嵌入電池內(nèi)的天線、無線設(shè)備和無線設(shè)備的智能外殼的制作方法
【專利說明】嵌入電池內(nèi)的天線、無線設(shè)備和無線設(shè)備的智能外殼
[0001]分案申請說明
[0002]本申請是申請日為2009年11月6日、名稱為“嵌入電池內(nèi)的天線、無線設(shè)備和無線設(shè)備的智能外殼”的中國發(fā)明專利申請N0.200910221262.X的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明一般涉及諸如蜂窩電話機(jī)、智能電話機(jī)和類似的手持設(shè)備之類的便攜式通信設(shè)備，以及對其的改進(jìn)。具體地，本發(fā)明提供對如下方面的改進(jìn):這些設(shè)備的天線和無線電磁波屏蔽體、將天線朝著遠(yuǎn)離用戶的方向嵌入到便攜式通信設(shè)備的可拆卸電池內(nèi)或電話機(jī)里的任何較大表面區(qū)域中，以將無線電磁波輻射重新定向為遠(yuǎn)離用戶人體，以及利用了將天線嵌入電池中得到的技術(shù)優(yōu)點的多種方法。
【背景技術(shù)】
[0004]隨著蜂窩電話機(jī)和智能電話機(jī)的功能變得越來越多樣化，范圍從無線電話的原始基本功能延伸到音樂播放器、視頻播放器、手持計算機(jī)、用于瀏覽web、獲取電子郵件、下載或上載文件的無線因特網(wǎng)設(shè)備、靜態(tài)相機(jī)、攝像頭、GPS設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)等，蜂窩電話機(jī)和智能電話機(jī)的設(shè)計需求不斷地需要這些設(shè)備內(nèi)的可用空間的增加。這些功能給它們帶來了對天線的越來越高的要求，并且通常需要更高的輻射能量用于發(fā)射，對天線來說必須適應(yīng)多達(dá)五個頻帶，同時比從前占據(jù)更小的空間。
[0005]另外，來自移動電話機(jī)的電磁輻射作為健康風(fēng)險引起了越來越多的關(guān)注，并且對在電話機(jī)內(nèi)空間減小的同時通過天線的設(shè)計來解決這個問題提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這是因為顯著減小朝向用戶的無線電磁波輻射、同時使得用于傳輸?shù)碾姶判盘柸β食h(yuǎn)離用戶的方向發(fā)射的僅有的有效方法需要用于天線的某些額外空間。
[0006]FCC(美國聯(lián)邦通訊委員會)要求限制來自便攜式通信設(shè)備(例如移動電話機(jī)或蜂窩電話機(jī))的朝向用戶頭部的福射(Specific Absorpt1n Rate，比吸收率或SAR)。每年，F(xiàn)CC都趨向于進(jìn)一步降低所準(zhǔn)許的水平。原因之一是安全。同時，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，移動電話設(shè)備已具備了具有更多數(shù)據(jù)密集型功能的手持計算機(jī)的功能，這需要蜂窩電話機(jī)與基站塔臺之間的高速率數(shù)據(jù)傳送。改進(jìn)蜂窩電話機(jī)的功能以能夠增加天線的功率輸出將是有利的，然而，F(xiàn)CC規(guī)章不允許增加SAR。
[0007]智能電話機(jī)(例如，iPhone、BlackBerry等)例如在電話機(jī)的位于顯示區(qū)邊沿的上下部分處具有(一個或多個)內(nèi)置天線。用于天線的空間通常限于Icm乘以電話機(jī)的寬度和厚度。天線適合靠近電話機(jī)中與用戶相對側(cè)的背面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)第一實施例，本發(fā)明極大地增加了用于天線的有效空間，并且提供了高效的屏蔽以及遠(yuǎn)離用戶的無線電磁波輻射重定向，同時實際上增加了電話機(jī)外殼內(nèi)的可用空間。本發(fā)明將天線結(jié)合到電池內(nèi)，以使得天線位于遠(yuǎn)離用戶的電池的一側(cè)上，其中，電池被附接到遠(yuǎn)離用戶的電話機(jī)背面。電池的電連接被增加，以將所有需要的天線引線到電話機(jī)電路中。對特定型號電話機(jī)所設(shè)計的所有電池將以此內(nèi)置天線為特征。
[0009]本設(shè)計的一個優(yōu)點是為將來的復(fù)雜天線提供非常多的空間，這有助于它們的優(yōu)化?？梢岳秒姵厣峡捎玫妮^大區(qū)域來將分立的天線用在電池內(nèi)，以提供對不同頻率和功能的天線的分離，從而減小天線之間的干擾。這種配置的另一重要優(yōu)點在于:允許對無線電話機(jī)的無線電磁波屏蔽設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。可以利用位于屏蔽體和天線之間的電池的鋰離子芯或其它功能存儲介質(zhì)，來將電池的厚度用于提供天線與電池內(nèi)被置于離用戶最近側(cè)的調(diào)諧無線電磁波屏蔽元件之間所需的空間。得到的無線電磁波屏蔽體與天線之間的間隔最優(yōu)地為發(fā)射信號波長的四分之一?？梢酝ㄟ^利用無線電磁波屏蔽體與天線之間的介電材料層來輔助實現(xiàn)這個目標(biāo)，但是在電話機(jī)外殼內(nèi)部所允許的較小空間中仍然是比較困難的。通過設(shè)計電池以使得電池的存儲介質(zhì)的厚度產(chǎn)生用于調(diào)節(jié)無線電磁波屏蔽體的正確間隔，并且通過經(jīng)由從電池到電話機(jī)的接地電路的連接器使屏蔽體接地，并且通過設(shè)計無線電磁波屏蔽體本身以最佳地重定向無線電磁波輻射以遠(yuǎn)離用戶，同時讓未減小的希望信號被引離用戶，從而可以獲得顯著減小用戶身體的無線電磁波吸收的獨特好處。
[0010]重定向的一種替代方式是使用適當(dāng)定相的兩個天線來向遠(yuǎn)離用戶的方向輻射波束。這可以按以下兩種方式來實現(xiàn):
[0011]1.放置兩個天線，電池的一側(cè)上放置一個。每個天線都連接到輸出電力。這些天線之間的相位被數(shù)字地控制，以給出向外的最佳定向。具有非常低的功率要求(微瓦)的微處理器可用于這種數(shù)字控制。用于這種控制的電力可以從通過捕捉來自電話機(jī)的輻射功率而得到。
[0012]2.這種配置對于多頻帶應(yīng)用是理想的。對于每個所使用的頻率，對相位編程以給出最佳傳播特性。這將使得不需要具有高介電常數(shù)的材料。
[0013]在一個天線位于蜂窩電話機(jī)外殼中而另一天線在電話機(jī)內(nèi)側(cè)或在電池上/內(nèi)的情況中，也可以使用相同的原理。一般地，優(yōu)選兩個或更多個天線來引導(dǎo)來自無線電話機(jī)的輻射。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，來自便攜式通信設(shè)備的輻射被引離用戶，從而對設(shè)備的性能有最小的影響。最終結(jié)果是低的SAR和未改變的TRP (總輻射功率)。這是通過將來自無線電話機(jī)內(nèi)部的天線的輻射耦合到外殼來完成的。外殼具有包括波狀金屬表面的屏蔽體。這種屏蔽體也可以被安裝在無線設(shè)備內(nèi)部。
【附圖說明】
[0015]圖1示出了嵌入電池內(nèi)的天線以及從電池殼體到電話機(jī)電路的天線連接，其中天線被設(shè)計為位于電池上端的緊湊型單元。
[0016]圖2示出了嵌入電池內(nèi)的天線以及從電池殼體到電話機(jī)電路的天線連接，其中天線被設(shè)計為位于電池背面的平坦表面上的薄平單元。
[0017]圖3示出了彼此分開地的、位于電池的不同區(qū)域中的不同頻率和目的的分離天線。
[0018]圖4示出了嵌入電池內(nèi)的無線電磁波輻射屏蔽體，以使得在如圖2所示的相同平坦平面布置中，屏蔽位于電池的最接近用戶的一側(cè)上，而天線位于電池的最遠(yuǎn)離用戶的一側(cè)上。屏蔽體通過電池到電話機(jī)接地電路的接地連接也示出在圖2中。
[0019]圖5示出了標(biāo)出了天線、儲電介質(zhì)、無線電磁波屏蔽體和介電層的電池，以及用于電池電力、天線和無線電磁波屏蔽接地的電連接的分解圖。
[0020]圖6、圖7A和圖7B示出了根據(jù)第一實施例的無線電話機(jī)保護(hù)性外殼的各種示圖，該無線電話機(jī)保護(hù)性外殼具有被結(jié)合進(jìn)該外殼背面的無源耦合天線。
[0021]圖8不出了與具有波狀金屬表面的屏蔽相結(jié)合的波束天線。
[0022]圖9示出了特定設(shè)計的高導(dǎo)電波狀金屬屏蔽層，可選地，該屏蔽層結(jié)合了特定頻率范圍的吸收性材料層。
[0023]圖10和圖11示出了根據(jù)第二實施例的無線電話機(jī)保護(hù)性外殼的各種示圖，該無線電話機(jī)保護(hù)性外殼具有被結(jié)合進(jìn)該外殼背面的無源耦合天線。
[0024]圖12示出了集成到無線設(shè)備的內(nèi)部設(shè)計中的無線電磁波重定向材料。
[0025]圖13是圖示出位于無線設(shè)備內(nèi)部的多頻帶天線的示圖，該天線的相位可由微處理器控制以對應(yīng)于對不同通信頻帶的使用。
[0026]圖14是圖示出利用天線傳播的相位控制將電磁輻射導(dǎo)向到朝向遠(yuǎn)離無線設(shè)備用戶的方向上的示圖。
【具體實施方式】
[0027]嵌入電池或無線設(shè)備內(nèi)的天線
[0028]根據(jù)圖1所示的本發(fā)明的第一方面，無線設(shè)備14的天線10被嵌入電池12中，使得無線設(shè)備中先前由天線占據(jù)的空間可供其它組件使用，并且通過電池外殼上的與電話機(jī)外殼上相對應(yīng)表面12b相接觸的電接觸表面12a，以與從電池到電話機(jī)供電電路的電力連接相同的方式，天線被連接到無線設(shè)備的天線電路。如圖1所示，天線可以是緊湊型設(shè)計的，并適配于電池外殼的一端或一側(cè)?？蛇x地，天線可以被制作得薄且平，并且可以放置在與電池的儲能芯平行的寬的平坦面上，