CN102769170A

CN102769170A - 一种宽带低sar无线终端天线系统

Info

Publication number: CN102769170A
Application number: CN2012102562061A
Authority: CN
Inventors: 孙劲; 褚少杰
Original assignee: Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2012-11-07

Abstract

本发明公开了一种宽带低SAR无线终端天线系统，包括PCB板、天线支架、天线、金属件；所述天线支架设置于所述PCB板上，所述天线覆盖在天线支架外表面，所述金属件覆盖于天线支架内表面。所述天线包括主体和两个端部；其至少一端呈弯折结构，且该弯折结构与主体之间存在一定缝隙；所述金属件在天线支架内表面的投影至少覆盖部分上述缝隙。所述金属件用于增加弯折结构与主体之间的电容，从而减小二者之间缝隙上的电场，从而降低SAR值。与现有技术相比，本发明具有宽谐振频率，低SAR，结构简单容易实现。

Description

一种宽带低SAR无线终端天线系统

技术领域

本发明涉及无线终端天线，特别涉及一种宽带低SAR无线终端天线系统。

背景技术

天线是一种利用频率特性接收和发射信号的装置。近年来，用于无线通信的移动终端天线的设计和性能，越来越影响移动通信的发展方向。特别是便携式移动终端如手机，PDA（Personal Digital Assistance）,MP3/MP4。天线设计的几个主要指标是：有合适的多频谐振，天线实现信号传播和能量辐射均基于某个频率的谐振。如果一个天线能在多个频率都能谐振，那么天线将可以在多个频率工作。另一方面，在手持终端天线性能的评估中，天线对人体的辐射是一个重要的指标。这个指标就是SAR. SAR的意义为单位质量的人体组织所吸收或消耗的电磁功率，单位为W/kg在外电磁场的作用下，人体内将产生感应电磁场。由于人体各种器官均为有耗介质，因此体内电磁场将会产生电流，导致吸收和耗散电磁能量。生物剂量学中常用SAR来表征这一物理过程。SAR 值的标准是美国：1.6 W/kg (1g), 欧洲： 2.0W/kg (10g)，也就是在美国SAR值必须小于1.6 W/kg (1g),欧洲SAR值必须小于2.0W/kg (10g)。超过了这个值，天线必须重新设计直至

符合要求。

一般来讲，天线的辐射效率和天线的SAR在天线设计时必须同时考虑。SAR主要与天线的近场有关，天线的辐射主要关于远场。但是在实践中，会经常出现天线的辐射效率能满足指标，但是SAR却远超指标。有一种做法是，适当降低天线的辐射功率，从而达到降低SAR的目的。还有一种方法就是在无线终端的PCB板上的天线区域附近，做一个分支接地，亦可以降低SAR。但是前者会降低天线的总辐射功率，不利于信号传输。后者经常会降低天线的辐射效率，也影响了天线的性能，并且结构上增加了复杂度（需要天线之外的附加结构）而且，对于宽带多频天线而言，要兼顾不同频段的天线辐射效率和SAR，难度进一步加大。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种宽带低SAR无线终端天线系统，其具有宽谐振频率，低SAR，结构简单容易实现。

本发明公开了如下技术方案：

一种宽带低SAR无线终端天线系统，包括PCB板、天线支架、天线、金属件；所述天线支架设置于所述PCB板上，所述天线覆盖在天线支架外表面，所述金属件覆盖于天线支架内表面。

所述天线包括主体和两个端部；其至少一端呈弯折结构，且该弯折结构与主体之间存在一定缝隙；所述金属件在天线支架内表面的投影至少覆盖部分上述缝隙。

所述金属件用于增加弯折结构与主体之间的电容，从而减小二者之间缝隙上的电场，从而降低SAR值。

较佳地，所述金属件在天线支架内表面的投影至少覆盖部分上述弯折结构。

较佳地，所述金属件的形状与其在天线支架内表面所在位置对应形状相同。

较佳地，所述金属件包括若干个金属片；所述金属片在天线支架内表面的投影至少覆盖部分上述缝隙。

较佳地，所述天线呈非闭合的环状；所述弯折结构呈字母C状；所述弯折结构的末端段与主体存在一定缝隙。

较佳地，所述金属件为一个金属片，所述金属片设置于天线支架内部，且其在天线支架内表面的投影至少覆盖部分上述缝隙。

与现有技术相比，本发明具有宽谐振频率，低SAR，结构简单容易实现。

附图说明

图1为本发明第一实施例一种宽带低SAR无线终端天线系统的结构示意图；

图2为本发明第一实施例天线的结构示意图；

图3为本发明第一实施例一种宽带低SAR无线终端天线系统的侧视示意简图；

图4a为本发明第一实施例的SAR 测试面透视图；

图4b为本发明第一实施例的SAR测试面侧视简图；

图5为本发明第一实施例天线的回波损耗图；

图6为本发明第一实施例天线的自由空间总辐射效率图；

图7为本发明变化例1；

图8为本发明变化例2；

图9为本发明变化例3；

图10为本发明变化例4；

图11为本发明变化例5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例

本天线系统示意图如图1所示。参考图1，本天线系统包括手持终端的PCB（Printed circuit board）板(金属区域)100、净空区（非金属区域）101、天线200、天线支架（图中未画出）和浮空金属片301所构成。

天线200覆盖在天线支架外表面，浮空金属片301覆盖于天线支架内表面。本实施例中，浮空金属片301即为金属件，这里仅用了一片金属片，具体实施时，其可以使用多片金属片，其遵循下面与本实施例的金属片301相同的位置设置方式也能达到同样的目的。

PCB100 部分中，为一定形状的金属区域，即相对于天线为有限地，金属区域可以是常规长条形，或者具有异形的切口，槽，凸起的长条形金属。含地层的多层PCB板与金属等效。

净空区101可以是常规长方形，或者带有弯折边的不规则区域。有限地的金属与天线200有一定高度间隔，即除了天线接地导体外211，天线与PCB板100无其它直接连通部分。天线200位于金属区域100和非金属区域101的上方空间，天线高度不超过8mm。天线200可以全部或部分位于净空区上方。当净空区的宽度为0的情况下，天线200全部位于金属区域101的上方。在下面的图例2中，以有净空区的情况为例。无净空区的情况在变化列中列出。

参考图2，天线部分200包括接地部分211，馈电部分201，天线辐射部分202，212。

天线辐射部分205至207相当于天线的主体，208至211相当于一个端部；201至204相当于另一个端部。其中，208、210、212为弯折结构，呈字母C状；所述弯折结构的末端段212与主体中206存在一定缝隙。

接地部分211和馈电部分202位于PCB100平行的平面内，并与PCB板100宽边边缘距离约为25mm 左右。馈电部分201与 PCB板100非直接接触，射频信号的信号端接馈电部分201，射频信号的地端与PCB板100连接。接地部分211与PCB板100直接相连。接地部分201和馈电部分202距离约8mm到25 mm 之间。

天线部分210和202分别于接地部分211和馈电部分201相连，同时分别连接部分209和203，并连接204、205、206、207、208、210。天线部分210和202不一定是位于PCB100 法线平行的平面内，它们可以是连接天线部分209、203和接地、馈电端的任意空间路径。

天线部分203到209，以及212位于PCB100 法线平行的平面内，该平面并经过PCB板100宽度方向的边。天线部分203到209，以及212可以有其它变形，不一定是法线平行的平面内的矩形或其它多边形。通常天线的支撑架是三维的曲面，天线部分203到209，以及212可以与支撑架共形。

天线部分204和208连接部分203和205，部分209和207。同时天线部分206连接部分205和207。

天线部分212和206存在一定间隙d1，呈电容耦合。天线部分204和206存在一定间隙d2，呈电容耦合。

金属片301在天线支架内表面的投影至少覆盖部分上述缝隙d1。

金属片301在天线支架内表面的投影至少覆盖部分上述弯折结构（本实施例中，至少部分覆盖天线部分212）。

参考图3，浮空金属片301和天线顶面的垂直距离为d3. 浮空金属片301和天线部分208,209,212,206存在一定的电容耦合。本实施例中浮空金属片的典型尺寸为2.5mm x 4 mm 的矩形。d3 的典型值在1.5 mm左右。

参考图4a和图4b，图4a中的A，B，C面分别称为待测装置的正面，背面和底面。它们与待测装置的距离为d4，在国际标准中d4取为10毫米。这些面是测量Body SAR的探针扫面平面，也就是说，所测得的Body SAR值是分别位于这几个平面里的最大SAR值。

以下是本发明的原理解释。

天线部分201到211连接部分202到210一起形成一个环路。环路的总长决定天线的最低谐振频率。

该环路高频谐振为最低谐振频率的一倍频，二倍频和三倍频。最低谐振频率为f0,那么高频频率相应为2f0,3f0,4f0。间隙d1和间隙d2，调节不同频率之间的耦合和回波损耗。

调节天线部分202到210的距离，一方面调节整个环路的总长，改变天线的谐振频率。另一方面，调节间隙d1和间隙d2，改变谐振频率的高频部分和低频部分的耦合和回波损耗。如果间隙d1和间隙d2对低频的耦合系数为k1，对高频的耦合系数为k2,则最终谐振频率，低频部分为f0*(1+k1),高频部分为2*（1-k1）*f0,3*(1-k1)*(1+k2)*f0,4*(1-k1)*(1-k2)*f0。K1,k2 范围为0<k1,k2<1。

本发明中，部分201和211优点是，有效的激发了PCB100的辐射，使低频带宽和回波损耗最优。优点二是调节天线环路总长, 使高频带宽覆盖1710MHz到2700MHz，如图5。

浮空金属片301可以有效地降低SAR。在于天线部分206、212之间的耦合原本通过间隙d1来实现。此处的耦合场相对来说比较强。加入浮空金属片后，耦合区域变得开阔，因为天线部分206可以由浮空金属片301耦合到天线部分212上去，耦合场能量分布在较大的空间，起到有效降低SAR的目的。

假定跨过间隙d1的两端的电压为V,则分布在d1上的电场强度为E等于U/d1；U为天线部分206,212之间的电压,U=Q/C，C为天线部分206,212之间的电容，Q为此电容贮存的电荷，加上浮空金属片后，天线部分206，212之间的电容变大，设为C1，假定电荷Q近似不变（这可以从回损图近似不变可以得出天线上的阻抗近似不变，那么天线上的电流分布近似不变，并且由于301是浮空金属片，上面总的感应电荷应该为零，所以电荷也可以假定近似不变），于是U1=Q/C1变小。所以E1=U1/d1变小。最终在平行于天线部分206,212的表面的间隙d1上的电场变小，这样SAR值就降低了。

图6为本发明第一实施例的天线效率，满足GSM850、GSM900、DCS、PCS的通信要求。

参考表1，表2。W1900指的是1850Mhz-1990Mhz。W2100指的是1920Mhz-2170Mhz。对比数据表明，在有浮空金属片的情况下，A，B,C三个测试面的SAR值全部满足小于1.6w/kg(1g)和2.0w/kg(10g)的标准，并且有足够的余量。

Figure 2012102562061100002DEST_PATH_IMAGE001

Figure 2012102562061100002DEST_PATH_IMAGE002

通过优化天线结构，本天线不需要匹配电路。

图7至图11为在图1至图3所述实施例基础上所做的几个变化例。

如图7，不同于图1，净空区101的宽度为零，也就是没有净空区，天线下方全部是金属区域100，相应的图2中的201、211消失，图7中原来的天线部分202、210分别成为馈电部分和接地部分。

如图8，不同于图1，浮空金属片301的尺寸变长。实际上，浮空金属片301的尺寸可以根据具体应用调节。

如图9，不同于图1，浮空金属片301的形状变为L型。L型的具体尺寸可根据具体应用调节。实际上，浮空金属部分的形状可以为任意多边形，共形于天线支架的内表面。

如图10，不同于图1，天线部分增加了部分213、214、215。增加部分的尺寸可根据具体应用调节。

如图11，不同于图1，天线部分增加了部分216,217。增加部分的尺寸可根据具体应用调节。

另外天线200的正下方，可以与其它元件集成，以缩小和有效利用空间，如扬声器speaker,usb接头，耳机插口等。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种宽带低SAR无线终端天线系统，包括PCB板、天线支架、天线；所述天线支架设置于所述PCB板上，所述天线覆盖在天线支架外表面，其特征在于：还包括金属件；所述金属件覆盖于天线支架内表面；

所述天线包括主体和两个端部；其至少一端呈弯折结构，且该弯折结构与主体之间存在一定缝隙；所述金属件在天线支架内表面的投影至少覆盖部分上述缝隙；

2.根据权利要求1所述的无线终端天线系统，其特征在于，所述金属件在天线支架内表面的投影至少覆盖部分上述弯折结构。

3.根据权利要求1所述的无线终端天线系统，其特征在于，所述金属件的形状与其在天线支架内表面所在位置对应形状相同。

4.根据权利要求1、2或3所述的无线终端天线系统，其特征在于，所述金属件包括若干个金属片；所述金属片在天线支架内表面的投影至少覆盖部分上述缝隙。

5.根据权利要求1所述的无线终端天线系统，其特征在于，所述天线呈非闭合的环状；所述弯折结构呈字母C状；所述弯折结构的末端段与主体存在一定缝隙。

6.根据权利要求5所述的无线终端天线系统，其特征在于，所述金属件为一个金属片，所述金属片设置于天线支架内部，且其在天线支架内表面的投影至少覆盖部分上述缝隙。