專利名稱：用于助聽器的天線系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本公開涉及一種適合于無線數(shù)據(jù)通信的天線系統(tǒng)，諸如設置在助聽器中的天線系統(tǒng)。
背景技術：
助聽器是非常小而精致的裝置，并且包括很多電子和金屬構件，該電子和金屬構件被包含在小得足以在人的耳道中或者在外耳后固定的殼體中。與小尺寸助聽器殼體組合的該很多電子和金屬構件對要在具有無線通信能力的助聽器中使用的射頻天線施加了高的設計約束。傳統(tǒng)上，在助聽器中的天線已經用于接收無線電廣播或者來自遙控器的命令。通常，這樣的天線被設計為固定在助聽器殼體中，而無需特別關注所獲得的得到的輻射圖案的方向性。例如，耳掛型助聽器殼體通常容納以平行于香蕉形狀的耳掛型助聽器殼體的縱向方向的其縱向方向定位的天線。耳內型助聽器通常設置有位于助聽器的面板上的貼片天線，如在WO 2005/081583中公開的；或者在垂直于面板的方向上突出到助聽器殼體外部的線天線，如在US 2010/20994中公開的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進的無線通信。在本發(fā)明的一個方面中，通過提供一種具有助聽器組件的助聽器來獲得上述和其它目的，該助聽器組件包括用于無線數(shù)據(jù)通信的收發(fā)器，該收發(fā)器與天線互連，以供發(fā)出和接收電磁場。該助聽器可以包括用于容納天線的殼體。該天線可以包括具有在電磁場的至少十六分之一波長和全波長之間的長度的第一部分，并且可以被定位為使得當殼體在其操作位置中由用戶佩戴時，電流在基本平行于用戶的耳間軸的方向上在第一部分中流動。由此，由天線發(fā)出的電磁場沿著用戶頭部的表面?zhèn)鞑ィ渲衅潆妶龌旧洗怪庇谟脩纛^部的表面。該助聽器組件通常還包括用于接收聲音并且將接收到的聲音轉換成相應的第一音頻信號的麥克風、用于將第一音頻信號處理成補償助聽器的用戶的聽力損失的第二音頻信號的信號處理器、以及連接到信號處理器的輸出以將第二音頻信號轉換成輸出聲音信號的接收器。優(yōu)選地，助聽器組件具有經由支撐元件互連的第一側和第二側。在本發(fā)明的另一個方面中，提供了一種配置為在用戶的身體上佩戴的天線系統(tǒng)， 該天線系統(tǒng)包括用于無線數(shù)據(jù)通信的收發(fā)器，該收發(fā)器與天線互連，以供發(fā)出和接收電磁場。該天線可以包括具有在電磁場的至少十六分之一波長和全波長之間的長度的第一部分，并且可以被定位為使得當天線系統(tǒng)在其操作位置中由用戶佩戴時，電流在基本上垂直于用戶的身體的方向上在第一部分中流動。由此，由天線發(fā)出的電磁場沿著用戶身體的表面?zhèn)鞑?，其中其電場基本上垂直于用戶身體的表面。提供這樣的天線系統(tǒng)的優(yōu)點在于，可以獲得在例如人體局域網BAN或者無線人體局域網WBAN(諸如可佩戴無線人體局域網)與體外收發(fā)器之間的互連。體外收發(fā)器可以是處理單元，并且可以被配置為連續(xù)地或者基于來自用戶、操作員、供應商的請求或者系統(tǒng)生成的觸發(fā)，經由因特網或在多個計算機或者處理單元之間的任何其它內連或者互連來被連接到操作員、報警服務、醫(yī)療服務人員、醫(yī)師網絡等。優(yōu)選地，由天線發(fā)出的電磁場主要沿著用戶的頭部或者身體的表面?zhèn)鞑ァＴ谙挛闹?，主要參考諸如雙耳助聽器的助聽器來描述本發(fā)明。然而，設想可以結合本發(fā)明的任何方面來使用所公開的特征和實施例。第一部分可以優(yōu)選地被構造為使得當殼體在其操作位置由用戶佩戴時，在激勵時，電流在基本上平行于用戶的耳間軸的方向上在至少第一部分中流動。在激勵時，在其電場基本垂直于用戶頭部的表面的情況下，由天線發(fā)出的相當大部分的電磁場，諸如60%、諸如80%，可以沿著用戶頭部的表面?zhèn)鞑ァ．旊姶艌鲈谟脩舻念^部周圍進行衍射時，由于與頭部表面交互所導致的損失被最小化。由此，獲得了由通常位于用戶的另一耳朵處的雙耳助聽器系統(tǒng)中的第二助聽器或者由助聽器附件(諸如遙控器、電話、電視機、配套(spouse)麥克風、助聽器固定(fit)系統(tǒng)、中間構件(諸如藍牙橋接裝置) 等)對電磁輻射的顯著改進的接收。因為電磁場在與頭部表面最小交互的情況下在用戶的頭部周圍進行衍射，所以在用戶頭部周圍的電磁場的強度被顯著改進。因此，增強了與設置在位于用戶的另一耳朵處的雙耳助聽器系統(tǒng)的第二助聽器中或者設置在通常位于用戶前面的如上所述的附件中的其它天線和/或收發(fā)器的交互。在用戶頭部周圍提供電磁場的另一優(yōu)點在于，提供了對諸如附件的外部裝置的全向連接性。該天線的第一部分可以被連接到收發(fā)器，并且被配置為使得第一部分以期望的電磁場傳輸頻率來傳導大幅度的電流。由此，由天線發(fā)出并且在用戶的一只耳朵處從天線向相對的耳朵或者向諸如附件的外部裝置傳播的電磁場的功率的大部分由天線的第一部分促成(contribute)。優(yōu)選地，包括第一部分和寄生天線元件的接近天線元件的電流被配置為使得電流在第一部分處具有最大電流幅度。優(yōu)選地，第一部分具有鄰近附件天線元件激勵點的第一端和鄰近寄生天線元件激勵點的第二端。寄生天線元件可以具有與寄生天線元件激勵點相對的自由端，并且第一部分和寄生天線元件的組合長度可以基本上對應于電磁輻射的四分之一波長或者其任何奇數(shù)倍。有利的是，寄生天線元件有助于進一步激勵沿著短尺寸的接地平面(ground plane)(諸如沿著第一部分)行進的電流，以由此進一步激勵電磁輻射的表面波。該天線的第一部分可以是第一線性部分，例如，諸如棒形部分，該部分被定位為使得當殼體在其操作位置中由用戶佩戴時，第一部分的縱向方向平行于耳間軸，或者換言之， 垂直于或者基本上垂直于頭部的表面或者鄰近第一部分的操作位置的任何其它身體部分。由于如在下面進一步解釋的所發(fā)出的電磁場的有利特征，被定位為使得電流在平行于或者基本上平行于用戶的耳間軸的方向上在第一部分中流動的第一部分的配置使得天線適用于在位于相對耳朵中或者鄰近的相對耳朵的裝置之間的無線通信。優(yōu)選地，包括該至少第一部分的天線被容納在助聽器殼體內，優(yōu)選地使得該天線位于助聽器殼體內部，而不從該殼體突出。有利的是，在操作期間，天線的第一部分促成了對于在用戶的頭部周圍行進的電磁場，由此提供了穩(wěn)定的并且具有低損失的無線數(shù)據(jù)通信。由于垂直于頭部側面或者垂直于任何其它身體部分的電流分量而導致可以更加有效率地激勵電磁場的表面波。由此，例如，可以諸如以10-15dB、諸如以10-20dB來改進耳間路徑增益。該天線可以發(fā)出用于在用戶的頭部周圍的衍射(即相對于用戶的頭部的表面TM 極化的)基本上TM極化的電磁場。該天線不會或者基本上不會在第一部分中的電流路徑的方向上發(fā)出電磁場，并且因此當助聽器殼體在用戶的耳朵處位于其操作位置中時，該天線不會或者基本上不會在用戶的耳間軸的方向上發(fā)出電磁場；相反，當助聽器殼體在使用期間位于其操作位置中時，該天線發(fā)出在平行于用戶的頭部的表面的方向上傳播的電磁場，由此所發(fā)出的電磁場的電場至少沿著在操作期間天線所位于的頭部的側面具有垂直于或者基本上垂直于頭部的表面的方向。以該方式，與具有平行于頭部表面的電場分量的電磁場的傳播損耗相比，在頭部組織中的傳播損耗被降低。在頭部周圍的衍射使得由天線發(fā)出的電磁場從一只耳朵并且在頭部周圍傳播到相對的耳朵。在線性天線中流動的電流沿著天線的長度形成駐波；并且為了適當?shù)牟僮鳎€性天線以或者大致以線性天線的長度等于發(fā)出的電磁場的四分之一波長、或者其任何倍數(shù)或任何奇數(shù)倍的共振頻率進行操作。因此，第一部分可以與天線的第二部分并且可能其他部分進行互連，以便于獲得適合于發(fā)出期望波長的電磁場的天線的組合長度。天線的第二和可能其他部分可以形成與第一部分互連的寄生天線元件。該寄生天線元件可以形成片形幾何形狀、棒形幾何形狀、單極幾何形狀、曲折線幾何形狀等或其任何組合。在一個實施例中，當殼體在其操作位置中由用戶佩戴時在基本上平行于用戶的耳間軸的方向上的第一部分和寄生天線元件的組合長度可以是四分之一波長、或者四分之一波長的任何倍數(shù)或奇數(shù)倍。在實施例中，其中第一部分具有足夠的長度并且以和鄰近由電流形成的駐波(一個或多個)最大值傳導與在天線中流動的總電流相關的高電流，第一部分顯著地促成從接近天線發(fā)出的電磁場。由此，因為寄生天線元件沒有顯著地促成從天線發(fā)出的電磁場，所以寄生天線元件的定向顯得不太重要或者不重要。因此，可以響應于由于助聽器殼體的形狀和小的尺寸以及在殼體中的其它構件的期望定位和形狀所施加的限制來確定寄生天線元件的電流路徑的定向。例如，寄生天線元件的第二和可能其他部分可以被定位為使得當助聽器殼體在用戶的耳朵處在其操作位置中被佩戴時，電流在平行于頭部的表面的方向上在部分中流動。寄生天線元件優(yōu)選地具有與寄生天線元件激勵點相對的自由端。助聽器可以包括其他寄生天線元件，以便于獲得所發(fā)出電磁場的期望方向圖案以及可能地期望極化。因此，由第一部分和該一個或者多個寄生天線元件形成的天線可以被構造為使得在使用期間，電流在平行于用戶的耳間軸的方向上在第一部分中流動，并且使得天線元件的組合長度具有用有效發(fā)出于期望電磁場的期望長度。期望長度可以優(yōu)選地是電磁輻射的四分之一波長或者其任何倍數(shù)或任何奇數(shù)倍。然而，設想到由于部分的不同定向而導致在天線中流動的電流的路徑呈現(xiàn)多個彎曲部，該部分以下述方式被設置，使得在同時地被配置用于以期望射頻發(fā)出期望輻射圖案和極化時，天線固定在在助聽器殼體內部。可以通過將天線與電子構件(所謂的天線縮短構件)互連來降低天線的總體物理長度，該電子構件具有修改天線的駐波圖案的阻抗，由此改變其有效長度?？梢岳缤ㄟ^使天線與電感器串聯(lián)或者與電容器并聯(lián)(in shunt)來縮短天線的需要的實際長度。因此，該天線可以具有相對短長度的單個線性部分，該單個線性部分以下述方式被定位在助聽器殼體中，使得當助聽器殼體在用戶的耳朵處在其操作位置中被佩戴時，其縱向方向平行于用戶的耳間軸。而且，可以將該單一線性部分(諸如第一部分)與例如串聯(lián)電感器的天線縮短構件串聯(lián)連接。該助聽器可以進一步包括用于與遙控器或者其它附件進行通信的主要天線元件， 附件諸如電話、電視、電視盒、電視流送器盒、配套麥克風、助聽器固定系統(tǒng)等。該主要天線元件通常被定位成促進與距用戶一定距離進行定位的設備的通信，并且因此通常被設置在殼體上或者殼體內部，以便于向助聽器附件發(fā)出電磁輻射并且從助聽器附件接收電磁輻射。該天線的第一部分可以具有激勵點，使得該第一部分可以從助聽器中的電子電路被饋電，即被有源地激勵，或者替代地，第一部分可以被無源地激勵。第一部分和主要天線元件可以具有公共激勵/饋電點。通常，天線元件的激勵點是連接到諸如零電勢的接地電勢或者相對接地電勢的點?；咎炀€可以在接地平面的縱向側(諸如在矩形接地平面的縱向側)被饋電，這進而可能使得電流垂直于頭部的側面或者垂直于天線系統(tǒng)所附連到的身體部分，主要沿著接地平面的最短尺寸行進。配置為在用戶的身體上被佩戴的助聽器天線或者天線系統(tǒng)可以包括多個天線元件，諸如主要天線元件、第一部分和/或一個或者多個寄生天線元件。天線元件可以形成在助聽器的操作期間相互作用的獨立的結構元件或者與天線系統(tǒng)相互作用的任何其它裝置。例如，耳掛型助聽器殼體通常容納主要天線元件，該主要天線元件上在助聽器的一側上以平行于香蕉形耳掛型助聽器殼體的縱向方向的其縱向方向進行定位，而耳內型助聽器通常已經設置有位于助聽器的面板上的貼片天線。在本發(fā)明的實施例中，主要天線元件被設置在助聽器組件的第一側上，并且寄生天線元件的至少一部分可以被設置在助聽器組件的第二側上。助聽器組件的第一側和第二側可以是基本上平行的，并且主要天線元件和寄生天線元件可以位于助聽器組件的相對側。主要天線元件和寄生天線元件可以通過支撐元件進行連接，支撐元件諸如形成主要天線元件和/或寄生天線元件的諸如接地電勢平面的接地平面的支撐元件，諸如包括第一部分的支撐元件連接。支撐元件可以是傳導元件。在一個實施例中，主要天線元件可以激勵第一部分的至少一部分，并且由此還激勵寄生天線元件。由此，即使第一部分不包括天線，但是構成了寄生天線元件和主要天線元件的接地平面，也將在第一部分中感生電流。因此，第一部分可以形成其中在激勵主要天線元件時在第一部分中感生的電流可以流動的接地平面。因此，接地平面引導主要天線元件所感生的電流。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，寄生天線的激勵點與主要天線元件的激勵點相對。在一個優(yōu)選實施例中，主要天線元件激勵點和寄生天線元件激勵點沿著基本上垂直于用戶的身體的軸(諸如基本上平行于用戶的耳間軸)分離一定距離地被設置，該距離優(yōu)選地在十六分之一波長和全波長之間，諸如在十六分之一和四分之三波長之間、諸如在十六分之一和八分之五波長之間、諸如在十六分之一和半波長之間、諸如在十六分之一和八分之三波長之間、諸如在十六分之一和八分之一波長之間。設想對于一些實施例，使用是八分之一波長的長度下限可能是有利的。在特別優(yōu)選的實施例中，第一部分的長度在十六分之一波長和八分之一波長之間。最佳長度是基于多個準則選擇的，包括電磁場的任何尺寸約束和強度。在激勵時，感生電流將在平行于用戶的耳間軸的方向上在第一部分中從主要天線元件激勵點流動到寄生天線元件激勵點，并且該電流將激勵寄生天線元件。優(yōu)選地，主要天線元件激勵點和寄生天線元件激勵點被設置在天線元件的接地平面處，使得當助聽器在其操作位置中由用戶佩戴時，在激勵主要天線元件時，電流在基本上垂直于頭部的方向上在該至少第一部分中流動。設想主要天線元件激勵點和寄生天線元件激勵點還可以沿著與耳間軸形成一定角度的軸來進行設置。在優(yōu)選實施例中，接地平面可以是連接主要天線元件和寄生天線元件(一個或者多個)的印刷電路板。在該情況下，在印刷電路板處設置主要天線元件激勵點和寄生天線元件激勵點二者。因此，接地電勢平面可以是印刷電路板，但是接地電勢平面可以以能夠在激勵天線元件時傳導電流的任何材料來形成。接地平面還可以被形成為用于引導電流的例如銅的單個傳導路徑。該至少第一部分的長度被定義為從主要天線元件激勵點到寄生天線元件激勵點的電流路徑的長度。提供寄生元件的優(yōu)點在于，與其中沒有設置任何寄生天線元件的天線系統(tǒng)相比， 用于天線系統(tǒng)的帶寬顯著增加，帶寬可以以因子2進行增加，使得與僅具有基本天線和第一部分的天線系統(tǒng)相比，帶寬加倍。在優(yōu)選實施例中，寄生天線元件是主要天線元件的鏡像，或者寄生天線元件和主要天線元件可以形成對稱天線結構，例如使得主要天線元件形成曲折天線結構，并且寄生天線元件形成相應的曲折天線結構，寄生和主要天線元件還可以形成相同的天線結構。主要天線元件和第一部分以及一個或者多個寄生天線元件的特定定位可以由助聽器的形狀來確定。例如，耳掛型助聽器殼體通常容納主要天線元件，該主要天線元件上在助聽器的一側上以平行于香蕉形耳掛型助聽器殼體的縱向方向的其縱向方向進行定位，而耳內型助聽器通常已經設置有位于助聽器的面板上的貼片天線。在本發(fā)明的實施例中，該殼體是耳掛型殼體，該耳掛型殼體被配置為在使用期間定位在用戶的耳朵后面，并且主要天線元件被設置在助聽器組件的第一縱向側上，并且寄生天線元件(一個或者多個)被設置在助聽器組件的第二縱向側上。主要天線元件和寄生天線元件可以經由第一部分(諸如設置在印刷電路板上的第一部分)來連接，第一部分諸如包括天線等的支撐元件，或者第一部分可以構成天線元件的接地平面。包括寄生天線元件、第一部分和主要天線元件的助聽器天線可以被配置為在ISM 頻帶中操作。優(yōu)選地，該天線被配置為以至少IGHz的頻率(諸如以1. 5GHz和3GHz之間的頻率，諸如2. 4GHz的頻率)進行操作。


通過參考附圖來詳細地描述其示例性實施例，對于本領域普通技術人員而言，本發(fā)明的以上和其它特征和優(yōu)點將變得更加明顯，在附圖中圖Ia是用戶人體模型頭部模型以及用于定義用戶頭部的幾何解剖的具有χ、y和 ζ軸的普通矩形三維坐標系；圖Ib示出了典型助聽器的框圖；圖加是從頭部上方看到的平行天線配置的頭部周圍的電場強度(E)的繪圖(現(xiàn)有技術)；圖2b是從頭部上方看到的正交天線配置的頭部周圍的電場強度(E)的繪圖；圖3示出了作為天線長度的函數(shù)的平行以及正交天線配置的總效率；圖4是從具有正交天線的示例性BTE助聽器的各種部件的一側看到的視圖；圖fe是從具有正交天線的另一示例性BTE助聽器的各種部件的左手側看到的視圖；圖恥是從圖fe中所示的部件的右手側看到的視圖；圖6是在本發(fā)明的實施例中在支撐元件的至少第一部分上的電流分布的繪圖；圖7a_c示出了主要天線元件和至少一個寄生天線元件的示意性示例性實現(xiàn)；以及圖是示出在助聽器分別位于用戶的右手側和左手側的情況下在用戶頭部周圍的電磁場分布的繪圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考示出了本發(fā)明的示例性實施例的附圖在下文中更加充分地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以不同的形式實現(xiàn)，并且不應被理解為限于在這里闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完整的，并且將充分地向本領域技術人員表達本發(fā)明的范圍。在下文中，平行天線或者天線的平行部分分別指在裝置中的天線或者天線的一部分，該裝置在使用期間在用戶的耳朵處被佩戴并且僅僅在用戶的耳朵處在平行于頭部表面或者換言之垂直于用戶的耳間軸的方向上傳導電流，并且正交天線或者天線的正交部分分別指在裝置中的天線或者天線的一部分，該裝置在使用期間在用戶的耳朵處被佩戴并且至少在天線的一部分中在用戶的耳朵處在垂直于頭部表面或者換言之平行于用戶的耳間軸的方向上傳導電流。天線的輻射圖案通常用在天線的遠場中的水平和豎直平面中的輻射功率的極座標圖來圖示。所繪制的變量可以是場強、每單位立體角功率或者定向增益。峰值輻射在最大增益的方向上發(fā)生。當設計用于鄰近人體的無線通信的天線時，人的頭部能夠用具有與其相關的感覺器官(諸如鼻、耳、口和眼)的圓形外圍來近似。這樣的圓形外圍9如在圖Ia中圖示。在圖Ia中，與用于限定相對于頭部的定向的具有x、y和ζ軸的普通矩形三維坐標系一起示出人體模型的頭部模型。頭部表面的每個點均具有法向和切向矢量。法向矢量垂直于頭部的表面，而切向矢量平行于頭部的表面。沿著頭部的表面延伸的元件被稱為平行于頭部的表面，而從在頭部表面上的點并且從頭部徑向向外延伸到周圍空間中的對象被稱為垂直于頭部。例如，在圖Ia中在頭部的表面上向左最遠的圖Ia中的具有附圖標記8的點具有平行于坐標系統(tǒng)的yz平面的切向矢量，和平行于χ軸的法向矢量。因此在點9處y軸和ζ 軸平行于頭部表面并且在點9處χ軸垂直于頭部表面。用圖Ia的人體模型的頭部所模擬的用戶在地面(圖中未示出)上站立，并且接地平面平行于xy平面。從用戶的頂部到腳趾的軀干軸因此平行于ζ軸，而用戶的鼻部沿著y 軸從紙面指向外。在附圖中通過右耳道和左耳道的軸平行于χ軸。因此，該耳間軸(耳軸)在它離開頭部表面的點處垂直于頭部表面。當描述本發(fā)明的元件的特定配置時，耳間軸以及頭部表面在下文中作為參考。因為對于大多數(shù)測試人員，耳朵的耳廓主要位于平行于頭部表面的平面中，所以經常描述耳間軸還用作耳朵的法線。但是，關于耳廓的平面如何定向將因人而異。耳道內型助聽器將具有被成形為在耳道中固定的細長殼體。那么這種類型的助聽器的縱向軸平行于耳軸。耳掛型助聽器將通常也具有最經常被成形為香蕉以在耳朵的耳廓頂部上放置的細長殼體。這種類型的助聽器的殼體因此具有平行于用戶的頭部表面的縱向軸線。參考圖la，將主要沿著y軸測量耳掛型設備的長度，而將沿著χ軸測量寬度并且沿著ζ軸測量高度。在圖Ib中示出了典型(現(xiàn)有技術)聽力器械的框圖。該助聽器包括用于接收進入的聲音并且將其轉換成音頻信號的麥克風101。接收器102將來自聽力器械處理器103 的輸出轉換成例如修改成補償用戶聽力損傷的輸出聲音。因此，聽力器械處理器103可以包括諸如放大器、壓縮器和降噪系統(tǒng)等的元件。為了適當?shù)牟僮鳎粜翁炀€通常具有大致等于以期望射頻發(fā)出的電磁場的波長的四分之一的長度。傳統(tǒng)上，正交棒形天線已經長得無法在沒有任何部件從殼體突出的情況下在內部容納助聽器殼體。圖加和圖2b圖示了當位于人耳中的一個處的天線發(fā)出電磁場時在人的頭部周圍輻射的電磁場的功率。電磁場是從人的頭部上方觀察的。以灰度級圖示了功率數(shù)值，高功率是黑色的并且低功率是白色的。在圖加中，由平行棒形天線發(fā)出電磁場。天線在圖加中以白色作為白棒被向左示出。圖加示出了現(xiàn)有技術的平行天線如何執(zhí)行。繪圖示出了在頭部周圍的電場的強度。 在繪圖中的場強用灰度級的色調來指示場強越強，灰度級越深。例如，在輻射天線周圍的繪圖是黑色的。因此，在天線周圍的場強很高。隨著距天線的距離增加，灰度級變得越來越淡。在頭部的相對側處在接收天線處的場強非常低，并且接收天線周圍的繪圖是幾乎白色的。因此，為了利用在人的兩耳處佩戴的裝置中的平行天線來獲得可靠的無線通信，該裝置必須包括用于接收到的信號的放大的大功率放大器；和/或用于高功率電磁信號的傳輸?shù)拇蠊β史糯笃?。在助聽器中，這并不是理想的，因為為助聽器電路供應電力的電池很小并且具有有限的功率容量。在圖2b中，由正交棒形天線發(fā)出電磁場。同樣，天線以白棒的形式在圖2b中向左示出。以與在圖加中相同的方式在頭部周圍繪制電場的強度。應當注意，在接收天線處
10在頭部的相對側處的電磁場的強度大于在圖加中的電磁場的強度，并且因此可以在不需要大功率放大器的情況下建立人的兩耳處佩戴的裝置中的正交天線之間的可靠無線通信。該改進被認為是由于以下事實引起的，即，平行棒形天線主要在垂直于天線的位置處的頭部表面的方向上發(fā)出電磁場，并且電磁場的電場平行于頭部表面，在頭部組織中產生電阻性傳輸損耗。與此相反，正交棒形天線主要在平行于頭部表面的方向上發(fā)出電磁場，促進了在頭部周圍傳輸電磁場，并且電磁場的電場垂直于頭部表面，由此降低了在頭部組織中的傳輸損耗。在助聽器殼體中可用的有限空間使得難以在助聽器殼體中容納正交棒形天線；然而已經示出了，假定顯著地促成在相對耳朵處接收到的所發(fā)出的電磁場的一部分的棒形天線的一部分保持其正交定向，在不顯著降低其性能的情況下，棒形天線可以具有一個或者多個彎曲。在操作期間，棒形天線傳導駐波的電流。棒形天線的自由端構成其中電流為零的駐波的節(jié)點。因此，鄰近其自由端的棒形天線的一部分沒有貢獻發(fā)出的電磁信號的磁場的相當大的部分。在連接到助聽器的收發(fā)器電路并且供應有電流的棒形天線的根部處，電流具有最大幅度，并且因此鄰近天線根部的棒形天線的一部分或者天線的饋電點或者激勵點貢獻了發(fā)射的電磁場的磁場的相當大的部分。因此，優(yōu)選地，鄰近天線根部的該天線的一部分或者天線的激勵點構成天線的第一部分，當天線的第一部分在用戶的耳朵處位于其期望操作位置中時具有垂直于用戶的頭部表面的縱向方向。該天線的其余部分的定向對于在用戶的相對耳朵處獲得期望電磁場功率而言不是關鍵性的，但是需要其他部分(一個或者多個)以使得該天線具有用于以預期射頻進行適當操作所需要的長度，該長度例如等于或者大致等于電磁場的四分之一波長或其任何倍數(shù)。在圖3中，作為實際天線長度的函數(shù)比較了平行單極棒形天線和正交單極棒形天線相對于圍繞人的頭部的路徑損失的總效率。通過使用串聯(lián)電感，天線的共振頻率保持相同。應當注意，與最長的平行天線相比，在頭部的相對側建立電磁場中，即使最短的正交天線也是更加有效的。圖4示出了具有天線10、5的BTE助聽器的各種部件的組件，天線具有當殼體在其期望操作位置中由用戶佩戴時以基本上平行于用戶的耳間軸的縱向方向定位的第一部分 10。第一線性部分10位于助聽器組件的頂側16處，并且它沿著組件1的頂側16的全寬度延伸。從印刷電路板6向第一線性部分10饋送電流。該天線進一步具有第二線性部分5， 該第二線性部分5的縱向方向基本上垂直于第一線性部分10的縱向方向并且基本上平行于BTE助聽器組件1的側面。該天線終止于第三線性部分，該第三線性部分具有基本上垂直于第一部分10和第二線性部分5 二者并且基本上平行于組件的側面11并且因此平行于 BTE助聽器殼體的縱向方向。用點劃線在圖4中圖示了以其整體容納助聽器組件1的BTE 助聽器殼體15。該天線的第一、第二和第三線性部分10、5、14被電氣互連，并且互連的第一、第二和第三線性部分形成需要長度的天線。第二和第三部分形成寄生天線元件。在第一和第二線性部分10、5之間的連接通常位于助聽器組件1的頂部16和該組件的側面11交叉的位置。當電流流過激勵點17進入第一線性部分10時，它將在經歷該兩個部分連接的彎曲時繼續(xù)進入第二線性部分5。第二線性部分5和第三線性部分14沿著助聽器組件的右側或者左側11、12延伸， 并且因此還沿著助聽器殼體15的內部的右側或者左側延伸，并且該天線終止于不具有對其他部件的電連接的自由端。因此，天線中的電流將在自由端處具有零或者節(jié)點，并且天線電流在激勵點處具有其最大的大小。圖示的部件組件1被容納在助聽器殼體15 (點劃線)中。在圖示的BTE助聽器中， 電池2被容納在助聽器殼體的后部中，并且收發(fā)器3被容納在助聽器組件1的中心。電池2 向助聽器電路和包括收發(fā)器3的構件提供電力，以供生成朝著用戶的鼓膜發(fā)出的聲音和進行無線數(shù)據(jù)通信，并且與至少主要天線元件進行互連。收發(fā)器3還可以被設置為分別地用于生成聲音和用于無線數(shù)據(jù)通信的兩個分立的收發(fā)器。助聽器的信號處理器(未示出)位于印刷電路板6上。當助聽器在用戶的耳朵處在其操作位置中被佩戴時，在天線的第一、第二和第三線性部分10、5、14之間的正交角度提供了平行于用戶的頭部表面的電磁場的輻射，并且其中電場垂直于頭部表面。在具有正交天線的另一示例性BTE助聽器中，正交天線具有相對短的單個線性部分。單個線性部分被定位在助聽器殼體中，使得當助聽器在用戶的耳朵處位于其操作位置中時，該單個線性部分的縱向方向垂直于或者基本上垂直于用戶的頭部表面。而且，該單個線性部分與天線縮短構件(例如串聯(lián)電感器)或者寄生天線元件串聯(lián)連接。然而，還可以考慮天線和天線配置的其它實施例。優(yōu)選地，主要天線元件是還配置用于與外部裝置(諸如遙控器、移動電話、TV等) 進行通信的天線元件。通常，天線的各種部分能夠被形成有很多不同的幾何形狀，它們能夠是線狀或者片形的、彎曲的或者直的、長的或者短的，只要它們遵循以上關于彼此的相對配置，使得至少一個傳導部件將承載主要平行于耳軸(在鄰近耳朵的點8處垂直于用戶頭部9的表面) 的電流，使得場將在期望方向上并且具有期望極化進行輻射，使得在頭部周圍行進的表面波基本上不經歷任何衰減。優(yōu)選地，至少一個傳導部件被設置得接近激勵點。當考慮到涉及障礙物的通信時，所發(fā)出的電磁場的特定波長并且因此頻率就很重要。在本發(fā)明中，該障礙物是帶有助聽器的頭部，該助聽器包括靠近頭部表面定位的天線。 如果波長過長，諸如IGHz的頻率并且下至更低的頻率，則頭部的更大的部分將位于近場區(qū)域中。這導致不同的衍射，使得電磁場更加難以在頭部周圍行進。如果另一方面波長過短， 則頭部將看起來成為太大的障礙物，這也使得電磁波難以在頭部周圍行進。因此優(yōu)選的是在長波長和短波長之間的最佳波長。通常耳間通信將在具有以大約2. 4GHz為中心的期望頻率的用于工業(yè)、科學和醫(yī)療的頻帶中進行。圖如和圖恥示出了具有另一示例性正交天線的另一 BTE助聽器的各種部件的助聽器組件1的相對側。所圖示的BTE助聽器的助聽器組件包括電池2、收發(fā)器3、印刷電路板6、內壁部件或者助聽器組件11、12的第一側和第二側以及主要天線元件7?？吹街饕炀€元件被配置為平行天線。信號處理器(未示出)位于印刷電路板6上。
在圖fe中，主要天線元件7位于助聽器殼體的第一或者右側12。然而，主要天線元件7可以位于殼體的第二或者左側、殼體的頂側、殼體的前側、殼體的后側或者殼體的底側。主要天線元件7的容許長度由其所位于的殼體的側面的長度來約束。該側面越長，該部件就能夠越長。通常，主要天線元件的長度由操作頻率、在天線上流動的電流的群速度和期望零值數(shù)目來指示。通常，該速度由自由空間中的光速來近似。具有四分之一波長的長度的天線將具有其中其最大的大小在激勵點處并且零值在天線端處的電流。主要天線元件7可以用作無源元件，其中它為助聽器電子設備屏蔽干擾，或者用作配置用于特定輻射圖案的天線的一部分。在圖fe-b所示實施例中，主要天線元件7是從印刷電路板上的激勵點17激勵并且將電磁場輻射到周圍空間中的有源元件。根據(jù)主要天線元件位于殼體的哪一側，輻射電場將具有關于用戶的頭部9的稍微不同的特性和輻射圖案。圖恥是從圖fe所示的BTE助聽器組件1的第二或者在該情情況下左手側看到的視圖并且示出了寄生天線元件5。寄生天線元件5由金屬或者類似的材料構成以便于傳導電荷的電流。寄生天線元件可以位于助聽器殼體的任何一側上。主要天線元件和寄生天線元件經由形成主要天線元件的接地平面的支撐或者連接元件6 (在該情況下為印刷電路板6)來進行互連。以該方式，在激勵主要天線元件時，由電磁場生成的電流在支撐元件6的至少第一部分19中具有其最大值，并且從主要天線元件流動到寄生天線元件，并且激勵寄生天線元件。第一部分可以包括整個支撐元件或者其任何一部分。優(yōu)選地，用于寄生天線元件5的激勵點18沿著基本上平行于耳間軸的軸與主要天線元件7的激勵點17相距一定距離。優(yōu)選地，用于寄生天線元件5的激勵點18和主要天線元件7的激勵點17位于助聽器組件1的相對側上。然而，設想到平行或者主要天線元件 7和/或寄生天線元件5的至少一部分可以被設置在助聽器的任何一側上，只要激勵點17、 18沿著基本平行于耳間軸的軸以一定距離進行設置。而且，主要天線元件7和/或寄生天線元件的至少一部分可以沿著支撐元件延伸。 優(yōu)選地，支撐元件的第一部分19在所發(fā)出的電磁場的十六分之一波長和全波長之間，該長度沿著在激勵點17、18之間的最大電流路徑進行測量。在圖5b中，寄生天線元件5位于組件1的左側11上。寄生天線元件5可以是沒有連接到助聽器中的其它元件的獨立元件，或者能夠例如經由印刷電路板6被可操作地連接到主要天線元件7。在圖恥中，由于互連在第一部分的期望縱向軸線處的定位而由此形成用于在用戶的相對耳朵處接收到的電磁場的期望部分的發(fā)出的第一部分的期望電流路徑，將主要天線元件7與寄生天線元件5互連的印刷電路板6的傳導部件構成所圖示的助聽器的正交天線的第一部分。在圖恥的實施例中，三個傳導部件，即主要天線元件7、寄生天線元件5和印刷電路板6相對于彼此進行配置，使得當助聽器位于用戶的頭部9上并且電流在傳導元件中流動時，第三傳導元件6中的電流將在平行于耳間軸的方向上流動以如以上解釋地發(fā)出電磁場。因此，該傳導部件將構成第一部分并且是正交的，因為在使用期間在耳朵處佩戴助聽器并且在頭部處的該位置處，平行于耳間軸的傳導元件將垂直于頭部的表面。
在將主要天線元件7和寄生天線元件5互連的印刷電路板6的一部分中的電流必須在基本上平行于耳間軸的方向上流動，使得所發(fā)出的電磁場基本上平行于頭部表面地進行傳播。因此，電磁場沿著頭部表面?zhèn)鞑?，直至它到達頭部的另一側的耳朵。雖然天線配置的輻射圖案可以具有旁瓣，但是大部分的輻射功率將平行于頭部表面進行傳播。圖5中圖示的正交天線的三個部件的配置還具有下述性質，S卩，總發(fā)出電磁場以橫磁模式被極化，使得電場垂直于或者基本上垂直于頭部的表面，使得電磁場在頭部的組織中沒有或者低電阻性傳輸損耗地進行傳播。優(yōu)選地，為了獲得有效輻射，平行于耳間軸(垂直于鄰近在用戶耳朵處的助聽器的操作位置的頭部表面)的圖示的示例中位于印刷電路板6上的天線的第一部分的電流路徑的長度等于它所位于的助聽器組件的側面的長度。該配置可以例如通過在助聽器組件的頂側處放置所述傳導部件并且分別在右側和左側上放置主要和寄生天線元件5來實現(xiàn)。當圖示的助聽器在耳朵后面位于其操作位置中時，第三部件將構成第一部分并且是正交的， 并且沿著殼體的整個頂側延伸。而且，為了在支撐元件的至少第一部分中實現(xiàn)最大電流，優(yōu)選的是，第一部分具有在發(fā)出的電磁場的十六分之一波長和全波長之間的長度。在圖6中示出了在第一部分的第一部分19中的示例性電流分布。第一部分由用于主要天線元件17的激勵點來激勵，并且最大電流20沿著到用于寄生天線元件18的激勵點的最短路徑。在具有正交天線的另一示例性BTE助聽器中，正交天線具有相對短的單個線性部分。單個線性部分位于助聽器殼體中，使得當助聽器在用戶的耳朵處位于其操作位置中時， 其縱向方向垂直于或者基本上垂直于用戶頭部的表面。而且，該單個線性部分與例如串聯(lián)電感器的天線縮短構件串聯(lián)連接。然而，還可以考慮天線和天線配置的其它實施例。在圖7a_c中示意性地示出多個可能的天線設計。助聽器組件1是從頂部看到的， 并且圖示了天線和天線激勵點的位置。圖7a示出了具有激勵點17的主要天線元件21。支撐(或者連接)元件23為主要天線元件21形成接地平面并且用于寄生天線元件22的激勵點18沿著基本上平行于耳間軸的軸與主要天線元件激勵點17相距一定距離。支撐元件23的第一部分19在該示例中沒有在助聽器的全寬度上延伸。圖7b示出了其中在激勵點17、18之間的距離與助聽器組件的寬度相對應的示例。 在圖7c中，示出了替代實施例，其中激勵點17、18沿著垂直于耳間軸的軸彼此以一定距離進行定位。在該情況下，寄生天線元件22優(yōu)選地被連接到天線縮短構件，以確保在垂直于頭部的天線的一部分中提供了最大電流。在優(yōu)選實施例中，主要天線元件21和寄生天線元件22形成相同的天線結構。例如，主要天線元件21和寄生天線元件22 二者均可以形成具有相同形式和相同尺寸的天線結構，每個天線元件21、22可以例如形成具有相同尺寸和相同形式的曲折線天線。設想到即使僅已經在附圖中示出了耳掛型助聽器，但是可以在包括耳內型助聽器的所有其它類型的助聽器中等同地應用所描述的天線結構，只要當用戶在操作位置中佩戴助聽器時，第一部分被配置為在平行于用戶的耳間軸的方向上引導電流。
圖8示出了用于根據(jù)本發(fā)明的助聽器的方向性繪圖，并且看到在用戶的右手側和用戶的左手側上定位助聽器之間的差異最小。該差異由天線放置的鏡像引起，使得與對于在右手側的裝置相比，對于左側裝置，主要天線元件被進一步遠離頭部地放置。因此根據(jù)本發(fā)明的助聽器的優(yōu)點在于，可以在對到外部附件和對雙耳助聽器的兩個助聽器中的另一個二者的無線連接僅有最小影響的情況下，可選地在用戶的右手側和左手側上使用。對于位于用戶的左手側位置上的根據(jù)本發(fā)明的助聽器，圖8a示出了 Φ =0°全向性的θ切面，并且圖8b示出了 Φ =90°全向性的θ切面，這兩者均處于Μ41ΜΗζ。對于位于用戶的右手側位置上的根據(jù)本發(fā)明的助聽器，圖8c示出了 Φ =0°全向性的θ切面，并且圖8d示出了 Φ =90°全向性的θ切面，這兩者均處于Μ41ΜΗζ。通常，天線的各種部分均能夠被形成有很多不同的幾何形狀，它們能夠是線狀或者片形的、彎曲的或者直的、長的或者短的，只要它們遵循以上關于彼此的相對配置，使得至少一個傳導部件將承載主要平行于耳軸(在鄰近耳朵的點8處垂直于用戶頭部9的表面)的電流，使得場將在期望方向上并且具有期望極化進行輻射，使得在頭部周圍行進的表面波不會經歷任何衰減。當考慮到涉及障礙物的通信時，發(fā)出的電磁場的特定波長并且因此頻率很重要。 在本發(fā)明中，該障礙物是帶有助聽器的頭部，該助聽器包括靠近頭部表面定位的天線。如果波長過長，諸如IGHz的頻率并且下至更低的頻率，則頭部的更大的部分將位于近場區(qū)域中。這導致了不同的衍射，使得電磁場更加難以在頭部周圍行進。如果另一方面波長過短， 則頭部將看起來成為太大的障礙物，這也使得電磁波難以在頭部周圍行進。因此優(yōu)選的是在長波長和短波長之間的最佳波長。通常耳間通信將在具有以大約2. 4GHz為中心的期望頻率的用于工業(yè)、科學和醫(yī)療的頻帶中進行。
權利要求
1.一種助聽器，具有助聽器組件，所述助聽器組件包括收發(fā)器，所述收發(fā)器用于無線數(shù)據(jù)通信，所述收發(fā)器與天線互連，以供發(fā)出和接收電磁場，以及殼體，所述殼體用于容納所述天線， 其中，所述天線包括第一部分，所述第一部分具有在電磁場的至少十六分之一波長和全波長之間的長度， 并且被定位為使得當所述殼體在其操作位置中由用戶佩戴時，電流在與用戶的耳間軸基本上平行的方向上在所述第一部分中流動，由此由所述天線發(fā)出的電磁場沿著用戶頭部表面進行傳播，其中其電場基本上垂直于所述用戶頭部表面。
2.根據(jù)權利要求1所述的助聽器，其中，所述第一部分形成具有四分之一波長或其任何倍數(shù)的全長的天線的一部分。
3.根據(jù)權利要求1-2所述的助聽器，其中，所述天線的所述第一部分被有源地激勵。
4.根據(jù)權利要求1-2中的任何一項所述的助聽器，其中，所述天線是被無源激勵的天線。
5.根據(jù)權利要求1-2所述的助聽器，其中，所述天線進一步包括寄生天線元件，所述寄生天線元件包括片形幾何形狀、棒形幾何形狀、單極幾何形狀、曲折線幾何形狀或其任何組I=I O
6.根據(jù)權利要求5所述的助聽器，其中，所述助聽器進一步包括主要天線元件。
7.根據(jù)權利要求6所述的助聽器，其中，所述主要天線元件和所述寄生天線元件位于所述助聽器組件的相對側上。
8.根據(jù)權利要求6中的任何一項所述的助聽器，其中，所述第一部分形成用于所述主要天線和所述寄生天線元件的接地電勢平面。
9.根據(jù)權利要求7中的任何一項所述的助聽器，其中，用于所述寄生天線元件的激勵點與用于所述主要天線元件的激勵點相對。
10.根據(jù)權利要求1-2所述的助聽器，其中，所述第一部分是第一線性部分，所述第一線性部分在所述殼體在其操作位置中由用戶佩戴時以基本上與用戶的耳間軸平行的縱向方向進行定位。
11.根據(jù)權利要求1-2所述的助聽器，其中，在發(fā)出所述電磁場期間，所述天線的電流在所述第一部分中具有其最大幅度。
12.根據(jù)權利要求5所述的助聽器，其中，所述寄生天線元件包括天線縮短構件，諸如串聯(lián)電感器。
13.根據(jù)權利要求1-2所述的助聽器，其中，所述殼體是配置為在使用期間位于用戶的耳朵后面的耳掛型殼體。
14.根據(jù)權利要求13的助聽器，其中，所述第一部分以沿著所述殼體的寬度的其縱向方向被容納在所述殼體中。
15.根據(jù)權利要求5所述的助聽器，其中，所述主要天線元件和所述寄生天線元件是相同的天線結構。
16.一種雙耳助聽器系統(tǒng)，包括根據(jù)權利要求1-2所述的至少一個助聽器。
17.提供了一種配置為在用戶身體上佩戴的天線系統(tǒng)，所述天線系統(tǒng)包括 收發(fā)器，所述收發(fā)器用于無線數(shù)據(jù)通信的，所述收發(fā)器與天線互連，以供發(fā)出和接收電磁場，其中，所述天線包括第一部分，所述第一部分具有在電磁場的至少十六分之一波長和全波長之間的長度， 并且被定位為使得當所述天線系統(tǒng)在其操作位置中由用戶佩戴時，電流在基本上垂直于用戶身體的方向上在所述第一部分中流動，由此由所述天線發(fā)出的電磁場沿著所述用戶身體表面?zhèn)鞑?，其中其電場基本上垂直于所述用戶身體表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于助聽器的天線系統(tǒng)，具體公開了一種助聽器、雙耳助聽器系統(tǒng)以及在用戶身體上佩戴的天線系統(tǒng)。提供了一種天線系統(tǒng)，諸如助聽器，包括收發(fā)器，該收發(fā)器用于與用于發(fā)出和接收電磁場的天線互連的無線數(shù)據(jù)通信，其中，該天線包括第一部分，該第一部分具有在電磁場的至少十六分之一波長和全波長之間的長度，并且被定位為使得電流沿著當天線系統(tǒng)在其操作位置中由用戶佩戴時，電流在基本上垂直于用戶身體(諸如對于助聽器來說，基本上與用戶的耳間軸平行)的方向上在第一部分中流動。由此天線發(fā)出的電磁場沿著身體表面?zhèn)鞑?，其中在其電場基本上垂直于用戶身體表面。一種雙耳助聽器系統(tǒng)可以包括至少一個這樣的助聽器。
文檔編號H04R25/00GK102570000SQ20111031726
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權日2010年10月12日
發(fā)明者希納西·厄茲登 申請人:Gn瑞聲達A/S