CN111987471A - Fss覆层结构及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了FSS覆层结构及电子设备，涉及天线技术领域。本申请实施例示出了一种FSS覆层结构，所述FSS覆层结构包括：第一介质基板，所述第一介质基板包括第一基板面和第二基板面，所述第一基板面和所述第二基板面是相对的两个面；位于所述第一基板面上的天线；与所述第二基板面固定且不接触的FSS覆层材料，所述FSS覆层材料用于阻碍所述天线的辐射电场的目标方向分量。本申请实施例中，为天线设置FSS覆层结构，FSS覆层结构中的FSS覆层材料可以阻碍天线的辐射电场的目标方向分量，避免为了降低SAR而回退辐射功率，继而影响通信质量的情况。

Description

FSS覆层结构及电子设备
技术领域
本申请涉及天线技术领域，特别涉及一种FSS覆层结构及电子设备。
背景技术
智能手机等电子设备作为通信设备，在进行无线通信过程中会有电磁波通过天线辐射。
在电子设备距离人体较近时，由于人体是有耗介质，进入人体的电磁场会产生感应电流，导致电磁能量被损耗和吸收。电磁波在人体中产生耗散，实质是将电磁波转化为了热能，这一过程产生的能量转换的大小可以通过电磁波吸收比率(Specific AbsorptionRate，SAR)这一物理量进行衡量。数值越高，产生的热能越高，对人体影响越大。
相关技术中，在电子设备靠近人体的时候，会对辐射功率进行智能回退，以降低进入人体的电磁波能量大小，从而降低SAR的数值。但是，对辐射功率进行智能回退对通信质量存在影响。
发明内容
本申请实施例提供了一种FSS覆层结构及电子设备，为天线设置FSS覆层结构，FSS覆层结构中的FSS覆层材料可以阻碍天线的辐射电场的目标方向分量，避免为了降低SAR而回退辐射功率，继而影响通信质量的情况。所述技术方案如下：
根据本申请的一个方面，提供了一种FSS覆层结构，所述FSS覆层结构包括：
第一介质基板，所述第一介质基板包括第一基板面和第二基板面，所述第一基板面和所述第二基板面是相对的两个面；
位于所述第一基板面上的天线；
与所述第二基板面固定且不接触的FSS覆层材料，所述FSS覆层材料用于阻碍所述天线的辐射电场的目标方向分量。
在一个可选的实施例中，所述FSS覆层材料包括：N个FSS单元，所述N为大于1的整数。
在一个可选的实施例中，所述N个FSS单元中的至少一个FSS单元是2.5维单元结构。
在一个可选的实施例中，所述FSS单元包括：第二介质基板，所述第二介质基板包括第三基板面和第四基板面，所述第三基板面和所述第四基板面是相对的两个面；位于所述第三基板面和所述第四基板面上的金属回路。
在一个可选的实施例中，所述金属回路包括：位于所述第三基板面上的n条第一金属条带，和所述第四基板面上的n条第二金属条带，所述n为正整数；贯穿所述第二介质基板的2n个金属化通孔，所述2n个金属化通孔用于将所述第一金属条带的条带端点和所述第二金属条带的条带端点连接，以使得所述n条第一金属条带、所述n条第二条带和所述2n个金属化通孔构成导通回路。
在一个可选的实施例中，所述第一金属条带包括：长条型金属条带、折线型金属条带和曲线型金属条带中的至少一种；所述第二金属条带包括：所述长条型金属条带、所述折线型金属条带和所述曲线型金属条带中的至少一种。
在一个可选的实施例中，所述第一金属条带的条带端点和所述第二金属条带的条带端点设置有环形金属焊盘。
在一个可选的实施例中，所述N个FSS单元的排列方式为水平排列。
在一个可选的实施例中，所述天线包括倒F天线，所述倒F天线包括：辐射贴片、与所述辐射贴片的第一连接点相连的短路点和与所述辐射贴片的第二连接点相连的馈电点，所述第一连接点和所述第二连接点是不同位置的连接点。
在一个可选的实施例中，所述目标方向分量为切向分量。
在一个可选的实施例中，所述第一介质基板的所述第二基板面上设置有金属地板，所述金属地板作为所述天线的地。
在一个可选的实施例中，所述FSS覆层材料设置在电子设备的壳体或屏幕上，所述第一介质基板设置在所述电子设备的中框上。
根据本申请的一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备至少包括FSS覆层结构，所述FSS覆层结构是如上述方面所述的FSS覆层结构。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
为天线设置FSS覆层结构，FSS覆层结构中的FSS覆层材料可以阻碍天线的辐射电场的目标方向分量，由于阻碍了目标方向分量，则可以减少辐射电场对人体的辐射，使得天线不必降低辐射功率，也可以降低SAR的数值，避免为了降低SAR而回退辐射功率，继而影响通信质量的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个示例性实施例提供的FSS覆层结构与人体组织的位置示意图；
图2是本申请一个示例性实施例提供的一种FSS覆层结构的示意图；
图3是本申请一个示例性实施例提供的一种FSS单元的示意图；
图4是本申请一个示例性实施例提供的一种FSS单元的示意图；
图5是本申请一个示例性实施例提供的一种FSS单元在第二基板面上交错排列的示意图；
图6是本申请一个示例性实施例提供的一种倒F天线的示意图；
图7是本申请一个示例性实施例提供的FSS覆层结构在电子设备内的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
首先，对本申请实施例中涉及的名词进行简单介绍：
电磁波吸收比率(Specific Absorption Rate，SAR)：手机等电子设备之电磁波能量吸收比值，其定义为：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。
SAR是对人体产生影响的衡量数据，其数值越大，表示对人体的影响越大；反之则影响较小。
频率选择表面(Frequency Selective Surfaces，FSS)：是一种将金属贴片或孔径型的谐振单元按二维方式排列在介质表面，组成无限大周期性的阵列结构，可实现对电磁波传输的有效控制，实现频率选择的作用。
相关技术中，提供了一种对辐射功率进行智能回退，以降低进入人体的电磁波能量大小，从而降低SAR的数值的方案。
示例性的，电子设备中存在传感器模块，用于对人体是否接近电子设备进行感应。在传感器模块感应到人体接近到电子设备时，则降低天线的辐射功率，以降低SAR的数值；在传感器感应到人体远离电子设备时，则回调天线的辐射功率。
相关技术中提供的方案，需要调整天线的辐射功率，虽然保障了SAR的数值不会过高，但是影响了电子设备的通信质量。
为了解决相关技术中需要对辐射功率进行调整，以保障SAR的数值的问题，本申请实施例提供了一种FSS覆层结构，用于阻碍天线的辐射电场的某一个方向上的分量，从而减少天线的辐射电磁波对人体的影响。
图1示出了本申请一个示例性实施例提供的FSS覆层结构与人体组织的位置示意图。
如图1所示，FSS覆层结构包括：FSS覆层材料1、天线2和第一介质基板3。FSS覆层结构靠近人体组织4，如：人体组织4与第一介质基板3平行，且人体组织4与第一介质基板3之间的距离很近。
可以理解的是，如图1所示的FSS覆层结构包含在电子设备内，本申请实施例提供的电子设备可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、移动互联网设备、可穿戴设备(例如智能手表、智能手环计步器等)或其他设置有天线模组的电子设备。为了方便表述，下述各个实施例以电子设备为智能手机为例进行说明，但并不对此构成限定。
下面，结合参考图2，对图1所示的FSS覆层结构进行进一步的说明。
图2示出了本申请一个示例性实施例提供的一种FSS覆层结构的示意图。
如图2所示，FSS覆层结构包括：第一介质基板3，第一介质基板3包括第一基板面31和第二基板面32，第一基板面31和第二基板面32是相对的两个面；位于第一基板面31上的天线2；与第二基板面32相对固定且不接触的FSS覆层材料1，FSS覆层材料1用于阻碍天线3的辐射电场的目标方向分量。
其中，FSS覆层材料1是一种平面或曲面的周期阵列结构，它可用作混合雷达罩，也可作为带阻滤波器，又可应用于超材料吸波体。
FSS覆层材料1对不同频率、不同方向的入射波有不同程度的选择特性，是一种空间滤波器。在本申请实施例中，由于FSS覆层材料1的选择特性，FSS覆层材料1可以对天线2的辐射电场的目标方向分量进行阻碍。可以理解的是，本申请实施例对目标方向分量的具体方向不进行限制。
天线2是具有辐射性能的元件。天线2可以使用一定的辐射功率对电磁波进行辐射，辐射的电磁波形成辐射电场。可选的，在本申请实施例中，在包含FSS覆层结构的电子设备靠近人体时，天线2的辐射功率保持不变。
第一介质基板3起到对天线2的支撑作用。本申请实施例对第一介质基板3的具体形状、尺寸、材料等不进行限制。
如图2所示，第一介质基板3是一个三维立体的长方体结构，包括6个不同的面。其中，第一基板面31和第二基板面32可以是6个面中尺寸较大的两个相对的面。
在本申请实施例中，天线2和FSS覆层材料1中间设置有第一介质基板3，天线在第一介质基板3的第一基板面31上，FSS覆层材料1与第一介质基板3存在一定的距离，即FSS覆层材料1不接触第一介质基板3的第二基板面32。且FSS覆层材料1与第一介质基板3的空间位置相对固定。
综上所述，本申请实施例中，为天线设置FSS覆层结构，FSS覆层结构中的FSS覆层材料可以阻碍天线的辐射电场的目标方向分量，由于阻碍了目标方向分量，则可以减少辐射电场对人体的辐射，使得天线不必降低辐射功率，也可以降低SAR的数值，避免为了降低SAR而回退辐射功率，继而影响通信质量的情况。
在基于图2的可选实施例中，目标方向分量为切向分量。
切向分量是天线的辐射电场的切向上的分量。切向分量是与第一介质基板平行的分量，也即xoy面上的水平分量。可以理解的是，天线的辐射电场的切向分量相较于其他方向上的分量，对SAR值的影响较大，在FSS覆层材料阻隔天线的辐射电场的切向分量的情况下，即可明显减少由于电磁波辐射进入人体组织的能量。
FSS覆层材料的特性主要由其周期排布的FSS单元决定。本申请实施例所示出的FSS覆层材料具有带阻特性，FSS覆层材料在所需要的频段具有谐振特性。在FSS覆层材料的位置是水平摆放的情况下，其会与辐射电场的水平分量(即切向分量)发生谐振，从而阻隔水平分量通过FSS覆层材料，如此就实现了阻隔天线的辐射电场的切向分量的目的。
在基于图2的可选实施例中，FSS覆层材料包括：N个FSS单元，N为大于1的整数。
N个FSS单元可以是相同的FSS单元，也可以是不同的FSS单元，本申请实施例对此不进行限定。
在一种可能的实现方式中，N个FSS单元中的至少一个FSS单元是2.5维单元结构。
其中，2.5维单元结构的FSS单元指的是一种包括多层的平面结构和层间的金属化通孔的FSS单元。示例性的，金属化通孔可以与FSS单元中的介质基板的基板面垂直。平面结构中，FSS单元的表面加载有金属条带，金属条带的宽度较窄，没有占据平面上的大量空间，金属化通孔也只占据了垂直方向上的部分空间，所以可以理解为上述FSS单元是一种2.5维单元结构。
2.5维单元结构的FSS单元是一种小型化FSS。在介质基板中增加设置金属化通孔，形成一种闭环回路，相比于直接在介质基板同一基板面上设置的回路，2.5维单元结构的FSS单元通过立体结构能够减小FSS单元的体积。
由2.5维单元结构的FSS单元组成FSS覆层材料，该FSS覆层材料与天线之间保持的距离可以为3mm。相较于传统的相关方案中，距离大多在5mm以上，该FSS覆层材料的实用意义较高。
可选的，FSS单元包括：第二介质基板，第二介质基板包括第三基板面和第四基板面，第三基板面和第四基板面是相对的两个面；位于第三基板面和第四基板面上的金属回路。
第二介质基板起到对单个FSS单元的支撑作用，第二介质基板用来增强单个FSS单元的机械强度。本申请实施例对第二介质基板的具体结构、尺寸、材料等不进行限制。
示例性的，第二介质基板可以是一个三维立体的长方体结构，包括6个不同的面。其中，第三基板面和第四基板面可以是6个面中尺寸较大的两个相对的面。第三基板面和第四基板面可以是正方形的基板面。
金属回路是由不同基板面上的金属条带和介质基板中设置的金属化通孔所形成的回路。
可选的，金属回路包括：位于第三基板面上的n条第一金属条带，和第四基板面上的n条第二金属条带，n为正整数；贯穿第二介质基板的2n个金属化通孔，2n个金属化通孔用于将第一金属条带的条带端点和第二金属条带的条带端点连接，以使得n条第一金属条带、n条第二条带和2n个金属化通孔构成导通回路。
其中，第一金属条带和第二金属条带可以是形状、尺寸相同的金属条带，也可以是形状、尺寸不同的金属条带。可以理解的是，第一金属条带和第二金属条带构成回路，且第一金属条带和第二金属条带间隔相连，所以第一金属条带和第二金属条的数量可以是相同的，都为n。由于金属化通孔在第一金属条带的条带端点处，所以金属化通孔的数量是2n。
第一金属条带可以分布在第三基板面上的四周；可以分布在第三基板面上的四周和中央；可以分布在第三基板面上的中央。同样的，第二金属条带可以分布在第四基板面上的四周；可以分布在第四基板面上的四周和中央；可以分布在第四基板面上的中央。
可选的，第一金属条带包括：长条型金属条带、折线型金属条带和曲线型金属条带中的至少一种；第二金属条带包括：长条型金属条带、折线型金属条带和曲线型金属条带中的至少一种。本申请实施例对第一金属条带和第二金属条带的具体形状不进行限制。
可选的，第一金属条带的条带端点和第二金属条带的条带端点设置有环形金属焊盘。也就是说，金属化通孔通过环形金属焊盘，将不同基板面上的第一金属条带的条带端点和第二金属条带的条带端点连接。
示例性的，结合参考图3，其示出了一个示例性实施例提供的FSS单元的示意图。在该FSS单元中包括第二介质基板11。
第二介质基板11的第三基板面116上包括长条型金属条带111、环形金属焊盘112和L型金属条带113。其中，环形金属焊盘112位于长条型金属条带111和L型金属条带113的条带端点的两侧。
第二介质基板11的第四基板面117上包括长条型金属条带114、环形金属焊盘112。其中，环形金属焊盘112位于长条型金属条带114的条带端点的两侧。
第二介质基板11中还贯穿有金属化通孔115，用于形成导通回路。
示例性的，结合参考图4，其示出了一个示例性实施例提供的FSS单元的示意图。在该FSS单元中包括第二介质基板12。
第二介质基板12的第三基板面121上包括长条型金属条带122和环形金属焊盘123。其中，环形金属焊盘123位于长条型金属条带122的条带端点的两侧。
第二介质基板12的第四基板面124上包括曲线型金属条带125和环形金属焊盘123。其中，环形金属焊盘123位于曲线型金属条带125的条带端点的两侧。
第二介质基板12中还贯穿有金属化通孔126，用于形成导通回路。
在一种可能的实现方式中，N个FSS单元的排列方式包括：水平排列。
水平排列指的是N个FSS单元的排列呈一条水平直线。可以理解的是，N个FSS单元也可以采取其他的排列方式，如：交错排列，交错排列指的是N个FSS单元的排列交错分布，不呈一条水平直线。
结合参考图2，N为5，5个FSS单元水平排列。结合参考图5，N为3，3个FSS单元交错排列，如“品”字形。
综上所述，本申请实施例中，FSS覆层材料中的至少一个FSS单元是2.5维单元结构，2.5维单元结构的FSS单元通过立体结构能够减小FSS单元的体积，从而占用更少的物理空间。同时，2.5维单元结构的FSS单元的运用，也可以减小FSS覆层材料与天线之间的距离。
在基于图2的可选实施例中，第一介质基板的第二基板面上设置有金属地板，金属地板作为天线的地。
金属地板在第一介质基板的第二基板面上，天线在第一介质基板的第一基板面上，第一基板面和第二基板面是相对的两个面。可选的，第一介质基板中存在过孔，天线的短路点通过第一介质基板中的过孔与金属地板相连接。
在一种可能的实现方式中，天线包括倒F天线。
倒F天线(Inverted-F Antenna，IFA)是单极子天线的一种变形结构，具有体积小、结构简单、易于匹配、制作成本低等优点。倒F天线可以包括：辐射贴片、与辐射贴片的第一连接点相连的短路点和与辐射贴片的第二连接点相连的馈电点，第一连接点和第二连接点是不同位置的连接点。
结合参考图6，倒F天线包含：辐射贴片21、短路点22和馈电点23。短路点22与辐射贴片21的第一连接点24相连，馈电点23与辐射贴片21的第二连接点25相连。
其中，S段可以视为短路传输线，L段可以视为开路传输线。开路传输线到馈电点23可以等效成电阻和电容的并联(相当于负载，谐振时开路)，短路传输线到馈电点23可以等效为电阻和电感的串联(谐振时短路)。
在基于图2的可选实施例中，FSS覆层材料设置在电子设备的壳体或屏幕上，第一介质基板设置在电子设备的中框上。
示例性的，结合参考图7。如图7中的(a)所示，FSS覆层材料1设置在电子设备的壳体5上，第一介质基板3设置在电子设备的中框6上。如图7中的(b)所示，FSS覆层材料1设置在电子设备的屏幕7的背面上，第一介质基板3设置在电子设备的中框6上。
下面，结合如下的实施例对上述实施例进行示例性的说明。
FSS覆层材料，包含5个FSS单元组成。每个FSS单元由尺寸为11.3mm×11.3mm的第二介质基板，位于第二介质基板一侧的尺寸为0.97mm×0.15mm的长条型金属条带、环形金属焊盘和L型金属条带，位于第二介质基板另一侧尺寸为0.97mm×0.15mm的长条型金属条带、内外半径为0.3mm、0.2mm环形金属焊盘，以及第二介质基板上的金属化通孔组成，该金属化通孔的半径为0.2mm。
第一介质基板，尺寸为150mm×70mm×0.8mm，位于第一介质基板下表面的金属地板尺寸为150mm×67mm，位于第一介质基板另一表面的倒F天线。
倒F天线，包含尺寸为22mm×1mm辐射贴片、短路点和馈电点。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本申请实施例所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种频率选择表面FSS覆层结构，其特征在于，所述FSS覆层结构包括：
第一介质基板，所述第一介质基板包括第一基板面和第二基板面，所述第一基板面和所述第二基板面是相对的两个面；
位于所述第一基板面上的天线；
与所述第二基板面相对固定且不接触的FSS覆层材料，所述FSS覆层材料用于阻碍所述天线的辐射电场的目标方向分量。
2.根据权利要求1所述的FSS覆层结构，其特征在于，
所述FSS覆层材料包括：N个FSS单元，所述N为大于1的整数。
3.根据权利要求2所述的FSS覆层结构，其特征在于，所述N个FSS单元中的至少一个FSS单元是2.5维单元结构。
4.根据权利要求3所述的FSS覆层结构，其特征在于，所述FSS单元包括：
第二介质基板，所述第二介质基板包括第三基板面和第四基板面，所述第三基板面和所述第四基板面是相对的两个面；
位于所述第三基板面和所述第四基板面上的金属回路。
5.根据权利要求4所述的FSS覆层结构，其特征在于，所述金属回路包括：
位于所述第三基板面上的n条第一金属条带，和所述第四基板面上的n条第二金属条带，所述n为正整数；
贯穿所述第二介质基板的2n个金属化通孔，所述2n个金属化通孔用于将所述第一金属条带的条带端点和所述第二金属条带的条带端点连接，以使得所述n条第一金属条带、所述n条第二条带和所述2n个金属化通孔构成导通回路。
6.根据权利要求5所述的FSS覆层结构，其特征在于，
所述第一金属条带包括：长条型金属条带、折线型金属条带和曲线型金属条带中的至少一种；
所述第二金属条带包括：所述长条型金属条带、所述折线型金属条带和所述曲线型金属条带中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的FSS覆层结构，其特征在于，
所述第一金属条带的条带端点和所述第二金属条带的条带端点设置有环形金属焊盘。
8.根据权利要求2所述的FSS覆层结构，其特征在于，
所述N个FSS单元的排列方式为水平排列。
9.根据权利要求1至8任一所述的FSS覆层结构，其特征在于，
所述天线包括倒F天线，所述倒F天线包括：辐射贴片、与所述辐射贴片的第一连接点相连的短路点和与所述辐射贴片的第二连接点相连的馈电点，所述第一连接点和所述第二连接点是不同位置的连接点。
10.根据权利要求1至8任一所述的FSS覆层结构，其特征在于，
所述目标方向分量为切向分量。
11.根据权利要求1至8任一所述的FSS覆层结构，其特征在于，
所述第一介质基板的所述第二基板面上设置有金属地板，所述金属地板作为所述天线的地。
12.根据权利要求1至8任一所述的FSS覆层结构，其特征在于，
所述FSS覆层材料设置在电子设备的壳体或屏幕上，所述第一介质基板设置在所述电子设备的中框上。
13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备至少包括频率选择表面FSS覆层结构，所述FSS覆层结构是如权利要求1至12任意一项所述的FSS覆层结构。
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