CN101951269B - 具有定向波束天线的移动电话 - Google Patents

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Abstract

一种移动电话，包括：机身；和分开放置的第一对平行偶极天线，并且位于机身内，以便在操作期间使电磁能远离用户的头部聚集，其中，所述第一对偶极天线中的一个偶极天线被电耦合到机身内的电路板上的电路。

Description

具有定向波束天线的移动电话
本发明是以下发明专利申请的分案申请：申请号：200610007143.0，申请日：2006年2月5日，发明名称：具有定向波束天线的移动电话。
技术领域
本发明涉及移动电话，尤其涉及一种具有定向波束天线的移动电话。
背景技术
移动电话通常使用鞭状或螺旋状天线，它们具有半球状的覆盖方向图。利用半球状方向图，假设不存在阻碍物，对于不影响接收的小区地点，可以以方位角在任何地方定位移动电话。
传统移动电话的一个缺点是天线在任何角度相等地向用户头部辐射电磁能。天线设计必须得到严格的管理，以便符合专门的吸收率(SAR)规范，该规范限制了用户头部可以接收的电磁能的量。
另一个缺点是因为头部的阻碍而减少了用户头部方向上的增益。例如，一些移动电话使用诸如反F型的内部天线或者诸如补丁(patch)或寄生补丁状的微带设计，它们具有半球状方向图或者如图1中所示的偶极天线之类的方向图。
图1是说明了传统移动电话10的正视图，该移动电话10具有来自位于移动电话10内部的中心馈出(center-fed)的偶极天线14的电磁方向图12。偶极天线14长度为L/2，其中L是在偶极天线14操作时的频率处的一条电磁波的长度。
图2是说明了传统移动电话10的侧视图，该移动电话10具有来自偶极天线14的电磁方向图12。电磁方向图12包括零信号，但是为了将零信号与用户头部对准，在操作期间偶极天线14将必须被旋转90度。在移动电话通常使用的频率处，容纳这种可旋转偶极天线的移动电话将非常厚。
因此，需要一种具有定向波束天线的移动电话，该天线辅助满足SAR规范，减少朝向用户头部浪费的能量，并且增加其他方向上的能量。本发明解决了这种需要。
发明内容
本发明提供了一种包括机身和耦合到该机身的八木天线的移动电话。
根据本发明的一个方面，提供一种移动电话，包括：机身；和分开放置的第一对平行偶极天线，并且位于机身内，以便在操作期间使电磁能远离用户的头部聚集，其中，所述第一对偶极天线中的一个偶极天线被电耦合到机身内的电路板上的电路。
根据此处公开的方法和系统，本发明充分利用移动电话的三维尺寸来实现定向波束天线，例如八木(Yagi)天线，也称作Yagi或Yagi-Uda阵列。该八木天线包括在移动电话的机身内排列的两个或更多个平行的偶极天线，以便通过将每个偶极天线放置在离电话的正面(或背面)不同距离处来充分利用三维尺寸以远离用户导射能量。在正常使用期间，对于每个偶极天线选择适当的长度也有助于远离用户的头部导射能量。
附图说明
图1是说明了具有来自中心馈送的偶极天线的电磁方向图的传统移动电话的正视图。
图2是说明了具有来自中心馈送的偶极天线的电磁方向图的传统移动电话的侧视图。
图3是说明了两元件八木天线的图。
图4是说明了两元件八木天线的图。
图5是说明了三元件八木天线的图。
图6是说明了两元件八木天线的辐射方向图。
图7是说明了三元件八木天线的辐射方向图。
图8是说明了本发明一个实施例的移动电话的正视图。
图9是说明了本发明一个实施例的图8的移动电话的侧视图。
图10是说明了本发明一个实施例的移动电话的正视图。
图11是说明了本发明实施例的图10的移动电话的平面图。
图12是说明了本发明一个实施例的图10的移动电话的正视图。
图13是说明了利用图10的移动电话实现本发明的一个方法的流程图。
具体实施方式
本发明涉及移动电话，尤其涉及一种具有定向波束天线的移动电话。陈述下列描述使得本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且在专利应用及其需求的环境下提供下列描述。此处所描述的对优选实施例的各种修改和普遍原理及特征对本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明不限于所示的实施例，而是相应于与此处所描述的原理和特征一致的最宽范围。
图3是说明在两元件八木阵列(Yagi)300(或天线)或者堆叠的偶极天线或插槽的阵列中实现的本发明的一个实施例的图。Yagi 300包括有源元件(driven element)310和无源(或者寄生)元件、或者导向器320。有源元件310通常长度为近似L/2，其中L是Yagi 300试图接收的信号的波长。例如，利用850MHz的通信频率，L/2近似为3.1英寸，而在1900MHz处的L/2近似为1.4英寸。有源元件310可以是中心馈送的偶极天线，或者是中心馈送、半波偶极天线的等效物。有源元件310通常电耦合到移动电话中的电路。
导向器320的长度通常比有源元件310(*范围将有用*)的稍短。在一个实施例中，有源元件310和导向器320可以相距0.15L，并且多达大约0.5L(作为指导，而不是限制)。有源元件310辐射由导向器320导向或集中的信号。以箭头330的方向将能量从有源元件310导向该导向器320。
八木天线中的有源和无源元件可以是任何导电材料，例如，电线、圆柱体、和印迹(printed trace)，并且例如通过折叠偶极天线(每个元件可以是偶极天线)和/或使用电介质可以减小维数。代替或者除了八木天线，可以使用两个有源元件——每个具有近似为L/2的长度——作为堆叠的偶极天线。而且，在使用调谐、陷波和其他多波段技术的多波段操作中，可以使用Yagi。
图4是说明在两元件Yagi 400中实现的本发明另一实施例的图。Yagi 400包括有源元件410和无源元件、或者反射器420。有源元件410的长度通常近似为L/2，其中L是Yagi 400试图接收的信号的波长。有源元件410可以是中心馈送的偶极天线，或者是中心馈送、半波偶极天线的等效物。
反射器420的长度通常比有源元件410(*范围将有用*)的稍长。在一个实施例中，有源元件410和反射器420可以相距0.15L，并且多达大约0.5L(作为指导，而不是限制)。有源元件410辐射由反射器420反射的信号。将能量从反射器420反射回有源元件410，或者图4中朝向右的方向。
图5是说明在三元件Yagi 500中实现的本发明的一个实施例的图。Yagi500包括有源元件510和两个无源元件，即导向器520和反射器530。有源元件510的长度通常近似为L/2，其中L是Yagi 500试图接收的信号的波长。有源元件510可以是中心馈送的偶极天线，或者是中心馈送、半波偶极天线的等效物。
导向器520的长度通常比有源元件510(*范围将有用*)的稍短。在Yagi500中，在一个实施例中，有源元件510和导向器520可以相距0.13L，并且多达大约0.5L(作为指导，而不是限制)。有源元件510辐射由导向器520导向或集中的信号。
反射器530的长度通常比有源元件510(*范围将有用*)的稍长。在一个实施例中，有源元件510和反射器530可以相距0.1L，并且多达大约0.5L(作为指导，而不是限制)。有源元件510辐射由反射器530反射的信号。在箭头540的方向上，通过反射器530反射能量并且从有源元件510导向所述导向器520。Yagi的优点包括单向辐射和响应方向图，在辐射和响应上具有增益。
在另一个实施例中，Yagi可被配置有总共多于三个元件，例如有源元件和多个导向器，而没有反射器，或者甚至是其他配置。
图6是说明两元件八木天线的辐射方向图的图。方向图600沿着Yagi的0度轴集中并导向，或者朝向图3-5的右方向。两元件Yagi、例如图4或图5的Yagi 300或400具有比传统的全向天线(isotropic attenna)多5-6dBi的增益。
图7是说明三元件八木天线的辐射方向图的图。方向图700沿着Yagi的0度轴集中并导向，或者朝向图3-5中的右方向。作为比较，方向图710表示各向同性方向图，而方向图720表示偶极天线方向图。三元件Yagi、例如图5的Yagi 500具有比传统的各向同性天线多6-8dBi的增益。八木天线具有的导向器越多，正增益(forward gain)就越大。关于图6的方向图600和图7的方向图700，将能量从有源元件集中并导向所述导向器，或者远离反射器，或者两者皆可。通过在移动电话中放置有源元件以及一个或多个无源元件，可以远离用户的头部导射能量，这有助于SAR要求，并且改善来自某些角度的接收。
图8是说明本发明一个实施例的移动电话800的正视图。移动电话800的机身802容纳Yagi 805，该Yagi 805包括统称作810的元件810a和810b。在一个实施例中，假设元件810a是有源元件。元件810a的长度可以近似为L/2(未考虑用于减少偶极天线长度的技术和调谐)，元件810b作为无源元件，在这种情况下是导向器。Yagi 805可以位于机身802的内部。图3示出了可以将Yagi 805作为模型的有源元件/导向器配置的一个实施例。
在另一实施例中，假设元件810a是无源元件或者反射器。元件810b可以是长度近似为L/2的有源元件(未考虑用于减少偶极天线长度的技术和调谐)。图4示出了可以将图8的Yagi 805作为模型的有源元件/反射器配置的一个实施例。
在上述两个实施例中，来自Yagi 805的能量被向上导射出去，如箭头820所示。
图9是说明图8的移动电话中的本发明的实施例的侧视图。在该实施例中，元件810a接近于机身802的正面，或者接近于使用期间用户的头部900通常占据的区域。元件810b远离于移动电话800的机身802的正面，或者更接近于机身802的背面。在图9中，对于元件810仅示出了电线或棒的末端视图。
当元件810a作为有源元件和元件810b作为导向器，或者元件810a作为反射器和元件810b作为有源元件时，来自Yagi 805的能量沿着箭头910导射，这在操作期间远离于用户的头部900。元件810形成通过箭头910的线，这表示来自Yagi 805的辐射集中的方向，假设上面的导向器/反射器/有源元件结构。通过在机身802内倾斜Yagi 805，可以远离用户导射和聚集能量。一些能量仍朝着用户的头部900(参考图6和7)导射，但是能量的绝大部分远离用户的头部900被导射出去。例如，可以在电路板(未示出)上放置有源元件，而可以在机身802上的某处放置无源元件。Yagi 805的定位可以有许多变化。
图10是说明移动电话1000中的本发明的另一实施例的正视图。移动电话1000的机身1002容纳Yagi 1005(其可位于机身1002的内部)，该Yagi 1005包括统称作1010的元件1010a、1010b和1010c。如果元件1010a是有源元件，则元件1010a的长度可以近似为L/2(未考虑用于减少偶极天线长度的技术和调谐)，元件1010b稍微短些，而元件1010c稍微长些。在该实施例中，元件1010b是导向器，而元件1010c是反射器。图5示出了可以将Yagi 1005作为模型的有源元件/导向器/反射器配置的一个实施例。
在另一个实施例中，假设元件1010a和1010b是无源元件或者导向器。元件1010c可以是长度为近似L/2的有源元件(未考虑用于减少偶极天线长度的技术和调谐)。
在上面的两个实施例中，来自Yagi 1005的能量向左导射，如由箭头1020表示。而且，在上面的两个实施例中，元件1010c在处于向下或者缩回位置时可以充当Yagi 1005的一部分，或者在向上或者延伸位置时可以充当鞭状天线(参考图12)。
图11是说明图10的移动电话1000中的本发明的实施例的平面视图。在该实施例中，元件1010c更接近于机身1002的正面，或者更接近于在使用期间用户头部1100通常占据的区域。元件1010b还远离于移动电话1000的机身1002的正面，或者更接近于它的背面。元件1010a是在元件1010b与1010c之间。在图11中，对于元件1010仅示出了电线或棒的末端视图。
当元件1010a作为有源元件和元件1010b作为导向器并且元件1010c作为反射器，或者元件1010c作为有源元件以及元件1010a和1010b作为导向器时，来自Yagi 1005的能量沿着箭头1102被导射，这在操作期间远离于用户的头部1100。元件1010形成通过箭头1102的线，这表示来自Yagi 1005的辐射集中的方向，假设上面的导向器/反射器/有源元件结构。
通过在机身1002内倾斜Yagi 1005，可以远离用户导射和聚集能量。一些能量仍朝着用户的头部1100(参考图6和7)导射，但是能量的绝大部分远离用户的头部被导射出去。例如可以在电路板(未示出)上放置有源元件，而可以在机身1002上的某处放置无源元件。Yagi 1005的定位可以有许多变化。
图12是说明图10的移动电话1000中的本发明的一个实施例的正视图。从机身1002延伸元件1010c，并且机构(未示出)已经去激活(deactivate)Yagi且相反采用元件1010c作为鞭状天线，从而在鞭状天线被延伸时提供了鞭状天线的好处，并且在Yagi缩回时提供了Yagi的好处。除了八木天线以外(不具有重叠部分)，可以提供和使用单独的鞭状天线。
在另一实施例中，可以组合图8、9、10和11中的Yagi的配置，以便提供具有被正交极化的定向波束的两个天线。为了分集可以组合两个或更多元件八木天线。另外，在电路板或者机身的周围可以添加环路天线，以便提供空间和/或极化分集。
图13是说明利用图10的移动电话1000实现本发明的一种方法的流程图。在方块1300中，移动电话1000确定元件1010c(也是鞭状天线)是否被延伸(或者被缩回)。可以使用开关、杆、或者其他机构(未示出)。
如果元件1010c未被延伸，则在方块1310中，移动电话1000激活Yagi1005。
如果元件1010c被延伸，则在方块1320中，移动电话1000激活元件1010c作为鞭状天线。
当鞭状向下时，通过激活Yagi可以减少朝向用户头部的辐射，并且可以提高性能。
根据此处公开的方法和系统，本发明提供了一种具有定向波束天线的移动电话。已经根据所示的实施例描述了本发明，本领域技术人员将容易认识到可能存在对所述实施例的变化，并且任意变化将在本发明的精神和范围之内。而且，前面的附图不是按比例绘制的。因此，在没有背离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行许多修改。

Claims (4)

1.一种移动电话，包括：
机身；和
分开放置的第一对平行偶极天线，并且位于机身内，其中，所述第一对平行偶极天线被倾斜以便在操作期间使电磁能远离用户的头部聚集，其中，所述第一对平行偶极天线构成的平面垂直于所述机身的上表面或下表面且相对于所述机身的正面或背面的平面是倾斜的，其中，该第一对平行偶极天线包括耦合到机身的有源元件，其中，所述有源元件放置在机身内的电路板上并与其耦合，而无源元件放置在机身上并与其耦合；
附加天线，在处于向下或者缩回位置时充当偶极天线的一部分，或者在向上或者延伸位置时充当鞭状天线，
其中，所述第一对偶极天线中的一个偶极天线被电耦合到机身内的电路板上的电路。
2.如权利要求1所述的移动电话，所述第一对偶极天线中的一个偶极天线是金属涂料或金属线。
3.如权利要求1所述的移动电话，还包括：
分开放置的第二对平行偶极天线，并且位于机身内，以便在操作期间使电磁能远离用户的头部聚集，所述第二对偶极天线与第一对偶极天线正交，以便在操作期间获得正交极化的电磁场。
4.如权利要求1所述的移动电话，还包括：
与机身耦合的环形天线，以便在操作期间获得正交极化的电磁场。
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