CN101162797B

CN101162797B - 一种负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置

Info

Publication number: CN101162797B
Application number: CN2006101047123A
Authority: CN
Inventors: 赵晓鹏; 刘亚红
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-10-10
Also published as: CN101162797A

Abstract

本发明涉及一种手机天线电磁屏蔽装置，特别涉及一种负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置。其主要特征是在手机天线与手机内机壳靠近人脑一侧之间安装一层负磁导率材料，负磁导率材料通过铆钉连接于电路板。负磁导率材料由周期性排列的“螺旋”形、“凹”字形或者树枝状分形谐振环组成，利用负磁导率材料的禁带效应抑制向人脑方向辐射的电磁波，可以使照射在人脑部的微波功率衰减15dB以上。本发明简单易行，维持手机各个零部件不变，可方便用于任何内置式手机天线。

Description

一种负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置

技术领域

本发明涉及一种手机天线电磁屏蔽装置，特别涉及一种负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置，利用负磁导率材料的禁带效应抑制电磁辐射泄漏，减小对人脑部的伤害。

背景技术

电磁辐射污染是继三废和噪声污染的第五大污染，而与人们生活密切相关的一些家用电器、办公设备、通讯工具在工作时都不可避免的存在电磁波辐射。电磁波摸不着，看不见，但又是实实在在存在而且危害人体健康，特别是微波频段仪器设备发射的电磁波对人体的危害就更大了，如能引起脑肿瘤、白血病等。因此对电磁辐射的屏蔽已经成为亟待解决的问题。而我们日常生活中最为密切而又必需的通讯工具——手机，其工作频段属于微波波段，因此手机通话时，必定会对人体健康带来不利影响。由于手机设计方面和使用方面的原因，手机天线一般都被设计为全向性天线，这就造成手机通话时会对人脑产生辐射，长时间通话必定会对人脑造成伤害。因此，人们试图寻找不同方法保证在不影响手机正常工作的前提下又能抑制对人脑部辐射的电磁波。

目前，常用的方法是使用插接线耳机降低电磁辐射对人脑的伤害，但是插接线耳机使用和携带都不方便；还有一种方法是使用防辐射贴片，将其贴在接听孔处屏蔽电磁辐射，但是手机的电磁辐射源主要来自天线并非接听孔，因此，使用防辐射贴片基本起不到防止电磁辐射的目的；第三种常用的方法是在手机靠近大脑的一侧加一金属板，其缺点是容易干扰手机发出的信号，影响天线的驻波比，降低天线的辐射效率等。可见以上几种方法均存在不同的缺点并不能很好的抑制电磁辐射对脑部的伤害。

为了克服以上电磁屏蔽方法的不足，本发明专利提供了一种负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置，该装置与手机天线、手机内机壳、电路板连接，可以有效屏蔽电磁辐射对人的伤害，同时又能保持手机正常接收和发送信号。手机天线电磁屏蔽装置中的负磁导率材料是由周期性排列的金属开口谐振环(SRRs)组成，其在某一频段产生与SRRs的几何尺寸和形状相关的谐振，在此频段电磁波不能传播，即产生了禁带，在此禁带范围内磁导率为负，并表现出一些奇异的微波响应行为，在微电子线路元件、滤波器、无线电通信、调制器等领域将有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置。目前，多数手机为了美观，天线一般设计为内置型天线，而内置型天线大多为平面微带型，因此本发明的手机天线电磁屏蔽装置主要用于内置式微带手机天线中。发明专利(申请号：200510042740.2)和发明专利(申请号：200510042743.6)将负磁导率材料用于微带天线基板设计之中，提高了天线的辐射效率，增强了天线的收发灵敏度。若将负磁导率材料用于手机微带天线基板设计中，虽然辐射效率提高，但由于手机天线为全向性辐射，仍不可避免的对人脑部辐射电磁波。为了达到既提高手机的辐射效率又屏蔽电磁波对大脑的伤害，本发明将负磁导率材料用于手机微带天线基板的同时，在手机天线与手机靠近人脑内机壳一侧之间安装一层负磁导率材料，保证手机正常收发信号的同时，屏蔽向大脑方向辐射的电磁波，可以使照射在人脑部的微波功率衰减15dB以上。由于手机天线通常有两个工作频段：GSM(880-960MHz)和DCS(1710-1880MHz)，因此，天线电磁屏蔽装置中的负磁导率材料需要设计两种不同几何尺寸的SRRs分别感应不同频段的电磁波，SRRs的形状可设计为圆形、矩形、正方形、六边形、“螺旋”形、“凹”字形、树枝状等分形图案。本发明电磁屏蔽装置中的负磁导率材料采用树枝分形结构负磁导率材料，利用分形结构的多次谐振，通过调节分形结构的级数、长度、角度等参数，仅利用一种分形结构使其至少在GSM和DCS两个频段同时谐振。此外，本发明还采用了“螺旋”形金属谐振环和“凹”字形金属谐振环，此两种谐振环的优点是相比较于通常的方形、矩形、圆形、六边形谐振环，在手机工作频段谐振时，能维持环的几何尺寸很小，用于手机设计时，不需要占用很大空间，仍能维持手机美观小巧。

本发明简单易行，维持手机各个零部件都不变，而且负磁导率材料的制备方法与技术也很成熟。本发明的电磁屏蔽装置可方便的用于任何内置式手机天线。

附图说明

图1本实施例一手机的左视图和正视图

图2本实施例一的手机天线及基板内层中的其中一层树枝结构负磁导率材料

图3本实施例二中的“凹”字形谐振环负磁导率材料

图4本实施例三中的“螺旋”形谐振环负磁导率材料

具体实施方式

以一款直板手机为例，其天线为内置型微带天线，如图1，2所示。图1是手机的左视图和正视图，其中1是手机天线，2是负磁导率材料，3是电路板，4手机内机壳靠近人脑的一侧。在正视图的一个剖面，可以看到安装在内机壳4与手机天线1之间的一层负磁导率材料2。图2为手机天线及其天线基板内层中的其中一层树枝分形负磁导率材料，手机天线一般常采用倒F型平面天线，5是天线基板，6是天线的倒F型金属贴片，7是馈电点，8是短路销钉，9是接地板。天线基板采用多层电路板刻蚀技术制作，基板的每内层都刻蚀周期性排列的金属铜开口谐振环图案，将刻蚀好的内层基板叠合加压成整块负磁导率材料介质基板。本发明主要是在手机内机壳4与手机天线1之间安装一层负磁导率材料2，负磁导率材料2通过铆钉与电路板3连接。选用一块普通介质基板如聚乙烯、聚四氟乙烯或者环氧树脂玻璃纤维介质基板，采用电路板刻蚀技术在基板的一侧刻蚀周期性排列的金属铜开口谐振环图案，根据选用的不同金属铜谐振环图案，需要设计不同几何参数的谐振环，制备得到负磁导率材料2。为了保证更好的抑制电磁波对人脑的辐射，安装在手机内机壳4与手机天线1之间的负磁导率材料2面积大于手机天线1的面积。根据不同的手机天线占用的面积不同，负磁导率材料2面积也不同，对于占用面积较大的手机天线相应选择较大的普通材质基板，在其上刻蚀数目较多的开口谐振环单元。安装在手机内机壳4与手机天线1之间的负磁导率材料2的结构单元、几何参数与手机天线基板中的负磁导率材料相同。

本发明的实现过程由实施例和附图说明：

实施例一：

本实施例中天线电磁屏蔽装置中的负磁导率材料为分形结构负磁导率材料，采用三级结构辐射状树枝，本实施例示意图如图1、2所示。为了使其在手机的工作频率谐振，所制备的金属铜辐射状分形树枝结构的几何参数为：一级线长a＝3.8mm-4.2mm，二级线长b＝2.7mm-3.2mm，三级线长c＝1.8mm-2.2mm，分支的角度θ＝30°-60°，线宽w＝0.1mm-0.4mm，树枝分形结构单元的间距d＝3mm-5mm，金属铜厚度t＝0.02mm-0.05mm。

实施例二：

本实施例中天线电磁屏蔽装置中的负磁导率材料结构单元为“凹”字形谐振环，如图3所示。对于感应GSM频段的电磁波，所制备的金属铜谐振环几何尺寸为：l₁＝10mm-12mm，l₂＝8.5mm-9.5mm，l₃＝7.5mm-8.2mm，g＝0.3mm-0.6mm，线宽w＝0.3mm-0.5mm，环间距d₁＝2mm-4mm；对于感应DCS频段的电磁波，制备的金属铜谐振环几何尺寸为：l₁＝5.5mm-6.5mm，l₂＝4.5mm-5mm，l₃＝3.5mm-4mm，g＝0.2mm-0.4mm，线宽w＝0.1mm-0.25mm，环间距d₂＝2mm-4mm，两种不同几何尺寸的谐振环间距d＝2mm-4mm，所有金属铜厚度t＝0.02mm-0.05mm。

实施例三：

本实施例中天线电磁屏蔽装置中的负磁导率材料结构单元为“螺旋”形谐振环，如图4所示。对于感应GSM频段的电磁波，所制备的金属铜谐振环几何尺寸为：l₁＝9mm-11mm，l₂＝7.5mm-8mm，l₃＝5mm-6.5mm，l₄＝3.5mm-4.2mm，l₅＝2mm-3mm，线宽w＝0.3mm-0.5mm，环间距d₁＝2mm-4mm；对于感应DCS频段的电磁波，制备的金属铜谐振环几何尺寸为：l₁＝4mm-5.5mm，l₂＝3.5mm-4mm，l₃＝2.7mm-3.1mm，l₄＝1.7mm-2mm，l₅＝1mm-1.5mm，线宽w＝0.1mm-0.25mm，环间距d₂＝2mm-4mm，两种不同几何尺寸的谐振环间距d＝2mm-4mm，所有金属铜厚度t＝0.02mm-0.05mm。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖的范围。

Claims

1.一种负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置，其主要特征是在手机天线与手机内机壳靠近人脑一侧之间安装一层负磁导率材料，负磁导率材料通过铆钉连接于电路板，负磁导率材料由周期性排列的金属铜“凹”字形谐振环、“螺旋”形谐振环、树枝状分形图案组成，其几何尺寸如下：

1).当负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置中的负磁导率材料为树枝分形结构时如附图2所示，对于感应手机工作频段的电磁波，所制备的金属铜树枝分形结构的几何尺寸为：一级线长a＝3.8mm-4.2mm，二级线长b＝2.7mm-3.2mm，三级线长c＝1.8mm-2.2mm，分支的角度θ＝30°-60°，线宽w＝0.1mm-0.4mm，间距d＝3mm-5mm，金属铜厚度t＝0.02mm-0.05mm；

2).当负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置中的负磁导率材料结构单元为“凹”字形谐振环时如附图3所示，对于感应GSM频段的电磁波，所制备的金属铜谐振环几何尺寸为：l₁＝10mm-12mm，l₂＝8.5mm-9.5mm，l₃＝7.5mm-8.2mm，g＝0.3mm-0.6mm，线宽w＝0.3mm-0.5mm，环间距d₁＝2mm-4mm；对于感应DCS频段的电磁波时，制备的谐振环几何尺寸为：l₁＝5.5mm-6.5mm，l₂＝4.5mm-5mm，l₃＝3.5mm-4mm，g＝0.2mm-0.4mm，线宽w＝0.1mm-0.25mm，环间距d₂＝2mm-4mm，两种不同几何尺寸的谐振环间距d＝2mm-4mm，所有金属铜厚度t＝0.02mm-0.05mm；

3).当负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置中的负磁导率材料结构单元为“螺旋”形谐振环时如附图4所示，对于感应GSM频段的电磁波时，制备的金属铜谐振环几何尺寸为：l₁＝9mm-11mm，l₂＝7.5mm-8mm，l₃＝5mm-6.5mm，l₄＝3.5mm-4.2mm，l₅＝2mm-3mm，线宽w＝0.3mm-0.5mm，环间距d₁＝2mm-4mm；对于感应DCS频段的电磁波，谐振环几何尺寸为：l₁＝4mm-5.5mm，l₂＝3.5mm-4mm，l₃＝2.7mm-3.1mm，l₄＝1.7mm-2mm，l₅＝1mm-1.5mm，线宽w＝0.1mm-0.25mm，环间距d₂＝2mm-4mm，两种不同几何尺寸的谐振环间距d＝2mm-4mm，所有金属铜厚度t＝0.02mm-0.05mm。

2.如权利要求1所述的负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置，其中负磁导率材料的制备是在聚乙烯、聚四氟乙烯或者环氧树脂玻璃纤维介质基板上刻蚀周期性排列的金属铜谐振环。

3.如权利要求1所述的负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置，其中安装在手机天线与手机内机壳靠近人脑一侧之间的负磁导率材料面积大于手机天线的面积。

4.如权利要求1所述的负磁导率材料手机天线电磁屏蔽装置可用于任何内置式手机天线。