая как первая точка 108а соединения, выступает из пластмассового корпуса. Металлическая антенна также может иметь вторую точку 108b соединения, выступающую из пластмассового корпуса. Любой выступ может быть использован для соединения с УКВ приемником.
При попытке заключить стандартную УКВ антенну в углубление чашки для защиты органов слуха неизбежно, что антенна окажется слишком короткой для частот УКВ диапазона. Середина УКВ диапазона приходится на радиоволны с частотой 100 Мгц, и для того, чтобы сама антенна резонировала на этой частоте, потребуется длина антенны по меньшей мере приблизительно 75 см (в случае четвертьволновой антенны). Можно свернуть антенну в спираль внутри чашки для борьбы с проблемой провисания и устранения такой проблемы, при этом на самом деле такое сворачивание в виде спирали представляет собой стандартный подход, применимый настоящее время к штыревым антеннам. Однако, для обеспечения достаточно короткой длины антенны, чтобы она помещалась в чашке, и при этом не требовалось применения штыревой антенны, должно применяться другое решение, как дополнительно описано ниже применительно к антенне 104.
В определенных воплощениях предпочтительно, чтобы УКВ приемник представлял собой УКВ приемник с возможностью изменения входной емкости. Один подходящий приемник для применения в настоящем устройстве представляет собой приемник IC Si4704 от компании Silicon Laboratories, Inc. (Austin, TX). Этот приемник содержит антенный вход, который может активно изменять свою входную емкость для создания электрического резонанса на настраиваемой частоте. Поскольку антенна является электрически короткой, она характеризуется низкой радиационной стойкостью и является скорее емкостной, нежели индуктивной. Соответственно, для настройки антенны на УКВ диапазон необходимо добавить индуктивность в антенну для обеспечения ее резонирования примерно в середине УКВ диапазона. Это создает очень узкий частотный диапазон, в котором обеспечивается хороший прием антенны, но при этом также создает проблемы, связанные со слышимостью других частот УКВ диапазона, не входящих в этот узкий диапазон. Способность приемника изменять входную емкость у антенны позволяет сдвигать резонанс на настраиваемую станцию, не смотря на постоянную индуктивность схемы.
Другой способ компенсации узкого частотного диапазона и низкой устойчивости к воздействию излучения короткой антенны без применения радиоприемника с изменяемой входной емкостью заключается в применении малошумящего усилителя (LNA). LNA зачастую используют для усиления радиочастотных сигналов. Одним из примеров такого компонента является BGB719N7ESD от компании Infineon Technologies (Neubiberg, Germany). LNA может быть размещен между антенной и схемой УКВ приемника, при этом он обеспечивает усиление радиосигналов на частотах, отличающихся от резонансной частоты антенны и ее резонансного индуктора, которые, как правило, являются слишком слабыми для приема.
Антенна 104 согласно настоящему описанию может представлять собой металлическую антенну. В некоторых воплощениях антенна может быть изготовлена из легкого низкоомного металла, такого как цинк или алюминий. Как упоминалось ранее, одна характеристика настоящей антенны заключается в том, что она намного короче, чем стандартные антенны для УКВ приемников. Фактически, антенна согласно настоящему описанию в сущности имеет длину, по меньшей мере в 20 раз меньшую, чем самая короткая длина волны УКВ диапазона, принимаемая УКВ приемником.
Как упоминалось выше, первая защитная чашка содержит металлическую антенну 104, расположенную внутри защитной чашки и соединенную с УКВ приемником 102. Металлическая антенна может быть соединена с УКВ приемником ЧМ сигналов с помощью подходящих средств. В одном воплощении металлическая антенна соединена с УКВ приемником с помощью монтажной платы ПО. Как показано на фиг. 1, монтажная плата может быть припаяна к металлической антенне 104 в первой точке 108а соединения, а также припаяна к УКВ приемнику 102, обеспечивая соединение УКВ приемника с антенной. Монтажная плата в этом воплощении расположена сверху пластмассового корпуса 106 и прикреплена к корпусу с помощью винтов.
Устройство для защиты органов слуха согласно настоящему описанию, содержащее первую защитную чашку, описанную выше, может дополнительно содержать вторую защитную чашку. На фиг. 2 показано такое устройство для защиты органов слуха. Вторая защитная чашка 112 соединена с первой защитной чашкой 100 посредством оголовья 114. Вторая защитная чашка 112 может заключать в себе источник 116 питания, обеспечивающий питание УКВ приемника 102. В одном воплощении указанный источник питания может представлять собой щелочные батареи, хотя потенциально могут применяться и другие подходящие источники питания. Электрическая энергия поступает из второй защитной чашки 112 в первую защитную чашку посредством прохождения по оголовью 114.
На фиг. 3а-3с показан способ изготовления ушной чашки для применения в устройстве для защиты органов слуха согласно настоящему описанию. Способ включает первый этап, на котором заливают расплавленный металл в продолговатую форме 320 и затем охлаждают его. Как упоминалось ранее, особенно пригодные металлы включают легкие и низкоомные металлы, такие как алюминий или цинк. После охлаждения металл принимает форму антенны 104, которая может быть извлечена из формы. Эти этапы показаны на фиг. За. Затем антенна 104 может быть помещена в форму для литья под давлением пластмассового корпуса ушной чашки. Затем, в форме для литья под давлением пластмассового корпуса ушной чашки льют под давлением пластмассовый материал, в результате чего обеспечивается заключение антенны 104 в пластмассовом корпусе 106, за исключением двух выступающих соединительных участков 108а и 108b антенны (как показано на фиг. 3b). Затем монтажная плата ПО может быть совмещена с пластмассовым корпусом так, чтобы соединительные участки 108а и 108b антенны также выступали из общей монтажной платы (как показано на фиг. 3c). Наконец, по меньшей мере один из соединительных участков 108а или 108b соединяют с УКВ приемником 102 посредством припаивания соединительного участка и УКВ приемника к общей монтажной плате 110.