CN102157777A - 实现sar控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现比吸收率控制的方法和装置，应用于无线终端中，均可在所述无线终端的天线周边不同方向上设置金属耦合结构；由所述金属耦合结构对近场辐射产生整体引向器或反射器作用，将天线近场辐射整体导向用户的反方向。本发明方法和装置，可在不影响终端接收发射性能的同时，整体降低局部比吸收率峰值，减少对人体辐射的危害。此外，本发明不需要对已设计成型的天线、电路和结构做出重大改动，节约成本，也可节省空间。在应用时具有很大的灵活性和适应度，实现了无线终端小型化设计的目的。

Description

实现SAR控制的方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及实现比吸收率(SAR)控制的方法和装置。

背景技术

随着无线通信技术飞速的发展，个人无线终端(手机、数据卡、MiFi/Hotspot等)得到广泛普及和应用。在日常应用场景中，此类产品和人体的距离越来越小，无线终端带来的电磁辐射对人体健康的影响成为公众关心的话题。通常，国际上采用SAR指标来衡量电磁暴露环境下人体吸收的能量。许多国家也制定相应法规，通过限定无线终端设备SAR值的上限，确保电磁辐射对人体的安全性。因此，当今无线终端产品设计，除了需满足多模新制式，还要兼顾小型化同时满足SAR峰值的规定。

现有的SAR降低技术，通常采用牺牲天线通信质量的方式，如通过降低射频功放的输出功率等级，或通过在终端内部放置吸波材料和涂覆吸波层，来达到降低SAR的目的。此外，还有在无线终端中设置导体反射器和屏蔽器的方法，隔离天线向人体侧发射的电磁波。但此类单侧反射器的措施，虽然减少了天线对某一测人体的辐射，也会导致另外一侧辐射的增强。而且反射器和屏蔽器在装配过程中，需要更大的位置空间，这也违背了无线终端小型化设计的初衷。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现SAR控制的方法和装置，以降低局部SAR峰值，减少对人体辐射的危害。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种实现比吸收率SAR控制的方法，应用于无线终端中，该方法包括：

在所述无线终端的天线周边不同方向上设置金属耦合结构；

由所述金属耦合结构对近场辐射产生整体引向器或反射器作用，将天线近场辐射整体导向用户的反方向。

设置所述金属耦合结构的方法为：

在包含上下表面、左右表面和顶端表面在内的数据卡四周表面上设置所述金属耦合结构。

所述产生整体引向器或反射器作用的过程包括：

当寄生单元为电感性时，对发射天线起发射器作用；当寄生单元为电容性时，金属耦合结构起引向器作用。

所述将天线近场辐射整体导向用户的反方向的方法为：

根据所述金属耦合结构的位置、形态、方向在内的设置，将所述无线终端的主天线空间上的近场辐射整体向USB连接器调整，从而等效降低数据卡四周表面附近的SAR值。

进一步包括：

设置包括导电簧片在内的器件，将悬浮的所述金属耦合结构单端或双端和所述无线终端中的PCB金属地连接，从而改变天线在PCB上的感应电流分布，相应调整并降低SAR值。

一种实现SAR控制的装置，包含无线终端的结构，在该装置的天线周边不同方向上设置有金属耦合结构，用于对近场辐射产生整体引向器或反射器作用，将天线近场辐射整体导向用户的反方向。

所述金属耦合结构包括单层结构、多层互补结构，并且至少具有以下形状之一：矩形、折线形、梳形、十字形、嵌套环形。

所述矩形采用半波长度。

进一步设置包括导电簧片在内的器件，用于将悬浮的所述金属耦合结构单端或双端和所述装置中的PCB金属地连接，从而改变天线在PCB上的感应电流分布，相应调整并降低SAR值。

进一步在所述金属耦合结构下添加介质板，用于缩短等效波长，从而缩短所述金属耦合结构的尺寸和距离。

所述金属耦合结构设置于所述装置的数据卡外壳内表面和/或外表面。

设置所述金属耦合结构的位置关系为：

以独立加工的方式设置于封套内，所述封套包裹在所述装置的数据卡外侧。

本发明提出的在无线终端产品多个外表面上布置金属耦合结构的技术，可在不影响终端接收发射性能的同时，整体降低局部SAR峰值，减少对人体辐射的危害。此外，本发明不需要对已设计成型的天线、电路和结构做出重大改动，节约成本，也可节省空间。在应用时具有很大的灵活性和适应度，实现了无线终端小型化设计的目的。

附图说明

图1为常用无线终端数据卡三维结构图以及对应的二维展开表面示意图；

图2为三种常用的双天线数据卡主副天线在PCB上的布局示意图；

图3为带有金属耦合结构的数据卡示意图以及相应二维展开表面示意图；

图4为可用的金属耦合结构示意图；

图5为USB连接器附近的金属耦合结构以及两种导体簧片连接器的示意图；

图6为本发明实施例的实现SAR控制的流程简图。

具体实施方式

总体而言，可以基于金属耦合结构，在不影响无线终端天线总体辐射质量的前提下，降低SAR值并节省结构空间。如：在数据卡天线四个甚至更多表面上增加多个金属耦合结构，以改变天线近区辐射特性和电流分布，从而达到整体降低SAR值的目的。

具体而言，可以提供一种具有降低SAR峰值的多天线无线终端。其中包括：带有射频基带电路的多层PCB、用于发射和接收的主天线、用于接收的分集/MIMO天线、结构外壳、USB连接器、位于机壳内壁和/或外壁的所述金属耦合结构，并确保处于天线多个方向区域内。

所述金属耦合结构可具有多种形状，如至少具有以下形状之一：矩形、折线形、梳形、十字形、嵌套环形等，还可采用其他结构类型，如单层结构、多层互补结构等，以增强所述金属耦合结构和天线辐射场的电磁耦合。

通常，可以在无线终端发射天线附近添加多个所述金属耦合结构，通过电磁耦合效应改变天线近区场分布，达到降低SAR值的目的。具体的，可以通过改变所述金属耦合结构的位置、形态、方向等参数，调整SAR值分布。另外，通过设置导电簧片等器件，可以将悬浮的所述金属耦合结构单端或双端和PCB金属地连接，从而改变天线在PCB上的感应电流分布，相应调整并降低SAR值。所述金属耦合结构可具有多种形状，如矩形、折线形、梳形、十字形、嵌套环形等，还可采用单层或多层互补结构等形式。

可见，通过在天线周边多个方向上设置多个金属耦合结构，对近场辐射产生整体引向器或反射器作用，可以将天线近场辐射整体导向数据卡USB连接器方向，即将辐射导向用户的反方向(如：笔记本方向)，以降低数据卡四周方向的SAR值。这不同于目前常用的反射技术，后者只单纯改变手机人脑单侧的电磁辐射能量。所述金属耦合结构可分布在机壳结构件内部和/或外部，也可通过支架悬浮在PCB板四周；或者通过导体连接器，将悬空的所述金属耦合结构和PCB上金属地联通。由于电磁耦合的存在从而改变PCB基板金属地、屏蔽罩外壳上的感应电流分布，避免表面强电流集中，从而降低终端设备周边SAR局部峰值。同时，所述金属耦合结构并不显著削弱数据卡天线远场辐射特性，保证了通信信号的质量。

此外，由于只通过外加金属耦合结构改进SAR值，因此不需要对已设计成型的天线、电路和结构做出重大改动，进而节约成本，也可节省空间。在应用时具有很大的灵活性和适应度，实现了无线终端小型化设计的目的。

在具体实施时，目前流行的数据卡类无线终端设备，造型多采用立方体形式，通过末端的USB连接器和笔记本相连。图1a为该类数据卡终端的三维视图。其中，数据卡外壳1的末端带有USB连接器2。数据卡外壳1内包含PCB板3、屏蔽罩等电路结构。对于立方体的数据卡表面，可以展开成图1b的二维形式，其中表面7到8分别对应数据卡上下表面、左右表面和顶端表面。SAR测量通常就在上述的5个表面近旁进行。数据卡类产品的SAR峰值多分布在4、5、6、7这四个表面附近。

图2为三种常用的双天线数据卡主副天线在PCB上布局实例。当前多模(WCDMA、CDMA2000和LTE制式等)数据卡类终端产品广泛采用双天线-单发射双接收模式。具体的，主天线10负责发射和接收。副天线(MIMO天线)9负责接收，通过双路接收可有效提高接收信号质量和传输吞吐量。由于主天线兼顾发射和接收，因此通常具有较大的空间区域，SAR峰值主要分布在主天线10附近。在实际应用时，可以需要根据主天线形式和位置，对所述金属耦合结构做相应布局和设计。

图3为数据卡应用实例。带有所述金属耦合结构11的数据卡具有较低的SAR值。具体的，如图3b，通过在数据卡四周表面(4、5、6、7面)上分布多个矩形条形金属条状结构和环形结构，以达到电磁耦合效应。通过引向作用，将主天线空间上的近场辐射(EM场)整体向USB连接器调整，从而等效降低在4、5、6、7面附近的SAR值。矩形条形金属可采用近似半波长度。当寄生单元为电感性时，对发射天线起发射器作用；当寄生单元为电容性时，金属耦合结构起引向器作用。而理想情况下反射器和天线的距离为四分之一等效波长，此时可以达到最大反射效果。在小型化要求下，如图3a所示，可以在金属耦合结构下添加介质板12以缩短等效波长，从而缩短所述金属耦合结构的尺寸和距离。介质板12的材料需选择高介电常数材料，如陶瓷、云母、聚酯类高分子材料等；也可选择铁磁性材料，以增加所述金属耦合结构的耦合电感。

所述金属耦合结构可以采用多种结构和形式。图4包含一些具体的形式。其中，图a为矩形方片结构，图b为双层互补金属三角结构(可通过FPC实现)，图c为矩形条阵列结构，图d为折线形阵列结构，图e为梳状线阵列结构，图f为十字阵列结构，图g为环形/线形阵列结构，图h为矩形波折线结构，图i为嵌套环形阵列电感结构，图j为双层环绕形电感结构。其中，图d和图h的褶皱表面，可使电磁波杂散化，以降低在某个点上的电磁能聚集。图f为类似频率选择性表面结构，能够在某特定频带内对不同极化的空间电磁波形成通带或阻带滤波器。

图5为在USB连接器2附近的应用所述金属耦合结构11的实例。如图5a所示，在金属USB连接器2和PCB板3临近上方布置所述片状金属耦合结构11。该金属耦合结构11的一端通过接触簧片13和PCB板3上表面的金属地连接，另外一端悬空。由于所述金属耦合结构11的一端和PCB金属地连接，且距离USB连接器2距离很小，因此在其间可以发生电磁耦合，从而改变天线在PCB板3金属地上感应电流的分布，从而改变数据卡附近区域内的电磁辐射分布，降低SAR值。图5b示意两种形式的SMD簧片和连接方式。

所述金属耦合结构11可加工在数据卡外壳1的内表面或外表面。具体可通过镭雕(LDS)、注塑(MID)、柔性电路(FPC)、冲压金属(Stamped Metal)、喷涂导电金属漆等技术实现；也可以独立加工在塑料、橡胶等柔软封套内，并将封套包裹在数据卡类终端外侧，达到降低SAR值的目的。

结合以上技术描述可知，实现SAR控制的总体思路可以表示如图6所示。参见图6，图6为本发明实施例的实现SAR控制的流程简图，该流程包括以下步骤：

步骤610：在天线周边不同方向上设置金属耦合结构。

步骤620：由所述金属耦合结构对近场辐射产生整体引向器或反射器作用，将天线近场辐射整体导向用户的反方向。

综上所述可见，本发明提出的在无线终端产品多个外表面上布置金属耦合结构的技术，可在不影响终端接收发射性能的同时，整体降低局部SAR峰值，减少对人体辐射的危害。此外，本发明不需要对已设计成型的天线、电路和结构做出重大改动，节约成本，也可节省空间。在应用时具有很大的灵活性和适应度，实现了无线终端小型化设计的目的。

另外，本发明不对所述金属耦合结构采用的几何图形和结构做具体限定，图4中只是给出几种可行的例子，采用本发明未提到的其它类型的几何图形，或对本发明的几何图形所作的任何形式的修改，均在本发明的保护范围内。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种实现比吸收率SAR控制的方法，应用于无线终端中，其特征在于，该方法包括：

在所述无线终端的天线周边不同方向上设置金属耦合结构；

由所述金属耦合结构对近场辐射产生整体引向器或反射器作用，将天线近场辐射整体导向用户的反方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置所述金属耦合结构的方法为：

在包含上下表面、左右表面和顶端表面在内的数据卡四周表面上设置所述金属耦合结构。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述产生整体引向器或反射器作用的过程包括：

当寄生单元为电感性时，对发射天线起发射器作用；当寄生单元为电容性时，金属耦合结构起引向器作用。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述将天线近场辐射整体导向用户的反方向的方法为：

根据所述金属耦合结构的位置、形态、方向在内的设置，将所述无线终端的主天线空间上的近场辐射整体向USB连接器调整，从而等效降低数据卡四周表面附近的SAR值。

5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：

设置包括导电簧片在内的器件，将悬浮的所述金属耦合结构单端或双端和所述无线终端中的PCB金属地连接，从而改变天线在PCB上的感应电流分布，相应调整并降低SAR值。

6.一种实现SAR控制的装置，包含无线终端的结构，其特征在于，在该装置的天线周边不同方向上设置有金属耦合结构，用于对近场辐射产生整体引向器或反射器作用，将天线近场辐射整体导向用户的反方向。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述金属耦合结构包括单层结构、多层互补结构，并且至少具有以下形状之一：矩形、折线形、梳形、十字形、嵌套环形。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述矩形采用半波长度。

9.根据权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，进一步设置包括导电簧片在内的器件，用于将悬浮的所述金属耦合结构单端或双端和所述装置中的PCB金属地连接，从而改变天线在PCB上的感应电流分布，相应调整并降低SAR值。

10.根据权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，进一步在所述金属耦合结构下添加介质板，用于缩短等效波长，从而缩短所述金属耦合结构的尺寸和距离。

11.根据权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，所述金属耦合结构设置于所述装置的数据卡外壳内表面和/或外表面。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，设置所述金属耦合结构的位置关系为：

以独立加工的方式设置于封套内，所述封套包裹在所述装置的数据卡外侧。

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