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专利名称:便携式设备天线的制作方法
技术领域:
本发明涉及便携式电子设备和能无线传输数据到和/或从这些设备接收数据的天线装置,特别涉及依附到或装到裤子或其他服装中的天线装置。
例如对于一个移动通信系统的使用,提供一个天线于服装中或附着到服装的技术是已知的。Matsushita的EP-A-0637094给出一个例子,其描述的一种天线包括以导电板方式在一种介质平板相反两侧上形成的金属天线元件;想把这种天线安装在人的肩上,介质平板的钢性防止天线变形。但是,穿戴不方便和不舒服,并还表现出某些突出。(HPB24417)中描述了一种在这方面应用的更为柔性的可穿戴天线的结构尽管这种柔性的结构使该天线更适合于放到每天穿戴的服装中,但是对板的隔离空间的需要对天线多少产生一些厚度,而这将限制其应用。
根据US专利号5,825,327(Krasner),还已知提供了一种适合于至少部分放到服装中的天线,其描述这样一种配置,即配置GPS接收机和GPS发射机,通信天线和通信发射机到一个外套中和/或带天线的裤子中,该天线是以灵活的带状天线的形式,被缝制到服装的内或外表面。Krasner的这种特定的考虑在于回避了影响捕捉和跟踪
GPS卫星信号的视线问题。
在联合王国专利申请GB-A-2183099(UK国防大臣用于国防)给出了另一个天线放到服装中的例子。该描述的天线包括适合用作外套袖中(或其他上装)或裤腿中的作为嵌入物的灵活的导电材料的管状元件。
在GB-A-2和US5,825,327中未考虑天线的性能,以及可以改进和/或适合于最佳性能的可穿戴的天线结构。
因此,本发明的一个目的在于提供一种能放置到服装中而不突出的以及性能加以改进了的天线。
按本发明提供了包括一个天线的服装以及将其连接到一个便携式电子设备的装置,以允许经天线与所说设备进行无线通信。
其中服装加工成穿戴在用户的下体周围,天线是一个纵向的导电元件,以这样一种取向方式附着到衣服,即如果穿戴衣服的人处直立位置使得其接近地并基本垂直地延伸。
如以下将参照附图的
图1-3更详细地加以描述的那样,申请人已意识到,通过以垂直取向但接近地配置天线元件(例如在裙子,外裙,裤子或长外套中),地平面—即地—的影响可用来给出提高的性能。
天线可以是单根导线或可以包括多个在服装的下部分周围间隔配置的纵向导电元件或基本平行对准的多个纵向导电元件。这种配置也还考虑到人体对电场的衰减效应,如将在下面更详细地加以描述的那样。
每个天线元件可以附着到服装的内表面,或附着到服装的外表面,或隐蔽在该服装的一个接缝中,或可利用某些或所有这些配置的组合。另外,每个天线元件可包括放置在服装表面上的柔性的导电材料的迹线,或可包括一个或多个同服装材料相互编织的导电多股线。的确,服装的实质部分可以由导电多股线编织或由另外导电材料组合,以提供大面积的天线元件。
每个天线可以包括在其上端具有馈电连接的单极元件,或它可以包括具有连接天线元件匹配对的馈电连接并在一起的偶极元件。后者这种配置特别适用这样一种场合,在那里服装是以裤子形式以及所说元件匹配对的每一个被放置在相应裤腿之下,虽然将意识到并不一定要遵循这样的对称。
所说用于连接到该便携式电子设备的装置可以包括普通插头和插座或可以包括一个或多个导电的压紧接线柱连接器同每个天线元件电接触。为提高使用性,服装可进一步包括一个衣袋以接纳与所说天线相邻的所说便携式电子设备。
如将要描述的,可以改变电子设备的形式,替代允许先前设备被要求为单一(即硬导线连接)结构的无线链路能力为采用具有扩展到属一个用户(或可能多个用户的情况)服装中的分离元件的分布式的配置。通过使用本发明的天线作为移动电信设备天线,通过分离部件,手机的剩余部分比以前的能做得更小,并更轻,特别地在许多移动电话手机的总尺寸受使用的天线组件的尺寸的限制的情况下。这种天线灵活且轻还不妨碍用户的移动。该移动电信设备可以是一台移动电话或一个寻呼机或其他访问
单个基站或构成无线局域网(LAN)一部分的便携式设备。
现在将参照附图借助例子描述本发明,其中图1说明实施本发明服装的第一实施例,具有一个单极天线;图2说明在接近地平面的天线上的直射和反射信号的效果;图3示意地说明在图2例中接近地平面的磁电场分量的累加和衰落;图4表示包含和隐蔽天线的服装接缝的一种设计;图5表示在服装中用于与天线链接的电子设备的存储器或接受装置的结构;图6是图5结构的侧视图细节,表示电子设备和天线间的连接机构;图7说明实施本发明服装的另一实施例,具有多个天线,它们几乎是隐蔽的单极天线元件;图8示意地表示接近人体的输入电场的场衰落效应;以及图9说明实施本发明服装的再一个实施例,天线包括一对编织的补片,耦合为双极天线元件。
图1说明本发明的基本特征,其中,一件服装,在本例中是一条裤子,护腿,工装裤,微动罩(joggingpants)或其他类似的东西10包括天线12和连接天线到便携式电子设备16
的装置14以使通过天线12无线通信所说设备16。天线是一个纵向的导电元件,以这样一种取向附着服装10上,即使得当穿戴衣服的人处于直立状态时其接近到地并基本垂直地延伸。
这种与服装相关的天线的特别的配置已被本发明申请人确认为根据性能提供特定好处的天线,特别地并不排除用于接收广播FM无线电信号。本发明的天线配置当接***坦的地平面—典型地服装10的情况下自身接近地工作时,特别地使用了反射射线效应。
如图2所示,在地面G上接收的场将是从发射天线20到接收天线12的直射D和反射R波的矢量和。通过引入地面G下面的一个等效图像20’能计算出反射波R。
该图像的取向能通过考虑该场分量的反射系数求得。其随角度改变,但在Brewster角(与散射波到达的角度相比,对于最接近地的条件它是低的)之上,在符号上可考虑是不变的。对于垂直极化电场E1和水平极化磁场M2它是正的。对于水平极化电场E2和垂直极化磁场M1它是负的。图3中表示给出的图像。当图像是正的(即E1和M2相同方向),直射和反射波接近地面G同相相加,给出增强的场。这可用图3右边的图说明,其表示从假设无限大和完全导电地平面G改变距离h时场强E的变化。当图像是负的(即方向相反),直射和反射波接近地面反相相加,给出衰减的场。
通过将天线定位在服装中并且通常是垂直取向(对于当用户站立或走动时),按本发明的在服装中的天线接收接近地的垂直电场,并因此利用最大场增强,例如,在上述Krasner参考的相当短的GPS卫星信号接收天线上给出了改进的性能。
现在将参照图1,同时另外参照图4-6描述服装的其他特征。如图1所示,在一种配置中,天线12可以是以导电编织材料接缝带的形式或以其他方式附加到服装的外表面,而这构成了该天线的特征。如图4所说明的,一种更为个别的配置,在那里可能只使用一个单极元件,被用来将该元件隐蔽在服装的接缝中,该图4表示了一个接缝部分,其表示加入接缝中隐蔽天线元件12并通过箭头S所表示处的由缝合加固的第一和第二根服装编织线28,30。
便携式电子设备16可以被携带在如图5所示的服装10的专用的(即专门的形状和置位)包32中。可以通过设置如图6中所示的导电压钮34,36合适地完成设备同天线的连接,而设备16的压钮装在柔性的补片38上便于移动,虽然可以直接将压钮安装在设备16的外壳上。压紧接线柱(或普通的插件和插口)的分布和数量取决于设备的形式和功能。例如,在设备不携带自身电源,可提供一对连接,一条链路通过服装中的导电径迹或电缆连接到电源。
天线12最佳使用在便携式电子设备是一个FM无线电接收机的场合,天线元件的长度
L或元件对FM广播频段的中心频率是最佳的。,一个四分之一波长天线元件12的长度L=,当其接近地平面工作时不仅性能最佳,而且该长度适合于包括在裤子或其他较短体的服装内。
现在将参照图7、8和9描述其他的变型,无论是服装的形式还是包括的天线。图7表示一条外裙,它具有多个天线元件,如前所述它们以垂直(和基本平行)对准方式放置,但是放置在服装10A的内表面上。如前所述,天线元件可以是分开的导电编织线带,或是由编织到衣服中的导电细丝构成,衣服10A由此被织造。在另一种变型中,天线可以由一种导电复合物形成,这种复合物被简单地涂复或淀积在这种材料上以形成导电迹线或导电板条。
图7中的天线元件通过一个或多个馈电连接40同一个便携式电子设备16连接,该设备是夹到服装腰带上,而馈电连接40垂直于天线元件12。具有多个分开围绕服装的天线元件一个特别的好处在于在很大程度上回避了遮盖(由信号源和天线元件之间出现穿戴者身体的部分所引起)效应。
由具有分开围绕服装的元件引起的另一问题是人体对电场的衰减效应。该效应在图8中加以说明,当场从右接近人体44时电场强度Ev衰减至人体左边表示的Ev的进一步衰减起因于遮盖作用。通过分配天线元件围绕人体44,场强的这种跌落将为最小,从而导致天线性能的改善。
图9表示另一种服装10B,长外套式,具有一对由导电材料编织板条构成的天线元件12。该两个板条,对接收和/或发送的特定信号类型具有最佳长度,由在其之间的连接(一般在42说明)驱动,作为一个双极天线。也可将这种配置应用到图7的外裙或图1的裤子,每个腿由天线元件围绕—给出以上描述的就降低遮盖和场衰减而言的好处—结合在一起形成双极天线的各一半。
在用FM无线电字眼描述的同时,本专业的读者将提醒本发明的其他的使用,在那里便携式电子设备16可以包括AM无线电设备,移动电话,寻呼机,移动无线电设备,具有网络能力的PDA等等,而天线12如必须的那样配置。
根据阅读本发明的公开,对本专业技术人员而言将显见许多另外的改进。这样的改进可以包含有在设计,制造和使用服装和天线以及其应用中已知的其他特征,可以替代使用或除在此描述的特征之外还有的特征。
权利要求
,包括一个天线和连接天线到一个便携式电子设备的装置,以便使得能通过所说天线使所说设备进行无线通信;其中服装加工成穿戴在用户下部人体周围的形状,而天线是一个纵向的导电元件,以这样一种取向方式附着到服装,即使得其当穿戴服装的人处于直立状态时接近到地并基本垂直地延伸。
,其中天线包括多个纵向导电元件间隔放置在服装的下部周围,并且基本上平行对准地放置。
,其中每个天线元件附着到该服装的内表面。
,其中每个天线元件附着到该服装的外表面。
,其中每个天线元件包括沉积在服装表面的可塑性导电材料的迹线。
,其中每个天线元件隐蔽在服装的接缝中。
,其中每个天线元件包括一个或多个与服装材料互相编织的导电细丝。
,其中每个天线包括一个单极元件,在其上端具有一馈电连接。
-7之任一的服装,其中每个天线包括一个双极元件,其具有连接一天线元件匹配对的馈电连接。
,以裤子形式,每个所说元件匹配对放置各自裤腿下。
-10之任一的服装,其中所说用于连接到所说便携式电子设备的装置包括一个或多个导电压紧接线柱连接口与每个天线元件电接触。
,还包括一个袋子用于接纳相邻所说天线的所说便携式电子设备。
,其中,。
,其中,每个天线元件具有最佳长度用于接收预定射频。
全文摘要
一件衣服(10),例如一条裤子,裙子或长外套,包括一个天线(12)和装置(14),以便将它们连接到一个便携式电子设备(16),以允许所说设备(16)通过该天线(12)进行无线通信。当穿戴服装的人处直立状态时,该天线(12)是一个纵向的导电元件,以这样一种取向方式附着到服装(10),即使得其接近到地并基本垂直地延伸。天线的这种接近自然接地平面的取向给出接收性能的改善,例如改善了FM无线广播的接收性能。