專利名稱：天線接地平面和具有天線接地平面及聲阻器的無線通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及無線通信設(shè)備，尤其涉及無線通信設(shè)備的天線接地平面。
背景技術(shù)：
對電子設(shè)備的美學和小型化的無止盡的要求對電子產(chǎn)品的設(shè)計者提出了很大挑戰(zhàn)。例如，為了小型化和美觀，天線及其相關(guān)部件位于無線通信設(shè)備(例如便攜式手機)內(nèi)的空間的量正變得越來越小。
在當前的無線通信環(huán)境中，無線通信設(shè)備(例如蜂窩手機)需要使用多個頻帶的能力，以便例如接入不同的服務(wù)。這種設(shè)備的操作者，例如國際旅游者，可能需要在其本地通信頻率不同的區(qū)域中使用該設(shè)備，所以需要能夠適應(yīng)不同的發(fā)射和接收頻率的設(shè)備，其可能需要兩個天線。另外，近來的規(guī)定要求蜂窩手機支持用于緊急情況的定位信息。因此，可能需要GPS(全球定位系統(tǒng))天線。因此，蜂窩手機可能需要兩個或更多個天線，例如，一個用于語音通信，一個用于GPS信號。
由于附加的天線需要更多空間，對附加天線的需要與小型化和美觀的目標是矛盾的。此外，為了耐用和美觀，常用金屬來制造蜂窩手機的外殼。然而，外殼上的金屬部件會充當屏蔽并限制天線可位于的位置的數(shù)量。
每個天線都需要接地平面，并且好的天線性能需要大的接地平面。蜂窩手機通常包括揚聲器或耳機，并且在手機中需要開口以允許聲音在揚聲器和形成于外殼中的揚聲器部件之間傳播。所有這些因素都限制了天線的定位和典型的蜂窩手機中必需的接地平面。


在附圖的不同視圖中，相同的參考標記表示相同或功能類似的元件，這些附圖和下面的詳細說明一起結(jié)合在說明書中并構(gòu)成其一部分，用來進一步闡釋各個實施例及解釋根據(jù)本發(fā)明的各原理和優(yōu)點。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的無線通信設(shè)備的透視圖；圖2是示出圖1的無線通信設(shè)備的選擇電子部件的框圖；圖3是在由圖1中的線3-3指示的方向中觀察的截面圖；圖4是示出圖1的無線通信設(shè)備的各部件的互連的框圖；圖5是圖3的網(wǎng)狀金屬接地平面的俯視圖；圖6是示出根據(jù)金屬接地平面在合適的位置以及沒有金屬接地平面時的聲壓級的圖。
具體實施例方式
本公開內(nèi)容涉及向通信設(shè)備或單元提供例如語音和數(shù)據(jù)通信服務(wù)的通信系統(tǒng)，所述通信設(shè)備或單元常稱為用戶設(shè)備，例如蜂窩電話、雙向無線電設(shè)備、個人數(shù)字助理等。
更具體的，論述了體現(xiàn)在通信設(shè)備中的各種發(fā)明構(gòu)思和原理及其方法，用于提供天線接地面和聲阻器(acoustic resistor)。通信設(shè)備可以是多種無線通信設(shè)備中的任何一種，例如蜂窩手機或其等效物。
受到特別關(guān)注的通信設(shè)備是那些提供或便于語音通信服務(wù)或數(shù)據(jù)或消息服務(wù)的通信設(shè)備，例如傳統(tǒng)的雙向系統(tǒng)和設(shè)備，包括模擬和數(shù)字蜂窩的各種蜂窩電話系統(tǒng)，CDMA(碼分多址)及其變型，GSM(全球移動通信系統(tǒng))，GPRS(通用分組無線系統(tǒng))，例如UMTS(通用移動電信業(yè)務(wù))系統(tǒng)的2.5G和3G系統(tǒng)，集成數(shù)字增強型網(wǎng)絡(luò)及其變型或演變。類似地，通信系統(tǒng)和設(shè)備可以包括LAN(局域網(wǎng))系統(tǒng)，其采用多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的任何一種，例如TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)、AppleTalkTM、IPX/SPX(網(wǎng)間分組交換/順序分組交換)、Net BIOS(網(wǎng)絡(luò)基本輸入輸出系統(tǒng))或任何其他的分組結(jié)構(gòu)。此外，受到關(guān)注的通信設(shè)備是那些包括AGPS(輔助全球定位系統(tǒng))的通信設(shè)備。
如下面進一步論述的，有利地采用各種發(fā)明構(gòu)思及其組合來提供一種無線通信設(shè)備、天線裝置、用于為無線通信提供聲阻器和接地平面的方法以及改變無線通信設(shè)備的揚聲器的聲音特性的方法，從而如果采用這些原理或其等效物，則緩解與已知天線和無線設(shè)備相關(guān)的各種問題。
提供本公開內(nèi)容，以能夠?qū)崿F(xiàn)的方式進一步解釋實施和使用根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的最佳模式。本公開還提供用來增強對發(fā)明構(gòu)思及其優(yōu)點的理解和認識，而不是以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求來限定，包括在本申請待決期間進行的任何修改和那些權(quán)利要求的所有等效物。
還應(yīng)該理解，相對術(shù)語的使用(如果有的話)，例如第一和第二、頂部和底部、上和下等僅用來將一個實體或行為從另一個區(qū)別開，而不必要求或暗示在這些實體或行為之間的任何實際的這種關(guān)系或順序。
這里使用的術(shù)語“一”或“一個”定義為一個或一個以上。這里使用的術(shù)語“多個”定義為兩個或兩個以上。這里使用的術(shù)語“另一個”定義為至少第二個或更多。這里使用的術(shù)語“包括”、“包含”和“具有”定義為包括(即開放式)。這里使用的術(shù)語“耦合”定義為連接，但不必直接或機械連接。
以多種方式并由多種材料(例如塑料和金屬)制成的機械結(jié)構(gòu)可以最好地實現(xiàn)多種發(fā)明功能和多個發(fā)明原理。盡管可能由例如可用時間、當前技術(shù)和經(jīng)濟因素會激發(fā)顯著的成果和許多設(shè)計選擇，但期望本領(lǐng)域的技術(shù)人員在這里公開的構(gòu)思和原理的教導下，能夠以最小的試驗容易地得到這種機械結(jié)構(gòu)。因此，為了簡短和減少使本發(fā)明的原理和構(gòu)思不清楚的危險，這種結(jié)構(gòu)的進一步論述(如果有的話)將限制在與優(yōu)選實施例使用的原理和構(gòu)思有關(guān)的必要內(nèi)容。
基本上，如圖3所示，本公開內(nèi)容涉及通信設(shè)備100(見圖1和2)，其包括外殼、位于外殼中用于接收或發(fā)射電磁能量的有源天線元件280、耦合到有源天線元件280的金屬接地平面314。接地平面314由金屬網(wǎng)制成。順便說一下，附圖不必按比例繪制，在性質(zhì)上是示意性的，圖中的一些尺寸是夸大的，以便于說明。
通信設(shè)備100例如是便攜蛤殼式單元，該單元包括耳部構(gòu)件112或蓋，基體110和將耳部構(gòu)件112連接到基體110的鉸鏈128。聲換能器312位于耳部構(gòu)件112內(nèi)。聲換能器312具有在正常使用中朝向用戶的前側(cè)。優(yōu)選并示出的實施例中的聲換能器312是揚聲器或耳機；然而，在另一個實施例中，換能器312可以是位于手機的話筒部分中的麥克風。保持器320將換能器312固定到后殼構(gòu)件116上。
如圖1和3所示，外殼包括前殼構(gòu)件114和后殼構(gòu)件116。前殼構(gòu)件114包括透明透鏡118。在前殼構(gòu)件114中形成至少一個聲音端口120、122，以允許聲音透過前殼構(gòu)件114。以傳統(tǒng)方式，在外殼上形成與換能器的隔板(diaphragm)(未示出)的后側(cè)通信的附加端口(未示出)，以允許蓋隔板自由移動。聲音端口120、122是簡單地形成在前殼構(gòu)件114中的開口。聲換能器312位于外殼內(nèi)。接地平面314位于聲音端口120、122和聲換能器312之間。
在優(yōu)選和示出的實施例中，無線通信設(shè)備100包括主天線140，前面所提到的有源天線元件280是輔助或補充天線。補充天線280優(yōu)選地是PIE(平面倒F型)天線，并且通常與金屬接地平面314平行并與之靠近。無線通信設(shè)備100包括GPS接收機270，并且由此補充天線280優(yōu)選地是用于接收電磁能量的GPS天線。然而，根據(jù)本發(fā)明的替代實施例包括只具有一個天線用于接收和發(fā)射電磁能量的無線通信設(shè)備。亦即，在另一個未示出的實施例中，有源天線280可以是無線通信設(shè)備100的唯一的天線，并且有源天線元件可用于語音或數(shù)據(jù)，而不需要用于GPS。
金屬接地平面314位于聲換能器312和聲音端口120、122之間，并且金屬接地平面314允許聲音在聲音端口120、122和換能器312之間傳遞。亦即，金屬接地平面314至少在聲換能器312附近包括多個開口，從而便于聲音、聲波或聲壓波在聲音端口120、122和換能器312之間通過金屬接地平面314傳遞。在優(yōu)選實施例中，金屬接地平面314全部由金屬絲網(wǎng)制成，并且允許聲音傳遞的開口是金屬絲網(wǎng)的絲之間的規(guī)則間隙。
金屬接地平面314應(yīng)該盡可能薄，以降低耳部構(gòu)件112的厚度。金屬接地平面314的厚度可以變化，合適的厚度是在例如0.1-0.5mm的范圍之內(nèi)。
作為替換，可以通過使用與絲網(wǎng)接地平面314具有相同形狀的固體金屬板制作金屬接地平面314。在這種情況下，在換能器312附近形成小孔，以允許聲音透過該板。
金屬接地平面314的網(wǎng)格大小、篩孔大小可以適度地變化。如果開口太大，該網(wǎng)將不能合適地用作天線接地平面。如果網(wǎng)中的開口太小，該網(wǎng)將阻擋聲音。通常，網(wǎng)格大小必須通過實驗確定，并且為應(yīng)用的特定條件下的聲音質(zhì)量而選擇。例如，使用的特定換能器和外殼將影響聲音并可能影響網(wǎng)格大小的選擇。在樣機設(shè)備中，采用的金屬接地平面314在垂直和水平方向都具有每英寸180條絲的網(wǎng)格大小，達到了滿意的效果。
接金屬接地平面314的材料優(yōu)選地是不銹鋼。也可以使用其他材料，例如銅。然而，例如，銅接地平面必須進行涂敷，以保護它不受腐蝕。如果用塑料涂敷銅接地平面來保護它不受腐蝕，將比未涂敷的接地平面顯著變厚，并將增加耳部構(gòu)件112的厚度，這與使耳部構(gòu)件112更薄的目標相矛盾。
除了網(wǎng)絲之間的小的、規(guī)則開口之外，在金屬接地平面314中形成其他各種開口，如圖5所示。一對上部開口512、514允許緊固件(例如螺絲)穿過金屬接地平面314。透鏡開口510允許通過金屬接地平面314和通過透明透鏡118來觀看顯示屏430。如圖5所示，在示出的實施例中，金屬接地平面314的整體形狀通常與耳部構(gòu)件112或其部分的形狀一致。然而，可以使用其他形狀來獲得等價效果。
金屬接地平面314也能夠作為聲阻器，以改變透過金屬接地平面314的聲音的特性。典型地，在無線手機中，一片毛氈材料或吸聲氈置于聲音端口和聲換能器之間，用作聲阻器。然而，在示出的實施例中，金屬接地平面314作為聲阻器，致使不再需要毛氈材料。如圖3所示，橡膠O形環(huán)316或密封墊裝配在換能器312和金屬接地平面314之間，以在聲音端口120、122周圍形成密封。在換能器312和接地平面314之間存在大約0.1-0.2mm的空間，O形環(huán)316位于其中。
圖6示出聲壓級與頻率的圖。實現(xiàn)示出在樣機中在聲音端口120、122和換能器之間沒有金屬網(wǎng)時測量的聲壓級。虛線示出當金屬接地平面314位于換能器312和聲音端口120、122之間時的相同測量結(jié)果。該圖示出了用作聲阻器的金屬接地平面314在中間范圍頻率降低了最大聲壓級，并在較低頻率處增加了聲壓級，這與毛氈材料置于無線手機的換能器和聲音端口之間時具有大致相同的效果。因此，本發(fā)明的金屬接地平面314同時用作天線接地平面和聲阻器，這降低了制造設(shè)備100所需要的部件數(shù)量，并使得耳部構(gòu)件112更薄。
無線通信設(shè)備100包括柔性電路310或?qū)訅弘娐?。柔性電?10位于外殼中，并與金屬接地平面314隔開，如圖3所示。柔性電路310時塑料和金屬疊層，其在本領(lǐng)域中是公知的。補充天線280或有源天線元件優(yōu)選地由銅制成，并通過常規(guī)方式形成在柔性電路310上，例如蝕刻在基板上形成的銅層。以本領(lǐng)域公知的方式選擇補充天線280的長度和形狀，以調(diào)諧適合的頻帶。在示出的實施例中，調(diào)諧補充天線280，以接收GPS信號。柔性電路310這樣放置，使得補充天線280通常平行于接地平面314，如圖所示。在優(yōu)選實施例中，用于驅(qū)動顯示屏的驅(qū)動電路和其他電路也形成在柔性電路310上。柔性電路310包括塑料涂層，以便以已知方式保護金屬部件不受腐蝕。
插頭連接器318將補充天線280耦合到接地平面314，如圖3所示。插頭連接器318包括相對的、裝有彈簧的插頭，它們彼此電連接。一對或多對插頭可以形成在插頭連接器318上。在示出的實施例中，當前殼部件114與后殼部件116合到一起時，在插頭連接器318的一側(cè)的插頭與接地平面314直接接觸，相對的插頭與補充天線280或耦合到補充天線280的金屬直接接觸。在柔性電路310上涂敷的塑料包括至少一個開口，以允許插頭連接器318的至少一個插頭與補充天線280或耦合到補充天線280的金屬直接接觸。插頭連接器318的插頭優(yōu)選是鍍金的，以防止腐蝕。也可使用其他類型的連接器來將接地平面314耦合到補充天線280，獲得相同的效果。
圖2是示出無線通信設(shè)備100的組件的框圖。發(fā)射機210和接收機220通過RF開關(guān)230以公知方式耦合到主天線140。RF開關(guān)230和發(fā)射機210耦合到控制器250，控制器250還耦合到用戶接口260。GPS接收機270還耦合到控制器250。有源天線元件或補充天線280被耦合到GPS接收機270，以公知方式接收電磁GPS信號。
圖4是示出無線通信設(shè)備100的部件之間關(guān)系的框圖。電池420給設(shè)備100供電，并連接到PC板410。PC板410上尤其是用于發(fā)射機210和接收機220的電路。如圖所示，柔性電路310耦合到PC板410，顯示屏430和換能器312耦合到柔性電路310。圖4還示出了接地平面314和補充天線280通過插頭連接器318(前面已經(jīng)敘述)耦合。
上面論述的裝置和方法及其發(fā)明原理會緩解由現(xiàn)有天線和無線通信設(shè)備引起的問題。使用接地平面設(shè)計的這些原理將有利于與規(guī)定相符并達到用戶滿意?？深A(yù)期到，在給出上述原理、構(gòu)思和例子的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)提供同等好處的其他替代過程和結(jié)構(gòu)。期望下面的權(quán)利要求覆蓋許多這種其他實例。例如，緊固孔512、514可以省略或重新定位，以提供更大的連續(xù)的接地平面區(qū)域。此外，如果采用透明或部分透明的網(wǎng)，接地平面的網(wǎng)可以覆蓋顯示屏430。換言之，可以省略透鏡開口510。另外，金屬網(wǎng)接地平面可以位于基體110內(nèi)，在麥克風端口124、126和麥克風(未示出)之間。在這種情況下，接地平面將耦合到位于基體110中的天線。盡管示例說明顯示的是蛤殼式通信單元，但本發(fā)明同樣適用于直板式通信單元。而且，盡管示例說明顯示接地平面覆蓋相對低的電平聲頻換能器或耳機，其被設(shè)計為靠近耳朵放置，但接地平面314也可以覆蓋較高的輸出聲頻換能器，其被設(shè)計為在使用中遠離使用者，使得通信單元能夠作為揚聲器電話。
本公開是為了解釋如何實施和使用根據(jù)本發(fā)明的各實施例，而不是要限制其真實、預(yù)期及合理的范圍和精神。前面的說明不是窮盡的或?qū)⒈景l(fā)明限制在所公開的精確形式。根據(jù)以上教導，可以作出修改和變型。選擇并描述實施例以提供對本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用的最佳說明，并使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在各種實施例中利用本發(fā)明，并作出適于預(yù)期的特定使用的各種修改。當根據(jù)公平、公正、合法授權(quán)的寬度解釋時，所有這種修改和變型都在由所附權(quán)利要求及其等效物確定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且權(quán)利要求在本專利申請的審查期間可能會修改。
權(quán)利要求
1.一種通信設(shè)備，其包括外殼；有源天線元件，位于所述外殼中，用于接收或發(fā)射電磁能量；和金屬接地平面，耦合到所述有源天線元件，其中，所述金屬接地平面由金屬網(wǎng)制成。
2.如權(quán)利要求1所述的通信設(shè)備，其中，所述外殼包括聲音端口，聲換能器位于所述外殼內(nèi)，所述金屬接地平面位于所述聲音端口和聲換能器之間。
3.如權(quán)利要求1所述的通信設(shè)備，其中，所述通信設(shè)備是便攜蛤殼式單元，并且所述單元包括耳部構(gòu)件、基體和將所述耳部構(gòu)件連接到所述基體的鉸鏈，并且其中所述聲換能器位于所述耳部構(gòu)件中。
4.如權(quán)利要求1所述的通信設(shè)備，其中，所述有源天線元件是平面天線，并且通常平行于所述金屬接地平面。
5.如權(quán)利要求1所述的通信設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括GPS接收機，并且所述有源天線元件是GPS天線。
6.一種通信設(shè)備，其包括外殼，其中所述外殼包括聲音端口，以利于聲音傳遞；聲換能器，位于所述外殼內(nèi)，其中所述聲換能器具有在正常使用期間朝向用戶的前側(cè)；有源天線元件，用于接收或發(fā)射電磁能量；和金屬接地平面，耦合到所述有源天線元件，其中，所述金屬接地平面的一部分位于所述聲換能器和所述聲音端口之間，并且所述金屬接地平面使得聲音能夠在所述使用端口和所述聲換能器之間傳遞。
7.如權(quán)利要求6所述的通信設(shè)備，其中，所述金屬接地平面至少在所述聲換能器附近包括多個開口，以利于聲音通過所述聲音端口和所述聲換能器之間的所述金屬接地平面?zhèn)鬟f。
8.如權(quán)利要求7所述的通信設(shè)備，其中，所述金屬接地平面包括金屬絲網(wǎng)，并且所述多個開口是所述金屬絲網(wǎng)的絲之間的多個間隙。
9.如權(quán)利要求7所述的通信設(shè)備，其中，所述金屬接地平面通過一片普通平面形的金屬絲網(wǎng)形成，并且所述多個開口是所述金屬絲網(wǎng)的絲之間的多個間隙。
10.如權(quán)利要求6所述的通信設(shè)備，其中，所述金屬接地平面作為聲阻器，用來改變聲音通過所述金屬接地平面?zhèn)鬟f的特性。
全文摘要
在無線通信設(shè)備100中，優(yōu)選的網(wǎng)狀金屬接地平面314同時用作天線接地平面或聲阻器，用于調(diào)節(jié)通過聲音端口120、122傳遞的聲音。金屬接地平面314位于聲換能器312和聲音端口120、122之間，但由于接地平面314的網(wǎng)中的開口，金屬接地平面314不會阻擋聲音。接地平面314允許將耳部構(gòu)件112制造得更薄，并減少了制造無線通信設(shè)備100所需的部件的數(shù)量。
文檔編號H01Q9/04GK1788384SQ200480013119
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者亞當·M·德米考, 凱勒?！ぐ⒓舆_, 埃里克·S·潘羅德 申請人:摩托羅拉公司