CN1166092A - 用于无线通信产品的射频助听器保护器 - Google Patents

Abstract

将磁吸收材料安放在无线通信设备手机的天线基座附近可提供具有低磁场辐射的无线通信设备。磁吸收材料最好是散布于硅橡胶介质内的铁氧体类的金属氧化物。铁氧体类金属氧化物的作用是衰减产生于天线近场中的磁场。因而可以降低无线通信设备用户携带的助听器所受的干扰。

Description

用于无线通信产品的 射频助听器保护器

本发明涉及数字无线通信产品，例如蜂窝电话。

蜂窝电话及其他数字无线通信设备是具有革命性的通信设备。然而，使用助听器的用户常常不能应用这些设备，因为用于无线通信的射频信号对助听器造成干扰。该干扰会产生听得见的扰人声音，如蜂鸣声，或者会损坏助听器。

助听器是佩带的电声设备，用放大声音来补偿听力的衰退。它们包括耳后(BTE)助听器和耳内(ITE)助听器。助听器一般包括一传声器、一放大器和一扬声器，然而它是日益完善的设备。很多助听器具有自动增益控制和数字信号处理，可以进行编程以校正用户的医生处方涉及的特定频率的衰退。助听器特别容易受无线设备的影响，因为这类设备是紧靠着助听器使用的。

人们可能试图调整天线发射信号的方向来限制对助听器的干扰。然而，由于蜂窝电话用户不知道区站所在位置因此必须使用一全方向天线，这意味着信号是不断地送往用户头部的方向。

过去一种解决办法是将助听器用混有颗粒状铁的塑料特殊外壳包装。这种特殊外壳使总输入干扰电平的增加比采用标准外壳的同类助听器低14-22dB。另一种解决办法是使用电磁反射材料，如银涂料，来涂敷助听器，但结果仍不满意。人们需要的是可以与助听器一起使用的、降低干扰的无线通信设备。

按照本发明，一无线通信设备包括一以所定义的标称频率发射电磁场(EMF)信号的天线。将磁吸收材料放置在离天线基座一个标称频率波长的距离内而在以天线基座为顶点且包括天线在内的10°半锥体外的位置。磁吸收材料衰减该标称频率。

仍然按照本发明，一无线通信设备包括一天线，该天线以标称频率发射一EMF信号。确定一垂直于天线且通过天线基座的参考平面。在参考平面的与天线相反的一边，距基座一个标称频率波长的距离内放置磁吸收材料。

仍然按照本发明，磁吸收材料放置在贴于用户耳朵上的一装置内。当该用户遭受诸如无线通信设备所产生的磁场时，该磁场被衰减。

在按照本发明的一实施例中，该磁吸收材料由散布于柔性介质中的金属或金属混合物组成。在一个实施例中，该磁性材料由铁氧体颗粒组成，铁氧体一般地是包括金属氧化物的化合物，如氧化铁。在一优选实施例中，柔性介质是硅橡胶。

本发明还包括一种提供低磁场辐射的无线通信设备的方法。在含有上述天线的无线通信设备中，该方法包括的步骤是将磁吸收材料放置在离天线基座一个标称频率波长的距离内，除了以天线基座为顶点且包括天线在内的10°半锥体外。

图1A是蜂窝电话的示意图，说明按照本应用发明安装一含有磁吸收材料的套壳。

图1B是图1A的蜂窝电话的示意图，说明其内放置磁吸收材料的体积。

图1C是图1A蜂窝电话的示意图，说明在参考平面离天线相反一边的半球体积。

图2是蜂窝电话的示意图，说明直接浇注在手机外壳上的磁吸收耳杯(earcup)。

图3是图1A或图2的蜂窝电话被携带助听器的人使用时的示意图。

图4是带着加有磁吸收材料耳罩(ear coverings)的人的示意图。

按照本发明，一无线通信设备包括以规定标称频率的频率内容发射EMF信号的天线。将磁性吸收材料放置在离天线基座一个标称频率的波长距离内而在以天线基座为顶点且包括天线在内的10°半锥体以外的位置。

仍然按照本发明，一无线通信设备包括一以规定标称频率发射EMF信号的天线。确定一垂直于天线并通过天线基座的参考平面。在参考平面的与天线相反的一边，在离基座一个标称频率波长的距离内放置磁吸收材料。

在按本发明的一实施例中，磁吸收材料由散布于柔性介质内的金属或金属混合物组成。在一个实施例中，磁吸收材料由铁氧体颗粒组成；铁氧体一般地包括金属氧化物的化合物，如氧化铁。在一优选实施例中，柔性介质是硅橡胶。

在按本发明的实施例中，磁吸收材料是加入到包在蜂窝电话或移动电话手机以及其他无线通信设备的套壳内的，该吸收材料的放置位置在耳杯的范围内，即该手机最贴近用户耳朵的区域内。磁吸收材料可以以不同结构放置在无线通信设备的手机上，或可加到手机内，也可以放在手机外壳内的一单独部件中，或造在手机的外壳本身内。放置磁吸收材料可以产生一“射频阴影”以显著降低到达用户耳朵和头的其他部位的EMF辐射。

可为无线电通信用的射频频谱是有限的。随着信道日益拥挤，美国联邦电信委员会(FCC)和其他国家的相关部门已分配更高频率的新的服务类别。蜂窝电话通常被分配于900MHz或1850-1930MHz(或粗略说2GMHz)范围。移动电话共同采用的时分多址(TDMA)操作中，几个射频信道利用同一频段，但时间上是分开的。例如，调制可以由具有可作多址用的217Hz重复频率的2GHz射频的100％幅度调制包络组成。5msec的重复时窗一般地被分成8段，为8个不同的信道用。当助听器用户使用蜂窝电话时，助听器内的导线和其他元件充当天线对由话音以217Hz斩波的2GHz射频信号产生磁感应。当感应电流流过诸如助听器的放大器或传声器处的阻抗时，它转换成电压。当该电压跨于如晶体管内的二极管的非线性结时该信号被解调；解调后的分离信号通过放大器成为声音输出。217Hz的方波听起来是蜂鸣声。

本抑制干扰的方法起源于对造成该问题的近场条件的认识。电磁场包括电抗近场、近场和远场。电抗近场的典型特征是在离辐射源λ/2π区域内；近场的特征可在辐射源的λ/2内，远场则在此区域以外。电磁场的特性取决于它是在电抗近场、近场还是远场。具体说，在远场内电场和磁场共同组成一平面波，其波阻抗E/H为377Ω。然而在电抗近场或近场内，E/H的值由辐射源的特性确定；进一步说，电场和磁场必须分开考虑。在绝大多数无线通信设备中，可适用的辐射源是天线。

当一助听器携带者使用诸如蜂窝电话的无线通信设备时，助听器和天线一般靠得足够近使助听器处于天线的近场内。这样，很多可能适用远场的解决干扰问题的方法都无效。对于用于无线通信设备的大多数天线，例如很多蜂窝电话的1/4波长偶极天线；磁场效应占主要地位，因而磁场元件是主要的耦合元件。

据此，本解决方法的一个方面是着眼于将靠近无线通信设备的区域内的磁场分量(H)衰减。在优选实施例中，在产生磁场的天线附近放置诸如铁氧体的磁吸收材料。采用相对导磁率高的材料，其中导磁率(μ)定义为磁通密度峰值与所加磁场强度峰值的商。导磁率是一复参数，包括一表示电抗部分的实部μ′和一表示磁损耗因子的虚部μ″。

铁氧体是具有相对高导磁率的族，它们的导磁率是EM频率的函数。一般地，随着频率增加，材料的μ′首先保持不变，随后升至最大值，最后急剧下降，在μ′下降时，损耗分量μ″上升到一峰值。损耗是由自旋进动谐振造成的，其关系可由下列方式描述： ${\∫}_{\mathrm{res}}=\mathrm{\γ}{M}_{\mathrm{mat}}/3\mathrm{\π}({\mathrm{\μ}}_i-1)\mathrm{Hz}$ 其中

串联损耗分量为最大时的频率

γ＝旋磁比～0.22×10⁶Am^-1

μ_i＝起始导磁率以及

M_mat～250-350×10³Am^-1

对以上讨论的TDMA应用中所采用的高频，低导磁率铁氧体材料将使损耗最大化。据此，磁吸收材料最好是有相对低的起始导磁率而使得在高频范围的损耗最大化的铁氧体。对于采用不同频率的无线通信设备可按所需特性选择铁氧体材料。

一蜂窝电话102示于图1A。蜂窝电话102包括一天线104，一硬塑料外壳106和一键盘108。在工作时，从蜂窝电话102发送一射频信号给区站，从该处发往本地办公室并转换到另一区站。因此天线是一重要的射频源。从天线104发出的信号一般是全向的。

套壳110包在蜂窝电话102上，有一磁吸收耳杯114的增高部分112。磁吸收耳杯114安置在原耳杯116的上面。原耳杯116的增高部分由虚线118表示。

按上述方程选择磁吸收材料使所感兴趣的频率处的磁场衰减为最佳。如上讨论，对某些高频场最好选用具有低起始导磁率的铁氧体。

铁氧体是金属，因此可成为导体或天线。为了解决此问题，可将它们散布在介质内。陶瓷铁氧体材料包括通用化学式MOFe₂O₃的金属氧化物颗粒，其中M选自置于陶瓷介质内的诸如镍、锌、镁和钴等金属。将陶瓷铁氧体压制并烧结使金属氧化物排列以便产生平滑的磁场。这样陶瓷铁氧体是有很大的体电阻率和各向同性的磁特性。然而，陶瓷铁氧体既重又硬且冷，如果简单地装在电话上则直接贴在耳朵上是很不舒服的。

在优选实施例中，铁氧体是放在柔性介质内的，如橡胶。柔性介质使磁吸收材料使用起来舒服，因为它使耳朵舒适并感觉比陶瓷暧和。它比基于金属或陶瓷的磁吸收材料更轻，而且，例如，可以无空隙地粘在手机上。

在柔性介质情况下，当柔性介质变形时铁氧体颗粒的排列改变。不过，和铁氧体衰减EMF场的其他应用(如变压器内的干扰抑制)不同，铁氧体颗粒不需要保持固定的排列。人们相信这是由于铁氧体的其他应用需要一种使场平滑地偏转的材料，而这里似乎只要破坏而不是平滑偏转磁场就足够了。

套壳110最好用硅橡胶。磁吸收耳杯114最好是ECCOSORB(Emerson &Cuming股份有限公司的注册商标)浇注成的。ECCOSORB是Emerson &Cuming股份有限公司(869 Washington Street，Canton，MA02021)生产的一种磁吸收可浇注硅橡胶材料。ECCOSORB-S124适用于1800MHz范围的装置。市场上有售的ECCOSORB含有散布于硅橡胶介质内的60粒度的粉状铁颗粒并在严格控制情况下抑制微波频率的电流流动。

如图1A示意图所示，磁吸收耳杯114装在套壳110内，使套壳110放在电话112上时，耳杯114覆盖在原耳杯116上。磁吸收耳杯114一般最好是圆环形的以便给出确定从原耳机栅网122到用户耳朵的通道的孔径120。增高部分112最好是1/4″到2″，使磁吸收耳杯114在电话102的原耳杯上延伸。耳杯的厚度设计得使抑制RF低到助听器的抗扰电平。依此，不同尺寸的耳杯使它可与天线和助听器的特性相匹配。

磁吸收耳杯114是利用生产厂商的指示浇注的，并随后加到硅套壳106内使它可包在电话102上。另外，耳杯114也可以是马蹄形的楔形物，其材料厚度在弯曲处最厚而在腿部处变薄。较厚的部分贴近手机顶部而较薄部分则在耳杯底部。

电话的外壳106是一装有该电话各电气元件的硬塑料外壳。硅套壳110包在外壳106周围，但留有一开口124露出键盘108以便寻址。

磁吸收材料最好应粗略处于辐射源的近场内。如上所述，该近场大约在λ/2内。由方程V＝fλ，其中V＝3×10⁸m/sec，及频率粗略为2MHz，则波长约为6″，近场大约距天线三英寸以内。虽然本讨论使用的例子是2GHz，但无线通信设备所用的频率变化很大，而近场的范围将随频率而变化。另外，虽然近场可描述成近似处于λ/2内，但它的边界不是精确确定的，其过渡区域可以变化。因此以天线基座为原点以标称频率的一个波长为半径所扫过的体积可被当作包含近场。

在优选实施例中，耳杯114中的磁吸收材料如图1B所示是放置在一体积128内的。虚线所示的体积128说明它是一确定区域而不是一物理部件。体积128被确定为以天线基座为顶点的10°半锥体130(包括天线在内)以外的离天线基座一个标称频率的波长距离内的区域。所选的体积128包含了天线的近场。将磁吸收材料放置在该确定体积内可显著降低该无线设备的磁场辐射，因而抑制了对附近电子装置(如助听器)的干扰。

天线一般是相对于基平面而工作的，该基平面决定联合电磁场中表面电流的流动方向。在大多数无线通信设备的构造中，该基平面粗略地是在手机的上端，而需要电磁辐射保护的助听器或其他物体是在基平面的与天线相反的一边。尽管该基平面位置可能移动，但可确定一垂直于天线并通过其基座的参考平面；在另一实施例中，磁吸收材料放置在天线参考平面的另一边且在天线标称频率的一个波长距离内。在此另一实施例中，耳杯114中的磁吸收材料放置在示意图1C所示的一半球132内。半球132以虚线表示说明它是一确定区域而不是一物理部件。

需要磁场保护的助听器或其他物体(包括生物组织)最好处于通过磁吸收材料圆环的中轴线上。不过，即使当圆环与助听器是一对一而离轴线半英寸时也曾得到过好的实验结果。

在另一实施例中，将陶瓷铁氧体的圆环放在蜂窝电话上(或内)的靠近电话耳杯处。为了使用户舒服，最好在将陶瓷铁氧体放到手机上以前先将陶瓷铁氧体用硅橡胶或其他软的或柔性的材料覆盖起来，或者将它装在手机的外壳内。

图2给出一蜂窝电话202，其中磁吸收材料是电话的一部分。蜂窝电话202包括一天线204，它是一射频源。一硬塑料外壳206将蜂窝电话202的电气元件包装起来。磁吸收耳杯210最好用ECCOSORB(注册商标)制造，并含有散布于硅橡胶中的磁吸收颗粒。磁吸收耳杯210最好离电话内的扬声器212约1/32″到1/8″(扬声器212用蜂窝电话202体内的虚线表示)。耳杯210按ECCOSORB的技术数据(Technical Data)(修订版l2-95)中给出的指示直接浇注在电话外壳206上，在浇注前用适当的粘合剂粘合到位。Emerson &Cuming股份有限公司出版的ECCOSORB技术数据，修订版12-95，列在此处作为参考。在另一实施例中，耳杯210是分开制造并随后粘到外壳206的。

耳杯210基本上是圆环形的，有一镶嵌有栅网216的孔214，为了使用户舒服并更好地与耳杯210配合栅网216最好用硅橡胶制造；另外也可用硬塑料或其他材料制造。耳杯210最好放在离扬声器2121/16″处。外形符合电话的工程设计并且是电话的延伸。选择内径和厚度以给出所需的射频信号衰减量。

在另一实施例中，将合适的铁氧体加到硬塑料外壳206内，这样磁吸收耳杯是外壳206的整体部分。另外，可以将诸如ECCOSORB的磁吸收材料圆环放在组合耳杯210的第一层内，或者可以嵌在两层诸如硅橡胶或硬塑料的其他材料之间。在另一实施例中，磁吸收材料不是浇注的，而是用预先生产的柔性磁吸收材料片构成的，这种材料如ECCOSORB MF-S(Emerson &Cuming股份有限公司生产的高损耗硅橡胶绝缘材料)。

当蜂窝电话302在使用时，如图3所示，磁吸收耳杯310一般处在天线304和耳内(ITE)助听器300之间。这样建立起一“射频阴影”区332。(阴影区322以虚线表示说明不是一物理部件)。阴影区332是以天线为顶点并穿过吸收材料的辐射线所能达到的任何点。区域332表明显著降低天线304发射出的电场和磁场。此外，磁吸收耳杯310还能破坏区域332以外的磁场，给出一更大的“射频阴影”。可以确定一高度抑制的区域，该区域是以天线上任何点为顶点而通过吸收材料的辐射线不能达到的那些点。

如示意图3所示，助听器300和用户的大部分头处在区域332内。可以改变磁吸收耳杯的构造以得到不同尺寸的区域332。此外，可对电话302加一磁吸收材料的罩子(shade)以建立一可控范围的阴影。也可加一层反射材料以进一步将区域332与射频辐射屏蔽。这样，可以保护人头或人体其他部分免受电话302产生的电磁场、电场和磁场，并可抑制对助听器或其他电气装置的干扰。预期将磁吸收材料和反射材料或其他材料分层放置可以使得更为精确控制区域332。

在另一实施例中，如图4所示，将磁吸收材料加在耳罩402内。耳罩402与可调节耳机404联在一起。可调节耳机404包括两个箍406、408，箍406比408略宽，可在408上滑动以适合携带者头部尺寸。如图所示，耳罩402一般是轮形的，贴在携带者的耳朵上，有一通道410供与携带者耳朵通信用。图中示出耳罩402盖在耳内助听器412上的一般位置。

耳罩402可使携带者保护他的助听器(或他的头)免受通信设备产生的磁场影响。耳罩402还能使携带者从一个无线设备移动到另一无线设备时不必变换套壳或吸收耳机。耳罩402还能防护突然遇到的磁场，例如在助听器携带者在几个射频源间移动的场合(譬如在潜水艇的舰桥上)。

在另一实施例中，只能使用一只耳杯402，或者两只耳杯中只有一只有磁吸收材料。提供有另外的耳罩结构。不需要使用耳机；该耳杯可以是套在耳廓上的耳杯。虽然图4中示出通道410让携带者听到声音，但必须指出在很多应用中希望抑制干扰和抑制噪声。在这种场合下，耳罩是没有通道的而是完整的磁吸收材料耳罩。另外耳罩402可以是磁吸收材料和噪声抑制材料的组合。在另一实施例中，耳罩402的尺寸适合装在携带者的耳廓内部。磁吸收耳罩402最好用有铁氧体颗粒的硅橡胶制造，如ECCOSORB。

本发明还提供保护助听器免受无线通信设备产生的磁场影响的方法500。在步骤501中，在无线通信设备的天线基座和助听器之间安放磁吸收材料。

方法600提供具有低磁场辐射的无线通信设备。在步骤601中，在以天线基座为顶部的10°半锥体(包括天线在内)以外离天线基座一个波长距离内放置磁吸收材料，其中该波长是由天线的标称频率确定的。

无线通信设备不必是一蜂窝电话，本发明还包括其他设备，如移动电话、无线电话、无绳电话以及有执照和无执照的个人服务用的任何装置。还提供其他的套壳材料以及将磁吸收材料附在指定区域的其他装置。

磁吸收材料不必是具体公开的这种材料，也可采用具有合适导磁率和阻抗特性的其他材料。遭受无线通信设备干扰的所有形式的助听器都在本发明范围内。本发明还包括对助听器外的其他电气设备的干扰抑制，还包括对无线通信设备外的其他设备所造成的磁场进行衰减。

虽然用手机作为例子，本发明还可用于其他的结构，如头戴耳机。这里将某些材料称作“磁吸收材料”，这个术语指的是当波通过介质时受到衰减而不是机制的限制。这里该术语包括在磁场通过介质时更改其方向以及破坏和瓦解该磁场。本发明提供了对各优选实施例的这些或其他一些变动和修正，本发明的范围由下列各权利要求所限制。

Claims (29)

1.抑制EMF(电磁场)对助听器的干扰的装置，包括：加有磁吸收材料的耳杯。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述磁性材料是柔性的。

3.如权利要求2所述的装置，其中磁吸收柔性材料是硅基质的。

4.如权利要求1所述的装置，其中磁吸收材料包括一金属氧化物，其中该金属是从包括铁、镁、钴、锌、铜、锰和镍在内的族中选择的。

5.一无线通信设备包括：

一天线，所述天线具有一基座并以一标称频率发射电磁信号；以及

一磁吸收材料，该材料安放在离天线基座一个标称频率的波长距离内，不包括以天线基座为顶点且含有天线的10°半锥体。

6.如权利要求5所述的设备进一步包括一手机，其中天线安装在手机上。

7.如权利要求5所述的设备，其中磁吸收材料是柔性的。

8.一无线通信设备包括：

一天线，该天该具有一基座并以标称频率发射一电磁信号，天线还规定一垂直于天线且通过天线基座的平面；以及

一磁吸收材料，该材料安放在该平面的与天线相反的一边，离天线基座一个标称频率的波长距离内。

9.一无线通信设备包括：

一含有外壳的手机，其中磁吸收材料被安放在所述手机的所述外壳上。

10.如权利要求9所述的设备，其中所述磁吸收材料是柔性的。

11.一无线通信设备包括：

一含有外壳的手机，其中磁吸收材料安放在所述手机的所述外壳内部。

12.一无线通信设备包括：

一含有外壳的手机，所述外壳规定一包括贴于用户耳朵上的耳杯的耳机，其中磁吸收材料被加到所述手机的所述外壳的所述耳杯内。

13.如权利要求12所述的设备，其中含加有磁吸收材料的耳杯的耳机是可移动的，所述设备进一步包括：

一带有辅助耳杯的辅助耳机，当所述可移动耳机移走时，所述辅助耳机代替所属手机上的所述可移动耳机。

14.一包装无线通信设备手机的套壳，所述套壳含有磁吸收材料。

15.如权利要求14所述的套壳，其中当套壳就位时，套壳中的磁吸收材料安装在该手机的耳杯上面。

16.如权利要求14所述的套壳，其中所述磁吸收材料是柔性的。

17.如权利要求14所述的套壳，其中所述磁吸收材料是硅基质的。

18.一提供低磁场辐射的无线通信设备的方法，所述设备包括具有一基座的天线，所述天线以标称频率发射电磁信号，该方法包括下列步骤：

将磁吸收材料安放在离天线基座一个标称频率波长距离内，不包括以天线基座为顶点且含有天线在内的10°半锥体。

19.如权利要求18所述的方法，其中将磁吸收材料加到所述无线通信设备的手机的耳杯内。

20.如权利要求18所述的方法，其中将所述磁吸收材料放在所述无线通信设备的手机上。

21.如权利要求18所述的方法，其中将磁吸收材料包含在一圆环内。

22.一种抑制无线通信设备在助听器内产生干扰的方法，所述设备以标称频率发射一电磁信号，该方法包括下列步骤：

将磁吸收材料安放在该设备与该助听器之间。

23.如权利要求22所述的方法，其中将磁吸收材料安放在无线通信设备的天线与助听器之间。

24.如权利要求22所述的方法，其中将磁吸收材料安放在离所述无线通信设备的一个标称频率的波长距离内。

25.一保护人头部免受无线通信设备辐射的电磁场的方法，其中该无线通信设备包括具有外壳和天线的手机，所述方法包括下列步骤：

将磁吸收材料安放在所述无线通信设备与该人头部之间。

26.如权利要求25所述的方法，其中所述磁吸收材料安放在所述天线和所述人头部之间。

27.如权利要求25所述的方法，其中将所述磁吸收材料安放在手机的外壳上。

28.如权利要求25所述的方法，其中将所述磁吸收材料加到手机的外壳内。

29.如权利要求25所述的方法，其中将磁吸收材料放置在一个天线标称频率的波长内，不包括以天线基座为顶点且含有该天线的10°半锥体。

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