專利名稱：佩戴式個人通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種佩戴式個人通信設(shè)備，例如一個腕式無線電話機。
其它類型的佩戴式個人通信設(shè)備包括那些提供無線連接性的設(shè)備。這種設(shè)備的一個例子是根據(jù)蘭牙規(guī)范操作的手表通信器，它的目標(biāo)是在固定和移動通信環(huán)境下短距離數(shù)據(jù)和話音無線通信。通信在在未經(jīng)許可的大約2.45GHz的ISM頻帶中進(jìn)行。手表通信器例如可以用于與現(xiàn)有移動電話機的一個用戶接口，使用蘭牙鏈路在電話機和手表間通信。
腕式通信器設(shè)計中的一個具體問題是提供一個高效(使電池壽命最長)、小型化(避免設(shè)備體積的增加)和堅固的天線。在這個領(lǐng)域中已經(jīng)進(jìn)行了大量的工作。同樣的問題在其它的佩戴式個人通信設(shè)備中出現(xiàn)。
在腕式通信器中，最普通的設(shè)計是將一個磁回路天線安裝在手表表帶中，盡管這種方法必須克服改變手腕大小和表帶和表殼之間以及表帶兩端之間的連接導(dǎo)致的問題。在US-A-5,450,091中公開了一種表帶回路天線和例子，其中當(dāng)手腕大小不同的用戶佩戴手表時改變重疊表帶端之間的重疊量，從而補償了回路大小的變化。這種設(shè)計很難在機械上堅固和可靠，尤其在表帶被連接到表殼的情況下。而且，這不能用于不具備用于安裝天線的帶子或同類結(jié)構(gòu)的其它佩戴式收發(fā)信機。
為了克服堅固的問題，已經(jīng)試圖將天線安裝到表殼中。例如，US-A-5,737,699公開了一種形成在表殼中的磁回路天線。然而，在表殼中容納表的機械部件和收發(fā)信機電路使回路天線的設(shè)計和腕式電話機的裝配復(fù)雜化。
已經(jīng)推薦了多種用于安裝在表殼中的其它天線的設(shè)計，但是所有的設(shè)計都面臨明顯的問題。共形偶極陣子可以被小型化，但是因為它們的共形特性，接收因機體的存在被顯著地降低的平行于機體的電場分量。具有適合于在表殼中使用的尺寸的貼片天線具有固有的低帶寬，例如2.4GHz上的1％和2％的部分帶寬之間。這遠(yuǎn)小于許多應(yīng)用所需的部分帶寬，例如用于蘭牙的4％(大約2.45GHz)，用于GSM(全球移動通信系統(tǒng)，工作埃880到960MHz)的9％，和用于UMTS(通用移動電信系統(tǒng)，工作在1900到2200MHz上)的15％。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種用于個人通信設(shè)備的改進(jìn)型天線。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種佩戴式個人通信設(shè)備，包括一個天線和一個外殼，該外殼具有安裝在其中的收發(fā)信機電路，其特征在于該天線是一個物理上被縮短的電天線。
附圖簡要說明參考附圖，現(xiàn)在將通過例子描述本發(fā)明的實施例，其中

圖1是個人通信設(shè)備的示意方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明制造的腕式個人通信設(shè)備的頂視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明制造的腕式個人通信設(shè)備的側(cè)視圖；和圖4是包括一個集成麥克風(fēng)的螺旋天線的圖。
在附圖中相同的參考號用于表示對應(yīng)的特征。
執(zhí)行本發(fā)明的模式一種個人通信設(shè)備100的示意方框圖在圖1中圖示。這個具體的例子是基于一個GSM蜂窩電話，但是類似的原理適用于其它的蜂窩電話機標(biāo)準(zhǔn)和其它的個人通信設(shè)備，例如雙向無線電。
首先考慮對一個話音電話呼叫執(zhí)行操作的電路的接收部分。天線102從遠(yuǎn)端基站接收信號。該信號通過雙工器濾波器104，其目的是防止強發(fā)射信號泄漏到和接收機電路和使其過載。然后該信號進(jìn)入射頻收發(fā)信機模塊(RF)108，它將射頻信號下變頻到較低的中頻(IF)。
中頻信號到達(dá)中頻模塊(IF)110，它將中頻信號下變頻到基帶信號。然后該信號到達(dá)基帶處理模塊(BB)112。這個模塊執(zhí)行各種工作，包括話音解碼、信道解碼和去交織。所接收的音頻信號被轉(zhuǎn)換回模擬信號，用于在揚聲器116或其它合適的輸出設(shè)備上再生。
現(xiàn)在考慮電路的發(fā)送側(cè)。話音信號由麥克風(fēng)114或其它合適的輸入設(shè)備接收，并發(fā)送到基帶處理模塊112，在此它們被轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。然后，基帶處理模塊112編碼話音和執(zhí)行信道編碼和交織以降低接收誤比特率。用于發(fā)送的結(jié)果信號被調(diào)制和發(fā)送給中頻模塊110。在此基帶信號被上變頻到中頻。
中頻信號被發(fā)送到射頻收發(fā)信機模塊108，在此它被混頻到射頻發(fā)射頻率并由功率放大器(PA)106放大到所需的功率。然后它通過雙工器濾波器104并由天線102發(fā)射。
現(xiàn)在將參考分別是腕式個人通信設(shè)備100的頂視圖和側(cè)視圖的圖2和圖3描述本發(fā)明的一種實施例。該設(shè)備包括表殼202和表帶204。螺線天線102被安裝在外殼上，它的軸基本上垂直于通過表殼202的一個平面。個人通信設(shè)備的大部分電路被安裝在表殼202的內(nèi)部并連接到天線102。麥克風(fēng)114和揚聲器116被放置在外殼202開孔的后面。而且提供用于控制設(shè)備100的顯示器206和鍵盤208。
在人身體附近的電磁波受到人身體的顯著影響是公知的。具體地說，垂直于身體的電磁場被降低和平行于身體的電磁場相對于它們的自由空間值被增強6dB(例如參見移動天線系統(tǒng)手冊(Mobile Antenna System Handbook),K Fujimoto和JR James，Artech House，1994，178頁至181頁)。因入射波和反射波之間的干擾導(dǎo)致這種改變。在接觸面上的電反射系數(shù)是磁反射系數(shù)的負(fù)數(shù)，因此如果一個磁場分量被降低(因為破壞性干擾)，相同的電場系數(shù)將被增加(因為建設(shè)性干擾)。因此，以與磁場相同的變化量，平行于人體的電場被降低和垂直于人體的電場被增強。
在尋呼機中利用了人體對磁場的影響，它一般安裝一個在工作時與用戶身體垂直的回路天線，從而接收被增強的磁場平行分量。
用于當(dāng)前和未來無線電通信系統(tǒng)的頻率在大約900MHz到2GHz和更高的范圍內(nèi)。在這些頻率上，接收電磁波電場分量的天線102一般比磁回路天線有效地多(對于相同的天線大小)。這樣的一種天線102是螺旋天線，包括一個或多個以螺旋形纏繞的導(dǎo)體。螺旋形天線具有與偶極天線類似的效果，但是更加小型化。
適用于大約900MHz上的GSM的天線一般具有5毫米的直徑和10毫米的高度。因為尺寸與要接收的電磁波波長有關(guān)，頻率越高則螺旋形天線的的尺寸相應(yīng)地被減小。因此，可以看出螺旋形天線102的尺寸使它更適合于在900MHz上的GSM手表通信器中使用，并更加適合于在工作在更高頻率的設(shè)備中使用。
在許多無線電通信系統(tǒng)中的發(fā)射具有垂直極化的電場。當(dāng)一個用戶伸出他的手臂查看他的手表通信器時，通信器的表面一般將保持水平。因此天線102將為垂直極化發(fā)射的最佳接收被垂直定位。在其它時候用戶的手臂一般將偏向它們一側(cè)導(dǎo)致天線102將被水平定位，引起天線102和發(fā)射信號之間的明顯極化失配。
大多數(shù)無線電通信系統(tǒng)工作在具有顯著的多徑信號電平的環(huán)境中。在用于個人通信的無線電波傳播和天線(Radiowave Propagation and Antennas forPersonal Communications)中，第二版，K.Siwiak，Artech House，1998，208頁至211頁，說明這種信號一般生成在低于發(fā)射場大約6dB的電平上的一個與發(fā)射場相反極化的場。當(dāng)與因人體的出現(xiàn)導(dǎo)致的電場垂直分量的增強相組合時，結(jié)果是當(dāng)在用戶側(cè)上保持通信器時所接收的信號電平類似于當(dāng)在使用中保持通信器水平時所接收的信號電平。
在不同的方向上一些其它的性能平均可以由導(dǎo)電表殼202提供。因為表殼102與天線102的軸基本上垂直，與螺旋天線102所接收磁場極化相反的磁場極化將在其中感應(yīng)出電流。通過表殼202和天線102之間連接的合理設(shè)計，在表殼中感應(yīng)出的電流可以被用于提高接收信號強度。
在手表通信器中使用螺旋天線102與使用其它類型的天線相比具有多種優(yōu)點。天線102在使用中不被表殼202屏蔽，提高了效率，并在比貼片天線和回路天線更寬的帶寬上工作。在垂直使用位置上，用戶的手臂伸出以便手表基本上水平和天線基本上垂直。在這個位置上，天線的輻射方向圖在水平平面上基本上是全方向的，提供最佳的發(fā)射和接收特性。
上述結(jié)構(gòu)的一種方便的修改是在天線102上安裝麥克風(fēng)114，如圖4所示。螺旋天線102可以由同軸電纜構(gòu)成，使用一個連接線402將麥克風(fēng)114連接到電纜內(nèi)部導(dǎo)線的一端，內(nèi)部導(dǎo)線的另一端被連接到地。來自麥克風(fēng)114的第二個連接線404被連接到天線102頂部的電纜。天線102也可以由中空線形成，第一連接線通過它將麥克風(fēng)連接到地。
在天線102的底部，可以輕易地分離來自麥克風(fēng)114的音頻信號和由天線102接收和發(fā)送的射頻信號。共享連接406連接到天線下部同軸電纜(或中空天線導(dǎo)線)的外殼上。通過這個連接，來自麥克風(fēng)的音頻信號通過一個低通濾波器(在此圖示為單個電感器408)被耦合到音頻輸出410，而射頻信號通過高通濾波器(圖示為單個電容412)被耦合到射頻輸出412。
也可以為這個連接考慮其它的情況。例如，來自麥克風(fēng)114的兩條連接線可以穿過中空天線導(dǎo)線，不再需要濾波器。連接線可以通過螺旋天線102的中心放置，使天線成為一條實心線。
將麥克風(fēng)114放置在天線102頂部具體的優(yōu)點是麥克風(fēng)外殼提供頂部負(fù)載(增加輻射阻抗和降低容抗)，從而能夠使用更短的天線102。在天線102由同軸電纜形成的一種實施例中，如果麥克風(fēng)114也呈現(xiàn)低射頻阻抗，它將在螺旋天線的頂部提供一個短路。螺旋管內(nèi)的傳輸線因此是一個短路短線，它提供一個感抗從而降低天線102的容抗并能夠使用更短的天線102。
上述本發(fā)明的實施例使用一個螺旋天線102。然而，也可以使用其它類型的實際被縮短的電天線。這種天線是物理上比它們的電長度短的和在預(yù)定區(qū)域內(nèi)接收電場的單極或類雙極天線。這樣一種替代天線的例子是曲折線天線。
盡管上述實施例設(shè)計手表式電話，本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于其它的佩戴式通信設(shè)備。例子包括項飾和胸飾等，可以在不使用時佩戴和在使用時拿下來。
而且，本發(fā)明并不限制于在諸如GSM、DECT(數(shù)字增強無線電信)和UMTS等電信系統(tǒng)中使用。也可以在無線局域網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)其它的應(yīng)用，例如由蘭牙和HomeRF組織定義的應(yīng)用，其中手表式通信器可以與諸如合理配置的電視機、計算機和移動電話等其它設(shè)備交互。應(yīng)用還可以包括具有無線連接的耳機或頭戴式耳機。
通過閱讀本發(fā)明，其它的修改對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯然的。這種修改可以涉及在個人通信設(shè)備及其組件的設(shè)計、制造和使用中已知的和可以被替代使用或者除在此已經(jīng)描述的特征之外的其它特征。
在本說明書和權(quán)利要求書中，一個元件之前的詞“一個”并不排除多個這種元件的存在。而且，詞“包括”并不排除已經(jīng)被列出的其它元件或步驟的存在。
實用性本發(fā)明可以被應(yīng)用于在無線電通信系統(tǒng)中使用的佩戴式設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種佩戴式個人通信設(shè)備，包括一個天線和一個外殼，該外殼具有在其中安裝的收發(fā)信機電路，其特征在于天線是一個物理上被縮短的電天線。
2.權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于物理上被縮短的電天線是一個螺旋天線。
3.權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于物理上被縮短的電天線是一個曲折線天線。
4.權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于天線被橫向安裝于通過外殼的一個平面上。
5.權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，還包括一個麥克風(fēng)，其特征在于麥克風(fēng)被安裝在天線遠(yuǎn)離外殼的末端上。
6.權(quán)利要求5中所述的設(shè)備，其特征在于天線由同軸電纜構(gòu)成和同軸電纜提供麥克風(fēng)和收發(fā)信機電路之間的電連接。
7.權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于天線由中空導(dǎo)線形成和由中空導(dǎo)線提供麥克風(fēng)和收發(fā)信機之間的第一電連接和由中空導(dǎo)線內(nèi)封的導(dǎo)體提供麥克風(fēng)和收發(fā)信機電路之間的第二電連接。
8.權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于麥克風(fēng)在射頻上提供低阻抗，從而使構(gòu)成天線的同軸電纜能夠用作電感短線。
9.權(quán)利要求5至8中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于麥克風(fēng)向天線提供頂負(fù)載。
全文摘要
在一種佩戴式個人通信設(shè)備中，例如腕式無線電話機，天線(102)是螺旋或其它物理上被縮短的電天線。這種天線(102)通過利用人體附近電場的增強垂直分量在定向范圍內(nèi)具有優(yōu)良的性能。在一種實施例中，麥克風(fēng)(114)被安裝在天線(102)的頂部。麥克風(fēng)(114)可以被用作天線的頂負(fù)載，從而能夠使用一個較短的天線。天線(102)可以由同軸電纜構(gòu)成，使它能夠提供麥克風(fēng)(114)和設(shè)備體內(nèi)收發(fā)信機電路之間的電連接。通過使麥克風(fēng)(114)在射頻上具有低阻抗，同軸電纜用作電感短線并使天線(102)能夠被進(jìn)一步縮短。
文檔編號G04G21/04GK1433583SQ00801546
公開日2003年7月30日 申請日期2000年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月29日
發(fā)明者K·R·博伊勒 申請人:皇家菲利浦電子有限公司