CN101160738B

CN101160738B - 移动通信设备

Info

Publication number: CN101160738B
Application number: CN2006800050771A
Authority: CN
Inventors: 杰拉尔德·沙夫勒
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: WO2006087662A3; JP2008530937A; US8494600B2; US20080207282A1; EP1854222A2; WO2006087662A2; TW200640161A; EP1854222B1; CN101160738A; JP5032998B2

Abstract

一种移动通信设备(1，10)包括：屏蔽组件，用于提供通信设备(1，10)中和/或外部的第一区域(A)和第二区域(B，B1，B2)之间的电磁屏蔽或衰减。在所述第一区域(A)中，设置天线(4)和至少一个铁氧体(6)，所述铁氧体(6)提供用于与所述天线(4)互相作用，以及用于引导在所述第一区域(A)和所述第二区域(B，B1，B2)之间的磁通量。

Description

移动通信设备

技术领域

本发明涉及一种包括屏蔽组件的移动通信设备，所述屏蔽组件引起通信设备中和/或外部的第一区域和第二区域之间的电磁屏蔽或衰减。

背景技术

根据文件WO 98/52295，已知一种短程无线音频通信系统，包括小型便携式收发机单元和基站单元收发机。该小型便携式收发机单元通过磁感应与基站单元进行信息的发送和接收，该基站单元也可以是便携的。类似地，基站单元通过磁感应与便携式收发机进行信息的发送和接收。磁感应场的使用限制了互相邻近操作的多个系统之间的干扰，并且它降低了对功率的需求。优选地，每一个转换器是杆状天线，例如线圈中的铁氧体棒。在该已知的无线音频通信系统的实施例中，提供以各种配置进行设置的多个转换器，以产生多个磁场。在这样的多转换器实施例中，使用分集电路在转换器的至少一个上进行接收和/或发射。所产生的多个场实质上消除了两个单元之间的互感零值(null)，典型地，所述单元在所产生的磁场中的特定位置出现。可以在相互正交的三个方向上设置多个转换器。这样的设置可以包括铁氧体棒转换器和/或者环形线圈转换器。可以将三个正交转换器放置在沿便携式电话侧面的角中。可选地，可以将环形线圈转换器沿便携式电话的背面放置，从而便携式电话可以变得更薄。

EP 0 783 190 A1涉及类似的RF通信系统，该系统包括应答器单元，适于通过发射RF信号至询问单元、以及从询问单元接收RF信号，而与询问单元进行通信。当在相对于询问单元的任何不同的方向和距离对应答器进行定位时，该应答器应该能够有效地接收和发射RF载波信号。为了达到该目的，向应答器单元提供平面空芯线圈天线和两个拉长管状铁氧体天线。将这两个拉长管状铁氧体天线设置在与平面空芯线圈天线相同的平面内，并且相互正交，从而在相互正交的方向上设置这三个天线的最大灵敏度。由于三个天线线圈的使用，应答器单元可以有效地接收RF信号，而不考虑应答器单元对于询问单元的定位。

然而，已知的无线音频通信系统和已知的RF通信系统已经显示出缺点，即它们只考虑了收发机单元(应答器单元)和基站单元收发机(询问单元)之间的电磁场的外部干扰和零值，但完全忽视了由相互通信的一个或者两个设备的结构所引起的电磁场的干扰或者零值。然而，发明人认识到了通信设备中的或者该设备组件的内部和外部区域之间的对电磁信号的不必要的屏蔽经常引起电磁信号不充分的接收和发射。例如，通信设备组件(如印制电路板、显示器、电池)屏蔽了电磁场或者至少对电磁场进行了衰减，从而这些通信设备在它们接收/发射电磁信号能力方面显示出明显的方向性依赖。当移动通信设备(例如移动电话)配备了附加的RF通信装置(如RFID读/写器、RFID标签或者近场通信(NFC)设备时，该问题随之增加。这些附加通信装置通常结合于封装集成电路中，该封装集成电路位于印制电路板(PCB)的一个主表面上。PCB通常包括多个层面，其中多个层面中的至少一个是屏蔽电磁场的接地层。因此，将这些附加RF通信装置和外部通信设备之间的RF通信限制在容纳该RF通信装置的通信设备的一侧。

发明内容

本发明的目的是提供一种在开头段落所定义的类型的移动通信设备，其中避免了上述定义的缺点。

为了利用根据本发明的移动通信设备来实现上述定义的目的，提供了特定特征，从而根据本发明的移动通信设备可以以如下定义的方式为特征，即：

移动通信设备包括：屏蔽组件，用于引起通信设备中和/或外部的第一区域和第二区域之间的电磁屏蔽或衰减，其中，在所述第一区域中，设置天线和至少一个铁氧体，所述铁氧体提供用于与所述天线互相作用，以及引导所述第一区域和所述第二区域之间的磁通量。

根据本发明特定特征提供了以下优点：克服了电磁屏蔽组件对于第一和第二区域之间的电磁场的屏蔽或者衰减，从而使无线通信不再限制在第一区域。因此，可以在第一和第二区域设置诸如NFC设备之类的RF通信装置。此外，通过第一区域中的天线接收到达第二区域的电磁信号。由于在第一和第二区域之间引导电磁信号的磁通量，所以即使在通信设备的PCB引起电磁屏蔽的情况下，在设备PCB的两侧放置RF通信装置仍然是可能的。和现有技术设备相比，位于第二区域的电路的RF通信能力显著提高。应当注意到，贯穿全文使用的术语“屏蔽组件”在一定意义上应该理解为它并不必引起对电磁场的完全屏蔽，而是在一定程度上衰减了磁场。还应进一步的注意到，整体而言，不必将铁氧体设置在第一区域内。铁氧体也可以是第二区域的一部分。

在所述铁氧体设置用于桥连第一区域和第二区域、和/或在所述铁氧体穿透所述屏蔽组件时是有利的。这些措施提供了在第一和第二区域之间以高耦合效率引导磁通量的优点。例如，当屏蔽组件是包括至少一个接地层的多层PCB时，在PCB中可以提供使铁氧体通过的通孔。

此外有利的是，当所述移动通信设备包括第一设备部分和第二设备部分(所述第一设备部分和第二设备部分在第一和第二操作位置之间相对于彼此是可替换的)时，将铁氧体分为在第一设备部分中设置的第一铁氧体部分和在第二设备部分中设置的第二铁氧体部分，在第一操作位置，所述第一和第二铁氧体部分彼此邻近，以及在第二操作位置，使所述第一和第二铁氧体部分留有空隙。因此，甚至当移动通信设备包括相对于彼此可替换的两个或者多个部分时，可以在移动通信设备的所有区域内保证电磁场的接收和传输。此外，通过将铁氧体分成铁氧体部分，可以获得通信设备的紧凑但灵活的结构外形。

此外有利的是，通过铰链、或者通过滑动部分连接所述第一设备部分和所述第二设备部分。这样，给出了预定的第一和第二操作位置，从而不论设备是开启或者关闭，无线通信在通信设备的两个区域内都进行工作。

然而，本发明的另一个优选的实施例是一种移动通信设备，其中铁氧体是铁氧体棒，将所述铁氧体棒分成横穿铁氧体棒纵轴的第一和第二铁氧体部分，以及以在第一操作位置同轴设置的方式，在第一设备部分和第二设备部分设置第一和第二铁氧体部分。由于铁氧体部分的相应轴一致、以及铁氧体部分邻近面邻接，从而使磁损最小化，因而提供了铁氧体部分对于高效引导磁通量的铁氧体棒互补的有利条件。

最后有利的是，

--当移动通信设备的天线包括电导体时，该电导体至少部分地围绕铁氧体时，和/或

--当电导体包括多个导体部分时，多个导体部分中的每一个部分地围绕铁氧体，和/或

--当导体限定了包括耦合区和耦合区之间的过渡区域的内部区域时，其中，在每一个耦合区内设置铁氧体，以及相对于相应耦合区的宽度来减小过渡区域的宽度。

这些措施提供了以下优点：这种设备的生产过程可以高度自动化以及可应用到PCB安装过程。此外，单个天线能在多个铁氧体中产生磁通量。通过按照前述方式中所提出的来定向天线的电导体，使磁通量保持非常低的损耗，以及在放置铁氧体的区域内集中电磁场。

上面限定的方面和本发明的其它方面从下文即将描述的实施例的示例中显而易见，并将参照实施例的示例进行解释。

附图说明

参照实施例的示例，在下文中将更加详细地描述本发明。然而，本发明不限于实施例的这些示例。

图1示出了在打开状态下的根据本发明的移动通信设备的第一实施例的顶视图和侧视图。

图2示出了图1移动通信设备在关闭状态下的侧视图。

图3示出了在关闭状态下的根据本发明的移动通信设备的第二实施例的侧视图。

图4示出了图3移动通信设备在打开状态下的侧视图。

图5示出了结合于根据本发明的移动通信设备中的天线和多个铁氧体配置的示例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一移动通信设备1。该移动通信设备1是所谓的折叠(clamshell)设备类型，具有第一和第二设备部分1a和1b，这两部分通过铰链2链接。也应注意到，折叠设备也被称为翻盖设备，例如翻盖移动电话。在本实施例中，第一设备部分1a包括移动通信设备1的主体，以及第二设备部分1b包括相对应的盖。第一和第二设备部分1a和1b在图1所描述的第一和第二操作位置之间相对于彼此是可以移动的。在第一操作位置(该位置是关闭的操作位置)，以第二通信部分1b(即盖)完全盖住第一设备部分1a(即主体)的一侧的方式，将两个设备部分1a，1b彼此相邻放置。在第二操作位置(该位置是打开的操作位置)，使两个设备部分1a，1b彼此成一定角度放置，从而所述第二设备部分1b不会覆盖所述第一设备部分1a的所述侧面，而是将整个第一设备部分1a暴露于环境中。

第一设备部分1a包含载体3，例如印制电路板。图1-2也示出了第一区域A和第二区域，后者由内部第二区域B1和外部第二区域B2组成。载体3将第一区域A和第一设备部分1a内的内部第二区域B1彼此分离。在该载体3的表面上，面对所述第一区域A放置天线4和读取器5。天线4假定是在载体3上的金属层，因而在图1和2的侧视图中不可见。读取器5通过天线4发送和接收电磁信号。例如，可以将读取器5配置为近场通信设备或者与无线RF应答器进行通信的RFID设备。由于用于所述第二设备部分1b的结构元件的电磁屏蔽材料、或者由于结合于所述第二设备部分1b内的电磁屏蔽装置和元件(例如，具有金属层的显示器、具有接地层的PCB、电池、电子组件等)而使第二设备部分1b屏蔽了电磁场。当移动通信设备1在它的第一关闭操作位置时，由于第二设备部分1b的屏蔽效果，而导致如图2中虚线所描述的，第一区域A和内部第二区域B1被所述外部第二区域B2屏蔽。这样，在该第一关闭操作位置中，天线4可以仅通过所述第一区域A、而不通过所述外部第二区域B2接收电磁信号。

为了弥补这个缺陷，本发明提出了设置至少一个铁氧体6，从而它与天线4合作来引导区域A、B1和B2之间的磁通量。在本实施例中，在移动通信设备1的角附近提供4个铁氧体6，其中通过使天线4的一个线圈围绕在每个铁氧体6周围，该铁氧体6中的每一个都与天线4合作。将铁氧体6配置为铁氧体棒，其中每个铁氧体6由第一和第二铁氧体部分6a和6b组成。以将第一铁氧体部分6a固定到载体3并通过载体3的通孔3a的方式，在第一设备部分1a中设置所述第一铁氧体部分6a，从而使第一铁氧体部分6a延伸经过整个第一设备部分1a。在第二设备部分1b中，以在第一关闭操作位置同轴地、彼此互相邻近的放置铁氧体6a、6b的方式，设置每个铁氧体6的第二铁氧体部分6b。因此，在第一关闭操作位置，铁氧体6横向延伸经过移动通信设备1，从而桥连第一和第二区域A、B1和B2。因此，将由出现在外部第二区域B2的电磁场而感应进入第二铁氧体部分6b的磁通量通过第二铁氧体6b和相对应的第一铁氧体部分6a引导至内部第二区域B1、以及也引导至第一区域A，在第一区域A中，磁通量在天线4中感应出了电动势。以类似的方式，通过铁氧体6，将天线4产生的RF电磁信号辐射至第一区域A和外部第二区域B2。当移动通信设备1在它的第二打开操作位置时，第二设备部分1b没有屏蔽第一设备部分1a。因此，第一铁氧体部分6a接收到出现在内部第二区域B1中的电磁场，以及将在第一铁氧体6a中产生的磁通量引导至第一区域A的天线4。因此，不论盖是否打开，天线4在移动通信设备1的两侧均是有效的。

应该注意到，在本发明的本实施例中，当配置为具有至少一个接地层的多层PCB时，不必仅有第二设备部分1b包括屏蔽装置，设置在第一设备部分1a中的载体3也可以包括电磁屏蔽装置。在这种情况下，第一铁氧体部分6a用于通过穿透载体3，电磁地桥连第一区域A和内部第二区域B1，从而天线4在移动通信设备1的第一设备部分1a的两侧均是有效的。

图3和4示出了根据本发明的可选移动通信设备10。该移动通信设备10包括通过滑动部分10c、10d链接的第一和第二设备部分10a和10b。例如，移动通信设备10可以是移动电话。设备部分10a和10b在图3所描述的第一操作位置和图4所描述的第二操作位置之间相对于彼此是可以移动的。在第一操作位置(该位置是关闭操作位置)，放置两个设备部分10a、10b在彼此的顶部。在第二操作位置(该位置是打开操作位置)，两个设备部分10a，10b相对于彼此发生偏移，从而第一设备部分10a的上侧面的部分和第二设备部分10b的下侧面的部分暴露于环境中。第一设备部分10a包含在其上定位有由引线构成的天线4和读取器5的载体3。读取器5通过天线4发送和接收电磁信号。例如，可以将读取器5配置为近场通信设备或者配置为用于与无线RF应答器进行通信的RFID设备。第二设备部分10b由屏蔽或者衰减电磁场的材料构成。所以，当通信设备10在它的关闭操作位置时，第二设备部分10b将第二区域B与第一区域A屏蔽开，从而对天线4来说，不可以直接发送电磁信号至第二区域B并从第二区域B接收电磁信号。为了实现天线4和第二区域之间的无线通信，提供铁氧体6来引导第一和第二区域A和B之间的磁通量。在本实施例中，以将第一铁氧体部分6a固定到载体3并穿透整个第一设备部分10a的方式，在第一设备部分10a中设置所述第一铁氧体部分6a。在第二设备部分10b中，以在关闭操作位置中同轴地、彼此互相邻近的放置铁氧体6a、6b的方式，设置第二铁氧体部分6b。因此，在关闭操作位置，铁氧体棒横向延伸穿过移动通信设备10，从而桥连第一和第二区域A和B。因此，将由出现在第二区域B的电磁场所感应进入第二铁氧体部分6b的磁通量通过第二铁氧体部分6b和相对应的第一铁氧体部分6a引导至第一区域A，在第一区域A中，磁通量在天线4中感应出电动势。

当移动通信设备10在它的第二打开操作位置时，第二设备部分10b仅部分地屏蔽第一设备部分10a。因此，一方面左侧的第一铁氧体部分6a直接接收出现在第二区域B内的电磁场，以及天线4引导在铁氧体部分6a中产生的磁通量。另一方面，第一设备部分10a的右侧第一铁氧体部分6a与第二设备部分10b的左侧第二铁氧体部分6b一致，共同形成铁氧体棒，引导磁通量横向穿过第二设备部分10b至天线4。因此，天线4在移动通信设备10的两侧均是有效的，不论两个设备部分10a、10b处于打开还是关闭位置。

应当注意到，前面提到的第一设备部分10a的右侧第一铁氧体部分6a与第二设备部分10b的左侧第二铁氧体部分6b之间的相互作用是优点但不是强制的。还应该进一步注意到，虽然这没有在图3-4种示出，但是在第一设备部分10a包括屏蔽组件(即载体3)的情况下，移动通信设备10也可以包括由图1-2示出的内部第二区域B1和外部第二区域B2。

优选地，天线4配置为具有在载体3上设置的电导体的平面天线，该导体包括导体部分4a-4q。可以使所述导体部分4a-4q的至少一些形成为PCB的导体路径，以及可以将一些配置为引线。图5示出天线4和铁氧体6可以如何配置以使电磁耦合最大化并提供电磁耦合的简单产生的示例。图5所示出的天线4包括电导体，该电导体的两端和读取器5连接，从而天线4的导体限定了确定内部区域7的闭环。以由至少部分包围耦合区域7a-7f的天线4导体的部分在该内部区域7内限定多个耦合区域7a-7f的方式来配置天线4的导体部分4a-4q。在每个耦合区域7a-7f中，放置一个铁氧体6，从而流入导体的电流在铁氧体6中感应产生磁通量。通过内部区域7的过渡区域7g-7j来间隔耦合区域7a-7f，在天线4的导体的平行部分之间限定该过渡区域7g-7j。优选地，过渡区域7g-7j具有与相对应的耦合区域7a-7f的宽度相比的减小的宽度，从而该导体的各个部分以几乎360°的环绕角度来环绕耦合区域，正如图5所示出的并且将进行详细描述。

在读取器5和耦合区域7a之间，天线4的两个导体部分4a、4b平行延伸，并且在彼此之间限定过渡区域7k，该过渡区域7k具有非常小的宽度和因此非常小的面积。该过渡区域7k导入近似圆形的耦合区域7a。通过4个导体部分4c、4d、4e、4f限定了耦合区域7a，它们中的每一个部分地环绕耦合区域7a。耦合区域7a具有比过渡区域7k大得多的直径。从耦合区域7a分出三个另外的过渡区域7g、7i、7j。通过平行导体部分4g、4h限定过渡区域7g，并导入耦合区域7b，该耦合区域7b近似具有六边形。导体部分4i、4j限定了耦合区域7b。导入六边形的耦合区域7c的另一个过渡区域7h从耦合区域7b中延伸出来。由非常接近彼此延伸的平行导体部分4k、41来限定过渡区域7h。耦合区域7c由导体部分4m限定，并具有比过渡区域7h的宽度大得多的直径。由于在耦合区域7a、7b和7c之间形成的过渡区域7g和7h的导体部分4g、4h；4k、41，相应地彼此非常接近，所以限定了耦合区域7b的导体部分4i、4j和形成耦合区域7c的导体部分4m外扩以达到所述耦合区域7b、7c的增加的直径。

通过导体部分4i、4j、4m的所述外扩和收缩，导体部分4i、4j；4m以几乎360°环绕了耦合区域7b、7c。由于导体部分4i、4j；4m的全长明显导致了天线4的导体和铁氧体6之间的电磁耦合，所以与仅将铁氧体6放置在天线导体的平行部分之间相比，这是最重要的优点。环绕角越大，在天线4的导体和铁氧体6之间的电磁耦合就越大。与耦合区域之间没有小的过渡区域的天线相比，本天线4的耦合区域7a-7f内的电磁场强增强，但是天线4的电感减弱。

从耦合区域7a分支出来的过渡区域7i导入由外扩然后收缩直到它们在交叉点C彼此交叉的两个导体部分4n、4o限定的耦合区域7d。因此，导体部分4n、4o对于耦合区域7d的环绕角接近360°。从交叉点C开始，另一个导体部分4p形成完全环绕耦合区域7e的环。也可以通过在交叉点C处的另一半匝扭曲电导体，从而使耦合区域7d和7e中的磁通量指向同一方向。

由导体部分4q环绕另一个耦合区域7f一圈半。应当注意到，铁氧体6周围缠绕导体的圈数越多，越有利于进一步增加天线4的导体和铁氧体6之间的耦合。在耦合区域7f和耦合区域7a之间设置过渡区域7j。

应该观察到，所描述的平面天线4和铁氧体6的设置仅仅是突出本发明所提供的各种可能性的示例。在实践中，在平面天线4和铁氧体6的组合中，铁氧体6的数量将通常比图5所示出的少，以及将选择导体部分4a-4q的数量和延伸以实现简单和廉价进行生产的构造，并且考虑了其它电子组件的位置。对于不同的设置而言，应将图5所示出的配置理解为设计建议。该建议指导本领域技术人员使他们能够对于天线-铁氧体组合的特定布局来选择这些设计建议的一部分。

应该注意到，本领域技术人员可以容易地想象到本发明指的是所有种类的移动通信设备，例如移动电话、PDAs、无绳电话、CD和MP3播放器以及仅提到其中一些的数码照相机。

最后应当注意到，上面所提到的实施例示出而不是限制本发明，以及本领域技术人员将能够在不偏离所附权利要求所限定的本发明的范围内设计许多可选实施例。在权利要求中，置于括号中的任何参考符号不应当视为对权利要求的限制。词“包括”等并不排除不同于任何权利要求或整个说明书中所列出的那些元件或步骤的出现。元件的单数参考并不排除这种元件的复数参考，反之亦然。在相互不同的从属权利要求中所述的特定措施并不指示不能有利的使用这些措施的组合。

Claims

1.一种移动通信设备(1，10)包括：

第一设备部分(1a，10a)和第二设备部分(1b，10b)，所述第一设备部分和第二设备部分在第一和第二操作位置之间相对于彼此是可替换的；

屏蔽组件，用于引起在第一设备部分(1a，10a)中的第一区域(A)和在第一设备部分(1a，10a)中或外部的第二区域(B，B1，B2)之间的电磁屏蔽或衰减，

其中，在所述第一区域(A)中，设置天线(4)和至少一个铁氧体(6)，所述铁氧体(6)提供用于与所述天线(4)互相作用，以及用于引导在所述第一区域(A)和所述第二区域(B，B1，B2)之间的磁通量；

其中，将铁氧体(6)分为在第一设备部分(1a，10a)中设置的第一铁氧体部分(6a)和在第二设备部分(1b，10b)中设置的第二铁氧体部分(6b)，在第一操作位置，所述第一和第二铁氧体部分(6a，6b)彼此邻近，以及在第二操作位置，使所述第一和第二铁氧体部分(6a，6b)留有空隙。

2.如权利要求1所述的移动通信设备(1，10)，其中铁氧体(6)设置用于桥连第一区域(A)和第二区域(B，B1，B2)。

3.如权利要求2所述的移动通信设备(1，10)，其中铁氧体(6)穿透所述屏蔽组件。

4.如权利要求1所述的移动通信设备(1，10)，其中，所述第一设备部分(1a，10a)和所述第二设备部分(1b，10b)通过铰链(2)、或者通过滑动部分(10c，10d)连接。

5.如权利要求1所述的移动通信设备(1，10)，其中铁氧体(6)是铁氧体棒，将所述铁氧体棒分成横穿铁氧体棒纵轴的第一和第二铁氧体部分(6a，6b)，以及以在第一操作位置中第一和第二铁氧体部分(6a，6b)同轴设置的方式，在所述第一设备部分(1a，10a)和第二设备部分(1b，10b)设置所述第一和第二铁氧体部分(6a，6b)。

6.如权利要求1所述的移动通信设备(1，10)，其中天线(4)包括电导体，所述电导体至少部分地围绕铁氧体(6)。

7.如权利要求6所述的移动通信设备(1，10)，其中电导体包括多个导体部分(4a-4q)，所述多个导体部分中的每一个部分地围绕铁氧体(6)。

8.如权利要求6或7所述的移动通信设备(1，10)，其中所述电导体限定了包括耦合区(7a-7f)和耦合区之间的过渡区域(7g-7j)的内部区域(7)，在每个耦合区(7a-7f)内设置铁氧体(6)，以及过渡区域(7g-7j)的宽度相对于相应耦合区(7a-7f)的宽度是减小的。