CN102510296A - 移动终端及降低移动终端辐射的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动终端及降低移动终端辐射的方法，该移动终端(12)包括：天线(122)；电磁带隙结构(124)，与天线(122)相连接，用于降低天线(122)对人体(14)的辐射。本发明解决了相关技术中，采用涂覆吸波材料的方法降低天线(122)对人体(14)的辐射，但是这样也会降低天线(122)接收电磁信号的能力的问题。本发明将电磁带隙结构(124)安装于移动终端(12)中可以降低天线(122)对人体(14)的辐射，同时不影响甚至提高天线(122)接收电磁信号的能力。

Description

移动终端及降低移动终端辐射的方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种移动终端及降低移动终端辐射的方法。

背景技术

由于移动通信技术的快速发展，移动通信终端的应用已经非常普及，而随着移动业务的日益丰富，人们每天使用移动终端的时间也越来越多。因此，无线终端电磁辐射的安全问题也日益受到终端用户的关注。

电磁辐射局部吸收率(Specific Absorbing Ratio，简称为SAR)是一个表征无线终端电磁辐射进入人体的剂量大小的指标。SAR定义为人体每单位质量吸收的电磁功率，单位为W/Kg。SAR的测试标准有两种，一种是美国FCC标准，一种是欧洲CE标准。这两个标准的主要差别在两个方面，一是测试时长与测试值取平均的范围，另一个方面是限值要求。FCC采用5分钟测试，1g取平均的方法，对手机类终端产品要求的限值是1.6mw/g，对数据卡类终端产品要求的限值是1.2mw/g；而CE采用15分钟测试，10g取平均的方法，其限值要求相应为2mw/g和1.6mw/g。由此可见，FCC对SAR的要求，尤其是对数据卡类产品SAR的要求更为严格。

由于很难直接对人体进行测试，所以都是采用模仿人体组织的人体模型(HumanPhantom)进行实际的测设。在所述的人体模型中，充有来模拟人体组织液的盐水，其介电常数类似于人体正常的介电常数。SAR的具体表达公式如下：

$\mathrm{SAR}=\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\frac{\mathrm{dW}}{\mathrm{dm}}\right)=>\mathrm{SAR}=\frac{1}{2}\left(\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ρ}}\right){\left|E_i\right|}^2$

其中，σ是人体组织的电导率，ρ是人体组织的密度，|E_i|²是组织液中局部电场矢量幅值的平方。人体组织中的SAR与该组织中的电场强度的平方成正比，并且是由入射的电磁场参数(如频率、强度、方向)、电磁场源与目标的相对位置、暴露的人体的典型组织的遗传特性、地面的影响以及暴露的环境影响来确定。

除了SAR指标外，无线终端还要满足多种性能指标的需求。与电磁辐射直接相关的另外两个指标分别是总的辐射功率(Total Radiated Power，简称为TRP)和总的各项同性接收灵敏度(Total Isotropic Sensitivity，简称为TIS)。由于SAR指标直接与终端的电磁辐射相关，反映的是终端天线辐射的能量在空间的集中情况，而TRP是在环绕终端的一个虚拟球面上对终端天线辐射的电磁能量进行积分而得到的，因此，终端的TRP指标和SAR指标是密切相关的。一般说来，为了保持无线终端接入网络的和上行传输数据的能力，需要对无线终端的TRP下限。

相关技术中，常用的降低SAR的方法是在外壳上涂覆吸波材料来吸收部分辐射的电磁波。但是，天线辐射性能降低也意味着天线接收电磁信号能力的降低，即使用吸波材料会降低TRP和TIS性能。

发明内容

针对相关技术中，采用涂覆吸波材料的方法降低天线对人体的辐射，但是这样也会降低天线接收电磁信号的能力的问题而提出本发明，为此，本发明提供了一种移动终端及降低移动终端辐射的方法，以至少解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种移动终端，包括：天线；电磁带隙结构，与天线相连接，用于降低天线对人体的辐射。

优选地，电磁带隙结构位于移动终端的听筒和/或话筒侧。

优选地，电磁带隙结构包括：上层金属面、下层金属面以及用于对上层金属面和下层金属面进行电磁隔离的介质基板，其中上层金属面上周期排布电磁带隙单元，下层金属面与天线共地。

优选地，电磁带隙单元的外形是矩形，电磁带隙单元的中心设置有过孔，该过孔覆盖有金属，并使得上层金属面和下层金属面相连接。

优选地，电磁带隙单元是边长9毫米的正方形。

优选地，过孔的半径是0.5毫米。

优选地，电磁带隙单元的周期排布方式是在电磁带隙单元之间采用0.5毫米的带隙间距进行周期排布。

优选地，介质基板的介电常数大于10。

优选地，上述移动终端还包括：PCB电路板，电磁带隙结构位于天线和PCB电路板之间。

优选地，电磁带隙结构与天线可通过螺钉或者卡扣的方式进行连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种降低移动终端辐射的方法，包括：在移动终端中安装用于降低天线对人体的辐射的电磁带隙结构。

本发明采用电磁带隙结构降低天线对人体的辐射，电磁带隙结构可以降低天线的背向辐射，将其安装于移动终端中可以降低天线对人体的辐射，同时不影响甚至提高天线接收电磁信号的能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的移动终端的结构示意图；

图2是根据本发明优选实施例一的移动终端的结构示意图；

图3是根据本发明优选实施例的电磁带隙结构的结构示意图；

图4是根据本发明优选实施例二的移动终端的结构示意图；

图5是根据本发明优选实施例的电磁带隙单元的结构示意图；

图6是根据本发明优选实施例的电磁带隙结构的俯视图；

图7是根据本发明优选实施例的移动终端的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供了一种降低移动终端辐射的方法，该方法通过在移动终端12中安装用于降低天线122对人体14的辐射的电磁带隙结构124实现。

本发明实施例还提供了一种移动终端，该移动终端是基于上述降低移动终端辐射的方法实现的。图1是根据本发明实施例的移动终端的结构示意图，如图1所示，该移动终端12包括天线122和电磁带隙结构124。其中，电磁带隙结构124，与天线122相连接，用于降低天线122对人体14的辐射。

相关技术中，采用涂覆吸波材料的方法降低天线对人体的辐射，但是这样也会降低天线接收电磁信号的能力。本发明实施例中采用电磁带隙结构降低天线对人体的辐射，该电磁带隙结构通常用于在微波电路中来提高天线辐射效率，而发明人发现该电磁带隙结构还可以降低天线的背向辐射，因此，将其安装于移动终端中可以降低天线对人体的辐射，同时不影响甚至提高天线接收电磁信号的能力。

通常，听筒和/或话筒126是移动终端12在接听电话时最靠近人体14的部件。所以，本优选实施例中，将电磁带隙结构124安装于移动终端12的听筒和/或话筒126侧，如图2所示，这样可以最大限度地降低天线对人体的辐射。

电磁带隙结构是从光子带隙结构发展而来的一种具有周期性的结构。此结构能够在一定程度上操纵电磁波的传播，具体表现为此结构能够在某些频段上阻止电磁波的传播，具有一定的禁带特性。本质上说，电磁带隙结构是由不同介质、金属等混合体单元按周期排列构成的带阻滤波器。由于此特性的存在，电磁带隙结构一般应用于微带天线中来抑制基底的表面波，抑制高次谐波，提高辐射增益等方面。

下面对电磁带隙结构124进行详细描述，如图3所示。

电磁带隙结构124包括：上层金属面1242、下层金属面1244以及用于对上层金属面1242和下层金属面1244进行电磁隔离的介质基板1246，其中上层金属面1242上周期排布电磁带隙单元，下层金属面1244与天线122共地。

其中，介质基板1246的介电常数大于10。电磁带隙单元的外形是矩形，电磁带隙单元的中心设置有过孔，该过孔覆盖有金属，并使得上层金属面1242和下层金属面1244相连接。

优选地，电磁带隙单元是边长9毫米的正方形，过孔的半径是0.5毫米，且电磁带隙单元的周期排布方式是在电磁带隙单元之间采用0.5毫米的带隙间距进行周期排布。

上述移动终端还包括：PCB电路板128，电磁带隙结构124位于天线122和PCB电路板128之间，如图4所示，该电磁带隙结构124的长宽尺寸与PCB电路板128尺寸相近。

优选地，电磁带隙结构与天线可通过螺钉或者卡扣的方式进行连接。

综上所述，本发明中的电磁带隙结构124，是一种串口孔结构，是金属片与介质基板的混合体，类似一个未焊接元器件的PCB板。将该电磁带隙结构与终端天线相连，起到降低天线对靠近人体一侧的后向辐射的作用。在天线基板后，加入电磁带隙结构的基板，采用一种高介电常数材料(如介电常数大于10)作为介质基板。且该电磁带隙结构的长宽尺寸与PCB电路板尺寸相近。终端电磁带隙结构包括中间介质层和上、下层金属面。介质基板底部金属层作为接地面，与天线的接地面连接。在基板的上表面周期排列方形电磁带隙单元，该电磁带隙单元的结构如图5所示。

下面将结合实例对本发明实施例的实现过程进行详细描述。

本优选实施例在1800GHz频段进行实验，电磁带隙单元结构大小为9mm×9mm，将该电磁带隙单元覆铜，带隙间距为0.5mm，在其中心打半径为0.5mm的覆铜过孔，如图5所示。过孔使介质板上表面单元覆铜层与介质板下表面接地面相连。图6是根据本发明优选实施例的电磁带隙结构的俯视图。

图7是根据本发明优选实施例的移动终端的结构示意图，以终端常用平面倒F天线(Planar Invert F Antenna，简称为PIFA)为例，电磁带隙结构与天线的相对位置如图6所示。引入的电磁带隙结构位于天线基板的后方，其接地单元与天线的接地单元通过侧面的金属结构进行连接；电磁带隙结构的上表面方形结构覆铜，中心通过金属过孔与下底面连接。

通过使用SEMCAD软件进行电磁仿真，计算在1800MHz频段，使用同一款PIFA天线分别仿真加入电磁带隙结构与不加入电磁带隙结构两种情况下的1g SAR值。两种情况中，人头模型与天线的相对位置完全相同，只是在其中一种情况中天线背面加入了电磁带隙结构。仿真设置条件完全相同，计算人头对终端天线辐射量的吸收，同时，对这两种情况中天线的OTA(Over the Air)参数TRP与TIS进行对比。

表1.仿真结果对比表

情况/参数	SAR	TRP	TIS
				无电磁带隙结构	0.5328W/kg	26.6011dBm	-102.622dBm
加入电磁带隙结构	0.3671W/kg	26.1411dBm	-102.162dBm

由上述仿真，可得出如下结果：相同情况下，同一款PIFA天线没有加入电磁带隙结构与加入电磁带隙结构后，两种情况下的TRP、TIS值差别较小，这也意味着在加入电磁带隙结构后，没有引起天线的辐射性能的明显下降；但是SAR值却可以降低30％左右。本仿真考虑的两种情况中终端离人体距离相同，但是考虑到实际测试中，引入了电磁带隙结构会使天线与人体的距离变远，必然会得出更低的SAR值测试结果。同时，终端所增加的厚度也在可接受的范围内。

综上所述，根据本发明的上述实施例，提供了一种移动终端及降低移动终端辐射的方法。本发明采用电磁带隙结构降低天线对人体的辐射，电磁带隙结构可以降低天线的背向辐射，将其安装于移动终端中可以降低天线对人体的辐射，同时不影响甚至提高天线接收电磁信号的能力。另外，电磁带隙结构类似于一个PCB板，制作工艺包括覆铜与过孔，与PCB板制作工艺相同，在加工时，可并入天线或者PCB板的加工中去，加工成本与复杂度均在可接受范围内；且电磁带隙结构具有高阻抗表面特性，从而可以减小表面波损耗，提高天线的增益。利用电磁带隙结构克服了吸波材料、铁氧体材料价格昂贵、寿命受温度环境影响的缺点，且加入介质基板也在可接受范围内，与左手材料周期排列的开口谐振环相比，更容易被应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种移动终端，其特征在于包括：

天线(122)；

电磁带隙结构(124)，与所述天线(122)相连接，用于降低所述天线(122)对人体(14)的辐射。

2.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述电磁带隙结构(124)位于所述移动终端的听筒和/或话筒(126)侧。

3.根据权利要求1所述的移动终端，其特征在于，所述电磁带隙结构(124)包括：上层金属面(1242)、下层金属面(1244)以及用于对所述上层金属面(1242)和所述下层金属面1244)进行电磁隔离的介质基板(1246)，其中所述上层金属面(1242)上周期排布电磁带隙单元，所述下层金属面(1244)与所述天线(122)共地。

4.根据权利要求3所述的移动终端，其特征在于，所述电磁带隙单元的外形是矩形，所述电磁带隙单元的中心设置有过孔，该过孔覆盖有金属，并使得所述上层金属面(1242)和所述下层金属面(1244)相连接。

5.根据权利要求4所述的移动终端，其特征在于，所述电磁带隙单元是边长9毫米的正方形。

6.根据权利要求4所述的移动终端，其特征在于，所述过孔的半径是0.5毫米。

7.根据权利要求4所述的移动终端，其特征在于，所述电磁带隙单元的周期排布方式是在所述电磁带隙单元之间采用0.5毫米的带隙间距进行周期排布。

8.根据权利要求3所述的移动终端，其特征在于，所述介质基板(1246)的介电常数大于10。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的移动终端，其特征在于，还包括：PCB电路板(128)，所述电磁带隙结构(124)位于所述天线(122)和所述PCB电路板(128)之间。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的移动终端，其特征在于，所述电磁带隙结构(124)与所述天线(122)可通过螺钉或者卡扣的方式进行连接。

11.一种降低移动终端辐射的方法，其特征在于包括：在移动终端中安装用于降低所述天线(122)对人体(14)的辐射的电磁带隙结构(124)。

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