CN1017563B - 带有天线的时计 - Google Patents

Abstract

适于戴在人体某一部位如胳膊上的表(4)，它配备有能获取载有无线电信息的电磁场天线。多次测试已证明：在手腕附近的电磁场以径向电场分量(Er)和水平或切向磁场分量(Hφ)为主。因此，为获取径向电场分量(Er)，设置一电容天线并使其电极平行于该表的后盖(2)，为获取切向磁场分量(Hφ)则设置一包括一绕组的电感天线并使该绕组轴线平行于表带(3)的纵向。

Description

本发明涉及一种适于戴在人体呈圆柱形的某一部位（诸如胳膊或躯干）上的时计，所述时计包括一能收集载有无线电漫射信息的电磁场天线，和一个至少有一块玻璃和一后盖的外壳，所述外壳还包括为显示一昼夜时间所需的若干元件，所述时计还包括一个微型接收机，接收由所述天线所获取的信息，并将这种信息转换为所述时计配戴者的可识别的数据。

在许多场合下，为收集无线电漫射信号，现有的时计已配备有一天线和一微型接收机。若这种时计是手表式的，则天线一般置于表带部位，例如，专利文献FR-A-1    207640，EP-A-0100639，EP-A-0125930，EP-A-0184606和WO-A-86103645所述配置正是这样。但是，将天线置于表的表带部位则会产生为构成表带一部分的天线和位于所述表壳内接收机的输入端之间提供连接的问题，而表带通常是通过连接头与外壳铰接的可动元件。这种天线引线转接所导致的结构问题，其解决方案往往不甚简单。例如，在这些导线的转接处若未采取避免断线的措施，则它们会受到应力作用或多或少会很快断损。因此要求提供这种手段，而使表带的更换变得复杂化了，此外，由于表带带有天线故必须特制，因而要更换时在市场上可能不总是易于买到这种表带的。

由近来研制出的产品已知，可将微型接收机连同其天线一起装于配戴在人体上的一个外壳内。例如，由莫特劳拉公司（Motorola    company）研制成的一种接收机，其外壳呈笔状并备有一个可将该笔别到衣服上的夹子，这种产品已在标以“Senscar”的注册商标下投产。同样由飞利 浦公司生产的一种接收机具有细长平行六面体似的形状，也配备有可别到衣料上的夹子。这种接收机便是人们所知的“32B型BB机（Pager）”，其大小约为10cm长，2cm宽和厚。

上述接收机的尺寸已足够大，以致使天线包含其内已不成什么大问题了。然而，人们可能不会否认：要把一根天线装入诸如手表或怀表那样配戴在人体某一部位的时计外壳内，则就会造成难以解决的问题了，因为要安装这种天线可用的空间非常有限。

然而，为解决这一问题，人们已作了很多努力。如，法国专利文献FR-A-2505105（US-A-4419770）描述了一种含有-PLL合成器作为本机振荡器的腕式AM无线电接收机。该配备有电子表的接收机，其棒状天线装在表壳内，外壳呈圆形，以便扣在手腕上。该文献的附图清楚表明：天线棒对准表带的宽度方向，以使该天线感受位于构成手腕圆柱体的纵向磁场分量。这种配置正如以下对本发明的说明中所述是不利的。

在1977年10月4日出版的“日本专利文摘”第1卷116号，4486页E77中之专利文献JP-A-52-48364的英文摘要中描述了一种时计，其玻璃面下安置有一单根天线。然而现已断言：这种天线在本文下述研究的频率范围内，若不配置另一导电元件以形成对位于构成手腕圆柱体的径向电场分量敏感的电容性天线的话，其效果不良。

为在所述微型接收机的输入端获得所需信号，因此有必要采取某些保护措施，以实现本发明的目的，本发明的特点是：将天线的方位设置成使其能获取与人体戴表部分所构成的圆柱体相切的磁场H的分量H_φ，或所述圆柱体径向电场E的分量Er，或获取所述分量H_φ和Er的合成量。

从以下参考举例说明的附图和相应说明将会更好地理解本发明。

图1是模拟人体或其一部分并表示该人体附近的两个电磁场分量的示意图;

图2表示戴有手表手腕以及作用于该表的两个电磁场分量;

图3表示怎样在本发明手表内配置一电感天线;

图4表示在本发明手表内怎样设置一电容性天线;

图5表示戴有怀表的人体以及作用于该表的两个电磁场分量;

图6是根据本发明第一实施例的一种手表的顶视图;

图7是沿图6Ⅶ-Ⅶ线所取的剖视图;

图8是根据本发明第二实施例的一种手表的顶视图;

图9是沿图8之1Ⅹ-Ⅸ线所取的剖视图;

图10是一个将该天线与一个微型接收机匹配实例的简化电路图。

确定电磁场在真空中传播的规律是已知的。这些规律是由将电磁场的磁和电分量相联系的麦克斯韦方程式表达的，这种分量彼此正交。这些方程告诉我们：在一个周期内的一个变化的电场可产生一个旋转磁场，反之亦然。由此可知：电磁场的电场分量可由一电容性天线捕获，而磁场分量可由一电感天线捕获。电容天线采取由某种电介质隔离的两个电极形式，而电感天线采取绕组形式。至于电介质在此必须理解为：隔离两个电极的一种绝缘介质，这种介质也可为空气。假设：使入射电场的极性垂直该电容天线的两极，而使入射磁场的极性平行于电感天线的线圈轴线。

本发明涉及适于戴在人体一部分上的时计，因此，了解人体对所述电磁场的构型的影响是非常重要的。人们已经确认：对于频率范围为VHF频带（30到300MH），和至少在UHF频带（300至3000MH）的起始段来说，则在人体附近范围内的电磁场的大小和方向显著地被改变了，这主要因为人体的介电性能与空气的介电性能是完全不同的。

现在采取如图1所示的人体模型的形式对人体附近的电磁场进行研究。该模型是一个高180cm，直径为25cm的圆柱体1。该人体的材料是由成比例的乙二醇（glycol    ethcmdiol）、蒸馏水和氯化钠溶液模拟而成，以使该溶液的介电性能相当于人体的介电性能。

当用一个垂直极性场辐射该模型时，在本发明范围内所进行的若干测量结果已能得出以下三点结论：

-在离该“人体”表面的距离、r＜15cm处，电场基本上为径向场，即垂直于皮肤。该电场将称为Er。

-在离该“人体”表面距离为r＜15cm处，磁场基本上为水平的或说沿切线方向的，即围绕该“人体”旋转。该磁场将称为H_φ。

-电磁场的Er和H_φ分量几乎与角度φ无关，这意味着：在垂直于人体平面上的一种场辐射几乎为全向辐射。

以上所用“基本上”一词说明还存在一些测量幅值小于特定方向Er和H_φ的其他方向的电磁场。这些其它方向的电磁场特别是径向和纵向磁场以及切向和纵向电场（所述纵向平行于人体的Z轴）。举例来说，一个切向磁场H_φ的测量值比所述经向磁场的测量值大6～8db。

我们不仅对人体驱干而且对手腕或臂前部离躯干不同距离的若干位置上均已重复进行过多次上述情况的类似测量。除有一处例外之外，所有测量位置均得到前述同一结果，因而确认了对手腕来说也是所述Er和H_φ场占优势。所述引起例外的位置是指胳膊对于胸脯弯曲的肘关节处-在此情况下，磁场的纵向分量占优势，因为存在一种同由人体躯干引起的切向分量H_φ的耦合。但在这特定情况下，Er分量保持不变。

根据前述重要见解，紧接着就要探索如何达到关于将天线装入欲戴在人体某一部位（无论是躯干还是人体的前臂部）的时计内的方式-这一本发明主要目的，也就是说所述天线的配置和方位必须可获取与代表人体或其某一部分的圆柱体相切的电磁场的磁场分量H_φ或位于所述圆柱体径向的同一电磁场的电场分量Er。

图2表示戴有手表4的前臂。手表4包括一外壳2和一表带3。所述两个主要场Er（径向电分量）和H_φ（水平或切向磁分量）作用于这外壳上。

图5表示戴有怀表5的人体形象，该怀表5包括一与一表链6相连的外壳2。同样，两个主要场Er和H_φ作用在这外壳上。

人们会理解在图2和5这两例中，切向磁场H通过外壳的横截面透入外壳，而所要配置的天线必须由具有一匝或若干匝的绕组构成，该绕组的轴线设置成平行于所述外壳的后盖。

对手表实例来说，图3概略地表示了如何将电感天线设置在手表外壳2中的方式。此外天线7只包括被连到微型接收机8的单独一匝。请注意，重要的是：本例中，所述绕组的轴线除了要平行于外壳的后盖之外还必须设置成平行于表带3的纵向。

在怀表例中，从图5可显见电感天线（未示出）的轴线，不但必须设置成平行于外壳的后盖，而且必须设置成垂直于悬线的铅垂线。

图6和图7所示实际装置表示本发明的第一实施例，其要点是获取电磁场的切向磁场分量，其原理已在本文前面解释过。

图6是块手表的平面视图，它包括外壳2和表带3，而图7是沿图6之Ⅶ-Ⅶ线的剖视图。这块表受切向磁场分量H_φ的作用。为了获取这一分量，该表包括一电感天线7-此处由5个单匝11构成，每匝均有两个借助连接件13端对端相连的部分9和12。如图7所示，第一部分12是埋入外壳2的后盖14的金属线，而第二部分9呈沉积在玻璃10下的金属态。在此，所述第一和第二部分借助挠性连接件13端对端地连接在一起，连接件13可以由具有若干导电区的“Zebra”（注册商标）构成。连接件13的导电区15和16连接到一个微型接收机（未示出）的输入端，除了为显示昼夜时间所必需的所有另部件如机芯17、表盘18和指针19外，该接收机也置于外壳2内。对该装置供电的电池可装在外壳内侧向设置的一个抽屉里或在后盖内设置的一个开口内。在后一种情况下，第一部分12将经过该开口的盖并借助柔件连接性与同样埋入后盖的其他诸部分相连。

本发明并不局限于前述实施例。诸部分彼此间的连接可以用钎焊或焊接而不用所述的连接件。金属化部分9也可处于玻璃上方或埋入玻璃内。同样，第一部分12可以只是部分地埋入后盖14或甚至置于其表面上。

图2和5也说明了：所述径向电场Er透入外壳垂直地到达其玻璃或其后盖，也说明了在这种情况下要为捕获该径向电场的天线将必须由被一种电介质隔开的两个基本呈平面的电极构成并配置成平行于外壳的后盖。

在手表实例中，图4以概略方式表明了为何将电容性天线50配置于外壳2中。此处，天线包括连到微型接收机8的两个电极20和21。

在怀表实例中，由图5可显见：也必须将电极（未示出）配置成平行于玻璃或平行于外壳的后盖。

由图8和9所示的实际装置说明了包含获取所述电磁场的径向电场分量的本发明的第二实施例。

图8是一包括外壳2和表带3的手表的平面视图，而图9是沿图8Ⅸ-Ⅸ线的剖视图。这手表受径向电场分量Er的作用。为捕获这一分量，该手表包括由电极20和21构成的电容性天线。第一电极是玻璃10的金属化外缘20，而第二电极是可全为金属的金属后盖21，或如图9所示为一敷在塑料制成的盖32上的金属薄片。这样，将电极20和21设置成彼此平行以获取电磁场的径向电场分量Er。这两电极被支承在由绝缘材料制成的壳圈33上。电极20和21连到微型接收机（未示出）的输入端，除了为显示昼夜时间所需的所有其它元件如机芯17、表盘18和指针19外，所述接收机也置于外壳2内。电极20、21和微型接收机的输入端之间的连接可由弹簧加载支架来实现，例如象在欧洲专利EP-B-O041145（US-A-4    523    856）中所述那样。

本发明不限于前述具体实施例，最重要的是电极20必须置于离电极21有一定距离处并相对电极21呈现一定表面。因此，若电极20位于盘18 下面，则电极20可具有与电极21基本相同的表面。在某些情况下，电极20本身可为装有指计的表盘，盖且穿有一开孔，以便能显露出要发送的信息（如回叫电话号，会议日期等）同样，图8所示环状电极20可被分割或呈螺旋形。

图10示出一种能使电感天线7对微型接收机8的输入匹配的电路简图。该接收机可为标以UAA    2033标记的飞利浦公司销售的接收机。若电感天线包括5匝，而且是平衡的话，则对接收机输入端的匹配将采取电容C1和C2的形式，其每个容量大约为4PF.根据天线与接收机输入匹配或不匹配还能用其它不同配置法。

现人们已知，怎样利用电感或电容天线来分别捕获电磁场的磁场分量H_φ或电场分量Er。显然，本发明不限于去捕获这些分量之一而排除另一分量;人们也能同时很容易地捕获两个分量，因为没有这一个分量，另一个也不能传播。在此情况下，该时计应用时具有根据前述说明所获得的一个电容天线和一个电感天线。不用多说，这种配置对所采集信号的幅度可能是有利的。也不必多说，当将两天线平行安置，以其中之一用作另一个的匹配电路时，则必然导至微型接收机输入电路的简化。

Claims (9)

1、一种适于戴在诸如人体胳膊或身体上呈圆柱形的某部位上的时计，其特征在于，所述时计包括能获取含有磁场H和电场E的电磁场天线，所述电磁场载有无线电漫射信息；和一个至少有一块玻璃和一后盖的外壳；所述外壳包括除为显示昼夜时间所必需的元件外还有一微型接收机，该接收机接收由天线捕获的信息，以便将这类信息转换为该时计携带者的可觉察信息；所述天线位于由所述外壳限定的空间内并由包含至少一匝的绕组构成；所述绕组是为捕获与所述圆柱体相切的磁场分量(H_φ)而设置和定向的，该绕组的轴线配置成平行于所述外壳的后盖。

2、如权利要求1所述的时计，其特征在于，该时针是手表式的，所述绕组的轴线定位于平行于表带的纵向。

3、如权利要求1所述的时计，其特征在于，该时计是怀表式的，所述绕组的轴线定位于垂直于悬线之铅垂线。

4、如权利要求1的时计，其特征在于，所述匝包括由连接件端对端连接的若干部分。

5、如权利要求4所述的时计，其特征在于，所述匝包括埋入外壳后盖的第一部分和在玻璃下金属化的第二部分，第一和第二部分借助位于所述后盖和玻璃间的柔性连接件被端对端地相连。

6、一种适于戴在诸如人体胳膊或身体上呈圆柱形的某部位上的时计，其特征在于，所述时计包括能获取含有磁场H和电场E的电磁场天线，所述电磁场载有无线电漫射信息;和一个至少有一块玻璃和一后盖的外壳;所述外壳包括除为显示昼夜时间所必需的元件外还有一微型接收机，该接收机接收由天线捕获的信息，以便将这类信息转换为该时计携带者的可觉察信息;所述天线位于由所述外壳限定的空间内并由被一种电介质隔开彼此平行配置和大致呈平面状的第一和第二电极构成;所述电极配置和定向成可捕获与所述圆柱体成径向的电场E的分量Er;所述电极平面均平行于所述外壳的后盖。

7、如权利要求6所述的时计，其特征在于，该时针是手表或怀表式的，还包括涂敷在所述玻璃下以构成所述第一电极的金属层，所述后盖和玻璃支承在绝缘材料制成的壳圈上。

8、一种适于戴在诸如人体胳膊或身体上呈圆柱形的某部位上的时计，其特征在于，所述时计包括能获取含有磁场H和电场E的电磁场天线，所述电磁场载有无线电漫射信息;和一个至少有一块玻璃和一后盖的外壳;所述外壳包括除为显示昼夜时间所必需的元件外还有一微型接收机，该接收机接收由天线捕获的信息，以便将这类信息转换为该时计携带者的可觉察数据;所述天线位于由所述外壳限定的空间内并由包括至少一匝的绕组组合体组成;所述绕组配置和定向成可捕获与所述圆柱体相切的磁场H的分量H_φ，该绕组的轴线配置成平行于所述外壳的后盖;大致呈平面的第一和第二电极彼此由电介质隔开而平行地配置，所述电极配置和定向成可捕获与所述圆柱体成径向的电场分量Er，所述电极平面设置成平行于所述外壳的后盖。

9、如权利要求8所述的时计，其特征在于，所述绕组是与第一和第二电极并联连接的。

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