降低无线电电话机磁场强度的设备和方法 【发明领域】
本发明一般性地涉及通信领域，特别涉及一种方法，用于降低数字移动电话的磁场辐射给对时变磁场敏感的装置带来的影响。
【发明背景】
在世界范围内广泛使用数字无线电电话，例如在欧洲的全球移动电话系统、美国的IS54系统和日本的PDC系统这样的蜂窝系统里，都采用了数字无线电电话。数字蜂窝电话间歇性地用发射机发射数字信号，用接收机接收数字信号。在重复的时间帧里的一个短时隙里，发射机给基站发射语音数据或其它数据，在不同的短时隙里接收机接收来自基站的语音数据或其它数据。数字蜂窝电话通常使用电池供电来保证可移动性。
数字蜂窝电话的一个问题是，发射机消耗的电池功率比接收机高。这导致电池电流按照帧的重复频率循环变化。这循环变化的电流产生时变磁场，该时变磁场会在邻近装置里产生磁场耦合。这种磁场耦合会降低对时变磁场敏感的装置的最佳工作性能或对其产生干扰。
对时变磁场敏感地装置的一个实例是装了“电话线圈”的助听器。“电话线圈”是放置在电话扬声器旁边一个电感装置，用于将扬声器的音频信号耦合给助听器。简而言之，电话线圈有一个感应线圈放置在扬声器的磁场里。当扬声器的磁铁受到电信号的激励产生音频信号时，产生的磁场就被耦合进感应线圈里。这一磁场被放大并送往助听器的扬声器或换能器。因此，电话线圈使得有听觉障碍的人能够使用电话。
遗憾的是，数字蜂窝电话和某些助听器的电话线圈之间的磁场耦合会在助听器里产生噪音或嗡嗡声，使得助听器使用者不能最佳地使用电话。这一噪音或嗡嗡声至少部分地来自电池-发射机电路里变化电流产生的时变磁场。当发射机的开/关频率处于音频范围时，这一嗡嗡声问题尤其严重。
因此有必要减少无线电电话的磁场给对时变磁场敏感的装置带来的影响。一种方法是通过显著地减少电话机里的电流从而降低产生的磁场强度。然而，为了正常发射信号需要足够大的功率，这使得这一方法很难实现。
发明简述
本发明是一种方法和设备，它采用一种新的途径来降低数字无线电电话的磁场对时变磁场敏感的装置带来的影响。不是降低电池-发射机电路里流过的电流所产生的固有磁场强度，而是用一个平滑电容器和电池附近附加的一个消磁环产生一个平衡磁场，来平滑磁场的变化。这一平滑电容器跟发射机并联，它的时间常数远大于时分多址的帧长度。该消磁环跟发射机串联，它使得其中的电流方向大致跟电池电流的方向相反，但基本上在平行平面内。消磁环里流过的电流产生的磁场近似跟电池里流过的电流产生的磁场同轴，但极性相反。因此消磁环产生的磁场至少部分地抵消了电池产生的磁场，最终效果是降低了在电话机以外的时变磁场的有效强度。
附图简述
图1是典型的数字蜂窝电话的简单框图；
图2是主要发射功率流的简单框图；
图3是发射功率电路里电流随时间的变化图；
图4是增加了消磁环的图2中的框图。
最佳实施方案详述
参考图1，其中画出了一个典型数字蜂窝电话10的简单框图。优选实施方案里的蜂窝电话10是象欧洲的全球移动电话系统、美国的IS54(美国国家电信数据标准)系统和/或日本的PDC系统那样的时分多址蜂窝系统里的那一种电话。数字蜂窝电话10是一种时分双工电话，它用常规方法在不同的时隙里从基站接收信号和发射信号给基站。
如图1所示，数字蜂窝电话10一般包括天线12、耳机14、话筒16、键盘18、显示器20、控制器22、接收机24、发射机26、收发开关28和电池组30。这些组件的组织和工作原理在本领域里众所周知，对理解本发明并不重要。
数字电话的电池组30常常是串联在一起的多节电池(见图2)。为简单起见，图2里画出了5节电池41、42、43、44、45，但实际中电池节数可能是任意的。电池组30有一个负极端子34和一个正极端子32。此外，每一节电池都有一个负极端子41a、42a、43a、44a、45a和一个正极端子41b、42b、43b、44b、45b。实际上，一节电池的正极端子是跟下一节电池的负极端子相连的。因此，图2中有5节电池的电池组30里电流的路径是，从电池组的负极端子34流向第一节电池的负极端子41a，通过第一节电池41流向第一节电池的正极端子41b，流到第二节电池的负极端子42a，经过第二节电池42流向第二节电池的正极端子42b，流到第三节电池的负极端子43a，如此这般，直到最后一节电池的正极端子45b，最后流到电池组的正极端子32。
在许多蜂窝电话里，电池组30占用了整个蜂窝电话机10的相当一部分物理空间。同样，电池组30的电路也占用了整个蜂窝电话机10的相当一部分物理空间。
为清楚起见，图2单独画出了发射机的功率电路。发射机的功率电路50包括电池组30和发射机26，它们由正极电路52和负极电路54相连。发射状态下，电流从电池组30通过正极电路52流向发射机26并从负极电路54返回。因此，在电池组30、正极电路52、发射机26和负极电路54之间形成了电环路。
当电流流过电路时形成一个环，就会产生磁场。磁场的方向垂直于这一电流环，其方向根据电流的方向由右手定律来确定。因此同样的电路环根据电流流过环路的方向不同，产生的磁场可以有两个方向。另外，轴向排列的两个同样的平行电路，例如一个重叠在另一个上面，当其中的电流方向相反时，它们产生的磁场会互相抵消。
如果电路里的电流按给定频率变化，它产生的磁场也会同样变化。当电流包括了几个频率分量时，这些频率分量也会在磁场中反映出来。因此有许多谐波分量的电流将产生有许多谐波的复杂磁场。
数字蜂窝电话在发射状态下有相对较强的电流流经发射机的功率电路50，但在接收状态下流经同一电路50的电流却非常小(有时是零)。图3说明典型发射机功率电路里电流的时变特性。在发射模式下，即从t1到t2之间，电流很大。在接收模式或者非发射模式下，即从t2到t3，电流非常小或等于零。显而易见，发射机功率电路50的整个电流曲线呈现方波特性。将这一波形变换到频域，可以发现方波波形暗示着电流里存在数不清的谐波。所以，发射机功率电路50里电流的突变会产生具有复杂谐波的磁场。
根据本发明的方法，磁场在对时变磁场敏感的装置上产生的影响可以通过在发射机功率电路上50跟发射机26并联一个电容器60来减小。图2说明在电池组30和发射机26之间跟发射机功率电路连接的电容器60。这一电容器60的作用是将功率电路分成两部分，至少消除一部分发射机功率电路50的电流突变。图3用虚线画出了发射机功率电路50里包括了电池组30和电容器60的那部分的电流。电路50里其它部分的电流用实线表示。显然，加上电容器60后至少消除了一部分突变。这种平滑效果大大地削弱了磁场中的谐波。电容器60的参数最好能够让平滑电路的时间常数远远大于时分多址的时隙周期。因此，下一发射时隙到来时电流还只下降了一点点。
本发明里减少在对时变磁场敏感的装置上产生的影响的另一个方法是在电池组30上使用消磁环70。图4是该方法的一个优选实施方案。在这一方案中，最后一节电池45的正极端子45b和电池组的正极端子32之间增加了一个消磁环70。这一消磁环70的物理路径跟经过电池组30的电池电流路径相反。显然这一消磁环70并不通过电池41、42、43、44、45。相反，在优选实施方案里，消磁环70装在叠在电池组30的电池41、42、43、44、45之上的一柔性片上，这样该消磁环跟经过电池的电流路径同轴。尽管这一消磁环最好装在电池组的保护壳内，但是具体的机械封装对于理解本发明并不重要。
在平行于电池41、42、43、44、45的平面内放置消磁环70，使得流经每一节电池的电流所产生的磁场全部或部分地被流经消磁环70的同样的电流所抵消。因为消磁环70所产生的磁场其极性跟流经电池41、42、43、44、45的电流所产生的磁场的极性相反，理想情况下这两个磁场完全互相抵消。实际上，由于各种原因这种抵消并不完全，但场强可以得到10 dB的衰减。
本发明的一个最佳实施方案同时包括消磁环70和平滑电容器60。在这一实施方案的一个实例里，串联了5节电池，同时使用了一个1000μF平滑电容器60和一个消磁环70，消磁环只有一圈，制作在图4所示的软薄塑料片上，该塑料片放在电池组的外壳里。
据上所述，很显然本发明提供了一种方法，用来降低数字蜂窝电话产生的磁场强度。这一方法对于减小使用这样的电话给在其周围对时变磁场敏感的装置，如助听器，所带来的负面效应特别有用。
上述说明集中在将本发明应用于数字蜂窝电话和它们对助听器的影响上。然而应当明白，本发明可以广泛应用于各种无线电电话上，以减小它们给对时变磁场敏感的装置带来的影响，这些应用都是在本发明的范围之内。
本发明当然可以用其它方式而不是这里提出的方式来实现，这样做并没有偏离本发明的精神和基本特征。因此这里的最佳实施方案只是说明性的，而不是限制性的，在下文所附的权利要求范围内的所有的改变都属于本发明的范围。