嵌入电池内的天线、无线设备和无线设备的智能外壳的制作方法
【专利说明】嵌入电池内的天线、无线设备和无线设备的智能外壳
[0001]分案申请说明
[0002]本申请是申请日为2009年11月6日、名称为“嵌入电池内的天线、无线设备和无线设备的智能外壳”的中国发明专利申请N0.200910221262.X的分案申请。
技术领域
[0003]本发明一般涉及诸如蜂窝电话机、智能电话机和类似的手持设备之类的便携式通信设备，以及对其的改进。具体地，本发明提供对如下方面的改进:这些设备的天线和无线电磁波屏蔽体、将天线朝着远离用户的方向嵌入到便携式通信设备的可拆卸电池内或电话机里的任何较大表面区域中，以将无线电磁波辐射重新定向为远离用户人体，以及利用了将天线嵌入电池中得到的技术优点的多种方法。
【背景技术】
[0004]随着蜂窝电话机和智能电话机的功能变得越来越多样化，范围从无线电话的原始基本功能延伸到音乐播放器、视频播放器、手持计算机、用于浏览web、获取电子邮件、下载或上载文件的无线因特网设备、静态相机、摄像头、GPS设备、导航系统等，蜂窝电话机和智能电话机的设计需求不断地需要这些设备内的可用空间的增加。这些功能给它们带来了对天线的越来越高的要求，并且通常需要更高的辐射能量用于发射，对天线来说必须适应多达五个频带，同时比从前占据更小的空间。
[0005]另外，来自移动电话机的电磁辐射作为健康风险引起了越来越多的关注，并且对在电话机内空间减小的同时通过天线的设计来解决这个问题提出了严峻的挑战，这是因为显著减小朝向用户的无线电磁波辐射、同时使得用于传输的电磁信号全功率朝着远离用户的方向发射的仅有的有效方法需要用于天线的某些额外空间。
[0006]FCC(美国联邦通讯委员会)要求限制来自便携式通信设备(例如移动电话机或蜂窝电话机)的朝向用户头部的福射(Specific Absorpt1n Rate，比吸收率或SAR)。每年，FCC都趋向于进一步降低所准许的水平。原因之一是安全。同时，随着无线通信技术的发展，移动电话设备已具备了具有更多数据密集型功能的手持计算机的功能，这需要蜂窝电话机与基站塔台之间的高速率数据传送。改进蜂窝电话机的功能以能够增加天线的功率输出将是有利的，然而，FCC规章不允许增加SAR。
[0007]智能电话机(例如，iPhone、BlackBerry等)例如在电话机的位于显示区边沿的上下部分处具有(一个或多个)内置天线。用于天线的空间通常限于Icm乘以电话机的宽度和厚度。天线适合靠近电话机中与用户相对侧的背面。
【发明内容】
[0008]根据第一实施例，本发明极大地增加了用于天线的有效空间，并且提供了高效的屏蔽以及远离用户的无线电磁波辐射重定向，同时实际上增加了电话机外壳内的可用空间。本发明将天线结合到电池内，以使得天线位于远离用户的电池的一侧上，其中，电池被附接到远离用户的电话机背面。电池的电连接被增加，以将所有需要的天线引线到电话机电路中。对特定型号电话机所设计的所有电池将以此内置天线为特征。
[0009]本设计的一个优点是为将来的复杂天线提供非常多的空间，这有助于它们的优化。可以利用电池上可用的较大区域来将分立的天线用在电池内，以提供对不同频率和功能的天线的分离，从而减小天线之间的干扰。这种配置的另一重要优点在于:允许对无线电话机的无线电磁波屏蔽设计进行优化。可以利用位于屏蔽体和天线之间的电池的锂离子芯或其它功能存储介质，来将电池的厚度用于提供天线与电池内被置于离用户最近侧的调谐无线电磁波屏蔽元件之间所需的空间。得到的无线电磁波屏蔽体与天线之间的间隔最优地为发射信号波长的四分之一。可以通过利用无线电磁波屏蔽体与天线之间的介电材料层来辅助实现这个目标，但是在电话机外壳内部所允许的较小空间中仍然是比较困难的。通过设计电池以使得电池的存储介质的厚度产生用于调节无线电磁波屏蔽体的正确间隔，并且通过经由从电池到电话机的接地电路的连接器使屏蔽体接地，并且通过设计无线电磁波屏蔽体本身以最佳地重定向无线电磁波辐射以远离用户，同时让未减小的希望信号被引离用户，从而可以获得显著减小用户身体的无线电磁波吸收的独特好处。
[0010]重定向的一种替代方式是使用适当定相的两个天线来向远离用户的方向辐射波束。这可以按以下两种方式来实现:
[0011]1.放置两个天线，电池的一侧上放置一个。每个天线都连接到输出电力。这些天线之间的相位被数字地控制，以给出向外的最佳定向。具有非常低的功率要求(微瓦)的微处理器可用于这种数字控制。用于这种控制的电力可以从通过捕捉来自电话机的辐射功率而得到。
[0012]2.这种配置对于多频带应用是理想的。对于每个所使用的频率，对相位编程以给出最佳传播特性。这将使得不需要具有高介电常数的材料。
[0013]在一个天线位于蜂窝电话机外壳中而另一天线在电话机内侧或在电池上/内的情况中，也可以使用相同的原理。一般地，优选两个或更多个天线来引导来自无线电话机的辐射。
[0014]根据本发明的第二方面，来自便携式通信设备的辐射被引离用户，从而对设备的性能有最小的影响。最终结果是低的SAR和未改变的TRP (总辐射功率)。这是通过将来自无线电话机内部的天线的辐射耦合到外壳来完成的。外壳具有包括波状金属表面的屏蔽体。这种屏蔽体也可以被安装在无线设备内部。
【附图说明】
[0015]图1示出了嵌入电池内的天线以及从电池壳体到电话机电路的天线连接，其中天线被设计为位于电池上端的紧凑型单元。
[0016]图2示出了嵌入电池内的天线以及从电池壳体到电话机电路的天线连接，其中天线被设计为位于电池背面的平坦表面上的薄平单元。
[0017]图3示出了彼此分开地的、位于电池的不同区域中的不同频率和目的的分离天线。
[0018]图4示出了嵌入电池内的无线电磁波辐射屏蔽体，以使得在如图2所示的相同平坦平面布置中，屏蔽位于电池的最接近用户的一侧上，而天线位于电池的最远离用户的一侧上。屏蔽体通过电池到电话机接地电路的接地连接也示出在图2中。
[0019]图5示出了标出了天线、储电介质、无线电磁波屏蔽体和介电层的电池，以及用于电池电力、天线和无线电磁波屏蔽接地的电连接的分解图。
[0020]图6、图7A和图7B示出了根据第一实施例的无线电话机保护性外壳的各种示图，该无线电话机保护性外壳具有被结合进该外壳背面的无源耦合天线。
[0021]图8不出了与具有波状金属表面的屏蔽相结合的波束天线。
[0022]图9示出了特定设计的高导电波状金属屏蔽层，可选地，该屏蔽层结合了特定频率范围的吸收性材料层。
[0023]图10和图11示出了根据第二实施例的无线电话机保护性外壳的各种示图，该无线电话机保护性外壳具有被结合进该外壳背面的无源耦合天线。
[0024]图12示出了集成到无线设备的内部设计中的无线电磁波重定向材料。
[0025]图13是图示出位于无线设备内部的多频带天线的示图，该天线的相位可由微处理器控制以对应于对不同通信频带的使用。
[0026]图14是图示出利用天线传播的相位控制将电磁辐射导向到朝向远离无线设备用户的方向上的示图。
【具体实施方式】
[0027]嵌入电池或无线设备内的天线
[0028]根据图1所示的本发明的第一方面，无线设备14的天线10被嵌入电池12中，使得无线设备中先前由天线占据的空间可供其它组件使用，并且通过电池外壳上的与电话机外壳上相对应表面12b相接触的电接触表面12a，以与从电池到电话机供电电路的电力连接相同的方式，天线被连接到无线设备的天线电路。如图1所示，天线可以是紧凑型设计的，并适配于电池外壳的一端或一侧。可选地，天线可以被制作得薄且平，并且可以放置在与电池的储能芯平行的宽的平坦面上，