CN101390252A - 用于移动电话的天线系统结构 - Google Patents

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CN101390252A CNA2006800535486A CN200680053548A CN101390252A CN 101390252 A CN101390252 A CN 101390252A CN A2006800535486 A CNA2006800535486 A CN A2006800535486A CN 200680053548 A CN200680053548 A CN 200680053548A CN 101390252 A CN101390252 A CN 101390252A
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Abstract

公开了一种用于翻盖型移动电话100的天线结构。该天线结构被设计成把会引起对于有源助听器的干扰的任何散射的EM场效应减小到助听器兼容性(HAC)M3等级或更好。所述天线结构包括能够从移动电话100的下面部分伸展的半波型天线140。当伸展时，天线140不与移动电话100的下面部分共享相同的垂直轴。而是形成一个倾斜角(α)，使天线140伸展远离移动电话的上面部分，造成在扬声器110与天线140之间的更大的分隔距离。天线馈电接触件150把天线140耦合到移动电话100内的部件。天线匹配网络400可以调谐和衰减该天线结构，以便增强在GSM频段中的操作。

Description

用于移动电话的天线系统结构
背景技术
通常，助听器通过使用话筒来拾取空气中的声波并把声波转换成电信号而工作。然后，把信号按需要进行放大，并将其转换回可听见的声音让用户听到。然而，助听器话筒并不总是能协同类似移动电话手机的音频设备很好地工作。在音频设备与助听器之间进行的声学连接可能较差，且会造成声音中的失真。另外，在用户区域中的环境噪声常常被助听器拾取，并干扰想要的音频。
由于移动电话在使用时生成的散射EM场形式的射频(RF)干扰的潜在性，移动电话常常与许多助听器不可兼容。当移动电话与它的网络通信时，在移动电话天线周围存在电磁场。当移动电话在使用时，这个场发生脉动。正是这个脉动的能量可以被助听器的话筒或电话感应线圈(telecoil)电路拾取，并通过助听器被作为嗡嗡声(即，干扰)听见。
为了解决这种情形，美国联邦通信委员会(FCC)公布了助听器兼容性(HAC)规定，以使得在移动手机与助听器之间的干扰最小化。从2005年9月16日起，移动电话手机制造商要在其移动电话手机出售品中包括至少4或25％的满足或超过ANSI(美国国家标准协会)助听器兼容性(HAC)标准的出售品。
FCC在两个参数方面定义用于移动电话的HAC：射频(RF)发射(M级)和电话感应线圈耦合(T级)。遵从FCC助听器兼容性规定的移动电话必须接纳(receive)的最小等级是：对于RF发射的M3和对于电话感应线圈耦合的T3。FCC要求全国范围的电信公司提供一系列电话，其符合2005年9月开始的对于话筒(M)模式以及2006年9月开始的对于(T)电话感应线圈模式的HAC规定。
作为助听器兼容性(HAC)评估的一部分，对电磁场的近场分量进行测量。这些分量包括电场和磁场。表1和表2举例说明对于FCC HAC标准的电场和磁场M等级。
表1  对于HAC的M等级，以标准单位计
 
类别 电场发射限制(V/m) 磁场发射限制(A/m)
M1 149.6-266.1 0.45-0.8
M2 84.1-149.6 0.25-0.45
M3 47.3-84.1 0.15-0.25
M4 <47.3 <0.15
表2  对于HAC的M等级，转换成dB值
 
类别 电场发射限制(dBV/m) 磁场发射限制(dBA/m)
M1 43.5-48.5 -6.9--1.9
M2 38.5-43.5 -11.9--6.9
M3 33.5-38.5 -16.9--11.9
M4 <33.5 <-16.9
接纳助听器兼容性的M3或M4等级的手机已经满足或超过被联邦通信委员会采纳的ANSI助听器兼容性标准。M3等级表示移动电话满足ANSI标准。M4等级表示移动电话超过ANSI标准。假设电话仍旧有效地执行的话，M等级越高，移动电话具有的射频(RF)发射能级越低，且移动电话对于助听器设备具有的信号质量越高。
“T”等级是指移动电话的耦合能力，并且被打算供电话感应线圈模式中的助听器使用。“T”数字越高，你将越有可能能够在电话感应线圈模式中使用你的电话与你的助听器。FCC规定要求：不迟于2006年9月，制造蜂窝电话来供处于电话感应线圈设置上的助听器使用。然而，对本发明来说，仅仅针对HAC的M等级方面。
让一个电话是遵从HAC的，则它必须在美国的、用于移动电话的所有工作频段内是遵从的。这些包括850-MHz和1900-MHz频段。而且，移动电话在这些工作频段上最小必须以M3等级展现，这意味着来自数字无线移动电话的RF发射不超过：对于磁场(H-field)的-11.9dBA/m和对于电场(E-field)的38.6dB V/m。
按照本发明人的最好的了解，还没有任何同时在850-MHz和1900-MHz工作频段上满足M3等级的移动电话。
发明概要
按照本发明的一个实施例，有一种用于翻盖型移动电话的、在伸展位置的天线结构(antenna configuration)，其中该移动电话包括靠近移动电话上部翻盖部分的顶端的扬声器部件。该天线结构被设计成：把在翻盖型移动电话相对接近于有源助听器进行操作时会引起对于有源助听器的干扰的任何散射EM场效应减小到助听器兼容性(HAC)M3等级或更好。
该天线结构包括能够从翻盖型移动电话的下面部分伸展出来的半波型天线。当在伸展位置时，天线不与翻盖型移动电话的下面部分共享相同的垂直轴。而是，它形成一个倾斜角(α)，使天线伸展远离翻盖型移动电话的上面部分。与将天线沿着与翻盖型移动电话的下面部分相同的垂直轴伸展相比，这造成在扬声器与天线之间的更大的分隔距离。包括有天线馈电接触件(antenna feed contact)，用于把天线耦合到翻盖型移动电话内的RF部件。
该天线结构还可包括被耦合在天线馈电接触件与天线之间的天线匹配网络。该天线匹配网络用于把该天线结构调谐成在850MHz、900MHz、1800MHz、和1900MHz GSM频段工作。该天线匹配网络还可以根据它的分立元件的值衰减来自该天线结构的EM场的强度，以使得在850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz GSM频段工作的天线性能进一步最大化。
按照本发明的另一个实施例，有一种用于翻盖型移动电话的、在缩回(retracted)位置的天线结构，其中该移动电话包括靠近移动电话上部翻盖部分的顶端的扬声器部件。该天线结构被设计成：把在翻盖型移动电话相对接近于有源助听器进行操作时会引起对于有源助听器的干扰的任何散射EM场效应减小到助听器兼容性(HAC)M3等级或更好。该天线结构包括能够缩回到移动电话的下部翻盖部分中的半波型天线。在缩回位置中，天线馈电接触件不直接接触天线。天线经由在天线与天线馈电接触件之间达到的耦合效应被电容性馈电。天线接地接触件位于从天线底部末端向上的距离x处，并且当在缩回位置时接触天线。距离x根据天线结构的调谐要求被确定，以使得在850MHz GSM频段的效率最大化。
还可包括被耦合在天线馈电接触件与天线之间的天线匹配网络。该天线匹配网络用于把该天线结构调谐成在850MHz、900MHz、1800MHz、和1900MHz GSM频段工作。该天线匹配网络还可以根据它的分立元件的值衰减该天线结构，以使得在850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz GSM频段工作的天线性能进一步最大化。
附图简述
图1是典型的翻盖型或蛤壳型移动电话的例图，它显示了从移动电话发出的电磁(EM)场最成问题的近场扫描区域的轮廓。
图2是翻盖型或蛤壳型移动电话的现有技术的简化侧视图，其图示了在伸展位置的天线。
图3是翻盖型或蛤壳型移动电话的简化侧视图，其图示了按照本发明的实施例的在伸展位置的天线。
图4是供图2所图解的天线使用的天线匹配网络。
图5是图示当移动电话在工作时对于图2所示的天线的电压驻波比(VSWR)的曲线图。
图6是翻盖型或蛤壳型移动电话的现有技术的简化侧视图，其图示了在缩回位置的天线。
图7是翻盖型或蛤壳型移动电话的简化侧视图，其图示了按照本发明的实施例的在缩回位置的天线。
图8是图示当移动电话在工作时对于图7所示的天线的电压驻波比(VSWR)的曲线图。
实施本发明的方式
本发明公开了一种用于移动电话的天线系统或结构，其减小了散射的EM场对于助听器的影响。具体地，本发明被设计成满足美国联邦通信委员会(FCC)的RF发射的最小M3等级。
助听器设备中的噪声由移动电话发出的电磁(EM)场生成。这些EM场直接来自天线和来自由于在移动电话的PCB中流动的感应地电流而生成的场。在较低的850MHz频段，这个地电流可以较强，造成朝向助听器设备传播的较强的场。
图1是典型的翻盖型移动电话100的例图，它显示了上部翻盖中、在扬声器110周围且局部地包围移动电话的显示器120的近场扫描区域130的轮廓。这是最关心的区域，因为正是在这一点，带有助听器的用户将最接近EM散射效应。
图2是翻盖型或蛤壳型移动电话100的现有技术的简化侧视图，其图示了在伸展位置的天线140。该天线与天线馈电接触件150相耦合，以建立与移动电话100内的相关部件的电连接。在这个侧视图上也图示了扬声器110(或扬声器位置)。天线140被示出为处在天线的伸展位置中，该伸展位置处在与移动电话100的底部翻盖部分相同的垂直轴上。通过把天线140保持在与移动电话100的底部翻盖部分相同的垂直轴上，使得伸展和缩回天线的任务保持简单。然而，这种结构的问题在于，在天线与围绕扬声器110的近场扫描区域130之间的实际距离(d)被最小化。这是重要的，因为这个距离对于在近场扫描区域130中的EM场的强度有可感知的影响。该距离越小，在近场扫描区域130中的EM场的强度越大。
图3是翻盖型或蛤壳型移动电话的简化侧视图，其图示了按照本发明的实施例的在伸展位置的天线。图3类似于图2，只是天线140以一个不是在与移动电话100的底部翻盖部分相同的垂直轴上的角度向外伸展。天线140从移动电话100的底部翻盖部分向外伸展，这样，它与移动电话100的顶部翻盖部分形成一个倾斜角(α)，该倾斜角大于使天线以与移动电话100的底部翻盖部分相同的垂直轴伸展时形成的角度。图3上的倾斜角(α)造成在天线140与围绕扬声器110的近场扫描区域130之间的更大的间隔(D)。图3上的距离(D)大于图2上的距离(d)。
该倾斜角是本发明的、减小在近场扫描区域130中EM场的强度的一个方面。另一个方面牵涉到天线类型的选择。天线类型被选择为使得在印刷电路板(PCB)上流动的地电流最小化。半波天线呈现这样的性状。天线的这些类型包括半波单极天线和半波顶部加载的单极天线。
另外还包括天线匹配网络400，用于两个用途。第一个用途是把天线140调谐到感兴趣的频率。在这种情形下，天线140被设计成在全部四个GSM频段(850MHz，900MHz，1800MHz和1900MHz)工作。第二个用途是，如果不能使前面讨论的倾斜角(α)大得足以满足HAC要求，则使用天线匹配网络400来衰减输出功率。天线匹配网络400可被设计成当必要时进一步衰减输出功率，而不衰减在不需要衰减的工作频段上的功率。根据在图4的例子中给出的分立元件值，天线匹配网络400衰减850-MHz频段，而不衰减1800MHz和1900MHz。天线匹配网络400是相对较简单的电路，包括一端与天线140耦合的电感器420。第二电感器430一端被耦合(分路(shunt))到地而其另一端被耦合在第一电感器420与电容器440之间。该电容器还耦合到天线馈电接触件150。
图5图示对于如图3所示的、在伸展位置的天线140跨越感兴趣的GSM工作频段的电压驻波比(VSWR)值。结果是对于在伸展位置的天线140、使用蛤壳型电话样机、对于在移动电话100的顶部翻盖部分与天线140之间的37°倾斜角(α)测量的。天线140是半波顶部加载的单极天线，其由85mm长的直(straight)单极天线加载以9.5mm高、6mm直径和2.5mm间距间隔的螺旋部分组成。该天线匹配电路是属于具有图4所示的分立元件值的T型网络结构。
VSWR是显示对于移动电话的RF前端的天线阻抗匹配的品质因数。VSWR等于1是完美匹配且没有出现失配损耗。3或更小的VSWR通常是良好的VSWR值。按照图5上的曲线图，图3所示的天线结构在伸展位置能够在所有的四个GSM频段，850MHz，900MHz，1800MHz和1900MHz频段工作。
为了评估HAC性能，按照遵循由FCC概述的技术规范的测量过程对具有这里描述的天线结构的样机移动电话进行电磁场测量。为了显示该电话具有良好的辐射性能，还在自由空间环境下测量在所有GSM频段上的总的辐射功率(TRP)。
表3概述对于在伸展位置的天线的结果。表中对于HAC评估的值代表了顺应所要求的M3等级的、以dB计的容限值(margin value)。由于移动电话传导的功率对于850MHz和900MHz频段被定标在32dBm，以及对于1800MHz和1900MHz频段被定标在30.0dBm，所以天线总效率可被计算出来，如表3所示。
表3
 
伸展的天线位置 850MHz 900MHz 1800MHz 1900MHz
TRP(dBm) 28.7 27.3 24.8 25.3
天线总效率(dB) -3.3 -4.7 -5.2 -4.7
HAC M3顺应性容限(dB) 1.0 3.2
表3说明使用本发明的伸展的天线结构的蛤壳型或翻盖型移动电话在美国的所有工作频段上符合于按照M3等级的HAC要求，而同时仍旧保持良好的辐射性能。
图6是翻盖型或蛤壳型移动电话100的现有技术的简化侧视图，其图示了在缩回位置的天线140。天线140被缩回在移动电话100内，以使得其顶端与天线馈电接触件150接触，以及其底端与接地接触件160接触。
图7是翻盖型或蛤壳型移动电话100的简化侧视图，其图示了按照本发明的实施例的在缩回位置的天线140。图7类似于图6，只是当缩回时天线140在不同位置处接触接地接触件160。当天线140处在缩回位置时，天线140不直接接触天线馈电接触件150。在这种情形下，通过从天线馈电接触件150到天线140的耦合效应而达到馈电机制。另外，在缩回位置，位于离天线140底部末端某个距离x的、天线140的一部分直接接触地160。这允许天线有效地工作在850-MHz频段。如果当天线140处在缩回位置时没有象那样地去定位接地接触件160，移动电话100就不能在850-MHz频段很好地完成任务。
当在缩回位置中被使用时，这种结构可被使用来满足HAC M3要求。顶部加载的半波单极天线是在它的螺旋短截线(stub)的底部进行电容性馈电(非接触馈电)。类似在伸展位置的天线那样，匹配网络可被加到天线馈电端，以便在需要时调谐天线工作频率和/或衰减输出功率。本实施例的关键特性是天线在离它的底部末端的距离x处接地，这与天线在它的底部末端处接地相反。通过改变x，可以控制低频段中的频率调谐。而且，如图4中那样的匹配电路可被包括在接地的天线接触件160与地之间，用于更细的频率调谐。
图8图示对于如图7所示的、在缩回位置的天线140跨感兴趣的GSM工作频段的VSWR值。对于在缩回位置的天线140，结果是对于在离天线底部末端19mm处接触天线140的天线接地接触件160测量的。
正如在伸展情景下那样，天线140是半波顶部加载的单极天线，其由85mm长的直单极天线加载以9.5mm高、6mm直径和2.5mm间距间隔的螺旋部分组成。该天线匹配电路是属于具有图4所示的分立元件值的T型网络结构。
按照图8上的曲线图，图7所示的天线结构在缩回位置能够在所有的四个GSM频段850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz频段工作。
表4概述对于在缩回位置的天线的结果。表上对于HAC评估的值代表顺应所要求的M3等级的、以dB计的容限值。由于移动电话传导的功率对于850MHz和900MHz频段被定标在32dBm，以及对于1800MHz和1900MHz频段被定标在30.0dBm，所以天线的总效率可被计算出来，如表4所示。
表4
 
缩回的天线位置 850MHz 900MHz 1800MHz 1900MHz
TRP(dBm) 27.8 23.3 24.2 23.5
天线总效率(dB) -4.2 -8.7 -5.8 -6.5
HAC M3顺应性容限(dB) 4.1 7.6
表4说明使用本发明的缩回的天线结构的蛤壳型或翻盖型移动电话在美国的所有工作频段上符合按照M3等级的HAC要求，而同时仍旧保持良好的辐射性能。
这里使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例，而不打算用来限制本发明。正如这里使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”(“a”，“an”，和“the”)打算也包括复数形式，除非上下文另外明确地指明。还应明白，术语“包括”，当被使用于本说明书时，规定所记载的特征、整体、步骤、操作、单元和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、单元、部件和/或它们的群体的存在或添加。
虽然在这里已图解和描述了特定的实施例，但本领域技术人员会认识到，打算达到相同目的的任何安排可以替代所显示的特定实施例，以及本发明在其它环境下具有其它的应用。本申请打算覆盖本发明的任何改编或变例。以下的权利要求决不打算把本发明的范围限制于这里描述的特定实施例。

Claims (7)

1.一种用于翻盖型移动电话100的、在伸展位置的天线结构，该移动电话包括靠近移动电话上部翻盖部分的顶端的扬声器部件110，该天线结构被设计成：把在翻盖型移动电话100相对接近于有源助听器进行操作时能引起对于有源助听器的干扰的散射EM场效应减小到助听器兼容性(HAC)M3等级或更好，所述天线结构包括：
半波型天线140，能够从翻盖型移动电话的下面部分伸展出来，以使得当伸展时天线140不与翻盖型移动电话的下面部分共享相同的垂直轴，而是形成倾斜角(α)，使天线140伸展远离该翻盖型移动电话的上面部分，与使天线140沿着与翻盖型移动电话100的下面部分相同的垂直轴伸展相比，这造成在扬声器110与天线140之间的更大的分隔距离；以及
天线馈电接触件150，用于把天线140耦合到翻盖型移动电话100内的RF部件。
2.权利要求1的天线结构，还包括被耦合在天线馈电接触件150与天线140之间的天线匹配网络400，该天线匹配网络400用于将该天线结构调谐成在850MHz、900MHz、1800MHz、和1900MHz GSM频段工作。
3.权利要求2的天线结构，其中天线匹配网络400还根据它的分立元件的值衰减该天线结构，以使得在850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHzGSM频段工作的天线性能进一步最大化。
4.一种用于翻盖型移动电话100的、在缩回位置的天线结构，该移动电话包括靠近移动电话上部翻盖部分的顶端的扬声器部件110，该天线结构被设计成：把在翻盖型移动电话100相对接近于有源助听器进行操作时能引起对于有源助听器的干扰的散射EM场效应减小到助听器兼容性(HAC)M3等级或更好，所述天线结构包括：
半波型天线140，能缩回到移动电话的下部翻盖部分中；
天线馈电接触件150，不直接与处于缩回位置的天线140接触，其中天线140经由在天线140与天线馈电接触件150之间达到的耦合效应而被电容性馈电；以及
天线接地接触件160，定位于从天线140底部末端向上的距离x处，并且当在缩回位置时接触天线140。
5.权利要求4的天线结构，其中所述距离x根据天线结构的调谐要求被确定，以使得在850MHz GSM频段的效率最大化。
6.权利要求5的天线结构，还包括被耦合在天线馈电接触件150与天线140之间的天线匹配网络400，天线匹配网络400用于将该天线结构调谐成在850MHz、900MHz、1800MHz、和1900MHz GSM频段工作。
7.权利要求6的天线结构，其中天线匹配网络400还根据它的分立元件的值衰减该天线结构，以使得在850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHzGSM频段工作的天线性能进一步最大化。
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