ES2640983T3 - Cordón para el cuello que incorpora extensiones del plano de tierra - Google Patents

Cordón para el cuello que incorpora extensiones del plano de tierra Download PDF

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Abstract

Un ensamblaje de antena, que comprende: una antena (220) que tiene un plano (230) de tierra, que está adaptado a la antena (220) para acoplarse a un transceptor (210) inalámbrico; una extensión (250) de plano de tierra conductora acoplada al plano (230) de tierra; y un cordón (240) para el cuello adaptado para soportar un dispositivo (200) móvil que aloja la antena (220) desde el cuello de un usuario del dispositivo, en el que la extensión (250) de plano de tierra conductora está incorporada en un primer extremo del cordón (240) para el cuello, caracterizado porque el ensamblaje de antena comprende una extensión (252) de plano de tierra conductora adicional acoplada al plano (230) de tierra y la extensión (252) de plano de tierra conductora adicional se incorpora en un segundo extremo del cordón (240) para el cuello

Description

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DESCRIPCION
Cordon para el cuello que incorpora extensiones del plano de tierra
Las antenas se utilizan para permitir la comunicacion inalambrica para una amplia variedad de dispositivos. Entre otros factores, el rendimiento de una antena depende del tamano (longitud, ancho, diametro, etc.) del plano de tierra.
Las extensiones de plano de tierra se usan comunmente para aumentar el tamano electrico efectivo del plano de tierra. La figura 1 ilustra tal antena. La antena 100 incluye una antena 110 monopolo vertical. La antena 110 monopolo vertical esta fijada a un plano 120 de tierra. El plano 120 de tierra esta a su vez fijado a cuatro extensiones 131, 132, 133 y 134 que pueden aumentar el tamano efectivo del plano 120 de tierra y, de este modo, mejorar el funcionamiento de la antena 100.
A fin de ser certificados para su uso en una red de telefoma celular, los dispositivos moviles deben cumplir con los requisitos relacionados con la calidad de la senal y de la seguridad del usuario. Entre otros factores, la capacidad de los dispositivos para satisfacer tales requisitos depende de la banda de frecuencia operacional en la que el dispositivo se comunique y del tamano ffsico del dispositivo. Los dispositivos que estan destinados a ser llevados o usados constantemente por un usuario presentan un desaffo de diseno particular, ya que es especialmente importante minimizar el tamano y el peso del dispositivo.
Los dispositivos moviles representan un desaffo para los disenadores de antenas, ya que las antenas deben estar disenadas para ser lo mas pequenas posible para minimizar el tamano del propio dispositivo movil. Esto es particularmente un asunto de preocupacion para los dispositivos que estan destinados a comunicarse en la banda celular baja (por ejemplo, CDMA2000 o en el sistema global para comunicaciones moviles ("GSM"), del orden de 850 MHz, porque los dispositivos con frecuencias operativas mas bajas por consiguiente, tienen longitudes de onda mas largas. Para un dispositivo que se comunica utilizando una frecuencia que tiene una longitud de onda A, se puede requerir un plano de tierra de PCB del orden de A/4 de largo y A/8 de ancho para irradiar eficazmente. En la gama de frecuencias de 850 MHz, esto puede requerir un plano de tierra que tenga las dimensiones aproximadas de 88 mm de largo y 44 mm de ancho. Debe observarse que los elementos radiantes son tanto la antena como el plano de tierra en un dispositivo electricamente pequeno.
Ademas, los proveedores de red pueden requerir tfpicamente que los dispositivos alcancen un cierto nivel de potencia radiada total ("TRP") y sensibilidad isotropica total ("TIS"), y los dispositivos con antenas que no tengan un tamano optimo pueden no alcanzar los niveles prescritos. Los fabricantes pueden solicitar las exenciones de TRP y TIS, pero dichas exenciones son discrecionales y pueden no concederse. Ademas, los dispositivos que tienen una antena con un plano de tierra dimensionado incorrectamente pueden producir corrientes altamente concentradas en el plano de tierra, lo que puede producir una tasa de absorcion espedfica elevada ("SAR"). Los dispositivos que tengan una SAR por encima de los niveles prescritos no recibiran una aprobacion de la "Junta de Revision de Certificacion" ("PTCRB") porque las limitaciones SAR son requisitos de seguridad.
Un sistema personal de respuesta a emergencias ("PERS"), tambien conocido como sistema de respuesta de emergencia medica, es un dispositivo electronico disenado para permitir que el usuario del dispositivo solicite ayuda en caso de una emergencia. Los dispositivos PERS estan destinados principalmente a personas mayores o discapacitadas, que pueden sentir la necesidad de un servicio de este tipo. Los dispositivos PERS estan destinados a permanecer siempre en la persona del usuario, tal como llevar un cordon alrededor del cuello. Por lo tanto, aunque el tamano del dispositivo descrito anteriormente puede ser aceptable para algunos propositos de un dispositivo movil (por ejemplo, un telefono movil), un dispositivo PERS de un tamano requerido por dicha antena puede ser prohibitivamente grande y pesado.
El documento EP 1447879 A1 describe una extension para una placa de tierra para un elemento de antena, especialmente un elemento de antena FIFA o de microbanda, y preferiblemente disenado para ser utilizado para al menos una banda de frecuencia de comunicaciones moviles, y para mejorar el funcionamiento de una antena en al menos una de dichas bandas de frecuencia, junto con la placa de tierra, tiene una longitud electrica optimizada para producir un coeficiente de reflexion cercano o con un coeficiente de reflexion mmimo para una banda de frecuencias predefinida, especialmente para la banda GSM 900 MHz o la banda GSM 850.
Se han desarrollado soluciones PERS de dos dispositivos para remediar las dificultades mencionadas anteriormente. En tales soluciones, un dispositivo mas pequeno que incluye un boton de ayuda puede ser usado alrededor del cuello del usuario y emparejado, por ejemplo a una red inalambrica de area personal, con un dispositivo mas grande usado en un clip de cinturon o guardado en un bolsillo o bolso. Sin embargo, las soluciones PERS de dos dispositivos experimentan una serie de dificultades. Presentan mas complejidad que un solo dispositivo, y tienen partes adicionales, que son susceptibles de perderse. Ademas, son mas caros de disenar, construir y mantener.
En una realizacion de ejemplo se describe un ensamblaje de antena que tiene un plano de tierra, que esta adaptado para acoplarse a un transceptor inalambrico, una extension conductora de plano de tierra acoplada al plano de tierra
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y a un cordon para el cuello adaptado para sostener un dispositivo movil que aloja la antena desde el cuello de un usuario del dispositivo, en el que la extension del plano de tierra conductor se incorpora en un primer extremo del cordon del cuello, caracterizado por que el ensamblaje de antena comprende una extension de plano de tierra conductor adicional acoplada al plano de tierra y la extension del plano de tierra conductor adicional se incorpora en un segundo extremo del cordon para el cuello.
En otra realizacion de ejemplo, se describe un dispositivo movil que tiene una placa de circuito impreso, un transceptor inalambrico, una antena que tiene un plano de tierra y esta acoplada al transceptor inalambrico, una extension de plano de tierra conductora acoplada conductivamente al plano de tierra y un cordon para el cuello adaptado para soportar el dispositivo movil desde el cuello de un usuario del dispositivo, en el que la extension de plano de tierra conductora se incorpora en un primer extremo de un cordon para el cuello, caracterizado porque el ensamblaje de antena comprende una extension de plano de tierra conductor adicional acoplada al plano de tierra y la extension de plano de tierra conductora adicional se incorpora en un segundo extremo de un cordon para el cuello.
La figura 1 muestra una antena que incluye extensiones de plano de tierra.
La figura 2 muestra un dispositivo movil que incluye un cordon que incorpora extensiones de plano de tierra de acuerdo con una realizacion de ejemplo de la presente divulgacion.
La Figura 3 muestra un sistema de respuesta de emergencia que incorpora el dispositivo movil de ejemplo de la Figura 2 de acuerdo con una realizacion de ejemplo de la presente divulgacion.
Las realizaciones de ejemplo pueden entenderse adicionalmente con referencia a la siguiente descripcion y a los dibujos adjuntos, en los que se hace referencia a los mismos elementos con los mismos numeros de referencia. Las realizaciones de ejemplo describen antenas adaptadas para su uso con dispositivos moviles que tienen extensiones de plano de tierra incorporadas en cordones de cuello o accesorios personales similares (por ejemplo, relojes, colgantes, etc.) adecuados para suspender o fijar el dispositivo movil en la persona del usuario y dispositivos moviles que incorporan tales antenas que son adecuadas para proporcionar niveles aceptables de rendimiento tanto en la banda celular alta como en la baja, al mismo tiempo que permiten que un dispositivo sea lo suficientemente pequeno para el uso PERS.
La figura 2 ilustra un dispositivo 200 movil de acuerdo con una realizacion de ejemplo. Como se ha descrito anteriormente, el dispositivo 200 puede ser un dispositivo PERS que esta destinado para ser usado en la persona del usuario en todo momento. En una realizacion, el dispositivo puede carecer de teclado y de pantalla que se encuentran comunmente en telefonos moviles o telefonos celulares, pero, a cambio, puede simplemente incluir un boton de "ayuda" para ser presionado por el usuario si necesita asistencia de emergencia y un microfono y un altavoz para la comunicacion entre el usuario y el proveedor de servicios PERS. El funcionamiento de tal dispositivo se discutira mas adelante con referencia a la figura 3.
El dispositivo 200 incluye un transceptor 210 inalambrico adaptado para comunicarse de forma inalambrica con una red celular, tal como la banda celular baja como se ha descrito anteriormente. Los expertos en la tecnica entenderan que, en diversas realizaciones, el transceptor inalambrico puede adaptarse para comunicarse a traves de GSM, 3GTP, CDMA2000 o cualquier otra red inalambrica de este tipo. El dispositivo 200 tambien incluye una antena 220, que puede ser conectada tipicamente al transceptor 210 inalambrico a traves de una lmea de transmision, pero tambien puede ser conectada por cualquier otro medio apropiado. La antena 220 puede ser de cualquier tipo conocido en la tecnica y apropiada para la naturaleza y diseno del dispositivo 200; esto puede incluir una antena L, una antena L invertida, una antena F plana invertida, una antena de bucle, una antena de lmea acoplada, un monopolo plegado, una antena metalica 3D o una antena helicoidal. En una realizacion, la antena 220 puede ser un material conductor flexible montado en el interior de una carcasa del dispositivo 200; en otro, la antena 220 puede estar apoyada sobre un soporte de plastico dentro de la carcasa del dispositivo 200; en otro, la antena 220 puede ser parte de la carcasa del dispositivo 200, en otro, la antena 220 puede ser parte de cualquier estructura conductora tridimensional dentro de la carcasa del dispositivo 200; en otro, la antena 220 puede estar impresa sobre la PCB 230, lo que se discutira con mas detalle a continuacion.
El dispositivo 200 incluye tambien una PCB 230 que soporta la antena 220 y el transceptor inalambrico 210. La PCB 230 incluye un plano conductor de tierra y puede acoplarse a la antena 220 mediante un clip en forma de C, un pin Pogo, una union soldada, un clip en forma de C, un tornillo, una tuerca y perno o cualquier otro medio apropiado para realizar una conexion electrica entre los dos.
El dispositivo 200 tambien incluye un cordon 240 para el cuello, que puede tener el tamano adecuado para suspender el dispositivo 200 alrededor del cuello del usuario. El cordon 240 para el cuello puede estar construido de materiales sinteticos o artificiales tales como nylon, algodon o cualquier otro material apropiado. El dispositivo 200 tambien incluye dos extensiones 250, 252 de plano de tierra incorporadas en el cordon 240 para el cuello. El material conductor de las extensiones 250 y 252 de plano de tierra puede ser ngido o flexible, y puede ser de un solo nucleo o de multiples alambres. La longitud de las extensiones 250 y 252 de plano, de tierra puede ser tfpicamente
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menor que A/4 en la frecuencia de funcionamiento mas baja del transceptor 210 inalambrico, porque las extensiones 250, 252 de plano, de tierra complementan el plano de tierra de la PCB 230 para formar un plano de tierra mayor como se ha descrito anteriormente. Las extensiones 250 y 252 de plano, de tierra pueden ser conectadas a la PCB 230 mediante un conector, una union de soldadura, un tornillo, una tuerca y perno o cualquier otra conexion electrica apropiada. Espedficamente, el plano 230 de tierra y las extensiones 250 y 252 de plano de tierra se combinan para satisfacer los requisitos de longitud y anchura de la frecuencia de radiacion particular. Por ejemplo, si el dispositivo 200 movil esta disenado para funcionar en el intervalo de frecuencia de 850 MHz, la combinacion del plano 230 de tierra y las extensiones 250 y 252 de plano de tierra cumplen los requisitos de que el plano de tierra sea de 88 mm de longitud y 44 mm de ancho. Las extensiones del plano de tierra pueden modificarse para satisfacer otros requisitos dimensionales para otras frecuencias. Ademas, las realizaciones de ejemplo tambien satisfacen los requisitos de TRP y TIS pertinentes. La eficacia de las realizaciones de ejemplo con respecto al TRP y TIS esta en el intervalo del 70% y tambien extiende la energfa irradiada sobre una parte del cuerpo mas grande que solo al area adyacente al dispositivo movil.
La longitud y anchura de las extensiones 250 y 252 de plano de tierra pueden determinarse tfpicamente por los requisitos de eficiencia de la antena y ancho de banda para cumplir con los requisitos de SAR para obtener la aprobacion de PTCRB, cumplir con los requisitos de TRP y TIS y obtener la aprobacion del operador. En una realizacion de ejemplo, el cordon 240 para el cuello y las extensiones 250 y 252 de plano de tierra pueden estar acoplados uno con otro de extremo a extremo. En otra realizacion de ejemplo, las extensiones 250 y 252 de plano de tierra pueden estar acopladas en la PCB y el cordon para el cuello acoplado en los extremos restantes. En otra realizacion de ejemplo, las extensiones 250 y 252 de plano de tierra pueden estar cubiertas por una carcasa separada (por ejemplo, una carcasa de plastico flexible) que puede estar acoplada con el cordon 240 para el cuello y puede ayudar a soportar las extensiones 250 y 252 de plano de tierra.
La realizacion ilustrada en la figura 2 es un dispositivo 200 que incluye dos extensiones 250 y 252 de plano de tierra. En otra realizacion a modo de ejemplo, una extension de plano de tierra de un solo cable puede ser conectada a un lado del plano de tierra de PCB (por ejemplo, plano 250 pero no a la extension del plano de tierra 252). En otra realizacion de ejemplo, se pueden acoplar dos extensiones 250 y 252 de plano de tierra a la PCB en un unico punto de union y separarse para unir el cordon para el cuello en forma de "Y". Adicionalmente, los expertos en la tecnica comprenderan que la forma similar a un cordon de las extensiones de plano de tierra es solamente de ejemplo y que pueden integrarse otras formas en un cordon para el cuello para conseguir los mismos resultados.
Debe tenerse en cuenta que el uso del termino "cordon para el cuello" en esta descripcion no debe entenderse como limitante del cordon del dispositivo que se debe usar solo alrededor del cuello del usuario. Es decir, mientras que colgar el cordon del dispositivo alrededor del cuello es tfpico, el cordon tambien se puede usar alrededor de otras partes del cuerpo (por ejemplo, alrededor de la muneca en forma de una pulsera) y puede tener un tamano apropiado para otras localizaciones del cuerpo. Por lo tanto, el cordon descrito en la presente puede referirse a un cordon que esta adaptado para ser usado por el usuario del dispositivo en cualquier posicion apropiada del cuerpo.
La Figura 3 ilustra una red 300 de ejemplo que proporciona servicio a dispositivos tales como el dispositivo 200 PERS de la figura 2. La red 300 incluye una red 310 celular que puede proporcionar servicio, incluyendo mensajes de texto, voz analoga, voz sobre Protocolo de Internet ("VoIP") y datos a telefonos celulares, dispositivos moviles de computacion, etc., ademas de dispositivos PERS. La red 310 celular puede estar en comunicacion con dos o mas dispositivos 320 y 322 PERS, que pueden ser dispositivos PERS como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 2. La red 310 celular puede proporcionar acceso a la PSTN 330. A la PSTN 330 tambien se puede acceder por un centro 340 de llamadas que proporciona servicios de respuesta de emergencia.
Cuando un usuario de un dispositivo PERS, tal como el dispositivo 320 PERS, requiere asistencia de emergencia (por ejemplo, en caso de una cafda o un incendio), el usuario puede presionar un boton del dispositivo. En otra realizacion, el dispositivo PERS puede incluir un sistema de deteccion de cafdas, cuya activacion puede hacer funcionar automaticamente el dispositivo. El dispositivo PERS transmite una senal a traves de la red 310 celular y/o la PSTN 330 al centro 340 de llamadas. El centro 340 de llamadas puede entonces identificar al usuario a traves de informacion codificada en la transmision y puede contactar al usuario a traves de una conexion de voz celular proporcionada por el dispositivo PERS. Si es necesario, el centro 340 de llamadas puede convocar posteriormente asistencia (por ejemplo, polida, departamento de bomberos, asistencia medica) para el usuario del dispositivo. Si el centro 340 de llamadas no puede contactar al usuario o determinar si existe una emergencia, alertara a los proveedores de servicios de emergencia para que vayan al domicilio del usuario. Tfpicamente, el centro 340 de llamadas puede monitorizar la situacion hasta que se resuelva la emergencia.
Las realizaciones de ejemplo pueden proporcionar una solucion PERS de un solo dispositivo que utiliza un dispositivo que es lo suficientemente pequeno como para ser usado comodamente alrededor del cuello del usuario. Un dispositivo unico puede ser mas sencillo de disenar y construir que las soluciones de dos dispositivos. Ademas, la solucion de un solo dispositivo proporciona una vida util mayor a la batena que una solucion de dos dispositivos.
Ademas, el rendimiento conseguido por un dispositivo PERS tal como se ha descrito anteriormente puede proporcionar una eficiencia de antena mejorada en terminos de TRP, TIS y ancho de banda, permitiendo al
dispositivo obtener la aprobacion del operador sin necesidad de una exencion. Adicionalmente, el aumento en el area efectiva del plano terrestre disminuye el SAR, lo que a su vez reduce la potencia absorbida por el cuerpo del usuario. Esto puede hacer posible obtener la aprobacion de PTCRB y permitir el uso seguro del dispositivo sin un espaciador u otro espacio adicional entre el dispositivo y el usuario. Ademas, el uso de extensiones de plano de 5 tierra puede permitir que la antena interna de dispositivo sea mas pequena, reduciendo posiblemente el tamano total del dispositivo. Los expertos en la tecnica comprenderan que, aunque las realizaciones de ejemplo se describen espedficamente con referencia a un dispositivo PERS, los principios mas amplios descritos en el presente documento pueden ser igualmente aplicables a cualquier otro tipo de dispositivo de comunicaciones moviles que tenga elementos similares a los descritos. Adicionalmente, los expertos en la tecnica entenderan que aunque las
10 realizaciones de ejemplo se describen espedficamente con referencia a un dispositivo que se comunica con una banda celular, los principios mas amplios pueden aplicarse igualmente a un dispositivo que utiliza otro tipo de transmisor de radiofrecuencia, tal como un radio de onda corta ("SRD") que puede comunicarse, por ejemplo, en bandas industriales, cientificas y medicas ("ISM").
15 Sera evidente para los expertos en la tecnica que se pueden hacer diversas modificaciones a la presente divulgacion, sin apartarse del alcance de la divulgacion. Por lo tanto, se pretende que la presente divulgacion cubra modificaciones y variaciones de esta divulgacion siempre que esten dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un ensamblaje de antena, que comprende:
    una antena (220) que tiene un plano (230) de tierra, que esta adaptado a la antena (220) para acoplarse a un transceptor (210) inalambrico;
    una extension (250) de plano de tierra conductora acoplada al plano (230) de tierra; y
    un cordon (240) para el cuello adaptado para soportar un dispositivo (200) movil que aloja la antena (220) desde el cuello de un usuario del dispositivo,
    en el que la extension (250) de plano de tierra conductora esta incorporada en un primer extremo del cordon (240) para el cuello,
    caracterizado porque el ensamblaje de antena comprende una extension (252) de plano de tierra conductora adicional acoplada al plano (230) de tierra y la extension (252) de plano de tierra conductora adicional se incorpora en un segundo extremo del cordon (240) para el cuello
  2. 2. El ensamblaje de antena de la reivindicacion 1, en el que la antena (220) esta adaptada para acoplarse a un transceptor (2l0) inalambrico que se comunica con una banda celular baja y una banda celular alta.
  3. 3. El ensamblaje de la antena de la reivindicacion 1, en la que la extension (250, 252) de plano de tierra conductora estan acopladas conductivamente al plano (230) de tierra por un conector, una union de soldadura, un tornillo y una tuerca y perno.
  4. 4. El ensamblaje de antena de la reivindicacion 1, en el que la antena (220) es una antena L, una antena L invertida, una antena F plana invertida, una antena de bucle, una antena de lmea acoplada, un monopolo plegado, una antena metalica 3D, y una antena helicoidal.
  5. 5. El ensamblaje de antena de la reivindicacion 1, en el que la extension (250, 252) de plano de tierra conductora es una de entre ngida y flexible.
  6. 6. El ensamblaje de antena de la reivindicacion 1, en el que la extension (250, 252) de plano de tierra conductora es una de entre de un solo nucleo o de multiples alambres.
  7. 7. El ensamblaje de antena de la reivindicacion 1, en el que la extension (250, 252) de plano de tierra conductora es un bucle acoplado al plano de tierra en un primer punto de contacto y en un segundo punto de contacto.
  8. 8. El ensamblaje de antena de la reivindicacion 1, en el que la extension (250, 252) de plano de tierra conductora es una de entre encerrada por el cordon para el cuello y acoplada al cordon para el cuello de extremo a extremo.
  9. 9. Un dispositivo (200) movil, que comprende:
    una placa (230) de circuito impreso; un transceptor (210) inalambrico; y
    un ensamblaje de antena como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
  10. 10. El dispositivo movil de la reivindicacion 9, en el que el transceptor (210) inalambrico esta adaptado para comunicarse con una banda celular baja y una banda celular alta.
  11. 11. El dispositivo movil de la reivindicacion 9, en el que el dispositivo comprende ademas: un boton de ayuda,
    en el que pulsando el boton de ayuda se inicia una comunicacion con un centro de llamadas que proporciona servicios de emergencia al usuario.
  12. 12. El dispositivo movil de la reivindicacion 9, en el que la extension (250, 252) de plano de tierra conductora esta adaptada para acoplar el cordon (240) para el cuello a una carcasa del dispositivo movil.
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