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TECHNISCHES GEBIET
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Vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Konstruktion von mobilen Vorrichtungen und insbesondere ein System und ein Verfahren für die Bereitstellung eines einstückigen Metallgehäuses mit integrierten Antennen.
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HINTERGRUND
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In dem Bemühen, dem Kunden mehr elektronische Vorrichtungen der Premiumklasse zu bieten, gehen Mobiltelefonhersteller zunehmend dazu über, schön aussehende Außengehäuse aus Metalllegierungen herzustellen. Die Verwendung von Metall für ein Außengehäuse bei hochleistungsfähigen Telefonen oder ”Smartphones” erfordert derzeit jedoch komplizierte Herstellungsverfahren. Bei einem Verfahren, das zum Beispiel angewendet wird, um eine Außenseite in Metall zu fertigen und dabei gleichzeitig die Isolierung beizubehalten, die von der derzeitigen Antennentechnologie gefordert wird, muss der Hersteller das Gehäuse einstückig herstellen und anschließend in mehrere Teile zerteilen, die von einem Kunststoffharz zusammengehalten werden. Insbesondere ermöglichen die Kunststoffbereiche in dem Metall, dass die separaten äußeren Metallteile als Antennen wirken, während gleichzeitig ihre Trennung voneinander und/oder von geerdeten Metallteilen bestehen bleibt.
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Zwar sorgt dieses Verfahren für die notwendige elektrische Isolierung, doch geht dies zu Lasten der Vorrichtungsintegrität. Die notwendige Geometrie für die Verriegelung zwischen Metall und Kunststoff ist erheblich, wenn vermieden werden soll, dass sich Kunststoff und Metall voneinander lösen. Außerdem sind diese mehreren Kunststoffbereiche aus kosmetischen Gründen nicht wünschenswert. Darüber hinaus können nur bestimmte Kunststoff-Güteklassen verwendet werden, da der Kunststoff anschließende Verarbeitungsschritte wie Formen, Eloxieren usw. überstehen muss. Die Grenzen, die den verwendbaren Kunststoffen hier gesetzt sind, gelten auch für andere Aspekte der Vorrichtung bzw. des Geräts, zum Beispiel für die Farbe. Wenn sich die Kunststoffbereiche außerdem über die gesamte Breite der Vorrichtung erstrecken, trägt ein doppelter Wandbereich (Metall plus Kunststoff) zur Dicke der Vorrichtung bei.
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Schließlich weiß man, dass I/O-Ports (Eingabe/Ausgabe-Ports) bei solchen Vorrichtungen oftmals in die Mitte eines Antennen-Funktionselements fallen. Dadurch wird das Antennenelement nicht nur physisch unterbrochen, sondern die Verbindung zwischen dem Antennenelement und dem Port erfordert das Ergreifen von zusätzlichen vorbeugenden Maßnahmen.
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Bei bestimmten anderen Vorrichtungen wird anstelle eines Gehäuses mit einem Rücken ganz aus Metall eine Gehäuseeinfassung aus Metall verwendet. Die vorstehend genannten Mängel können durch diese Konfiguration jedoch nicht beseitigt werden. Zum Beispiel werden die Ecken des Gehäuses bei diesen Vorrichtungen häufig als Antennen verwendet, weshalb vier oder mehr umfangsseitige Abstandshalter aus nichtleitendem Material für die Isolierung der vier Antennen benötigt werden.
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Wenngleich vorliegende Erfindung auf ein System gerichtet, das einige der Mängel beseitigen kann, die vorstehend in dem Abschnitt ”Hintergrund” beschrieben wurden, schränken diesbezügliche Vorteile weder den Umfang der beschriebenen Grundprinzipien der Erfindung noch die anliegenden Ansprüche ein, ausgenommen in dem Umfang, der in Ansprüchen ausdrücklich angegeben ist. Die Erläuterung des technischen Hintergrunds basiert auf eigenen Beobachtungen, Überlegungen und Gedanken der Erfinder und ist nicht eine genaue Katalogisierung oder umfassende Zusammenfassung des Standes Technik. Aus diesem Grund schließen die Erfinder diesen Abschnitt als anerkannten oder angenommenen Stand der Technik zu den erläuterten Details ausdrücklich aus. Darüber hinaus basiert die vorliegend angegebene gewünschte Vorgehensweise auf eigenen Überlegungen, Beobachtungen und Vorstellungen der Erfinder und spiegelt nicht eine auf dem Fachgebiet anerkannte Zweckmäßigkeit wider.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Ansprüchen angegeben.
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1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer Beispielvorrichtung, an der Ausführungsformen der vorliegend beschriebenen Grundprinzipien implementiert werden können;
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2 zeigt eine einstückige Metall-Rückplatte gemäß einer Ausführungsform der beschriebenen Grundprinzipien in Draufsicht;
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3 zeigt die einstückige Metall-Rückplatte von 2 in Draufsicht, ferner umfassend Antennen-Abstandshalter gemäß einer Ausführungsform der beschriebenen Grundprinzipien;
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4 zeigt die einstückige Metall-Rückplatte der 2 und 3 in Draufsicht, ferner umfassend zusätzliche Elemente gemäß einer Ausführungsform der beschriebenen Grundprinzipien;
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5 ist eine perspektivische Ansicht eines oberen Bereichs der einstückigen Metall-Rückplatte der 2–4;
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6 ist eine perspektivische Ansicht wie in 5, ferner umfassend einen Antennen-Abstandshalter gemäß einer Ausführungsform der beschriebenen Grundprinzipien;
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7 ist eine perspektivische Ansicht der einstückigen Metall-Rückplatte der 2 bis 4, ferner umfassend Versteifungsrippen gemäß einer Ausführungsform der beschriebenen Grundprinzipien; und
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8 ist eine Unteransicht einer Vorrichtung wie in 1, wobei ferner ein I/O-Port dargestellt ist, der sich in einem Antennen-Abstandshalter gemäß einer Ausführungsform der beschriebenen Grundprinzipien befindet.
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DETAILBESCHREIBUNG
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Vor der detaillierten Erläuterung von Ausführungsformen der der beschriebenen Grundprinzipien wird ein Überblick über bestimmte Ausführungsformen gegeben, die dem Leser helfen sollen, die anschließende Erläuterung besser zu verstehen. Wie eingangs erwähnt wurde, ist die Verwendung von Metall für die Außenseite einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung oftmals mit dem Kompromiss verbunden, dass die Funktion und das ästhetische Aussehen der Vorrichtung leiden. Zum Beispiel muss das Gehäuse unterteilt werden, um bestimmte Abschnitte für die Verwendung als Antennen zu isolieren. Dies führt zu unansehnlichen Kunststoffverbindungsbereichen und erfordert zusätzliche Sorgfalt beim Anbringen eines I/O-Ports durch ein Antennenelement hindurch.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein neuartiger Lösungsansatz für eine Konfiguration und Herstellung der Vorrichtung vorgeschlagen, wobei ein einstückiges Metall-Außengehäuse derart hergestellt wird, dass es eine Vielzahl von Armen hat. Diese Arme sind geeignet für eine Funktion als Antennen in der fertiggestellten Vorrichtung. In einem Beispiel, in welchem vier solche Arme vorgesehen sind, kann das Gehäuse mit zwei Armen an einem Ende des Gehäuses und mit zwei Armen an dem gegenüberliegenden Ende des Gehäuses konfiguriert sein.
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Dieses Design erfordert keine Kunststoffverbindungen auf der Rückseite des Gehäuses. Vielmehr ist jedes Paar von Armen mit dem Hauptkörper des Gehäuses verbunden, und die Arme sind an ihren Enden durch kleine Abstandshalter aus Kunststoff oder einem anderen elektrisch isolierenden Material voneinander getrennt. Die Kunststoff-Abstandshalter können auf das Metallgehäuse aufgespritzt sein oder können mittels Klebstoff, Schnappern, Schrauben etc. an dem Metallgehäuse montiert sein. Dadurch muss das Gehäuse nur zwei Bereiche haben: einen zwischen jedem Antennenpaar an jedem Ende des Teils. Dieses einstückige Gehäuse hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Einbindungs- oder Verbindungsgeometrie zwischen Metall und Kunststoff nur entlang des Perimeters der Vorrichtung vorhanden sein muss, wodurch die Dicke der Vorrichtung verringert wird.
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Ferner ist die Anwendung eines Nano-Formverfahrens nicht notwendig, da keine kleinen einzelnen Metallteile eingebunden werden müssen. Das Metall ist einstückig und erfordert lediglich eine physische und keine elektrische Verbindung der Enden der Antennenpaare miteinander. Schließlich kann ein I/O-Port in einem oder in beiden Kunststoff-Antennenteilen angeordnet sein, so dass die physische Trennung von jeder Antenne zu dem I/O-Port beibehalten wird, wodurch die Gesamtleistung der Antenne verbessert wird.
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Nach diesem Überblick erfolgt nunmehr eine detaillierte Erläuterung im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen, wobei die Vorgehensweisen in der vorliegenden Beschreibung bei Implementierung in einer geeigneten Computing-Umgebung dargestellt sind. Die folgende Beschreibung der Vorrichtung erfolgt auf der Basis von Ausführungsformen und Beispielen des grundlegenden Prinzips der Erfindung und sollte nicht als Einschränkung der Ansprüche bezüglich alternativer Ausführungsformen, die hier nicht ausdrücklich beschrieben sind, verstanden werden. 1 beispielsweise zeigt ein Beispielmobilgerät, an welchem das beschriebene grundlegende Prinzip implementiert sein kann. Dennoch versteht es sich, dass auch andere Vorrichtungs- oder Gerätetypen verwendet werden können, unter anderem Personal Computer, Tablet Computer und andere Vorrichtungen, ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Die schematische Darstellung in 1 zeigt eine Beispielvorrichtung 11, die einen Teil einer Umgebung bildet, innerhalb derer Aspekte der vorliegenden Erfindung implementiert sein können. Insbesondere zeigt die schematische Darstellung eine Benutzervorrichtung 110 mit verschiedenen Beispielkomponenten. Es versteht sich, dass abhängig von der Präferenz des Benutzers, von der Verfügbarkeit der Komponenten, von dem Preis und von anderen Überlegungen zusätzliche oder alternative Komponenten verwendet werden können.
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In der dargestellten Ausführungsform umfassen die Komponenten der Benutzervorrichtung 110 einen Bildschirm 120, Anwendungen (z. B. Programme) 130, einen Prozessor 140, einen Speicher 150, eine oder mehrere Eingabekomponenten 160 wie Sprach- oder Texteingabeeinrichtungen und eine oder mehrere Ausgabekomponenten 170 wie Text- und akustische Ausgabeeinrichtungen, z. B. einen oder mehrere Lautsprecher.
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Der Prozessor 140 kann ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder dergleichen sein. Zum Beispiel kann der Prozessor 140 durch einen oder mehrere Mikroprozessoren oder Steuerungen aus einer gewünschten Familie oder von einem gewünschten Hersteller implementiert sein. Ähnlich kann sich der Speicher 150 auf derselben integrierten Schaltung wie der Prozessor 140 befinden. Zusätzlich oder alternativ kann der Zugriff auf den Speicher 150 über ein Netzwerk erfolgen, z. B. über einen Speicher auf der Basis einer Cloud. Der Speicher 150 kann einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff, d. h. einen Synchronous Dynamic Random Access Memory (SDRAM), einen Dynamic Random Access Memory (DRAM), einen RAMBUS Dynamic Random Access Memory (RDRM) oder einen anderen Typ eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der Speicher 150 einen Nur-Lese-Speicher (d. h. eine Festplatte, einen Flash-Speicher oder einen anderen gewünschten Typ einer Speichervorrichtung) umfassen.
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Die von dem Speicher 150 gespeicherte Information kann einen Programmcode enthalten, der einem oder mehreren Betriebssystemen oder Anwendungen zugeordnet ist, sowie Informationsdaten, z. B. Programmparameter, Prozessdaten etc. Das Betriebssystem und Anwendungen sind normalerweise über ausführbare Befehle implementiert, die in einem nicht-transitorischen computerlesbaren Medium (z. B. dem Speicher 150) gespeichert sind, um Basisfunktionen der elektronischen Vorrichtung 110 zu steuern. Solche Funktionen können zum Beispiel eine Interaktion zwischen verschiedenen internen Komponenten und Speichern und der Abruf von Anwendungen und Daten in den und aus dem Speicher 150 sein.
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Was ferner die Anwendungen betrifft, so nutzen diese normalerweise das Betriebssystem, um eine mehr spezifische Funktionalität bereitzustellen, wie zum Beispiel einen Dateisystemdienst und die Handhabung von geschützten und ungeschützten Daten, die in dem Speicher 150 gespeichert sind. Wenngleich viele Anwendungen die Standardfunktionalität oder die erforderliche Funktionalität der Benutzervorrichtung 110 bereitstellen können, stellen Anwendungen in anderen Fällen eine optionale oder spezialisierte Funktionalität bereit und können von Drittanbietern oder dem Hersteller des Geräts geliefert werden.
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Was die Informationsdaten betrifft, z. B. Programmparameter und Prozessdaten, können diese nichtausführbaren Informationen von dem Betriebssystem oder einer Anwendung referenziert, gehandhabt oder geschrieben werden. Solche Informationsdaten können zum Beispiel Daten enthalten, die während der Herstellung in der Vorrichtung vorprogrammiert werden, Daten, die von der Vorrichtung erstellt oder von dem Benutzer hinzugefügt werden, oder eine Vielfalt von Informationsarten, die von Servern oder anderen Vorrichtungen, mit denen die Vorrichtung während ihres laufenden Betriebs in Verbindung steht oder auf welche anderweitig zugegriffen wird, hochgeladen oder heruntergeladen werden.
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Die Vorrichtung 110 kann Software- und Hardware-Netzwerkkomponenten 180 enthalten, um Kommunikationen zu und von der Vorrichtung zu ermöglichen. Solche Netzwerkkomponenten sorgen normalerweise für eine Netzwerkfunktionalität, wenngleich zusätzlich oder alternativ ein drahtgebundenes Netzwerk unterstützt werden kann.
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In einer Ausführungsform kann eine Stromversorgung 190 wie beispielsweise eine Batterie oder Kraftstoffzelle enthalten sein, um die Vorrichtung 110 und ihre Komponenten mit Energie zu versorgen. Alle oder einige der internen Komponenten kommunizieren miteinander über einen oder mehrere gemeinsame oder dedizierte Kommunikationsverbindungen 195 wie beispielsweise ein interner Bus.
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In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung 110 derart programmiert, dass der Prozessor 140 und der Speicher 150 mit anderen Komponenten der Vorrichtung 110 interagieren, um eine Vielfalt von Funktionen auszuführen. Der Prozessor 140 kann verschiedene Module enthalten oder implementieren und kann Programme ausführen zum Initiieren von verschiedenen Aktivitäten wie zum Beispiel den Start einer Anwendung, das Übertragen von Daten und das Umschalten zwischen verschiedenen graphischen Benutzerschnittstellenobjekten (z. B. das Umschalten zwischen verschiedenen Bildschirmsymbolen, die mit ausführbaren Anwendungen verlinkt sind).
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Es wird auf 2 Bezug genommen. Diese Figur zeigt eine Rückplatte aus Metall für eine tragbare Kommunikationsvorrichtung wie beispielsweise die Vorrichtung 110 von 1. In dem dargestellten Beispiel ist die Metall-Rückplatte 201 mit einer ersten Öffnung 203 und einer zweiten Öffnung 205 ausgebildet, wobei die erste Öffnung 203 in dem oberen Abschnitt der Metall-Rückplatte 201 und die zweite Öffnung 205 in dem unteren Abschnitt der Metall-Rückplatte 201 liegt.
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Außerdem befindet sich eine Unterbrechung 207 in der Oberseite der Metall-Rückplatte 201, die bewirkt, dass die Öffnung 203 unverschlossen ist. Ähnlich befindet sich eine Unterbrechung 209 in der Unterseite der Metall-Rückplatte 201, die bewirkt, dass die Öffnung 205 unverschlossen ist. Das Ergebnis der ersten Öffnung 203, der zweiten Öffnung 205, der ersten Unterbrechung 207 und der unteren Unterbrechung 209 ist es zu bewirken, dass ein Paar von Antennenarmen sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der Metall-Rückplatte 201 gebildet wird. Insbesondere ist ein Paar von Antennenarmen 211, 213 an der Oberseite der Metall-Rückplatte 201 und ein weiteres Paar von Antennenarmen 215, 217 an der Unterseite der Metall-Rückplatte 201 gebildet. Der Rest der Metall-Rückplatte 201 kann hier als Hauptkörper 219 der Metall-Rückplatte 201 bezeichnet werden.
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3 zeigt die Metall-Rückplatte 201 von 2 mit zusätzlichen Strukturen auf derselben. Insbesondere hat die Metall-Rückplatte 201, die in 3 gezeigt ist, einen ersten Abstandshalter 301, der den Spalt zwischen den Antennenarmen 211, 213 überbrückt. Der Abstandshalter besteht aus Kunststoff oder aus einem anderen nichtleitenden Material und enthält Material in der Öffnung 203, um den Abstandshalter 301 zu stabilisieren und andere Elemente zu isolieren.
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Ähnlich hat die untere Öffnung 205 in der Metall-Rückplatte 201 einen Spalt zwischen dem Paar von Antennenarmen 215, 217. In der Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, wird der Spalt mittels eines zweiten Abstandshalters 303 überbrückt, der den Spalt zwischen den Antennenarmen 215, 217 überbrückt. Wie der erste Abstandshalter ist auch der zweite Abstandshalter aus Kunststoff oder einem anderen nichtleitenden Material hergestellt und enthält Material in der Öffnung 205, um den Abstandshalter 303 zu stabilisieren und die anderen Elemente zu isolieren.
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4 zeigt die Metall-Rückplatte 201 mit Öffnungen, die mit einem nichtleitenden Material 401, 403 gefüllt sind. Dieses Material 401, 403 verschließt die Metall-Rückplatte 201 und ermöglicht die Montage von nach außen weisenden Einrichtungen. Zum Beispiel wird der Füller aus nichtleitendem Material 401 in dem oberen Bereich der Metall-Rückplatte 201 als Halterung für eine Kamera 405 und einen zugeordneten Blitz 407 verwendet. Es versteht sich, dass weitere oder andere Einrichtungen in dem nichtleitenden Material 401, 403 an der Oberseite oder an der Unterseite der Metall-Rückplatte 201 montiert sein können, wobei es jedoch nicht notwendig ist, an beiden Stellen überhaupt Einrichtungen zu montieren.
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5 zeigt die Metall-Rückplatte 201 in einer perspektivischen Vorderansicht. Hier ist zu erkennen, dass der erste Antennenarm 211 und der zweite Antennenarm 213 in der Ebene des Hauptkörpers 219 der Metall-Rückplatte 201 schlank sind, jedoch in der zu dieser Ebene senkrechten Richtung die gleiche Dicke wie die Vorrichtung aufweisen können (1).
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In der Darstellung von 5 ist auch zu erkennen, dass die Unterseiten der Antennenarme 211, 213 mit leichten Rippen bzw. Erhebungen und Vertiefungen ausgebildet sind, um die Verrieglung mit Kunststoffteilen wie dem ersten Abstandshalter 301 zu unterstützen, der den Abstand zwischen den Antennenarmen 211, 213 überbrückt (2).
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Die Verriegelung und Positionierung des ersten Abstandshalters 301 und der Antennenarme 211, 213 ist in 6 zu sehen, die den oberen Bereich der Metall-Rückplatte 201 mit dem installierten ersten Abstandshalter 301 in einer perspektivischen Vorderansicht zeigt.
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Wenngleich die einstückige Metall-Rückplatte 201 stabiler sein kann als eine mehrteilige Metall-Rückplatte, kann bei bestimmten Implementierungen dennoch eine Verstärkung notwendig sein. Zum Beispiel trägt die Festigkeit des Körpers der Vorrichtung 110, d. h. ohne die Metall-Rückplatte 201, ebenfalls zur Stabilität der Vorrichtung 110 insgesamt bei. Da jedoch die einstückige Metall-Rückplatte 201 schlankere Vorrichtungen ermöglicht, ist die gesamte Vorrichtung 110, wenn sie schlanker ist, gegebenenfalls weniger stabil als eine dickere Vorrichtung mit einer schwächeren Rückplatte.
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Aus diesem Grund können eine oder mehrere Verstärkungs- oder Versteifungsrippen in der einstückigen Metall-Rückplatte 201 gebildet sein. 7 ist eine perspektivische Ansicht der Metall-Rückplatte 201, die die Anordnung einer ersten Versteifungsrippe 701 und einer zweiten Versteifungsrippe 703 zeigt. Jede Rippe 701, 703 ist mit der einstückigen Metall-Rückplatte 201 integral ausgebildet und erstreckt sich aus der Hauptebene des Hauptkörpers 219 der einstückigen Metall-Rückplatte 201 heraus.
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Die internen Vorrichtungskomponenten sind in dieser Ansicht zwar nicht dargestellt, doch lässt sich die Schlankheit der Vorrichtung beibehalten, indem die Rippen zwischen internen Vorrichtungskomponenten wie Batterien, PCBs, Luken und dergleichen angeordnet werden. Darüber hinaus müssen die Rippen nicht gerade sein, sondern können Biegungen, Winkel, Kerben und andere Merkmale aufweisen, die es den Rippen ermöglichen, Raum für interne Vorrichtungskomponenten frei zu machen.
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In dem dargestellten Beispiel durchquert weder die Rippe 701 noch die Rippe 703 die einstückige Metall-Rückplatte 201 vollständig, und die erste Rippe 701 ist eher gezackt als einheitlich gerade. Diese Formen sind konfiguriert für eine direkte Aufnahme einer Batterie und einer gedruckten Leiterplatte bei einer Implementierung der beschriebenen Grundprinzipien.
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In der dargestellten Ausführungsform sind als Beispiel zwei Rippen vorgesehen. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass als Verstärkung mehr oder weniger als zwei Rippen verwendet werden können. Darüber hinaus durchqueren die Rippen 701 703 in der Darstellung generell die Hauptachse 705 der einstückigen Metall-Rückplatte 201, jedoch ist in jeder Rippe gegebenenfalls ein Querelement erwünscht, so dass eine oder beide Rippen 701, 703 derart gerichtet oder gebildet sein können, dass sie die Hauptachse 705 tatsächlich nicht berühren.
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Wie vorstehend erläutert wurde, ist ein Vorteil der beschriebenen einstückigen Metall-Rückplatte, dass das nichtleitende Material in den Antennenspalten dem Zweck des Umschließens eines I/O-Ports dienen kann. 8 ist eine vereinfachte Unteransicht der Vorrichtung 110, bei welcher die beschriebene Rückplatte 201 verwendet wird und bei welcher ein I/O-Port 801 in dem Abstandshalter 801 liegt, der den Spalt zwischen den Antennenarmen 215, 217 überbrückt. Solche Ports können stark geerdet sein, und die Beibehaltung der Trennung von den Antennenarmen 215, 217 ermöglicht eine optimale Antennenleistung.
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Vorliegend wurden ein System und ein Verfahren für die Verwendung einer einstückigen Metall-Rückplatte bei einer tragbaren Kommunikationsvorrichtung beschrieben. Angesichts der vielen möglichen Ausführungsformen, bei denen die Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung Anwendung finden können, ist jedoch anzumerken, dass die hier im Zusammenhang mit den Zeichnungsfiguren beschriebenen Ausführungsformen lediglich Darstellungszwecken dienen und den Schutzrahmen der Ansprüche nicht einschränken, weshalb die in diesen Ausführungsformen beschriebenen Verfahren und Vorgehensweisen von den anliegenden Ansprüche und deren Äquivalente umfasst sind.
