CN103329350B - 天线装置 - Google Patents

Abstract

一种天线装置，其被配置为在用户身体处或其附近处使用，其中，该天线装置包括具有第一传导元件的天线结构，该天线结构被配置为使得在操作期间至少在第一传导元件中感应电流，当该天线装置被提供在意欲的操作位置时，第一传导元件在大体正交于用户身体的表面的方向上在波长的1/16和全波长之间的长度上延伸。提供了一种助听器系统，该助听器系统具有助听器和用于与助听器附件进行通信的如上所述的天线装置，其中，助听器附件中的至少一个包括根据上述天线装置的附件天线装置，并且被配置为被提供在用户身体处或很接近用户身体，并且被配置为与助听器天线装置进行通信。

Description

天线装置

本发明涉及天线领域，特别是涉及要在用户身体处或很接近用户身体使用的天线，诸如用于提供无线通信的天线。

使用被提供在用户和用户身体上、之中或很接近用户和用户身体的越来越多的电子装置。通常，例如，使用体域网（body area network）、无线体域网或可佩带的体域网来提供在这些电子装置之间的通信或从这些装置至在用户外部提供的装置的通信。正在开发体域网领域来例如允许便宜和连续的健康监测。该监测可以包括经由因特网进行医疗记录的实时更新，并且它可以允许例如通过下述方式来早期检测医疗状况：在人体内植入生物传感器以收集各种生理变化，以便监测病人的健康状态。而且，诸如在听力受损的人的耳中或耳后提供的助听器之类的在用户处、之中或很接近用户提供的任何其他电子装置可以与诸如助听器附件之类的在外部提供的电子装置进行通信。通常使用诸如蓝牙的无线标准来实现体域网。然而，使用蓝牙标准进行通信需要大量电源，该大量电源在小的生物传感器、助听器等中通常不可获得。

而且，已经提出了个域网（personal area network），该个域网通过电容耦合通过身体的皮安电流以用于在人体上或临近其提供的电子装置之间的通信而提供数字信息的交换。

然而，由于人体对电磁辐射的吸收，在从提供在用户处或很接近用户的电子装置传送信号期间，通常经历显著的损失。可以通过增大信号的功率来克服这一点，然而，这导致增大了功耗，这通常是不期望的。而且，对于在用户处或很接近用户放置的诸如可佩带电子装置之类的小电子装置而言，电源有限，并且增大的用于传递无线信号的功耗不是可行的解决方案。

本发明的一个目的是克服如上所述的缺点中的至少一些，并且另一个目的是提供一种特别用于很接近用户身体被操作的天线装置。

根据本发明，提供了一种被配置为在用户身体处或很接近用户身体使用的天线装置。天线装置包括具有传导元件的天线结构，并且天线结构可以被配置使得在操作期间至少在传导元件中感应电流。优选的是，当天线装置被提供在意欲的操作位置时，传导元件在大体正交于用户身体的表面的方向上在波长的1/16和全波长之间的长度上延伸。

据此，在操作期间由天线结构发射的电磁场可以具有大体正交于用户身体的表面的极化的电场，并且电磁场可以主要在沿着用户身体的表面的方向上传播。

大体正交于用户身体的表面的方向通常指的是当天线装置被提供在用户处或很接近用户的意欲的操作位置中时，在紧紧围绕天线装置的区域中大体正交于用户身体的表面的方向。可以设想在本公开中，术语用户身体涵盖包括肢体、躯干和头部的整个身体。

可以以适合于使用天线装置的任何方式来在用户处或很接近用户地提供天线装置，并且，天线装置可以因此被配置为由用户携带，并且天线装置可以被包含在可佩带电子装置中，或者它可以被提供为与可佩带电子装置连接。天线装置也可以被提供为“耳挂”装置，它可以被配置为被携带在臂带或用于围绕任何其他适当的身体部分而放置的带中。可以使用粘合剂将天线装置提供在用户身体上或利用外科手术将其包含在身体内。天线装置还可以被提供在项链、手镯、腕表或发夹等中或被提供为项链或手镯的垂饰。

提供这样的天线装置的一个优点是，可以获得在用户处或很接近用户提供的电子装置或可佩带电子装置中间或在如上所述并且在用户处或很接近用户提供的电子装置和身体外部收发器或身体外部电子装置之间的互连，电子装置例如是像连续血糖传感器的身体传感器，诸如心脏装置的医疗装置等，可佩戴电子装置例如像助听器，诸如体域网，诸如像体域网BAN，或者无线体域网或诸如可佩戴无线体域网的WBAN。身体外部收发器或身体外部电子装置可以是处理单元，并且可以被配置为处理提供用户的输出的所接收的信号，或者它可以经由因特网或在多个计算机或处理单元之间的任何其他内联或互连、或者连续地或在来自用户、运营商、提供者或系统产生的触发器的请求时连接到运营商、警告服务、健康护理提供者、医生网络等。另一个优点是天线装置可以在用户身体处或很接近用户提供的一个或多个电子装置之间提供互连。通过在天线装置中提供另外的天线，天线装置可以直接地连接到外部电子装置，或经由中间的天线装置，天线装置可以连接到外部电子装置。

可以单独地提供天线装置，或者天线装置可以形成被配置为在用户中、之处或很接近用户操作的电子装置的一部分。优选的是，天线结构包括谐振天线结构。

传导元件可以优选地被构造使得在天线结构的激励时，当在用户身上或之处在其操作位置中提供天线装置时，电流在大体正交于用户身体的方向上至少在传导元件中流动。

据此，在激励时，由天线发射的诸如60%、诸如80%的电磁场的主要部分可以沿着用户身体的表面传播，并且其电场大体正交于用户的身体的表面。即大体在电子装置的位置处正交于用户的身体的表面。当电磁场沿着用户身体的表面衍射时，由于与身体表面的交互而导致的损失被最小化。据此，可以获得由在用户身上或很接近用户提供的第二电子装置或由外部电子装置对于电磁辐射的显著改善的接收。

由于电磁场可以在与用户身体的表面的最小交互的情况下沿着用户身体的表面衍射，所以沿着用户身体的表面的电磁场的强度显著改善。因此，可以增强与在如上所述的其他电子装置中提供的其他天线和/或收发器的交互。

天线结构的传导元件可以被连接到收发器，并且被配置使得传导元件在电磁场的期望传输频率处传导大幅度的电流。据此，传导元件可以贡献由天线发射并且从天线向另一个电子装置传播的电磁场的功率的主要部分。可以将传导元件的长度确定为在传导元件中的电流路径的长度。传导元件的长度可以在1/16波长和全波长之间，诸如在1/16和3/4波长之间，诸如在1/16和5/8波长之间，诸如在1/16和1/4波长之间，诸如在1/16和1/2波长之间，诸如在1/16和3/8波长之间，诸如在1/16和1/8波长之间。可以设想，对于一些实施例，可以有益的是，使用作为1/8波长的在长度上的下限。在一个特殊优选的实施例中，传导元件的长度在1/16波长和1/8波长之间。基于包括任何尺寸限制和电磁场的强度的多个标准来选择最佳长度。

传导元件可以是第一线性元件，诸如像杆状元件，其可以被定位为使得传导元件的纵向方向垂直于或大体垂直于与天线装置的意欲操作位置接近的用户的身体的表面。

第一传导元件可以形成用于天线结构的接地平面和/或反射平面，因此，第一传导元件可以提供用于天线结构的公共接地电势。

在线性天线中流动的电流沿着天线的长度来形成驻波；并且为了正确的操作，通常在或大体在谐振频率下操作线性天线，在该谐振频率下，线性天线的长度等于所发射的电磁场的1/4波长或其任何倍数。因此，包括第一传导元件的天线结构可以具有所发射的电磁场的1/4波长或其任何倍数的长度。

被放置使得电流在传导元件中在正交于或大体正交于用户身体的方向上流动的传导元件的配置使得天线由于所发射的电磁场的有益特征而适合于在位于身体的不同位置处的装置之间的无线通信，如下进一步解释。

一个优点是，在操作期间，天线结构的传导元件贡献沿着用户身体的表面行进的电磁场，由此提供健壮并且具有低损耗的无线数据通信。

由于诸如与其上被提供了天线装置的任何身体部分正交的、与用户身体正交的电流分量，可以更有效地激励电磁场的表面波。

天线结构可以发射用于沿着用户的身体的表面的衍射的大体TM极化的电磁场，即，关于用户身体的表面的TM极化的电磁场。

天线结构可以不或可以基本上不在传导元件中的电流路径的方向上发射电磁场，并且因此，当天线装置位于用户身体处的其操作位置时，天线结构不或基本上不在正交于用户身体的表面的方向上发射电磁场；而是，当天线装置在使用期间位于其操作位置时，天线结构发射在平行于用户身体的表面的方向上传播的电磁场，由此，所发射的电磁场的电场具有至少沿着在操作期间天线装置所位于的身体的一侧的、正交于或大体正交于用户身体的表面的方向。以这种方式，与平行于用户身体的表面的电场分量的电磁场的传播损失相比较，可以减少在身体组织中的传播损失。围绕各个身体部分的衍射使得由天线结构发射的电磁场从一个电子装置向位于或很接近不同的身体部分处的另一个电子装置或向外部提供的电子装置传播。

当提供被配置为在操作期间接近用户身体被佩带的天线元件时，天线装置的尺寸是重要的参数。通常，已经响应于由电子装置的形状和小的尺寸施加的限制确定了在可佩戴电子装置中的天线元件的电流路径的定向。

天线装置可以被配置为在任何频率下操作。优选的是，天线装置被配置为在至少1GHz的频率处的操作，诸如在1.5GHz和3GHz之间的频率处，诸如在2.4GHz的频率处。

天线装置可以优选地被容纳在外壳内，优选地使得天线结构被放置在该外壳内，而不突出到该外壳之外。

在本发明的一个实施例中，传导元件可以形成有源馈送天线结构的第一部分，并且该有源馈送天线结构可以进一步包括第二部分。

提供具有第一和第二部分的天线结构的一个优点是，通常，线性天线可以具有具有接近天线的根或激励点的最大幅度的电流。因此，接近天线的激励点的天线的部分一般显著地贡献从天线结构发射的电磁信号。因此，在具有形成天线结构的第一线性部分且具有正交于用户身体的表面的纵向方向的第一传导元件的情况下，当位于在用户身体处的其期望的操作位置中时，天线的剩余部分的定向不太重要，以便获得主要在沿着用户身体的表面的方向上传播的电磁场。

优选的是，提供用于天线结构的第二和/或其他部分，以获得用于在期望的射频处的正确的操作的优选长度，例如，等于或大体等于电磁场的1/4波长或其任何倍数的长度。

第二部分可以正交于第一部分，或者，第二部分可以包括曲折天线元件或天线缩短部件，以提供具有预定的整体长度的天线结构，因此，例如，第一部分和第二和/或其他部分的组合长度可以是波长的1/4或其整数倍。

因此，第一传导元件可以与天线结构的第二部分或可能其他部分互连，以便获得适合于发射电磁场的期望波长的天线的组合长度。

可以通过将天线与电子部件互连来减小天线结构的整体物理长度，该电子部件即所谓的天线缩短部件，其具有修改天线的驻波模式的阻抗，由此改变其有效长度。例如，可以通过将天线与电感器串联或与电容器并联来缩短天线的所需物理长度。

因此，天线可以以下述方式具有位于外壳中的诸如所发射波长的1/16之类的相对短的长度的单个线性部分：当天线装置被提供在用户身体处的其意欲操作位置时，其纵向方向正交于用户身体。优选的是，天线结构形成单极天线。

在本发明的另一个实施例中，提供了一种天线装置，其中，天线结构包括寄生天线元件。可以相对于传导元件配置该寄生天线元件，使得当在意欲的操作位置提供天线装置时，在正交于用户身体的方向上在传导元件中引出电流。

天线结构可以进一步包括第一天线元件，并且优选的是，分隔预定距离地提供所述第一天线元件和寄生天线元件，并且，可以配置传导元件以互连第一天线元件和寄生天线元件。优选的是，在第一侧和第二侧之间的预定距离可以在波长的1/16和全波长之间。

例如，第一天线元件可以例如是与用户身体的表面平行地延伸的纵向天线元件。

在一个实施例中，可以沿着外壳的第一侧提供第一天线元件，并且可以沿着外壳的第二侧提供寄生天线。外壳的第一侧和外壳的第二侧可以是相对的侧，并且相对的第一和第二侧可以大体平行。在第一侧和第二侧之间的距离可以在波长的1/16和全波长之间。

第一天线元件可以是具有激励点的有源馈送天线元件。寄生天线元件可以在第一位置被连接到传导元件，该第一位置形成寄生天线元件的激励点。第一天线元件和寄生天线元件可以被配置使得沿着传导元件与第一位置大体相对地提供第一天线的激励点。可以设想，电流可以从第一天线激励点向传导元件的激励点流动，并且，这个电流可以在与正交于用户身体的表面的方向不同的方向上流动。优选的是，与在传导元件中的电流相比较，可忽略该电流。可以通过下述方式来最小化在这个不同方向上流动的电流：在仍然提供用于第一天线元件的足够强的激励的同时，最小化在第一天线的激励点和传导元件的激励点之间的距离。

寄生天线元件和传导元件的组合长度可以等于波长的1/4或其任何倍数或奇数倍数。传导元件的长度可以被确定为传导元件的有效长度，诸如在第一天线元件激励点和寄生天线元件（即，第一位置）之间沿着传导元件的最短长度，诸如在第一天线的激励点和第一位置之间的最短电流路径。

形成第一天线元件和寄生天线元件之间的电连接的传导元件可以是任何传导材料，诸如印刷电路板。

寄生天线元件的形状可以不是关键的，并且，寄生天线元件可以形成贴片几何形状、杆几何形状、单极几何形状、曲折线几何形状等或任何其组合。

优选的是，包括传导元件和寄生天线元件的天线结构的电流被配置为使得该电流在传导元件处具有最大电流幅度。

在一个实施例中，第一天线元件可以激励传导元件的至少一部分，并且由此也激励具有到传导元件的至少一个电连接的寄生天线元件。由此，即使传导元件不包括天线，而是构成用于寄生天线元件的接地平面，也将在传导元件中感应电流。因此，传导元件可以形成用于天线结构的接地平面，其中，在第一天线元件的激励时在传导元件中感应的电流可以流动。

接地平面因此引导由第一天线元件感应的电流。在本发明的一个优选实施例中，用于寄生天线元件的激励点与用于第一天线元件的激励点相对。

在一个优选实施例中，沿着大体正交于用户身体的轴分隔一定距离地提供第一天线元件激励点和寄生天线元件激励点，该距离优选地在波长的1/16和全波长之间，诸如在波长的1/16和3/4之间，诸如在波长的1/16和5/8之间，诸如在波长的1/16和1/2之间，诸如在波长的1/16和3/8之间，诸如在波长的1/16和1/8之间。可以设想，对于一些实施例，可以有利的是，使用波长的1/8的长度作为下限。在一个特殊优选实施例中，传导元件的长度在波长的1/16和波长的1/8之间。基于包括任何尺寸限制和电磁场的强度的多个标准来选择最佳长度。

在激励时，所感应的电流将在正交于其中提供了天线装置的点或区域中的用户身体的表面的方向上在传导元件中从大约第一天线元件激励点向寄生天线元件激励点流动，并且，该电流将激励寄生天线元件。因此，例如对于耳后的助听器，具有在用户头部后沿着助听器的一侧提供的第一天线，和经由传导元件与第一天线互连的沿着助听器的相对侧提供的寄生天线元件，在传导元件中感应的电流主要与用户的耳部至耳部轴平行地流动。

寄生天线元件激励点通常被提供在天线元件的接地平面处，使得在激励第一天线元件时，当天线装置被用户佩带在其意欲的操作位置中时，电流在大体正交于用户身体的表面的方向在传导元件中上流动。可以设想，也可以沿着相对于用户身体的表面形成非直角的轴但是关于天线装置的效率折中地提供第一天线元件激励点和寄生天线元件激励点。在一个优选实施例中，接地平面可以是连接到第一天线元件和寄生天线元件的印刷电路板。在该情况下，可以在印刷电路板处提供第一天线元件激励点和寄生天线元件激励点两者。地电势平面可以因此是印刷电路板，但是，可以以能够在天线元件的激励时传导电流的任何材料来形成地电势平面。也可以将接地平面形成为用于引导电流的例如铜的单个传导路径。

传导元件的长度被定义为从主要天线元件激励点到寄生天线元件激励点的电流路径的长度。

提供寄生元件的优点是：与其中未提供寄生天线元件的天线系统相比较，可以显著地增大用于天线系统的带宽。可以将带宽改善因子2，使得与仅具有第一天线元件和第一传导元件的天线系统相比较，带宽加倍。在一个优选实施例中，寄生天线元件是第一天线元件的镜像画面，或者，寄生天线元件和第一天线元件可以形成对称天线结构，例如，使得第一天线元件形成曲折的天线结构，并且寄生天线元件形成对应的曲折天线结构，寄生天线元件和第一天线元件也可以形成相同的天线结构。

一个优点是，寄生天线元件有助于进一步激励诸如沿着传导元件的沿着接地平面的短维度流动的电流，以由此进一步激励电磁辐射的表面波。

在其中传导元件具有足够长度、并且在由电流形成的驻波的最大值处及其接近处传导相对于在天线结构中流动的总的电流的高电流的一个实施例中，所述传导元件显著地贡献从整体天线结构发射的电磁场。由此，使得寄生天线元件的定向不太重要或不重要，因为这些其他元件不显著地贡献从天线发射的电磁场。

通常，当在外壳中提供天线元件，诸如在用于医疗装置的外壳中提供的天线元件，诸如在用于助听器的外壳中提供天线元件时，通过外壳的形状来确定在外壳中的天线元件和其他部件的期望定位和形状。

例如，当天线装置被佩带在其位于用户的期望位置处的操作位置中时，如在此的一个实施例中描述的天线结构的第二部分和/或如在另一个实施例中描述的寄生天线元件的第二或可能的其他部分两者可以被放置使得电流在与用户身体的表面平行的方向上在所述部分中流动。寄生天线元件优选地具有与寄生天线元件连接点相对的自由端，即，与通常也是寄生天线元件的激励点的第一位置相对的自由端。

天线装置可以进一步包括寄生天线元件，以便获得所发射的电磁场的期望的方向图和可能的期望极化。

因此，可以响应于由包含天线装置的电子装置的形状和小的尺寸和在外壳中的其他部件的期望的定位和形状所施加的限制来确定寄生天线元件的电流路径的定向。例如，寄生天线元件的第二和可能的其他部分可以被放置使得当在用户耳部处的诸如用于助听器的其意欲操作位置佩带或放置天线装置时，电流在平行于用户身体的表面的方向上在所述部分中流动。

天线装置可以包括另外的寄生天线元件，以便获得所发射的电磁场的期望方向图和可能的期望极化。

传导元件可以具有激励点，使得可以从在被有源地激励的助听器中的电子电路馈送传导元件，或者替换地，可以无源地激励传导元件。传导元件和第一天线元件可以具有公共的激励/馈送点。通常，天线元件的激励点是连接到诸如零电势或相对接地电势之类的地电势的点。可以在诸如矩形接地平面的纵向侧之类的接地平面的纵向侧处或很接近其地馈送第一天线，这继而可以使得电流主要沿着接地平面的最短维度、正交于用户身体的一侧或正交于天线装置所附接到的身体部分来流动。

可以通过诸如助听器的形状的之类其中要包含天线装置的电子装置的形状来确定第一天线元件和传导元件和可能一个或多个寄生天线元件的具体定位。

例如，耳后的助听器外壳通常容纳第一天线元件，该第一天线元件被放置使得它们的纵向方向与在助听器的一侧上香蕉形状的耳后助听器外壳的纵向方向平行，而耳内助听器通常已经被提供有位于助听器的面板上的贴片天线。

在本发明的一个实施例中，外壳是耳后外壳，耳后外壳被配置为在使用期间被放置在用户耳部之后，并且在助听器组件的第一纵向侧上提供第一天线元件，并且，在助听器组件的第二纵向侧上提供寄生天线元件。可以经由诸如被提供为诸如包括天线等的支撑元件的印刷电路板的传导元件之类的传导元件来连接第一天线元件和寄生天线元件，并且/或者，传导元件可以构成用于天线元件的接地平面。

包括寄生天线元件、第一部分和主要天线元件的助听器天线可以被配置为操作在ISM频带中。优选的是，天线被配置为操作在至少1GHz的频率处，诸如，在1.5GHz和3GHz之间的频率处，诸如在频率2.4GHz处。

在本发明的另一个方面中，可以提供一种助听器系统，该助听器系统包括助听器和根据上述的天线装置中的任何一个的天线装置。

助听器系统可以进一步包括一个或多个助听器附件，其中，助听器附件中的至少一个包括根据上述天线装置的任何一个的附件天线装置。至少一个助听器附件可以被配置为被提供在用户身体处或很接近用户身体，并且被配置为与助听器天线装置进行通信。至少一个助听器附件可以例如是遥控器，并且可以诸如以腕表或腕带的形式的可佩戴电子装置的形式来提供遥控器和附件天线装置。

可佩戴电子装置可以进一步包括外部天线，外部天线被配置为与一个或多个外部电子装置进行通信，一个或多个外部电子装置例如是其他助听器附件、助听器配置软件、测试软件等。

在助听器系统的一个实施例中，可以经由可佩戴电子装置来执行在诸如助听器附件的一个或多个外部电子装置和助听器之间的通信。

在本发明的另一个方面中，提供了一种助听器，该助听器包括助听器天线，该助听器天线被配置为与根据上述天线装置中的任何一种的天线装置进行通信。当在意欲的操作位置佩带助听器时，助听器天线可以具有与用户的耳部至耳部轴平行的传导元件。传导元件可以因此从头部的表面向外突出。优选的是，传导元件在波长的1/16和波长的1/4之间。

助听器和助听器天线可以被提供在外壳内，优选地使得在外壳内包含天线结构，并且天线结构不向外壳外部突出。

助听器天线装置可以被配置为用于操作在ISM频带中，并且优选的是，助听器天线被配置为操作在至少1GHz的频率处，诸如在1.5GHz和3GHz之间的频率处，诸如在以2.4GHz为中心的频带中。

在本发明的另一个方面中，提供了一种电子装置，该电子装置包括被配置为用于与如上所述的天线装置进行通信的天线。当被提供于在用户身体之处或其附近处的操作位置中时，天线可以具有与用户身体的表面正交的传导元件，天线是波长的1/4，其中，传导元件构成波长的至少1/16。

可以设想，如果适用，则与本发明的一个实施例相关地描述的特征和要素可以等同地应用到其他实施例。

通过参考附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上面和其他特征和优点将变得对于本领域内的普通技术人员更显而易见，在附图中：

附图说明

图1示出根据本发明的一个实施例的天线装置，

图2示出被配置为与位于人体处的天线装置进行通信的助听器，

图3示出具有被配置为与另一个天线装置进行通信的天线装置的助听器，

图4示出根据本发明的另一个实施例的天线装置，

图5示出现有技术的天线的电流分布，

图6示出根据本发明的天线设计的电流分布，

图7示出被配置为与助听器进行通信的在图4中所示的天线装置，

图8示出根据本发明的另一种天线装置，

图9示出在用户肩部放置的医疗装置，该医疗装置与在腕表中提供的天线装置进行通信，

图10示出根据天线长度的、分别对于正交和平行天线的、从在头部的一侧上的助听器到在头部的另一侧上的助听器的耦合效率。

具体实施方式

以下将参考附图更全面地描述本发明，在附图中，示出本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以不同的形式被实施，并且不应当被解释为限于在此给出的实施例。而是，这些实施例被提供使得本公开是彻底和完整的，并且将向本领域内的技术人员全面地传送本发明的范围。

下面，平行天线或天线的平行部分分别指在使用期间在用户身体处佩带的装置中并且主要在平行于在天线的位置处的身体的表面的方向上传导电流的天线或天线的一部分，正交天线或天线的正交部分分别指在使用期间在用户身体处佩带的装置中的并且至少在天线的一部分中在正交于天线的位置处的身体的表面的方向上传导电流的天线或天线的一部分。

例如，在使用期间在用户的耳部佩带的装置中的平行天线或天线的平行部分主要在用户耳部处平行于头部表面、或换句话说垂直于用户的耳部至耳部轴的方向上传导电流，并且，正交天线或天线的正交部分分别指在使用期间在用户耳部处佩带的装置中的并且至少在天线的一部分中在正交于用户耳部处的头部的表面、或者换句话说平行于用户的耳部至耳部轴的方向上传导电流的天线或天线的一部分。

通常，通过在天线的远场中的水平和竖直平面中的辐射功率的极坐标图来图示天线的辐射图案。所绘制的变量可以是场强、每单位立体角的功率，或定向增益。峰值辐射出现在最大增益的方向上。

在图2中，与普通矩形三维坐标系一起示出用户的模型，该普通矩形三维坐标系具有x、y和z轴，用于限定相对于用户身体的定向。

用户身体的表面的每个点具有法向量和切向量。法向量正交于用户身体的表面，而切向量平行于用户身体的表面。沿着用户身体表面延伸的元件被称为平行于用户身体的表面，而从用户身体表面上的点且从用户身体径向地向外延伸到周围的空间内的物体被称为正交于头部。

图2的用户身体模型直立在地（在该图中未示出）上，并且接地平面平行于xy平面。从用户头至脚的躯干轴因此平行于z轴，而用户的鼻子沿着y轴指向纸张之外。

通过右耳道和左耳道的轴平行于在附图中的x轴。该耳部至耳部轴（耳轴）因此在它离开头部的表面的点处正交于头部的表面。当描述本发明的元件的具体配置时，耳部至耳部轴以及用户身体或头部的表面在下文中被用作参考。

考虑要被放置在用户耳部的装置，诸如助听器，通常，由于耳部的耳廓主要位于平行于在大多数测试人员上的头部的表面的平面中，所以经常描述的是，耳部至耳部轴也充当耳部的法线。即使人与人之间将存在关于耳廓的平面被如何定位的变化。

当考虑涉及障碍物的通信时，特定波长并且因此所发射的电磁场的频率很重要。在本发明中，障碍物是用户身体，诸如具有包括天线的助听器的头部，该助听器被接近头部的表面放置。如果波长太长，诸如1GHz的频率和低到更低的频率，则用户身体的更大部分将位于近场区域中。这导致不同的衍射，使得电磁场更难以围绕用户身体或沿着用户身体行进。另一方面，如果波长太短，则用户身体将看起来是太大的障碍物，这也使得电磁波难以围绕用户身体或沿着用户身体行进。通常，在大于1GHz的频率处执行通信，该频率例如是在1.5GHz和3GHz之间的频率，优选的是，选择具有以2.4GHz为中心的期望频率的用于工业、科学和医疗装置的频带。

在图1中，示出根据本发明的一个实施例的天线装置。该天线装置1具有其中提供了天线结构的外壳2。该天线结构具有传导元件5，该传导元件5大体正交于支撑构件7。该支撑构件7被配置为被提供在用户身体处，使得当将天线装置被提供在其意欲的操作位置时，传导元件5大体正交于用户身体。

通常，诸如杆状天线的谐振天线需要具有近似等于在用于天线的期望射频处发射的电磁场的波长的1/4的长度。

常规地，正交杆状天线太长以至于不能容纳在天线装置外壳内，该天线装置外壳被配置为提供在用户身体处或很接近用户身体，该天线装置外壳例如是助听器外壳，并且没有从外壳突出的部分。

令人惊讶地发现了，仅天线结构的一部分需要被提供为正交于身体表面，并且形成天线结构的第一部分的传导元件5优选地至少是波长的1/16。第二天线元件8可以形成天线结构的第二部分，并且可以是另一个传导元件8。可以设想，如果第一部分显著地贡献所发射的电磁场的部分，天线结构的第二部分可以具有一个或多个弯曲部分而不使得其性能显著劣化。

在作为印刷电路板的支撑结构7上提供了天线结构5、8。在本实施例中，支撑结构7也形成用于天线的接地平面。天线5、8经由传输线6被连接到中央处理单元4。传输线6馈送天线结构5、8。中央处理单元可以包括收发器，并且可以被提供在相同或单独的印刷电路板3上。

在图2中，示意地示出了用户身体9。用户在每一个耳部处佩带助听器10、11。助听器10、11与在用户的胸部处提供的天线装置1进行通信。天线装置可以经由连接12与位于用户右耳之后的助听器10进行通信，并且经由连接13与在用户左耳后的助听器11进行通信。可以设想，助听器10、11也包括根据本发明的天线装置，并且助听器10、11还可以彼此无线地进行通信。

图3示出本发明的另一种使用，其中，包括如图1中详细所示的天线装置1的助听器10经由连接13与在用户胸部上提供的天线装置1进行通信，并且也可能与在用户身体9外部提供的外部电子装置15进行通信。在用户胸部上提供的天线装置1可以进一步包括电子装置，诸如用于控制助听器参数的电子装置。

图4示出根据本发明的天线装置21的另一个实施例。在外壳22中提供了该天线装置。第一天线元件25是从支撑结构23抬高地提供的杆状天线元件。当将天线装置提供在其意欲的操作位置时，意欲沿着用户身体提供支撑结构。支撑结构23是印刷电路板，并且传输线26将第一天线元件25连接到中央处理单元24。在正交于天线装置21的意欲操作位置的方向上与第一天线元件25相对地提供寄生天线元件。提供了传导元件27，其互连第一天线元件25和寄生天线元件28。在激励第一天线元件25时，电流将在传导元件27中流动，并且经由传输线29激励寄生天线元件28。由于沿着传导元件27大体从寄生天线元件的激励点31通过地提供了第一天线元件25的激励点30，所以当在用户身体9处的意欲操作位置中提供天线装置21时，在传导元件27中流动的电流具有大体正交于支撑结构23并且因此正交于用户身体9的方向。

在图5中，示出了在其中未提供寄生天线元件的现有技术实施例的传导元件27中的电流分布，以用于比较。可以看出，电流强度在紧紧围绕天线元件激励点处最大。在图6中，在存在寄生天线元件28的情况下示出用于天线元件27的电流分布。可以看出，电流从第一天线元件激励点30朝向寄生天线元件激励点31流过传导元件27。可以设想，在第一天线元件激励点30和传导元件27的边缘34之间的距离被保持得尽可能小，同时保证用于第一天线元件27的有效激励。

图7示出在图4中提供的天线装置的使用，其中，助听器10经由无线连接35与在用户身体9的胸部上提供的天线装置21进行通信。

在图8中，示出根据本发明的另一个实施例的天线装置36。在这个实施例中，传导元件37被提供为用于引导电流的例如铜的单个传导路径。另外的元件对应于关于图4描述的元件。

在图9中，示出本发明的另一个实施例，其中，在诸如生物传感器或用于测量血糖含量的装置的医疗装置中，包括根据在此所述的实施例中的任何一个的天线装置1、21、36。在用户身体9的表面上提供装置1、21、36，并且装置1、21、36与诸如以腕表形式的接收装置之类的接收装置17无线地进行通信18，用于向用户输出诸如血糖值的医疗装置测量值。

在图10中，根据物理天线长度来比较平行单极杆状天线和正交单极杆状天线关于在人的头部周围的路径损失的总的效率。通过使用串行电感来将天线的谐振频率保持得相同。应当注意，甚至最短的正交天线在头部的相对侧处建立电磁场方面也比最长的平行天线更有效。

Claims (28)

1.一种被配置为在用户身体处或其附近处使用的天线装置，所述天线装置包括：

具有单个第一传导元件和连接到所述第一传导元件的第二天线元件的天线结构，并且所述第二天线元件具有自由端，其中，所述天线结构被配置为使得在操作期间至少在所述第一传导元件中感应电流，当所述天线装置被提供在意欲的操作位置时，所述第一传导元件在大体正交于用户身体的表面的方向上在波长的1/16和波长的1/8之间的长度上延伸。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，在操作期间由所述天线结构发射的电磁场具有大体正交于所述用户身体的表面的极化的电场，并且所述电磁场主要在沿着所述用户的表面的方向上传播。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述第一传导元件形成用于所述天线结构的接地平面和/或反射平面。

4.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述天线结构的长度是波长的1/4。

5.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，天线在至少1GHz的频率处操作。

6.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述天线装置被容纳在外壳内。

7.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述第一传导元件形成有源馈送天线结构的第一部分，并且其中，所述有源馈送天线结构进一步包括第二部分。

8.根据权利要求7所述的天线装置，其中，所述第二部分正交于所述第一部分。

9.根据权利要求7或8所述的天线装置，其中，所述第二部分包括曲折天线元件或天线缩短部件。

10.根据权利要求7或8所述的天线装置，其中，所述第一部分和所述第二部分的长度是波长的1/4。

11.根据权利要求7或8所述的天线装置，其中，所述天线结构形成单极天线。

12.根据权利要求6所述的天线装置，其中，所述天线结构包括沿着所述外壳的第一侧提供的第一天线元件和沿着所述外壳的第二侧提供的寄生天线元件，所述第一传导元件被配置为互连所述第一天线元件和所述寄生天线元件。

13.根据权利要求12所述的天线装置，其中，所述外壳的所述第一侧和所述外壳的所述第二侧是相对的侧，并且其中，在所述第一侧和所述第二侧之间的距离在波长的1/16和全波长之间。

14.根据权利要求12-13中的任何一项所述的天线装置，其中，所述传导元件是印刷电路板。

15.根据权利要求12或13所述的天线装置，其中，所述寄生天线元件在第一位置被连接到所述传导元件，并且其中，所述第一天线元件是有源馈送天线元件，所述有源馈送天线元件具有沿着所述传导元件与所述第一位置大体相对的激励点。

16.根据权利要求12或13所述的天线装置，其中，所述传导元件的有效长度和所述寄生天线元件的组合长度是波长的1/4。

17.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述天线装置被配置为用于与位于用户处或其附近处的电子装置进行通信。

18.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述天线装置被配置为与外部电子装置进行通信。

19.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述天线装置被配置为在由用户携带的电子装置和外部电子装置之间提供通信。

20.一种助听器系统，包括助听器和根据权利要求1-19中的任何一项所述的天线装置。

21.根据权利要求20所述的助听器系统，所述助听器系统进一步包括一个或多个助听器附件，其中，所述助听器附件中的至少一个包括根据权利要求1-19中的任何一项所述的天线装置，并且被配置为被提供在用户身体处或很接近用户身体，并且被配置为与所述助听器天线装置进行通信。

22.根据权利要求21所述的助听器系统，其中，所述一个或多个助听器附件是遥控器，并且其中，以可佩戴电子装置的形式来提供所述遥控器和所述天线装置。

23.根据权利要求22所述的助听器系统，其中，所述可佩戴电子装置进一步包括被配置为与一个或多个外部电子装置进行通信的外部天线。

24.根据权利要求23所述的助听器系统，其中，经由所述可佩戴电子装置来执行在所述一个或多个外部电子装置和所述助听器之间的通信。

25.一种包括助听器天线的助听器，被配置为用于与根据权利要求1-19中的任何一项所述的天线装置进行通信，所述助听器天线具有与用户的耳部至耳部轴平行的传导元件，所述传导元件在波长的1/16和波长的1/4之间。

26.根据权利要求25所述的助听器，其中，所述助听器和所述助听器天线被提供在外壳内。

27.根据权利要求25或26中的任何一项所述的助听器，其中，所述助听器天线的频率是至少1GHz。

28.一种包括天线的电子装置，被配置为用于与根据权利要求1-19中的任何一项所述的天线装置进行通信，当被提供在用户身体处或其附近处的操作位置中时，所述天线具有与用户身体的表面正交的传导元件，所述天线是波长的1/4，其中，所述传导元件在波长的1/16和波长的1/4之间构成。