CN102738584A - 一种降低数据卡sar值的终端天线及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低数据卡SAR值的终端天线及成型方法，其中，终端天线为与数据卡连接的环形天线结构，环形天线结构至少包含两段平行槽线，平行槽线中电流流动方向相反。本发明环形设置降低了无线终端产品的SAR值，同时能够实现整个带宽，通过改变环的走线形式，还能够在保证带宽的情况下，降低预定频段SAR值的目的。

Description

一种降低数据卡SAR值的终端天线及其成型方法

技术领域

本发明涉及移动终端领域，具体是一种降低数据卡SAR值的终端天线及其成型方法。

背景技术

随着无线技术的发展，通过无线Modem上网已越来越常见，特别是数据卡类产品具有携带方便且能够不受时间地点限制的优点，非常适合应用于便携式电脑中。但是，由于数据卡类产品体积较小，紧贴人体放置必然会对人体造成伤害。国际上普遍采用电磁波吸收比值SAR（Specific Absorption Rate）来评估电磁辐射对人体造成的伤害。目前，数据卡SAR值已经成为衡量其性能的一项重要指标。传统的降低SAR值的方法主要有贴吸波材料、降低传导功率或者降低天线效率，但在以上方法中，吸波材料成本较高，而后两者会降低天线OTA（Over the air，空中下载技术）性能。另外，随着无线终端技术尤其是3G以上频段在数据卡产品上的开发应用不断发展，且采用传统降低SAR值的方法效果并不理想，导致数据卡SAR值的问题已经越来越严重了。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种数据卡终端天线，旨在实现降低数据卡SAR值的目的。

为了达到上述目的，本发明提出一种降低数据卡SAR值的终端天线，包括所述终端天线为环形天线结构，所述环形天线结构至少包含两段平行槽线，所述平行槽线中电流流动方向相反。

优选地，所述终端天线的高频部分为环形天线结构。

优选地，所述终端天线为双环形天线结构，每个环形分别实现不同频段的带宽。

优选地，根据公式

获取到环形天线对应的波长λ，所述环形天线的总长度为发射频段的波长对应的物理长度，其中f_m为环形天线对应的发射频段的中心频点，c为空气中的光速，ε为天线支架的介电常数。

优选地，所述发射频段为LTE band7频段。

本发明还提出一种数据卡终端天线的成型方法，包括以下步骤：

将所述终端天线成型为环形天线结构，所述环形天线结构至少包含两段平行槽线，所述平行槽线中电流流动方向相反。

优选地，设置所述终端天线的高频部分为环形天线结构。

优选地，设置所述终端天线为双环形天线结构，每个环形分别实现不同频段的带宽。

优选地，根据公式

获取到环形天线对应的波长λ，所述环形天线的总长度为发射频段的波长对应的物理长度，其中f_m为环形天线对应的发射频段的中心频点，c为空气中的光速，ε为天线支架的介电常数。

优选地，所述发射频段为LTE band7频段。

本发明通过采用环形设置降低了无线终端产品的SAR值，同时能够实现整个带宽，通过对环位置的设定，在保证带宽的情况下，降低预定频段SAR值的目的。

附图说明

图1为本发明提供的终端天线一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的终端天线一实施例中的结构示意图；

图3为图2所示环形天线高频部分的结构示意图；

图4为图3所示环形天线低频部分的结构示意图；

图5为本发明提供的终端天线另一实施例中的结构示意图；

图6为本发明提供的终端天线再一实施例中的结构示意图

图7为本发明提供的终端天线又一实施例中的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例解决方案主要是：在终端上采用环形天线结构代替传统的单极子/IFA天线，来实现工作带宽，同时降低数据卡SAR值。。

本发明实施例提出一种降低数据卡SAR值的终端天线，该终端天线采用环形天线结构，与数据卡相连接，其中环形天线结构至少包含两段平行槽线，平行槽线中电流方向相反。该环形天线与数据卡连接，实现数据卡天线带宽。如图1所示，为本发明一实施例中的环形天线结构示意图。当天线工作时，环形天线枝节上的电流分布图如图1所示，环形天线与数据卡主板连接的位置为天线馈电点，该环形天线缝隙两边的电流方向正好相反，电流流动的方向各异，使得在近场相互叠加抵消，分散SAR值能量，从而带来SAR值的减小。

由于环形天线枝节上的的电流可视为由多个小电流元组成，取某一段槽线两侧的电流元I₁和I₂，如图1所示，以电流元I₁和I₂反相的情形为例，根据短电偶极子场的基本理论，两个电流元所产生的场分别为

电流元I₁所产生的场为

$E_{r1}=\frac{I_{1}L\cos \mathrm{\θ}{e}^{\mathrm{j\ω}[t-(r/c)]}}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}(\frac{1}{{\mathrm{cr}}^2}+\frac{1}{\mathrm{j\ω}{r}^3})$

$E_{\mathrm{\θ}1}=\frac{I_{1}L\sin \mathrm{\θ}{e}^{\mathrm{j\ω}[t-(r/c)]}}{4\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}(\frac{\mathrm{j\ω}}{c^{2}r}+\frac{1}{{\mathrm{cr}}^2}+\frac{1}{\mathrm{j\ω}{r}^3})$

${\left|H\right|}_1=H_{\mathrm{\φ}1}=\frac{I_{1}L\sin \mathrm{\θ}{e}^{\mathrm{j\ω}[t-(r/c)]}}{4\mathrm{\π}}(\frac{\mathrm{j\ω}}{\mathrm{cr}}+\frac{1}{r^2})$

H_r1＝H_θ1＝0

电流元I₂所产生的场为

$E_{r2}=\frac{I_{2}L\cos \mathrm{\θ}{e}^{\mathrm{j\ω}[t-(r/c)]}}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}(\frac{1}{{\mathrm{cr}}^2}+\frac{1}{\mathrm{j\ω}{r}^3})$

$E_{\mathrm{\θ}2}=\frac{I_{2}L\sin \mathrm{\θ}{e}^{\mathrm{j\ω}[t-(r/c)]}}{4\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}(\frac{\mathrm{j\ω}}{c^{2}r}+\frac{1}{{\mathrm{cr}}^2}+\frac{1}{\mathrm{j\ω}{r}^3})$

${\left|H\right|}_2=H_{\mathrm{\φ}2}=\frac{I_{2}L\sin \mathrm{\θ}{e}^{\mathrm{j\ω}[t-(r/c)]}}{4\mathrm{\π}}(\frac{\mathrm{j\ω}}{\mathrm{cr}}+\frac{1}{r^2})$

H_r2＝H_θ2＝0

由电流元I₁和I₂所产生的场叠加为

$E_r=\frac{(I_1-I_2)L\cos \mathrm{\θ}{e}^{\mathrm{j\ω}[t-(r/c)]}}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}(\frac{1}{{\mathrm{cr}}^2}+\frac{1}{\mathrm{j\ω}{r}^3})$

$E_{\mathrm{\θ}}=\frac{(I_1-I_2)L\sin \mathrm{\θ}{e}^{\mathrm{j\ω}[t-(r/c)]}}{4\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0}(\frac{\mathrm{j\ω}}{c^{2}r}+\frac{1}{{\mathrm{cr}}^2}+\frac{1}{\mathrm{j\ω}{r}^3})$

$\left|H\right|=H_{\mathrm{\φ}}=\frac{(I_1-I_2)L\sin \mathrm{\θ}{e}^{\mathrm{j\ω}[t-(r/c)]}}{4\mathrm{\π}}(\frac{\mathrm{j\ω}}{\mathrm{cr}}+\frac{1}{r^2})$

H_r＝H_θ＝0

当两个电流元等值反向，即I₁＝-I₂时，E_r＝E_θ＝H_φ＝H_r＝H_θ＝0。

此时在终端天线投影区正上方的电场强度最小，几乎为零。电场大小决定了SAR值的大小，因此，降低了电场的大小后，也实现了降低SAR值的目的。

终端天线的带宽分为高频和低频两个部分，当采用传统单极子天线实现整个带宽时，通过长枝节实现低频、通过短枝节实现高频，例如，低频部分的带宽可以为704-894MHz，高频部分的带宽可以为1710-2690MHz。而对于数据卡来说，SAR值问题主要集中于高频部分，当高频部分采用单极子天线时，天线为不平衡馈电，高频枝节上的电流单向流动，造成SAR值很高。因此，在又一实施例中，采用图2所示的环形天线结构，仅对高频部分采用环形天线结构（如图3所示），而对低频仍然采用传统的单极子天线（如图4所示），可以只对原有的终端天线进行部分的改变，节约了成本。

更为具体的，在前述实施例的基础上，另一实施例中，根据公式获取到环形天线对应的波长λ，环形天线的总长度为发射频段的波长对应的物理长度，不同物理长度的环形天线对应不同发射频段，其中f_m为环形天线对应的发射频段的中心频点，c为空气中的光速，ε为天线支架的介电常数。例如，环形天线中平行槽线的长度可以设置为接近环形天线总长度的一半。对于LTE(Long Term Evolution,长期演进)band7频段的发射部分2500-2570MHz的SAR值特别高，为了降低该频段的SAR值，对该频段即高频部分采用了环形天线结构，对该频段以外的低频部分采用传统的单极子天线。具体设计方法为：对应band7发射频段（2500-2570MHz）的中心频点为f_m，则根据公式λ_m＝c/f_m（c为空气中的光速）得到空气中对应的波长，根据天线支架介质的介电常数ε，得到该环形天线对应的波长为

由于环形天线为谐振天线，带宽有限，因此，如图5所示，前述实施例的基础上，另一实施例中，对于band7频段采用区域I中的环形结构来实现，对除band7以外的其它高频部分，采用区域II中的环形天线结构来实现。这样，两个环除了谐振各自部分的带宽外，相互之间还具有一定的耦合作用，进一步展宽了环形天线高频部分带宽。同理，还可以设计其它双环形天线结构，各环形天线谐振不同频段的带宽，以展宽整个终端天线的带宽，使得环形天线的适应范围更广。

总之，在其他具体的实施例中，利用以上公式和原理，还可以包括其他环分布位置的天线形式。例如，图6和图7所示的另两种天线结构，通过改变环的走线形式，能够在保证带宽的同时，降低预定频段SAR值的目的。

本发明提出的终端天线，采用环形设置降低了无线终端产品的SAR值，同时能够实现整个带宽，通过对环走线形式的设定，还能够在保证带宽的情况下，实现降低预定频段SAR值的目的。

本发明还提出一种数据卡终端天线的成型方法，将终端天线成型为环形天线结构，该环形天线结构至少包含两段平行槽线，平行槽线中电流流动方向相反，将该环形天线与数据卡主板连接，实现数据卡天线带宽。如图1所示，为本发明一实施例中的环形天线结构示意图。当天线工作时，环形天线枝节上的电流分布图如图1所示，环形天线与数据卡主板连接的位置为天线馈电点，该环形天线缝隙两边的电流方向正好相反，电流流动的方向各异，使得在近场相互叠加抵消，分散SAR值能量，从而带来SAR值的减小。

终端天线的带宽分为高频和低频两个部分，当采用传统单极子天线实现整个带宽时，通过长枝节实现低频、通过短枝节实现高频，例如，低频部分的带宽可以为704-894MHz，高频部分的带宽可以为1710-2690MHz。而对于数据卡来说，SAR值问题主要集中于高频部分，当高频部分采用单极子天线时，天线为不平衡馈电，高频枝节上的电流单向流动，造成SAR值很高。因此，在又一实施例中，采用图2所示的结构成型环形天线，仅对高频部分采用环形天线结构（如图3所示），而对低频仍然采用传统的单极子天线（如图4所示），可以只对原有的终端天线进行部分的改变，节约了成本。

更为具体的，在前述实施例的基础上，另一实施例中，根据公式

获取到环形天线对应的波长λ，环形天线的总长度为发射频段的波长对应的物理长度，不同物理长度的环形天线对应不同发射频段，其中f_m为环形天线对应的发射频段的中心频点，c为空气中的光速，ε为天线支架的介电常数。例如，环形天线中平行槽线的长度可以设置为接近环形天线总长度的一半。对于LTE(Long Term Evolution,长期演进)band7频段的发射部分2500-2570MHz的SAR值特别高，为了降低该频段的SAR值，对该频段即高频部分采用了环形环形天线结构，对该频段以外的低频部分采用传统的单极子天线。具体设计方法为：对应band7发射频段（2500-2570MHz）的中心频点为f_m，则根据公式λ_m＝c/f_m（c为空气中的光速）得到空气中对应的波长，根据天线支架介质的介电常数ε，得到该环形天线对应的波长为

由于环形天线为谐振天线，带宽有限宽，因此，如图5所示，在前述实施例的基础上，另一实施例中，对于band7频段采用区域I中的环形结构来实现，对除band7以外的其它高频部分，采用区域II中的环形天线结构来实现。这样，两个环除了谐振各自部分的带宽外，相互之间还具有一定的耦合作用，进一步展宽了环形天线高频部分带宽。同理，还可以设计其它双环形天线结构，各环形天线谐振不同频段的带宽，以展宽整个终端天线的带宽，使得环形天线的适应范围更广。

总之，在其他具体的实施例中，利用以上公式和原理，还可以包括其他环分布位置的天线形式。例如，以图6和图7所示的天线结构分别成型另两种终端天线，通过改变环的走线形式，能够在保证带宽的同时，降低预定频段SAR值的目的。

本发明提出的数据卡终端天线成型方法，采用环形设置降低了无线终端产品的SAR值，同时能够实现整个带宽，通过对环走线形式的设定，还能够在保证带宽的情况下，实现降低预定频段SAR值的目的。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种降低数据卡SAR值的终端天线，其特征在于，所述终端天线为与数据卡连接的环形天线结构，所述环形天线结构至少包含两段平行槽线，所述平行槽线中电流流动方向相反。

2.根据权利要求1所述的终端天线，其特征在于，所述终端天线的高频部分为环形天线结构。

3.根据权利要求2所述的终端天线，其特征在于，所述终端天线为双环形天线结构，每个环形分别实现不同频段的带宽。

4.根据权利要求1、2或3所述的终端天线，其特征在于，根据公式

获取到环形天线对应的波长λ，所述环形天线的总长度为发射频段的波长对应的物理长度，其中f_m为环形天线对应的发射频段的中心频点，c为空气中的光速，ε为天线支架的介电常数。

5.根据权利要求4所述的终端天线，其特征在于，所述发射频段为LTEband7频段。

6.一种数据卡终端天线的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述终端天线成型为环形天线结构，所述环形天线结构至少包含两段平行槽线，所述平行槽线中电流流动方向相反。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，设置所述终端天线的高频部分为环形天线结构。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，设置所述终端天线为双环形天线结构，每个环形分别实现不同频段的带宽。

9.根据权利要求6、7或8所述的方法，其特征在于，根据公式

获取到环形天线对应的波长λ，所述环形天线的总长度为发射频段的波长对应的物理长度，其中f_m为环形天线对应的发射频段的中心频点，c为空气中的光速，ε为天线支架的介电常数。

10.根据权利要求9所述的终端天线，其特征在于，所述发射频段为LTEband7频段。

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