РАДИОТЕЛЕФОН Российский патент 2002 года по МПК H01Q1/24 H04M1/03 

Изобретение относится к радиотелефону, предпочтительно для использования в сотовой связи, содержащему корпус и по меньшей мере одну антенну, которая смонтирована на корпусе или находится с ним в соединении для выполнения беспроводной связи радиотелефона путем передачи и приема электромагнитных волн в некотором диапазоне длин волн.

В последнее десятилетие вышеупомянутая область техники получила бурное развитие. Когда портативные мобильные телефоны стали компактными и полезными, они завоевали популярность, и на сегодняшний день мобильные телефоны используются во многих странах.

Проблема, связанная с компактными и легкими современными мобильными телефонами, заключается в ухудшении сигналов, которое возникает во время вызовов из-за того, что антенна мобильного телефона расположена вблизи тела пользователя, в частности вблизи руки и головы. Такое взаимодействие между телом и полем в ближней зоне антенны обычно приводит к ухудшению характеристик антенны, в основном из-за потерь на отражения и поглощение. Чем короче расстояние между антенной и пользователем, тем сильнее ухудшается сигнал. Это значит, что трудно одновременно удовлетворить требованию достаточного кпд антенны и требованию компактности и эксплуатационной надежности.

В современных мобильных телефонах часто используется тип антенн в виде четвертьволнового вибратора вдобавок к или в качестве замены более длинных антенн типа антенны в виде полуволнового вибратора. Антенны в виде четвертьволнового вибратора имеют преимущество компактных и удобных для эксплуатации размеров, в частности, если антенна реализована в виде спиральной антенны. Отличительной особенностью антенн в виде четвертьволнового вибратора является то, что они наводят электрические токи в и/или на панели мобильного телефона. Поскольку панель имеет проводящие свойства, так как по практическим соображениям она выполняется из металла или металлизированных пластиков, указанные токи панели сами генерируют электромагнитные поля, уменьшающие кпд антенны из-за взаимодействия с пользователем, как было описано выше.

Высокий кпд антенны желателен не только потому, что повышается качество связи, например в виде возрастания отношения сигнал-шум, но также потому, что это обеспечивает более низкую потребляемую мощность и, следовательно, продлевает срок службы, а также уменьшает генерацию тепла. Для того, чтобы повысить кпд антенны, необходимо, как известно, максимизировать расстояние между антенной и головой пользователя. Один из примеров дан в JP-A-7212822 и в ЕР-А-0689297, где антенна расположена на верхней части удлиненной стороны мобильного телефона, в то время как громкоговоритель и микрофон расположены на противоположной удлиненной стороне. Таким образом, подразумевается, что телефон следует держать так, чтобы удлиненная сторона с громкоговорителем и микрофоном находилась в контакте с головой пользователя, при этом противоположная удлиненная сторона с антенной будет находиться от пользователя относительно далеко.

В DE-A-4300705 раскрыт портативный телефон, в котором размещена проводящая пластина, действующая как виртуальная заземляющая пластина для предотвращения генерирования высокочастотных токов в корпусе телефона.

Кроме того, известно, что мобильные телефоны обеспечиваются средствами для экранирования, поглощения или отражения электромагнитного излучения. Такие средства могут размещаться вдоль стороны антенны, обращенной к пользователю, а также на или внутри телефонной панели. Примеры известных радиотелефонов такого типа раскрыты в US-A-5493704, US-A-5335366, WO 95/31048 и JP-A-7123463.

Основной задачей настоящего изобретения является создание радиотелефона с высоким кпд антенны путем уменьшения потерь электрической энергии и минимизации взаимодействия между антенной и пользователем без ограничения возможностей реализации радиотелефона с компактными размерами и антенной, вполне подходящей для осуществления связи.

Дополнительной задачей некоторых вариантов изобретения является создание компактного телефона с большой площадью для размещения дисплея и клавиатуры.

Вышеупомянутая основная задача решается созданием радиотелефона, предпочтительно для сотовой связи, содержащего корпус и по меньшей мере одну антенну, которая смонтирована на корпусе или находится с ним в соединении, для беспроводной связи радиотелефона путем передачи и приема электромагнитных радиоволн в некотором диапазоне длин волн, в котором средство уменьшения токов прикреплено к корпусу между антенной и той стороной радиотелефона, которая обычно находится в контакте с пользователем, причем средство уменьшения токов имеет проводящие, а также диэлектрические свойства и размещено для уменьшения или исключения электрических токов, имеющих место в и/или на корпусе устройства между антенной и упомянутой стороной радиотелефона.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения определяются последующими зависимыми пунктами формулы изобретения.

Далее изобретение описывается более подробно со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых;
фиг. 1 - схематический вид спереди на портативный радиотелефон согласно известному уровню техники;
фиг.2 - вид сбоку на известный радиотелефон согласно фиг.1;
фиг.3 - схематическое представление использования радиотелефона согласно фиг. 1 и 2;
фиг. 4 - схематический вид спереди на портативный радиотелефон согласно предпочтительному варианту изобретения;
фиг.5 - вид сбоку на радиотелефон согласно фиг.4;
фиг. 6 - вид в перспективе верхней части радиотелефона согласно фиг. 4 и 5;
фиг. 7 - схематическое представление средства уменьшения токов, которое размещено в радиотелефоне согласно изобретению;
фиг.8 - схематическое представление использования радиотелефона согласно изобретению.

Со ссылками на фиг.1-3 в качестве введения будут обсуждены вышеописанные проблемы и недостатки, связанные с использованием типичного радиотелефона известной конструкции. Известный радиотелефон содержит корпус устройства 10, антенну 11, батарею 12, громкоговоритель 14, микрофон 15, дисплей 16 и клавиатуру 17. Антенна 11 смонтирована на верхней части радиотелефона и может представлять собой антенну в виде четвертьволнового вибратора, что дает преимущество компактности. Громкоговоритель 14, а также микрофон 15 размещены на передней стороне 13 радиотелефона, ограничивая тем самым площадь, имеющуюся для клавиатуры 17 и, в частности, дисплея 16.

Согласно фиг.3 радиотелефон предназначен для использования пользователем 1 с целью беспроводной связи с остальным миром. При наличии вызовов передняя сторона 13 радиотелефона находится в контакте с головой пользователя. Таким образом, из-за вышеописанной конструкции расстояние между антенной 11 и головой 1 достаточно мало, что вызывает ухудшение сигнала, что нельзя не принимать в расчет, а наоборот, очень важно. В действительности расстояние d может быть порядка 10 мм. В ситуациях, когда антенна 11 представляет собой антенну в виде четвертьволнового вибратора, проблема усугубляется из-за электрических токов, генерируемых в панели, как было описано выше.

На фиг.4 показан вид спереди на радиотелефон согласно предпочтительному варианту изобретения. На фиг.5 показан вид сбоку на этот радиотелефон, а на фиг. 6 - вид в перспективе верхней части этого радиотелефона. Радиотелефон содержит корпус устройства 20, на верхней части которого размещена антенна 21. Антенна 21 имеет по сути известную конструкцию, предпочтительно в виде четвертьволнового вибратора, и расположена вблизи первой удлиненной стороны корпуса устройства 20. Корпус устройства сделан из подходящего материала, к примеру металла или металлизированного пластика, с целью, среди прочего, защитить внутренние компоненты радиотелефона от внешних воздействий, обеспечить удобную "рукоятку" для пользователя и выполнять роль панели для других компонентов. Кроме того, радиотелефон содержит дисплей 26 и клавиатуру 27, которые по сути известны и которые размещены на передней стороне радиотелефона. Батарея 22 расположена в задней части радиотелефона, как схематически показано пунктирными линиями на фиг.5.

В отличие от известной конструкции, описанной выше, громкоговоритель 24, а также микрофон 25 согласно предпочтительному варианту размещены на второй удлиненной стороне 23 радиотелефона. Эта вторая удлиненная сторона 23 находится напротив первой удлиненной стороны, на которой размещена антенна 21. Микрофон 25 смонтирован на конце откидного элемента 28, который можно отвести от радиотелефона. Согласно фиг.8 такое размещение обеспечивает значительно большее расстояние d между антенной 21 и пользователем 1, когда пользователь держит радиотелефон у головы во время вызовов. Это размещение имеет дополнительное преимущество, давая больше места, в частности, для дисплея 26. Дисплей 26 может быть выполнен с по меньшей мере в два раза большими размерами, чем дисплей 16 в известном телефоне согласно фиг.1-3, тем самым обеспечивая важные преимущества с точки зрения удобства пользователя. Кроме возможности иметь дополнительные и/или более длинные строки текста, или большего размера буквы, дисплей может быть выполнен как графический, а не только как символьный.

Самым важным признаком настоящего изобретения является то, что средство уменьшения токов размещено в корпусе устройства 20 между антенной 21 и упомянутой второй стороной 23 радиотелефона. Назначение этого средства - уменьшить или исключить панельные токи, имеющие место в корпусе устройства, чтобы минимизировать потери электрической энергии. В противном случае такие токи появляются часто, особенно если антенна имеет длину в четверть волны. Согласно предпочтительному варианту изобретения средство уменьшения токов образуется из четвертьволновой пластины, содержащей элемент 30 из металла или другого материала, имеющего электропроводность, с примерно L-образным поперечным сечением (фиг. 4 и 7). Между верхней частью элемента 30 и расположенными ниже частями корпуса аппарата 20 образована щель.

Четвертьволновая пластина схематически показана на фиг.7. Пластина имеет отличительный признак, состоящий в том, что она действует в качестве полосового режекторного фильтра для электрического тока i в некотором частотном диапазоне. Если длина l соответствует четверти длины волны сигнала, передаваемого антенной, то, когда через пластину протекает электрический ток, наводимый антенной в виде четвертьволнового вибратора, в четвертьволновой пластине возникает явление стоячей волны. Благодаря стоячей волне импеданс становится неопределенно большим, что приводит к более или менее полному подавлению тока. Это схематически показано на профильной диаграмме тока в верхней части фиг.7, из которой видно, что величина тока i становится все меньше и меньше в продольном направлении четвертьволновой пластины и почти полностью исчезает на дальнем конце (правый конец на чертеже) четвертьволновой пластины. В мобильной системе связи, такой как GSM, используются частоты несущей порядка 900 МГц, которые соответствуют четвертьволновой длине, чуть большей 8 см. Однако ясно, что иметь четвертьволновую пластину длиной 8 см, размещенную на или в корпусе устройства современного радиотелефона весьма нецелесообразно, поскольку это сильно ограничит возможности создания компактной конструкции устройства. Поэтому в щели, которая образована между верхней частью металлического элемента 30 и лежащими ниже частями корпуса устройства, согласно предпочтительному варианту изобретения размещается диэлектрический элемент 31. Диэлектрический элемент 31 имеет относительную диэлектрическую постоянную ε_r>1, и, следовательно, длина l металлического элемента 30 может быть существенно уменьшена при сохранении эффекта уменьшения токов в рассматриваемом диапазоне длин волн. Более конкретно, необходимая длина l уменьшается согласно коэффициенту в соответствии с формулой

где λ - длина волны
Согласно предпочтительному варианту диэлектрический элемент 31 имеет относительную диэлектрическую постоянную ε_r ≈ 10, что дает l≈2,6 см.

Средство уменьшения токов 30, 31 может быть размещено на верхней части корпуса устройства 20, как показано на чертежах, либо может быть в нее впрессовано.

Согласно предпочтительному варианту предусмотрены дополнительные меры, с тем, чтобы уменьшить нежелательные электрические токи в панели. Так удлиненная сторона 23 радиотелефона (сторона, которая при нормальном использовании радиотелефона обращена лицом к щеке пользователя 1, либо контактирует с нею) покрывается слоем 32 из материала, который способен уменьшать указанные токи панели. Предпочтительно использовать композитный материал типа ECCOSORB^®, который поставляется на рынок Grace Electronic Materials (Grace N.V.), Nijver-heidsstraat 7, 2260 Westerlo, Belgium. Свойства семейства этих материалов по сути известны, находя применение в различных микроволновых системах, и поэтому здесь они подробно не описываются. Как альтернатива внешнему слою 32, материал, уменьшающий токи, может быть включен в состав пластика панели.

Итак, согласно описанному здесь предпочтительному варианту, который включает: а) средство 30, 31 для уменьшения токов панели, b) размещение громкоговорителя и микрофона 25 на удлиненной стороне 23 радиотелефона и с) слой 32 материала, уменьшающего токи, на упомянутой удлиненной стороне, - получается радиотелефон, в котором расстояние d между антенной 21 и пользователем 1 получается максимально возможным, а потери электрической энергии минимальными. Это дает такие преимущества, как повышенный кпд антенны, более высокое отношение сигнал-шум и пониженное потребление энергии батареи. Данное размещение имеет дополнительные преимущества, улучшающие характеристики связи (минимизация взаимодействия между антенной и пользователем), а также повышение удобства для пользователя (большой и информативный дисплей).

Изобретение описано выше с использованием предпочтительного варианта его осуществления. Такое раскрытие изобретения выполнено с целью иллюстрации, а не для его ограничения. Наоборот, изобретение может быть реализовано несколькими путями в рамках защищенного объема изобретения, определенного прилагаемыми независимыми пунктами формулы изобретения.

Радиотелефон предпочтительно предназначен для сотовой связи. Техническим результатом является повышение кпд путем уменьшения потерь электрической энергии. Сущность изобретения: к корпусу устройства между антенной и стороной радиотелефона, которая при нормальном использовании обращена к пользователю, прикреплено средство для уменьшения токов. Это средство имеет проводящие, а также диэлектрические свойства и размещено для уменьшения или исключения электрических токов, имеющих место в и/или на корпусе устройства между антенной и стороной радиотелефона. 5 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Радиотелефон, предпочтительно для сотовой связи, содержащий корпус (20) и по меньшей мере одну антенну (21), которая крепится к корпусу (20) или находится в соединении с корпусом (20) для беспроводной связи радиотелефона посредством передачи и приема электромагнитных радиоволн в заданном диапазоне длин волн, отличающийся тем, что содержит средство (30,31) уменьшения токов, размещенное в корпусе (20) между антенной (21) и стороной (23) корпуса (20), которая при нормальном использовании обращена к пользователю (1), причем средство (30,31) уменьшения токов имеет проводящие, а также диэлектрические свойства и выполнено с возможностью уменьшения или исключения электрических токов, протекающих в и/или на корпусе (20) между антенной 21 и стороной (23) корпуса (20), которая при нормальном использовании обращена к пользователю. 2. Радиотелефон по п. 1, отличающийся тем, что средством уменьшения токов является четвертьволновая пластина. 3. Радиотелефон по п. 2, отличающийся тем, что четвертьволновая пластина содержит металлический элемент (30) с, по существу, L-образным поперечным сечением, причем между верхней частью металлического элемента (30) и лежащими ниже частями корпуса (20) образована щель, в которой размещен диэлектрический элемент (31). 4. Радиотелефон по п. 3, отличающийся тем, что длина l металлического элемента (30) и значение диэлектрической постоянной ε_r диэлектрического элемента (31) выбираются такими, чтобы удовлетворить выражению

где λ - длина волны. 5. Радиотелефон по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что сторона (23) корпуса (20), которая при нормальном использовании обращена к пользователю (1), покрыта слоем (32) материала, который способен уменьшить электрические токи, имеющие место в и/или на корпусе 20. 6. Радиотелефон по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что содержит антенну (21), размещенную на первой удлиненной стороне с верхней стороны или с нижней стороны корпуса (20), громкоговоритель (24) и микрофон (25), которые размещены на стороне (23) корпуса (20), которая при нормальном использовании обращена к пользователю (1) а также дисплей (26) и клавиатуру (27), которые размещены на другой стороне - предпочтительно на передней стороне, отличной от упомянутых сторон корпуса (20).