CN102157778A - 实现sar控制的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现比吸收率控制的方法和装置，均可在无线终端金属地边缘设置移相器；应用所述移相器改变所述金属地边缘的感应电流，改变能够降低比吸收率的天线近区辐射特性。本发明方法和装置，可在不影响终端接收发射性能的同时，改变金属地的电流相位幅度分布，从而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，并可节省空间。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发展，无线终端(手机、数据卡、MiFi/Hotspot产品)得到了日益广泛的应用；同时，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。
现有的SAR降低技术，多采降低发射机功率、使用吸波材料、导体反射器和屏蔽器、机壳表面涂敷防辐射和吸波涂层等方法。这不仅会增加成本和工序复杂度，而且也会对通信信号产生影响，没有根本解决人体辐射安全性和高质量无线通信之间的矛盾。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。
另外，局部SAR峰值的形成机制是：天线导体本身和天线近区金属表面(PCB板金属地、屏蔽罩、屏蔽架)上感应的表面电流的联合贡献。在无线终端设备中，外露的电路屏蔽罩、PCB基板金属地、外壳和天线相互影响，形成复杂的边界条件。SAR峰值一般出现在天线或PCB板金属表面最大局部电流附近。目前通常在天线附近或PCB板上增加寄生导体结构(PCB板开槽、导电校正环等)，以改变表面电流分布，从而降低SAR值。但此类技术占用空间大、适用于手机类产品的单侧SAR降低，不适宜应用在数据卡无线终端产品上。
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，该方法包括：
在无线终端金属地边缘设置移相器；
应用所述移相器改变所述金属地边缘的感应电流，改变能够降低SAR的天线近区辐射特性。
所述设置移相器的方法为：
在所述无线终端的数据卡PCB金属地边缘引入多个集总电路元件构成的移相器。
所述改变所述金属地边缘的感应电流的方法为：
通过改变所述移相器在金属地的位置、相位偏移大小，实现PCB上感应电流分布的改变。
改变所述天线近区辐射特性的方法为：
应用所述移相器改变金属地边缘电流元的相位和幅度，使这些电流源在近场辐射时产生反相叠加，从而降低所述SAR值。
进一步通过电调控制，对金属地边缘上感应电流相位和幅度进行实时监测，相应调整所述移相器的相移值，实现对SAR值动态/实时调整。
一种实现SAR控制的装置，包含无线终端的结构，在该装置的金属地边缘设置有移相器，用于改变所述金属地边缘的感应电流，改变能够降低SAR的天线近区辐射特性。
所述移相器通过无源集总元件实现或由有源元件实现；
所述无源集总元件包括：RC阻容移相网络、LC容感移相网络、二极管移相器、铁氧体移相器中的一种；
所述有源元件包括：运算放大器、切换开关、变容二极管、可逆双模铁氧体移相器中的一种。
所述移相器设置于PCB板的金属地边缘，具体设置位置由感应电流分布决定，放置在表面感应电流聚集区。
采用开缝方式将所述装置中的PCB金属边缘区域和PCB中心区域分割，所述移相器跨接在所述开缝形成的缝隙两侧；或者，
将多层PCB板中间层的地平面作为参考地，通过层间过孔结构，实现所述移相器的电路网络的连接。
所述移相器，进一步用于：对PCB金属地边缘上感应电流相位和幅度进行实时监测，相应调整相移值，实现对SAR值动态/实时调整。
本发明方法和装置，可在不影响终端接收发射性能的同时，改变金属地的电流相位幅度分布，从而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，并可节省空间。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二维结构图；
图2为无线终端上单极子类天线的等效工作示意图；
图3为带有多个移相器的低SAR数据卡二维结构示意图；
图4为LC感容和RC阻容移相网络的电路形式示意图；
图5为两种在PCB金属地边缘加载移相器的方式示意图；
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，为了在不影响无线终端天线总体辐射质量的前提下降低SAR值，可以在数据卡PCB金属地边缘引入多个集总电路元件构成的移相器，通过改变PCB金属地边缘感应电流的相位和分布，改变天线近区辐射特性，从而达到降低SAR值目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如此实现：
具体而言，所述无线终端可以包括：带有射频基带电路的单层/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、多个位于PCB板金属地边缘的移相器。由于在无线终端PCB板的金属地边缘添加了多个所述移相器，因此通过改变金属地边缘电流元的相位和幅度，可以使这些电流源在近场辐射时产生反相叠加，从而降低局部场强峰值。具体的，可通过改变所述移相器在金属地的位置、相位和幅度偏移大小，实现PCB上感应电流分布的改变。所述移相器可通过无源集总元件实现，如RC阻容移相网络、LC容感移相网络、二极管移相器、铁氧体移相器等中的一种。也可以由有源元件实现，如运算放大器、切换开关、变容二极管、可逆双模铁氧体移相器等中的一种。进一步的，还可以通过电调控制，对PCB金属地边缘上感应电流相位和幅度进行实时监测，相应调整每个移相器的相移值，实现对SAR值动态/实时调整的功能。
根据天线理论，天线近场决定于各个子电流源的辐射叠加，相位一致情况下可形成电场局部极值。同时发射天线在PCB板表面感应电流，常聚集在金属地的边缘周边部分。因此，通过集总元件移相器，可以在较小的物理空间内对表面电流引入额外的相移，造成各个子电流源的相位相消，或增加表面电流的随机扰动，使近场辐射尽可能均匀分布，从而降低SAR热点峰值。同时，所述移相器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，由于只在PCB金属地边缘增加所述移相器，因此不需要占用很大的物理空间，在应用时具有很大的灵活性和适应度，有利于无线终端小型化设计。
实际应用中，目前主流的数据卡类无线终端设备，造型多采用立方体形式，使用时通过末端的USB连接器和笔记本相连。同时多模数据卡(WCDMA、CDMA2000、LTE等)普遍采用双天线结构：主天线负责发射和接收。副天线(MIMO天线)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。图1为一种双天线数据卡终端的二维视图。其中，数据卡外壳1的末端带有USB连接器2。数据卡外壳1内还包含带有电路元件、金属地和屏蔽罩6的PCB板3。主天线区域4位于数据卡顶端，副天线区域5常位于数据卡侧边上。数据卡类终端产品小型化的要求，使主天线多设计成单极7形式，而PCB板3则作为单极天线的地。在主天线工作时，PCB板3的金属地参与辐射，作为天线辐射的另外一部分。
图2为等效单极类小天线工作原理图。馈源8给单极天线7和PCB金属地3馈电。整个数据卡辐射单元可等效成不平衡结构的偶极天线。由于这种非平衡结构的存在，使PCB板3金属地上存在较大的不平衡感应电流，这些感应电流的二次辐射和单极天线7上的电流辐射在近区相位叠加，形成电磁能量的局部聚集。通常，单极类终端小天线都具有较高的SAR值。
为了降低SAR值，可以对PCB板3上的感应电流进行扰动，干预近区辐射的相位叠加。具体而言，可以在PCB板的金属地边缘添加多个所述移相器，以改变金属地边缘子电流源的相位和幅度分布。图3为一个低SAR数据卡的应用实例。其中，射频馈线9连接射频功放输出端和主天线馈电点。馈线9通常具有较大的表面电流，本身不与PCB板3的金属地相连。主天线区4内包含PCB板上的净空区10，用来确保单极天线辐射性能。多个移相单元11被放置在PCB板3的金属地边缘，用来对聚集电流提供额外的相位和幅度偏置。各个子电流源的相位相消，从而降低近区SAR热点峰值。所述移相器单元位置由感应电流分布决定，原则上应放置在表面感应电流聚集区，如PCB金属地边缘和靠近馈线9区域。
此外，所述移相器可采用多种形式实现。图4列举两种简单的无源集总元件移相器电路。其中图4a为LC移相网络，图4b为RC移相网络。各元件具体的额定值由所需相位偏移量和工作频率算定。值得注意的是，两种电路网络均需要一个统一的参考地(GND)平面。
考虑到图3中电路网络对参考地的要求，图4给出了两种在PCB金属地边缘加载所述移相器的实施方案。根据电流边缘效应和邻近效应，高频表面电流常聚集在PCB金属地的边缘部分，在金属地中心区域电流较小。因此，金属地中间区域相对于边缘而言，可等效作为高频信号的参考地。如图采用开缝方式，采用如图5a中细长连通缝隙12、图5b中局部缝隙13，将PCB金属边缘区域和PCB中心区域分割。所述移相器跨接在细长连通缝隙12或局部缝隙13两侧，可实现RC或LC电路网络的布局和布线。另一种可行方案是，将多层PCB板中间层的地平面作为参考地，通过层间过孔结构，实现移相器电路网络的连接。
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：在无线终端金属地边缘设置移相器。
步骤620：应用所述移相器改变所述金属地边缘的感应电流，改变能够降低SAR的天线近区辐射特性。
综上所述可见，本发明实施例所提出的在无线终端产品PCB边缘添加多个移相器单元的技术，可在不影响终端接收发射性能的同时，改变PCB金属地的电流相位幅度分布，从而降低局部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，并可节省空间。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，本发明不对所述移相器结构和连接方式做具体限定。采用本发明未提到的其它类型移相器电路结构，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 (10)

1.一种实现比吸收率SAR控制的方法，其特征在于，该方法包括：
在无线终端金属地边缘设置移相器；
应用所述移相器改变所述金属地边缘的感应电流，改变能够降低SAR的天线近区辐射特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置移相器的方法为：
在所述无线终端的数据卡PCB金属地边缘引入多个集总电路元件构成的移相器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述改变所述金属地边缘的感应电流的方法为：
通过改变所述移相器在金属地的位置、相位偏移大小，实现PCB上感应电流分布的改变。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，改变所述天线近区辐射特性的方法为：
应用所述移相器改变金属地边缘电流元的相位和幅度，使这些电流源在近场辐射时产生反相叠加，从而降低所述SAR值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步通过电调控制，对金属地边缘上感应电流相位和幅度进行实时监测，相应调整所述移相器的相移值，实现对SAR值动态/实时调整。
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，在该装置的金属地边缘设置有移相器，用于改变所述金属地边缘的感应电流，改变能够降低SAR的天线近区辐射特性。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述移相器通过无源集总元件实现或由有源元件实现；
所述无源集总元件包括：RC阻容移相网络、LC容感移相网络、二极管移相器、铁氧体移相器中的一种；
所述有源元件包括：运算放大器、切换开关、变容二极管、可逆双模铁氧体移相器中的一种。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述移相器设置于PCB板的金属地边缘，具体设置位置由感应电流分布决定，放置在表面感应电流聚集区。
9.根据权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，采用开缝方式将所述装置中的PCB金属边缘区域和PCB中心区域分割，所述移相器跨接在所述开缝形成的缝隙两侧；或者，
将多层PCB板中间层的地平面作为参考地，通过层间过孔结构，实现所述移相器的电路网络的连接。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述移相器，进一步用于：对PCB金属地边缘上感应电流相位和幅度进行实时监测，相应调整相移值，实现对SAR值动态/实时调整。
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