天线接地平面和具有天线接地平面及声阻器的无线通信设备.pdf

在无线通信设备100中，优选的网状金属接地平面314同时用作天线接地平面或声阻器，用于调节通过声音端口120、122传递的声音。金属接地平面314位于声换能器312和声音端口120、122之间，但由于接地平面314的网中的开口，金属接地平面314不会阻挡声音。接地平面314允许将耳部构件112制造得更薄，并减少了制造无线通信设备100所需的部件的数量。

1.  一种通信设备，其包括：
外壳；
有源天线元件，位于所述外壳中，用于接收或发射电磁能量；和金属接地平面，耦合到所述有源天线元件，其中，所述金属接地平面由金属网制成。

2.  如权利要求1所述的通信设备，其中，所述外壳包括声音端口，声换能器位于所述外壳内，所述金属接地平面位于所述声音端口和声换能器之间。

3.  如权利要求1所述的通信设备，其中，所述通信设备是便携蛤壳式单元，并且所述单元包括耳部构件、基体和将所述耳部构件连接到所述基体的铰链，并且其中所述声换能器位于所述耳部构件中。

4.  如权利要求1所述的通信设备，其中，所述有源天线元件是平面天线，并且通常平行于所述金属接地平面。

5.  如权利要求1所述的通信设备，其中，所述设备包括GPS接收机，并且所述有源天线元件是GPS天线。

6.  一种通信设备，其包括：
外壳，其中所述外壳包括声音端口，以利于声音传递；
声换能器，位于所述外壳内，其中所述声换能器具有在正常使用期间朝向用户的前侧；
有源天线元件，用于接收或发射电磁能量；和
金属接地平面，耦合到所述有源天线元件，其中，所述金属接地平面的一部分位于所述声换能器和所述声音端口之间，并且所述金属接地平面使得声音能够在所述使用端口和所述声换能器之间传递。

7.  如权利要求6所述的通信设备，其中，所述金属接地平面至少在所述声换能器附近包括多个开口，以利于声音通过所述声音端口和所述声换能器之间的所述金属接地平面传递。

8.  如权利要求7所述的通信设备，其中，所述金属接地平面包括金属丝网，并且所述多个开口是所述金属丝网的丝之间的多个间隙。

9.  如权利要求7所述的通信设备，其中，所述金属接地平面通过一片普通平面形的金属丝网形成，并且所述多个开口是所述金属丝网的丝之间的多个间隙。

10.  如权利要求6所述的通信设备，其中，所述金属接地平面作为声阻器，用来改变声音通过所述金属接地平面传递的特性。

天线接地平面和具有天线接地平面及声阻器的无线通信设备
技术领域
本发明总的来说涉及无线通信设备，尤其涉及无线通信设备的天线接地平面。
背景技术
对电子设备的美学和小型化的无止尽的要求对电子产品的设计者提出了很大挑战。例如，为了小型化和美观，天线及其相关部件位于无线通信设备(例如便携式手机)内的空间的量正变得越来越小。
在当前的无线通信环境中，无线通信设备(例如蜂窝手机)需要使用多个频带的能力，以便例如接入不同的服务。这种设备的操作者，例如国际旅游者，可能需要在其本地通信频率不同的区域中使用该设备，所以需要能够适应不同的发射和接收频率的设备，其可能需要两个天线。另外，近来的规定要求蜂窝手机支持用于紧急情况的定位信息。因此，可能需要GPS(全球定位系统)天线。因此，蜂窝手机可能需要两个或更多个天线，例如，一个用于语音通信，一个用于GPS信号。
由于附加的天线需要更多空间，对附加天线的需要与小型化和美观的目标是矛盾的。此外，为了耐用和美观，常用金属来制造蜂窝手机的外壳。然而，外壳上的金属部件会充当屏蔽并限制天线可位于的位置的数量。
每个天线都需要接地平面，并且好的天线性能需要大的接地平面。蜂窝手机通常包括扬声器或耳机，并且在手机中需要开口以允许声音在扬声器和形成于外壳中的扬声器部件之间传播。所有这些因素都限制了天线的定位和典型的蜂窝手机中必需的接地平面。
附图说明
在附图的不同视图中，相同的参考标记表示相同或功能类似的元件，这些附图和下面的详细说明一起结合在说明书中并构成其一部分，用来进一步阐释各个实施例及解释根据本发明的各原理和优点。
图1是示出根据本发明的无线通信设备的透视图；
图2是示出图1的无线通信设备的选择电子部件的框图；
图3是在由图1中的线3-3指示的方向中观察的截面图；
图4是示出图1的无线通信设备的各部件的互连的框图；
图5是图3的网状金属接地平面的俯视图；
图6是示出根据金属接地平面在合适的位置以及没有金属接地平面时的声压级的图。
具体实施方式
本公开内容涉及向通信设备或单元提供例如语音和数据通信服务的通信系统，所述通信设备或单元常称为用户设备，例如蜂窝电话、双向无线电设备、个人数字助理等。
更具体的，论述了体现在通信设备中的各种发明构思和原理及其方法，用于提供天线接地面和声阻器(acoustic resistor)。通信设备可以是多种无线通信设备中的任何一种，例如蜂窝手机或其等效物。
受到特别关注的通信设备是那些提供或便于语音通信服务或数据或消息服务的通信设备，例如传统的双向系统和设备，包括模拟和数字蜂窝的各种蜂窝电话系统，CDMA(码分多址)及其变型，GSM(全球移动通信系统)，GPRS(通用分组无线系统)，例如UMTS(通用移动电信业务)系统的2.5G和3G系统，集成数字增强型网络及其变型或演变。类似地，通信系统和设备可以包括LAN(局域网)系统，其采用多种网络协议中的任何一种，例如TCP/IP(传输控制协议/网际协议)、AppleTalk^TM、IPX/SPX(网间分组交换/顺序分组交换)、Net BIOS(网络基本输入输出系统)或任何其他的分组结构。此外，受到关注的通信设备是那些包括AGPS(辅助全球定位系统)的通信设备。
如下面进一步论述的，有利地采用各种发明构思及其组合来提供一种无线通信设备、天线装置、用于为无线通信提供声阻器和接地平面的方法以及改变无线通信设备的扬声器的声音特性的方法，从而如果采用这些原理或其等效物，则缓解与已知天线和无线设备相关的各种问题。
提供本公开内容，以能够实现的方式进一步解释实施和使用根据本发明的各种实施例地最佳模式。本公开还提供用来增强对发明构思及其优点的理解和认识，而不是以任何方式限制本发明。本发明仅由所附权利要求来限定，包括在本申请待决期间进行的任何修改和那些权利要求的所有等效物。
还应该理解，相对术语的使用(如果有的话)，例如第一和第二、顶部和底部、上和下等仅用来将一个实体或行为从另一个区别开，而不必要求或暗示在这些实体或行为之间的任何实际的这种关系或顺序。
这里使用的术语“一”或“一个”定义为一个或一个以上。这里使用的术语“多个”定义为两个或两个以上。这里使用的术语“另一个”定义为至少第二个或更多。这里使用的术语“包括”、“包含”和“具有”定义为包括(即开放式)。这里使用的术语“耦合”定义为连接，但不必直接或机械连接。
以多种方式并由多种材料(例如塑料和金属)制成的机械结构可以最好地实现多种发明功能和多个发明原理。尽管可能由例如可用时间、当前技术和经济因素会激发显著的成果和许多设计选择，但期望本领域的技术人员在这里公开的构思和原理的教导下，能够以最小的试验容易地得到这种机械结构。因此，为了简短和减少使本发明的原理和构思不清楚的危险，这种结构的进一步论述(如果有的话)将限制在与优选实施例使用的原理和构思有关的必要内容。
基本上，如图3所示，本公开内容涉及通信设备100(见图1和2)，其包括外壳、位于外壳中用于接收或发射电磁能量的有源天线元件280、耦合到有源天线元件280的金属接地平面314。接地平面314由金属网制成。顺便说一下，附图不必按比例绘制，在性质上是示意性的，图中的一些尺寸是夸大的，以便于说明。
通信设备100例如是便携蛤壳式单元，该单元包括耳部构件112或盖，基体110和将耳部构件112连接到基体110的铰链128。声换能器312位于耳部构件112内。声换能器312具有在正常使用中朝向用户的前侧。优选并示出的实施例中的声换能器312是扬声器或耳机；然而，在另一个实施例中，换能器312可以是位于手机的话筒部分中的麦克风。保持器320将换能器312固定到后壳构件116上。
如图1和3所示，外壳包括前壳构件114和后壳构件116。前壳构件114包括透明透镜118。在前壳构件114中形成至少一个声音端口120、122，以允许声音透过前壳构件114。以传统方式，在外壳上形成与换能器的隔板(diaphragm)(未示出)的后侧通信的附加端口(未示出)，以允许盖隔板自由移动。声音端口120、122是简单地形成在前壳构件114中的开口。声换能器312位于外壳内。接地平面314位于声音端口120、122和声换能器312之间。
在优选和示出的实施例中，无线通信设备100包括主天线140，前面所提到的有源天线元件280是辅助或补充天线。补充天线280优选地是PIE(平面倒F型)天线，并且通常与金属接地平面314平行并与之靠近。无线通信设备100包括GPS接收机270，并且由此补充天线280优选地是用于接收电磁能量的GPS天线。然而，根据本发明的替代实施例包括只具有一个天线用于接收和发射电磁能量的无线通信设备。亦即，在另一个未示出的实施例中，有源天线280可以是无线通信设备100的唯一的天线，并且有源天线元件可用于语音或数据，而不需要用于GPS。
金属接地平面314位于声换能器312和声音端口120、122之间，并且金属接地平面314允许声音在声音端口120、122和换能器312之间传递。亦即，金属接地平面314至少在声换能器312附近包括多个开口，从而便于声音、声波或声压波在声音端口120、122和换能器312之间通过金属接地平面314传递。在优选实施例中，金属接地平面314全部由金属丝网制成，并且允许声音传递的开口是金属丝网的丝之间的规则间隙。
金属接地平面314应该尽可能薄，以降低耳部构件112的厚度。金属接地平面314的厚度可以变化，合适的厚度是在例如0.1-0.5mm的范围之内。
作为替换，可以通过使用与丝网接地平面314具有相同形状的固体金属板制作金属接地平面314。在这种情况下，在换能器312附近形成小孔，以允许声音透过该板。
金属接地平面314的网格大小、筛孔大小可以适度地变化。如果开口太大，该网将不能合适地用作天线接地平面。如果网中的开口太小，该网将阻挡声音。通常，网格大小必须通过实验确定，并且为应用的特定条件下的声音质量而选择。例如，使用的特定换能器和外壳将影响声音并可能影响网格大小的选择。在样机设备中，采用的金属接地平面314在垂直和水平方向都具有每英寸180条丝的网格大小，达到了满意的效果。
接金属接地平面314的材料优选地是不锈钢。也可以使用其他材料，例如铜。然而，例如，铜接地平面必须进行涂敷，以保护它不受腐蚀。如果用塑料涂敷铜接地平面来保护它不受腐蚀，将比未涂敷的接地平面显著变厚，并将增加耳部构件112的厚度，这与使耳部构件112更薄的目标相矛盾。
除了网丝之间的小的、规则开口之外，在金属接地平面314中形成其他各种开口，如图5所示。一对上部开口512、514允许紧固件(例如螺丝)穿过金属接地平面314。透镜开口510允许通过金属接地平面314和通过透明透镜118来观看显示屏430。如图5所示，在示出的实施例中，金属接地平面314的整体形状通常与耳部构件112或其部分的形状一致。然而，可以使用其他形状来获得等价效果。
金属接地平面314也能够作为声阻器，以改变透过金属接地平面314的声音的特性。典型地，在无线手机中，一片毛毡材料或吸声毡置于声音端口和声换能器之间，用作声阻器。然而，在示出的实施例中，金属接地平面314作为声阻器，致使不再需要毛毡材料。如图3所示，橡胶O形环316或密封垫装配在换能器312和金属接地平面314之间，以在声音端口120、122周围形成密封。在换能器312和接地平面314之间存在大约0.1-0.2mm的空间，O形环316位于其中。
图6示出声压级与频率的图。实现示出在样机中在声音端口120、122和换能器之间没有金属网时测量的声压级。虚线示出当金属接地平面314位于换能器312和声音端口120、122之间时的相同测量结果。该图示出了用作声阻器的金属接地平面314在中间范围频率降低了最大声压级，并在较低频率处增加了声压级，这与毛毡材料置于无线手机的换能器和声音端口之间时具有大致相同的效果。因此，本发明的金属接地平面314同时用作天线接地平面和声阻器，这降低了制造设备100所需要的部件数量，并使得耳部构件112更薄。
无线通信设备100包括柔性电路310或层压电路。柔性电路310位于外壳中，并与金属接地平面314隔开，如图3所示。柔性电路310时塑料和金属叠层，其在本领域中是公知的。补充天线280或有源天线元件优选地由铜制成，并通过常规方式形成在柔性电路310上，例如蚀刻在基板上形成的铜层。以本领域公知的方式选择补充天线280的长度和形状，以调谐适合的频带。在示出的实施例中，调谐补充天线280，以接收GPS信号。柔性电路310这样放置，使得补充天线280通常平行于接地平面314，如图所示。在优选实施例中，用于驱动显示屏的驱动电路和其他电路也形成在柔性电路310上。柔性电路310包括塑料涂层，以便以已知方式保护金属部件不受腐蚀。
插头连接器318将补充天线280耦合到接地平面314，如图3所示。插头连接器318包括相对的、装有弹簧的插头，它们彼此电连接。一对或多对插头可以形成在插头连接器318上。在示出的实施例中，当前壳部件114与后壳部件116合到一起时，在插头连接器318的一侧的插头与接地平面314直接接触，相对的插头与补充天线280或耦合到补充天线280的金属直接接触。在柔性电路310上涂敷的塑料包括至少一个开口，以允许插头连接器318的至少一个插头与补充天线280或耦合到补充天线280的金属直接接触。插头连接器318的插头优选是镀金的，以防止腐蚀。也可使用其他类型的连接器来将接地平面314耦合到补充天线280，获得相同的效果。
图2是示出无线通信设备100的组件的框图。发射机210和接收机220通过RF开关230以公知方式耦合到主天线140。RF开关230和发射机210耦合到控制器250，控制器250还耦合到用户接口260。GPS接收机270还耦合到控制器250。有源天线元件或补充天线280被耦合到GPS接收机270，以公知方式接收电磁GPS信号。
图4是示出无线通信设备100的部件之间关系的框图。电池420给设备100供电，并连接到PC板410。PC板410上尤其是用于发射机210和接收机220的电路。如图所示，柔性电路310耦合到PC板410，显示屏430和换能器312耦合到柔性电路310。图4还示出了接地平面314和补充天线280通过插头连接器318(前面已经叙述)耦合。
上面论述的装置和方法及其发明原理会缓解由现有天线和无线通信设备引起的问题。使用接地平面设计的这些原理将有利于与规定相符并达到用户满意。可预期到，在给出上述原理、构思和例子的情况下，本领域技术人员能够实现提供同等好处的其他替代过程和结构。期望下面的权利要求覆盖许多这种其他实例。例如，紧固孔512、514可以省略或重新定位，以提供更大的连续的接地平面区域。此外，如果采用透明或部分透明的网，接地平面的网可以覆盖显示屏430。换言之，可以省略透镜开口510。另外，金属网接地平面可以位于基体110内，在麦克风端口124、126和麦克风(未示出)之间。在这种情况下，接地平面将耦合到位于基体110中的天线。尽管示例说明显示的是蛤壳式通信单元，但本发明同样适用于直板式通信单元。而且，尽管示例说明显示接地平面覆盖相对低的电平声频换能器或耳机，其被设计为靠近耳朵放置，但接地平面314也可以覆盖较高的输出声频换能器，其被设计为在使用中远离使用者，使得通信单元能够作为扬声器电话。
本公开是为了解释如何实施和使用根据本发明的各实施例，而不是要限制其真实、预期及合理的范围和精神。前面的说明不是穷尽的或将本发明限制在所公开的精确形式。根据以上教导，可以作出修改和变型。选择并描述实施例以提供对本发明的原理及其实际应用的最佳说明，并使本领域技术人员能够在各种实施例中利用本发明，并作出适于预期的特定使用的各种修改。当根据公平、公正、合法授权的宽度解释时，所有这种修改和变型都在由所附权利要求及其等效物确定的本发明的范围内，并且权利要求在本专利申请的审查期间可能会修改。