CN113131195B - 一种天线和通讯设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种天线和通讯设备,涉及通讯设备技术领域,可以降低通讯设备顶部天线的SAR值,满足天线设计要求。该天线包括:主辐射单元,主辐射单元至少有一端位于通讯设备的顶部,主辐射单元设有馈电点;第一寄生单元,第一寄生单元具有第一耦合段,第一耦合段与主辐射单元的一部分交叠设置,第一寄生单元的一端朝向通讯设备的底部延伸,第一寄生单元设有第一寄生接地点;第二寄生单元,第二寄生单元具有第二耦合段,第二耦合段与主辐射单元的一部分交叠设置,第二寄生单元设有第二寄生接地点。本申请实施例提供的天线可用于通讯设备的通讯。
Description
技术领域
本申请涉及通讯设备技术领域,尤其涉及一种天线和通讯设备。
背景技术
目前通讯设备的通讯功能是由其内部设置的天线来实现的,随着通讯电子设备的小型化,便携的移动通讯设备(例如手机等)便利性和功能性大大提高,成为人们生活中不可或缺的随身物品。而在人们使用手机时,手机内部的天线会带来一端的辐射,为了可以限定该辐射量,以保证人类身体健康,常会引入SAR的概念,SAR(Specific AbsorptionRatio,比吸收率)指单位时间内单位质量的物质吸收的电磁辐射能量。国际上通常使用SAR值来衡量终端辐射的热效应。以手机辐射为例,SAR代表生物体(包括人体)每单位公斤容许吸收的辐射量,这个SAR值代表辐射对人体的影响,是最直接的测试值,SAR有针对全身的、局部的、四肢的数据。SAR值越低,辐射被吸收的量越少。因此,手机等移动设备在生产出来后,必须符合一定的SAR值指标,才能被允许使用,一般的,FCC(Federal CommunicationsCommission,美国联邦通信委员会)的标准为进网测试要求SAR限值取1g平均值,限值为不大于1.6W/kg;中国和欧盟等采用的标准为进网测试要求SAR限值取10g平均值,限值为不大于2.0W/kg。对于手机来说,SAR有针对全身的、局部的、四肢的数据,其中,影响比较大的有针对头部的Head SAR(头部比吸收率)和针对身体的Body SAR(身体比吸收率)。
近年来,现有的手机的发展趋势是大屏占比,窄边框,多摄像头。这样,手机的架构的变更造成了手机内的天线净空的大幅减小,尤其是手机底部的布局空间越来越受限。小净空下仅使用手机底部的下天线,很难同时兼顾OTA(Over The Air,空中下载,是通过移动通信的空中接口实现对移动终端设备及SIM卡数据进行远程管理的技术)和SAR指标,此外考虑到数据业务的用户体验,使用顶部天线达标已成为手机天线设计的趋势。因顶部天线在使用场景中离人体的头距离更近,如何使顶部天线同时达标更多频段的OTA和SAR指标,成为手机顶部天线设计的难点和关键。
发明内容
本申请的实施例提供一种天线和通讯设备,可以降低通讯设备顶部天线的SAR值,满足天线设计要求。
为达到上述目的,本申请的实施例采用如下技术方案:
第一方面,本申请实施例提供一种天线,包括:
主辐射单元,主辐射单元至少有一端位于通讯设备的顶部,主辐射单元设有馈电点;
第一寄生单元,第一寄生单元具有第一耦合段,第一耦合段与主辐射单元的一部分交叠设置,第一寄生单元的一端朝向通讯设备的底部延伸,且第一寄生单元设有第一寄生接地点;
第二寄生单元,第二寄生单元具有第二耦合段,第二耦合段与主辐射单元的一部分交叠设置,第二寄生单元设有第二寄生接地点。
本申请实施例提供的天线,包括主辐射单元、第一寄生单元以及第二寄生单元,在天线工作时,第一寄生单元可以作为工作部件在需要的高频频段工作,而主辐射单元可以仅作为第一寄生单元的供电部件,由此,此时天线的辐射主要在第一寄生单元处,且主辐射单元处的辐射很少,进而,天线的辐射区域距离通讯设备顶部较远,可以降低人们在使用通讯设备时的辐射量,尤其是头部,即,降低Head SAR指标。而第二寄生单元的设置,可以对天线的馈电有一个分流的作用,将天线的工作区域分散开来,使天线整体的辐射分散开来,可以降低Body SAR值。因此,可以在保证天线的功能的情况下,降低通讯设备顶部天线的SAR值,满足天线设计要求。
在第一方面的第一种可选实现方式中,第一寄生单元的第一耦合段与第一寄生接地点之间设有第一调节开关,第一调节开关接地,用于调节第一寄生单元的工作频率。第一调节开关的通断可以使第一寄生单元的电流流过的长度改变,进而可以调节第一寄生单元的工作频率,可以使第一寄生单元可以在多个不同的工作频段内工作。
在第一方面的第二种可选实现方式中,主辐射单元的馈电点和主辐射单元对应第一耦合段的区域之间设有第二调节开关,第二调节开关接地,用于调节主辐射单元的工作频率。通过第二调节开关的通断可以调节主辐射单元的频率,以使主辐射单元可以与第一寄生单元的频段相近,进而可以给第一寄生单元供电。
在第一方面的第三种可选实现方式中,第一调节开关和第二调节开关均为多掷开关,且多掷开关具有多个不同阻抗值的支路。第一调节开关和第二调节开关如果仅是一条可以通断的开关电路,那么其可调节的对应部件的工作频率的转变可能只有两种状态,即,开关连通或者断开。为了可以使第一调节开关和第二调节开关能将对应的布局的工作频率在更多不同的频段切换,第一调节开关和第二调节开关均为多掷开关,且多掷开关具有多个不同阻抗值的支路。这样,第一调节开关和第二调节开关不仅可以通过通断来调节工作频率,而且,可以通过在多个不同的支路中切换,使具体的天线工作频率可以有多个不同的工作频率,提高可调节的范围。例如,在多个支路中,可以有零欧姆的支路,也可以有较大阻值(例如电容电感等)的支路等。
在第一方面的第四种可选实现方式中,主辐射单元包括一体连通的水平段、弯折段和竖直段,水平段位于通讯设备的顶部,竖直段位于通讯设备的侧边,弯折段位于通讯设备的拐角处,分别连接到水平段和竖直段,第一耦合段与竖直段交叠设置。主辐射单元的位置和结构可以灵活设置,可以是全部位于通讯设备的顶部,也可以是一部分位于通讯设备的顶部。为了使第一寄生单元可以离通讯设备的顶部更远,进一步降低通讯设备顶部天线的SAR值,主辐射单元包括了竖直段,进而,第一寄生单元的第一耦合段与竖直段交叠设置。
在第一方面的第五种可选实现方式中,第一寄生单元的第一耦合段与竖直段交叠的部分互相平行。第一寄生单元的第一耦合段与竖直段交叠的部分需要保证之间的电场激励效果,因此不能相连接。在此基础上,为了方便布局,便于生产,可以使第一寄生单元与竖直段在第一耦合段的部分互相平行。
在第一方面的第六种可选实现方式中,第一寄生接地点与通讯设备的顶部的距离大于55mm。通讯设备在使用时,一般都是其顶部距离人体(尤其是头部)最近,因此,原则上第一寄生单元离通讯设备的顶部越远,对应的Head SAR值会越低,针对此,经过大量实验验证,当第一寄生接地点与通讯设备的顶部的距离大于55mm时,可以使天线工作时的HeadSAR值符合FCC标准。
在第一方面的第七种可选实现方式中,第二耦合段的长度大于3mm。
在第一方面的第八种可选实现方式中,第二寄生单元的第二耦合段和主辐射单元之间的距离为1~3mm。第二寄生单元的第二耦合段和主辐射单元之间的距离太大可能电流不能正常传递,距离太小,可能不会产生电流激励效果,因此,该距离可以是1~3mm,以保证第二寄生单元对主辐射单元的加载及对馈电的分流作用。
在第一方面的第九种可选实现方式中,主辐射单元靠近馈电点的位置朝向第二寄生单元延伸有延伸段,第二寄生单元包括位于第二耦合段内的接地段,以及与延伸段间隔设置的延长段,延长段与延伸段交叠设置。
在第一方面的第十种可选实现方式中,延长段包括与接地段连接的第一平行段,第一平行段与延伸段平行,且朝向远离主辐射单元的方向延伸,并与接地段垂直。
在第一方面的第十一种可选实现方式中,延长段还包括与第一平行段连接的连接段,连接段对应延伸段的端部设置,与第一平行段垂直。
在第一方面的第十二种可选实现方式中,延长段还包括与连接段连接的第二平行段,第二平行段与延伸段平行,且朝向主辐射单元的方向延伸,第二平行段与连接段垂直,第一平行段和第二平行段分别位于延伸段的两侧。
在第一方面的第十三种可选实现方式中,第二平行段朝向主辐射单元的方向延伸,且超过延伸段的位置。
在第一方面的第十四种可选实现方式中,主辐射单元通过第一耦合段给第一寄生单元供电,主辐射单元通过第二耦合段给第二寄生单元供电。
在第一方面的第十五种可选实现方式中,通讯设备由上至下依次包括顶部、中部和底部三个部分,通讯设备的顶部包括通讯设备的顶边以及距离顶边第一距离范围内的一部分;通讯设备的底部包括通讯设置的底边以及距离底边第二距离范围内的一部分。
在第一方面的第十六种可选实现方式中,通讯设备的顶部设有听筒、摄像头或耳机孔,通讯设备的底部设有话筒、扬声器或充电端口。
第二方面,本申请实施例提供一种天线,包括:
主辐射单元,主辐射单元至少有一端位于通讯设备的顶部,主辐射单元设有馈电点;
第一寄生单元,第一寄生单元具有第一耦合段,所述第一耦合段与所述主辐射单元交叠设置,第一寄生单元的一端朝向通讯设备的底部延伸,第一寄生单元设有第一寄生接地点。
本申请实施例提供的天线,包括主辐射单元和第一寄生单元,主辐射单元至少有一端位于通讯设备的顶部,主辐射单元设有馈电点;而第一寄生单元具有与主辐射单元交叠设置的第一耦合段,第一耦合段与主辐射单元耦合,进而主辐射单元可为第一寄生单元供电。且第一寄生单元的一端朝向通讯设备的底部延伸,且设有第一寄生接地点,这样,在天线工作时,第一寄生单元可以作为工作部件在需要的高频频段工作,而主辐射单元可以仅作为第一寄生单元的供电部件,由此,此时天线的辐射主要在第一寄生单元处,且主辐射单元处的辐射很少,进而,天线的辐射区域距离通讯设备顶部较远,可以降低人们在使用通讯设备时的辐射量,尤其是头部,即,降低Head SAR指标,因此,可以在保证天线的功能的情况下,降低通讯设备顶部天线的SAR值,满足天线设计要求。
在第二方面的第一种可选实现方式中,第一寄生单元的第一耦合段与第一寄生接地点之间设有第一调节开关,第一调节开关接地,用于调节第一寄生单元的工作频率。为了使第一寄生单元可以在多个不同的工作频段内工作,设置了第一调节开关,第一调节开关接地,这样,当第一调节开关断开时,第一寄生单元的电流长度为从第一寄生单元的第一耦合段至第一寄生单元的第一接地点处回地;当第一调节开关接通时,第一寄生单元的电流长度为从第一寄生单元的第一耦合段至第一调节开关处回地。因此,第一调节开关的通断可以使第一寄生单元的电流流过的长度改变,进而可以调节第一寄生单元的工作频率。
第一调节开关只要设置在第一寄生单元的第一耦合段与第一寄生接地点之间,就可以改变第一寄生单元的电流长度,进而调节第一寄生单元的工作频率。因此,第一调节开关的位置可以根据实际需要来设置。例如,在第二方面的第二种可选实现方式中,第一调节开关对应第一耦合段设置。
在第二方面的第三种可选实现方式中,主辐射单元的馈电点和主辐射单元对应第一耦合段的区域之间设有第二调节开关,第二调节开关接地,用于调节主辐射单元的工作频率。天线需要满足可以在多个不同频段内工作,第一寄生单元作为主要的工作部件,其工作频率的调节通过第一调节开关来实现,这样,第一寄生单元会需要处于多个不同频段内,此时,为了可以使主辐射单元给第一寄生单元供电,主辐射单元需要与第一寄生单元的频段相近,才能产生电场激励,以对第一寄生单元供电,因此,针对会处于多个不同频段的第一寄生单元,主辐射单元上也设置了第二调节开关,且第二调节开关接地,通过第二调节开关的通断可以调节主辐射单元的频率,以使主辐射单元可以与第一寄生单元的频段相近,进而可以给第一寄生单元供电。另外,需要说明的是,为了使第一寄生单元工作,而主辐射单元仅为第一寄生单元供电,主辐射单元的频段是与第一寄生单元的工作频率相近,且在第一寄生单元的工作频段之外的,可选的,主辐射单元的频段略大于第一寄生单元的频段。
在第二方面的第四种可选实现方式中,第一调节开关和第二调节开关均为多掷开关,且多掷开关具有多个不同阻抗值的支路。第一调节开关和第二调节开关如果仅是一条可以通断的开关电路,那么其可调节的对应部件的工作频率的转变可能只有两种状态,即,开关连通或者断开。为了可以使第一调节开关和第二调节开关能将对应的布局的工作频率在更多不同的频段切换,第一调节开关和第二调节开关均为多掷开关,且多掷开关具有多个不同阻抗值的支路。这样,第一调节开关和第二调节开关不仅可以通过通断来调节工作频率,而且,可以通过在多个不同的支路中切换,使具体的天线工作频率可以有多个不同的工作频率,提高可调节的范围。例如,在多个支路中,可以有零欧姆的支路,也可以有较大阻值(例如电容电感等)的支路等。
在第二方面的第五种可选实现方式中,主辐射单元包括一体连通的水平段、弯折段和竖直段,水平段位于通讯设备的顶部,竖直段位于通讯设备的侧边,弯折段位于通讯设备的拐角处,用于将水平段和竖直段连接导通,第一耦合段与竖直段交叠设置。主辐射单元的设置方式可以灵活布局,只要其有一端在顶部布局,方便顶部天线布局,其另一端尽量朝向通讯设备的底部,以便于第一寄生单元可以尽量远离通讯设备的顶部。
在第二方面的第六种可选实现方式中,第一寄生单元与竖直段在第一耦合段的部分互相平行。位于第一耦合段的第一寄生单元的部分,与位于第一耦合段的主辐射单元的部分,需要保证之间的电场激励效果,因此不能相连接。在此基础上,为了方便布局,便于生产,可以使第一寄生单元与竖直段在第一耦合段的部分互相平行。
通讯设备在使用时,一般都是其顶部距离人体(尤其是头部)最近,因此,原则上第一寄生单元离通讯设备的顶部越远,对应的Head SAR值会越低,针对此,经过大量实验验证,当第一寄生接地点与通讯设备的顶部的距离大于55mm时,可以使天线工作时的HeadSAR值符合FCC标准。因此,结合第一方面和第一方面的第一种至第六种中的任一种可选实现方式,在第一方面的第七种可选实现方式中,第一寄生接地点与通讯设备的顶部的距离大于55mm。另外,此处以第一寄生接地点与通讯设备顶部的距离为参考标准,是在通讯设备在使用时,其顶部是距离人的头部最近的部位的前提下提出的,在实际的生产和设计中,具体的考量标准可以根据实际需要来选择,例如,通讯设备为手机时,手机在打电话时离人体的头部距离最近的是手机的听筒,因此,针对手机时,可以使第一寄生接地点与手机的顶部的听筒的距离大于55mm,以保证手机的天线在工作时的Head SAR值符合FCC标准。
在第二方面的第七种可选实现方式中,主辐射单元通过第一耦合段给第一寄生单元供电。
在第二方面的第八种可选实现方式中,通讯设备由上至下依次包括顶部、中部和底部三个部分,通讯设备的顶部包括通讯设备的顶边以及距离顶边第一距离范围内的一部分;通讯设备的底部包括通讯设置的底边以及距离底边第二距离范围内的一部分。
在第二方面的第九种可选实现方式中,通讯设备的顶部设有听筒、摄像头或耳机孔,通讯设备的底部设有话筒、扬声器或充电端口。
第三方面,本申请实施例提供一种天线,其特征在于,包括:
主辐射单元,主辐射单元至少有一端位于通讯设备的顶部,主辐射单元设有馈电点;
第二寄生单元,第二寄生单元具有第二耦合段,所述第二耦合段与所述主辐射单元交叠设置,第二寄生单元设有第二寄生接地点。
本申请实施例的天线,天线的SAR值还包括一个Body SAR,该Body SAR的值也需要符合相关规定。Body SAR值的降低主要通过将天线的工作分散开来,使辐射不要集中在某个区域即可,相关技术中有许多降低Body SAR值的方案,此处在降低Head SAR值的基础上,考虑保障Body SAR值不会超出标准。因此,设置了第二寄生单元后,主辐射单元可以通过第二耦合段给第二寄生单元供电,使第二寄生单元工作。第二寄生单元可以对天线的馈电有一个分流的作用,使天线整体的辐射分散开来,降低Body SAR值。
在第三方面的第一种可选实现方式中,第二耦合段的长度大于3mm。
在第三方面的第二种可选实现方式中,第二寄生单元的第二耦合段内和主辐射单元之间的距离为1~3mm。第二耦合段内的第二寄生单元和主辐射单元之间的距离太大可能电流不能正常传递,距离太小,可能不会产生电流激励效果,因此,该距离可以是1~3mm,以保证第二寄生单元对主辐射单元的加载及对馈电的分流作用。
在第三方面的第三种可选实现方式中,主辐射单元靠近馈电点的位置朝向第二寄生单元延伸有延伸段,第二寄生单元包括位于第二耦合段内的接地段,以及与延伸段间隔设置的延长段,延长段与延伸段之间交叠设置。
第二寄生单元与主辐射单元的电流激励的方式有多种,例如交趾型电容的方式,交趾型电容的实现方式中,需要第二寄生单元和主辐射单元都有伸出的部分,间隔且交错在一起。即,第二寄生单元的延长段与主辐射单元的延伸段间隔且交错在一起,具体的,第二寄生单元的延长段包括第一平行段、连接段和第二平行段。
在第三方面的第四种可选实现方式中,延长段包括与接地段连接的第一平行段,第一平行段与延伸段平行,且朝向远离主辐射单元的方向延伸,并与接地段垂直。
在第三方面的第五种可选实现方式中,延长段还包括与第一平行段连接的连接段,连接段对应延伸段的端部设置,与第一平行段垂直。
在第三方面的第六种可选实现方式中,延长段还包括与连接段连接的第二平行段,第二平行段与延伸段平行,且朝向主辐射单元的方向延伸,第二平行段与连接段垂直,第一平行段和第二平行段分别位于延伸段的两侧。
在第三方面的第七种可选实现方式中,第二平行段朝向主辐射单元的方向延伸,且超过延伸段的位置。
第二寄生单元的第二平行段的长度可以根据实际需要来设置,且根据其设置的长度,天线最终的工作状态可能会有差别,例如,当第二平行段朝向主辐射单元的方向延伸,且超过延伸段的位置时,此时,主辐射单元的延伸段的辐射被第二平行段阻挡,就需要用第二平行段来工作;如果第二平行段未超过延伸段的位置时,此时,主辐射单元的延伸段任然可以正常工作。
另外,上述的天线,包括主辐射单元、第一寄生单元和第二寄生单元,都可为FPC(Flexible Printed Circuit,柔性电路板)、LDS(Laser Direct Structuring,激光直接成型技术)、PDS(Printing Direct Structuring,印刷直接成型)或不锈钢成型工艺制造成型。
在第三方面的第八种可选实现方式中,主辐射单元通过第二耦合段给第二寄生单元供电。
在第三方面的第九种可选实现方式中,通讯设备由上至下依次包括顶部、中部和底部三个部分,通讯设备的顶部包括通讯设备的顶边以及距离顶边第一距离范围内的一部分;通讯设备的底部包括通讯设置的底边以及距离底边第二距离范围内的一部分。
在第三方面的第十种可选实现方式中,通讯设备的顶部设有听筒、摄像头或耳机孔,通讯设备的底部设有话筒、扬声器或充电端口。
第四方面,本申请实施例提供一种通讯设备,包括壳体,壳体的顶部位置设有上述第一方面任一项的天线。
本申请实施例的通讯设备,由于靠近壳体的顶部位置设有上述第一方面任一项的天线,因此,具有同样的技术效果,即,天线可以降低通讯设备顶部天线的SAR值,满足设计要求。
附图说明
图1为相关技术一的通讯设备的天线示意图;
图2为相关技术二的通讯设备的天线示意图;
图3为本申请实施例提供通讯设备的天线的第一种实现方式的结构示意图;
图4为本申请实施例提供通讯设备的天线的第二种实现方式的结构示意图;
图5为本申请实施例提供通讯设备的天线的第三种实现方式的结构示意图;
图6为本申请实施例提供通讯设备的天线的第一寄生单元设置第一调节开关的示意图;
图7为本申请实施例提供通讯设备的天线的主辐射单元设置第二调节开关的示意图;
图8为本申请实施例提供通讯设备的天线设置第一寄生单元和第二寄生单元的示意图;
图9为本申请实施例提供通讯设备的天线的主辐射单元设置延伸段的示意图;
图10为本申请实施例提供的通讯设备的天线的回波损耗示意图;
图11为本申请实施例提供的通讯设备的天线的在频段B3时,有无第二寄生单元的回波损耗图;
图12为本申请实施例提供的通讯设备的天线的在频段B1时,有无第二寄生单元的回波损耗图;
图13为本申请实施例提供的通讯设备的天线在B2频段时,有无第一寄生单元的热点分布图;
图14为本申请实施例提供的通讯设备的天线在B4频段时,有无第一寄生单元的热点分布图;
图15为本申请实施例提供的通讯设备的天线在B7频段时,有无第一寄生单元的热点分布图;
图16为本申请实施例提供的通讯设备的天线在B2、B4和B7频段时,有无第一寄生单元的SAR值检测表;
图17为本申请实施例提供的通讯设备的天线的第一寄生单元谐振分别覆盖B7的电流分布图;
图18为本申请实施例提供的通讯设备的天线的第一寄生单元谐振分别覆盖B4的电流分布图;
图19为本申请实施例提供的通讯设备的天线在B1频段时,有无第二寄生单元的热点分布图。
附图标记:
1-天线;11-主天线;111-馈电部;12-第一寄生单元;13-第二寄生单元;14-第一切换器;15-第二切换器;2-电路板;3-天线;4-屏蔽层;31-辐射单元;311-馈电端;32-第一耦合单元;33-第二耦合单元;34-接地单元;100-壳体;200-天线;201-主辐射单元;2011-馈电点;2012-第二调节开关;2013-水平段;2014-弯折段;2015-竖直段;2016-延伸段;202-第一寄生单元;2021-第一寄生接地点;2022-第一调节开关;203-第一耦合段;204-第二寄生单元;2041-第二寄生接地点;2042-接地段;2043-延长段;20431-第一平行段;20432-连接段;20433-第二平行段;205-第二耦合段。
具体实施方式
通讯设备的通讯功能是通过设置在其内部的天线实现的,而天线工作时会产生一定的辐射,目前尚不明确天线的辐射是否会对人体造成伤害,但是,针对天线的辐射,世界各个国家都有对应的标准,内置的天线符合这个标准的通讯设备才能使用。以手机为例,手机的天线的在保证其正常可覆盖频段的情况下,需要小于一定的SAR值。
参照图1,为相关技术一的通讯设备的天线示意图,该天线1设置在电路板2的上方,天线1包括主天线11,主天线11下端与电路板2连接,为馈电部111,主天线11的两侧分别设置有第一寄生单元12和第二寄生单元13,第一寄生单元12和第二寄生单元13的下端分别通过第一切换器14和第二切换器15与电路板2连接并接地。该天线1通过第一切换器14和第二切换器15的通断状态来改变天线1的工作状态,天线1会处于不同的工作频段内,且具有不同的SAR值。
但是,参照图1,天线1设置在相距较近的地方,通过切换天线1不同的状态从而获得了不同的SAR值,且SAR值能减小,主要是天线1不同状态下的频率和功率不同,从而可能获得SAR值较小的状态。且本身对固定频段内的SAR值如何减小并没有对应的方案。
参照图2,为相关技术二的通讯设备的天线示意图,该天线3设置在通讯设备的屏蔽层4的一侧,包括辐射单元31、第一耦合单元32和第二耦合单元33,辐射单元31的一端为馈电端311,第一耦合单元32和第二耦合单元33的一端均连接接地单元34,辐射单元31和第一耦合单元32设置在同一水平面,且之间具有第一间隙;第二耦合单元33设置在辐射单元31和第一耦合单元32的下方,第二耦合单元33和辐射单元31之间具有第一距离,第二耦合单元33与第一耦合单元32之间具有第二距离;通过调节第一间隙、第一距离或第二距离,可以降低天线3的SAR值。
参照图2,相关技术二中通过调节各个天线单元之间的间距,可以改变天线3的SAR值,且距离越远,SAR值越低。但是,第一耦合单元32和第二耦合单元33都是与接地单元34连接的,都需要通过与辐射单元31的耦合才能参与到天线的工作中去,如果第一耦合单元32和第二耦合单元33距离辐射单元31太远,虽然理论上可以降低SAR值,但是可能会由于距离过远不能正常耦合,导致影响天线正常性能。因此,相关技术二的方案中对SAR值的调节是有限的,也无法保证符合世界各国的SAR值标准。
另外,对于手机来说,SAR值的标准可分为针对头部的Head SAR(头部比吸收率)和针对身体的Body SAR(身体比吸收率),其中,Body SAR的降低是平面性的,只需要把天线的工作位置分散,即将电流分流即可,比较容易实现;但是,Head SAR的降低在目前的相关技术中,很难实现,因此,本申请实施例着重于解决降低天线的Head SAR值。
本申请实施例具体的,参照图3,为本申请实施例提供的一种通讯设备,包括壳体100,靠近壳体100的顶部位置设有的天线200。
天线200可以有多种实现方式,例如天线200的第一种实施例中,天线200包括:
主辐射单元201,主辐射单元201至少有一端位于通讯设备的顶部,主辐射单元201设有馈电点2011;
第一寄生单元202,第一寄生单元202具有第一耦合段203,第一耦合段203与主辐射单元201的一部分交叠设置,第一寄生单元202的一端朝向通讯设备的底部延伸,且第一寄生单元202设有第一寄生接地点2021;
第二寄生单元204,第二寄生单元204具有第二耦合段205,第二耦合段205与主辐射单元201的一部分交叠设置,第二寄生单元204设有第二寄生接地点2041。
本申请第一种实施例提供的天线200,参照图3,包括主辐射单元201、第一寄生单元202以及第二寄生单元204,在天线工作时,第一寄生单元202可以作为工作部件在需要的高频频段工作,而主辐射单元201可以仅作为第一寄生单元202的供电部件,由此,此时天线的辐射主要在第一寄生单元202处,且主辐射单元201处的辐射很少,进而,天线的辐射区域距离通讯设备顶部较远,可以降低人们在使用通讯设备时的辐射量,尤其是头部,即,降低Head SAR指标。而第二寄生单元204的设置,可以对天线的馈电有一个分流的作用,将天线的工作区域分散开来,使天线整体的辐射分散开来,可以降低Body SAR值。因此,可以在保证天线的功能的情况下,降低通讯设备顶部天线的SAR值,满足天线设计要求。
天线200的第二种实施例中,参照图4,天线200包括:
主辐射单元201,主辐射单元201至少有一端位于通讯设备的顶部,主辐射单元201设有馈电点2011;
第一寄生单元202,第一寄生单元202具有第一耦合段203,第一耦合段203与主辐射单元201的一部分交叠设置,第一寄生单元202的一端朝向通讯设备的底部延伸,且第一寄生单元202设有第一寄生接地点2021;
本申请第二种实施例提供的天线200,参照图4,包括主辐射单元201和第一寄生单元202,在天线工作时,第一寄生单元202可以作为工作部件在需要的高频频段工作,而主辐射单元201可以仅作为第一寄生单元202的供电部件,由此,此时天线的辐射主要在第一寄生单元202处,且主辐射单元201处的辐射很少,进而,天线的辐射区域距离通讯设备顶部较远,可以降低人们在使用通讯设备时的辐射量,尤其是头部,即,降低Head SAR指标。因此,可以在保证天线的功能的情况下,降低通讯设备顶部天线的SAR值,满足天线设计要求。
天线200的第三种实施例中,参照图5,天线200包括:
天线200可以有多种实现方式,例如天线200的第一种实施例中,天线200包括:
主辐射单元201,主辐射单元201至少有一端位于通讯设备的顶部,主辐射单元201设有馈电点2011;
第二寄生单元204,第二寄生单元204具有第二耦合段205,第二耦合段205与主辐射单元201的一部分交叠设置,第二寄生单元204设有第二寄生接地点2041。
本申请第一种实施例提供的天线200,参照图5,包括主辐射单元201和第二寄生单元204,在天线工作时,主辐射单元201可以通过第二耦合段205给第二寄生单元204供电,使第二寄生单元204工作,第二寄生单元204可以对天线的馈电有一个分流的作用,将天线的工作区域分散开来,使天线整体的辐射分散开来,可以降低Body SAR值。因此,可以在保证天线的功能的情况下,降低通讯设备顶部天线的SAR值,满足天线设计要求。
需要说明的是,交叠设置,是指两者在一个方向的投影具有重叠。例如,第一耦合段203与主辐射单元201的一部分交叠设置,即第一耦合段203与主辐射单元201的一部分在通讯设备的壳体100上的投影重叠。同样的,第二耦合段205与主辐射单元201的一部分交叠设置,即第二耦合段205与主辐射单元201的一部分在通讯设备的壳体100上的投影重叠。
本申请实施例提供的天线200,主辐射单元201可以通过第一耦合段203给第一寄生单元202供电。主辐射单元201可以通过第二耦合段205给第二寄生单元204供电。
另外,参照图3、图4和图5,通讯设备由上至下依次包括顶部、中部和底部三个部分,通讯设备的顶部包括通讯设备的顶边以及距离顶边第一距离范围内的一部分;通讯设备的底部包括通讯设置的底边以及距离底边第二距离范围内的一部分。其中第一距离和第二距离为设计生产时根据具体尺寸和安装的元件来确定,或者,根据显示区域和非显示区域来划分,例如,显示区域的上方的非显示区域为顶部、显示区域为中部,显示区域下方的非显示区域为底部。
一般的,通讯设备的顶部设有听筒、摄像头或耳机孔,通讯设备的底部设有话筒、扬声器或充电端口。
为了使第一寄生单元202可以在多个不同的工作频段内工作,如图6所示,第一寄生单元202的第一耦合段203与第一寄生接地点2021之间设有第一调节开关2022,第一调节开关2022接地,用于调节第一寄生单元202的工作频率。由于设置了第一调节开关2022,且第一调节开关2022接地,这样,当第一调节开关2022断开时,第一寄生单元202的电流长度为从第一寄生单元202的第一耦合段203至第一寄生单元202的第一接地点2021处回地;当第一调节开关2022接通时,第一寄生单元202的电流长度为从第一寄生单元202的第一耦合段203至第一调节开关2022处回地。因此,第一调节开关2022的通断可以使第一寄生单元202的电流流过的长度改变,进而可以调节第一寄生单元202的工作频率,使第一寄生单元202可以在多个不同的工作频段内工作。
参照图6,第一调节开关2022只要设置在第一寄生单元202的第一耦合段203与第一寄生接地点2021之间,就可以改变第一寄生单元202的电流长度,进而调节第一寄生单元202的工作频率。因此,第一调节开关2022的位置可以根据实际需要来设置。例如,如图6中所示的第一调节开关2022对应第一耦合段203设置。
天线200需要满足可以在多个不同频段内工作,第一寄生单元202作为主要的工作部件,其工作频率的调节通过第一调节开关2022来实现,这样,第一寄生单元202会处于多个不同频段内,此时,为了可以使主辐射单元2021给第一寄生单元202供电,主辐射单元201也需要与第一寄生单元2022的频段相近,才能产生电场激励,以对第一寄生单元202供电,即,主辐射单元201也需要可以被调节在多个不同频段内。因此,参照图7,主辐射单元201的馈电点2011和主辐射单元201对应第一耦合段203的区域之间设有第二调节开关2012,第二调节开关2012接地,用于调节主辐射单元201的工作频率。与第一调节开关2022的原理一样,通过第二调节开关2012的通断可以调节主辐射单元201的频率,以使主辐射单元201可以与第一寄生单元202的频段相近,进而可以给第一寄生单元202供电。
另外,需要说明的是,为了使第一寄生单元202在需要的频段内工作,而主辐射单元201仅为第一寄生单元202供电,而其本身不再需要的工作频段内,主辐射单元201的频段可以是与第一寄生单元202的工作频率相近,且在第一寄生单元202的工作频段之外的,可选的,主辐射单元201的频率略大于第一寄生单元202的频率,该频率差值范围为100~200兆赫。
第一调节开关2022和第二调节开关2012如果仅是一条可以通断的开关电路,那么其可调节的对应部件的工作频率的转变可能只有两种状态,即,开关连通或者断开。为了可以使第一调节开关2022和第二调节开关2012能将对应的辐射单元的工作频率在更多不同的频段切换,第一调节开关2022和第二调节开关2012均为多掷开关,且多掷开关具有多个不同阻抗值的支路。这样,第一调节开关2022和第二调节开关2012不仅可以通过通断来调节工作频率,而且,可以通过在多个不同的支路中切换,使具体的天线工作频率可以有多个不同的工作频率,提高可调节的范围。例如,在多个支路中,可以有零欧姆的支路,也可以有较大阻值(例如电容电感等)的支路等。
主辐射单元201的设置方式可以灵活布局,只要其一端在壳体100的顶部布局,方便顶部天线布局,其另一端尽量朝向通讯设备的底部,以便于第一寄生单元202可以尽量远离通讯设备的顶部。如图7所示,主辐射单元201包括一体连通的水平段2013、弯折段2014和竖直段2015,水平段2013位于通讯设备的顶部,竖直段2015位于通讯设备的侧边,弯折段2014位于通讯设备的拐角处,用于将水平段2013和竖直段2015连接导通,第一耦合段203与竖直段2015交叠设置。主辐射单元201的位置和结构可以灵活设置,可以是全部位于通讯设备的顶部,也可以是一部分位于通讯设备的顶部。为了使第一寄生单元202可以离通讯设备的顶部更远,进一步降低通讯设备顶部天线的SAR值,主辐射单元201包括了竖直段2015,进而,第一寄生单元202的第一耦合段203与竖直段2015交叠设置。
第一寄生单元202的第一耦合段203与主辐射单元201的竖直段2015交叠的部分需要保证之间的电场激励效果,因此不能相连接。在此基础上,为了方便布局,便于生产,可以使第一寄生单元202的第一耦合段203与竖直段2015交叠的部分互相平行。
通讯设备在使用时,一般都是其顶部距离人体(尤其是头部)最近,因此,原则上第一寄生单元202离通讯设备的顶部越远,对应的Head SAR值会越低,针对此,经过大量实验验证,当第一寄生接地点2021与通讯设备的顶部的距离大于55mm时,可以使天线工作时的Head SAR值符合FCC标准。参照图7,第一寄生接地点2021与通讯设备的顶部的距离L大于55mm。另外,此处以第一寄生接地点2021与通讯设备顶部的距离为参考标准,是在通讯设备在使用时,其顶部是距离人的头部最近的部位的前提下提出的,在实际的生产和设计中,具体的考量标准可以根据实际需要来选择,例如,通讯设备为手机时,手机在打电话时离人体的头部距离最近的是手机的听筒,因此,针对手机时,可以使第一寄生接地点2021与手机的顶部的听筒的距离大于55mm,以保证手机的天线在工作时的Head SAR值符合FCC标准。
当天线200在高频段工作时,往往SAR值比较高,由于第一寄生单元202距离通讯设备的顶部较远,因此,天线200在高频段工作时,使第一寄生单元202在该频段内工作,而主辐射单元201在频段带外工作,并与第一寄生单元202的频率相近,进而具有馈电点2011的主辐射单元201不工作,且可以给第一寄生单元202供电,使天线200的辐射重心转移至第一寄生单元202这个距离通讯设备较远的位置,以减低Head SAR值。
但是,天线的SAR值还包括一个Body SAR,该Body SAR的值也需要符合相关规定。Body SAR值的降低主要通过将天线200的工作分散开来,使辐射不要集中在某个区域即可,相关技术中有许多降低Body SAR值的方案,此处在降低Head SAR值的基础上,考虑保障Body SAR值不会超出标准。如图8所示,靠近主辐射单元201的第一端还设有第二寄生单元204,第二寄生单元204具有第二寄生接地点2041,主辐射单元201通过电流激励第二寄生单元204工作。在主辐射单元201的第一端设置了第二寄生单元204后,主辐射单元201可以通过电流激励的方式给第二寄生单元204供电,使第二寄生单元204工作。第二寄生单元204可以对天线200的馈电有一个分流的作用,使天线200整体的辐射分散开来,进而降低BodySAR值。
第二寄生单元204的具体设置方式如图8所示,第二寄生接地点2041设置在第二寄生单元204的第一端,馈电点2011设置在主辐射单元201的第一端,第二寄生单元204具有第二耦合段205,第二耦合段205和主辐射单元201的一部分交叠设置。第二寄生单元204与主辐射单元201之间可以通过第二耦合段205进行电流激励,保证第二寄生单元204能够正常工作。
如图8所示,第二耦合段205的长度为第二寄生单元204与主辐射单元201的耦合区域长度,经过实践验证,该长度M不小于3mm时,可以保证主辐射单元201与第二寄生单元204之间的正常的电流激励效果。
第二寄生单元204的第二耦合段205和主辐射单元201之间的距离太大可能导致电流不能正常传递,如果距离太小,可能不会产生电流激励效果,因此,该距离也需要有个范围值,经过实践验证,如图8所示,第二寄生单元204的第二耦合段205和主辐射单元201之间的距离D是1~3mm时,可以保证主辐射单元201与第二寄生单元204之间的正常的电流激励效果,即第二寄生单元204可以对主辐射单元201的加载及对馈电的分流作用,以降低BodySAR值。
第二寄生单元204与主辐射单元201之间的电流激励实现方式可以根据需要灵活设置,参照图9,主辐射单元201靠近馈电点2011的位置朝向第二寄生单元204延伸有延伸段2016,第二寄生单元204包括位于第二耦合段205内的接地段2042,以及与延伸段2016间隔设置的延长段2043,延长段2043与延伸段2016交叠设置。
第二寄生单204元与主辐射单元201的电流激励的方式有多种,例如交趾型电容的方式,交趾型电容的实现方式中,需要第二寄生单元204和主辐射单元201都有伸出的部分,间隔且交错在一起。即,第二寄生单元204的延长段2043与主辐射单元201的延伸段2016间隔且交错在一起,具体的,第二寄生单元204的延长段2043包括第一平行段20431、连接段20432和第二平行段20433。
如图3所示,延长段2043包括与接地段2042连接的第一平行段20431,第一平行段20431与延伸段2016平行,且朝向远离主辐射单元201的方向延伸,并与接地段2042垂直;
延长段2043还包括与第一平行段20431连接的连接段20432,连接段20432对应延伸段2016的端部设置,与第一平行段20431垂直;
延长段2043还包括与连接段20432连接的第二平行段20433,第二平行段20433与延伸段2016平行,且朝向主辐射单元201的方向延伸,第二平行段20433与连接段20432垂直,第一平行段20431和第二平行段20433分别位于延伸段2016的两侧。
第二寄生单元204的第二平行段20433的长度可以根据实际需要来设置,且根据其设置的长度,天线200最终的工作状态可能会有差别,例如,当第二平行段20433朝向主辐射单元201的方向延伸,且超过延伸段2016的位置时,此时,主辐射单元201的延伸段2016的辐射被第二平行段20433阻挡,就需要用第二平行段20433来工作;如果第二平行段20433未超过延伸段2016的位置时,此时,主辐射单元201的延伸段2016任然可以正常工作。因此,可选的,第二平行段20433朝向主辐射单元201的方向延伸,且超过延伸段2016的位置。
另外,上述的天线,包括主辐射单元、第一寄生单元和第二寄生单元,都可为FPC(Flexible Printed Circuit,柔性电路板)、LDS(Laser Direct Structuring,激光直接成型技术)、PDS(Printing Direct Structuring,印刷直接成型)或不锈钢成型工艺制造成型。
为了验证本申请实施例的天线200的实际降SAR效果,将天线200调谐至不同的频段,对天线200进行了仿真检测,得到了回波损耗示意图;以及对天线200工作时的热点进行实测,得到了热点图和电流分布图。
需要说明的是,手机天线可以在不同频段内工作,且各个国家和各个运营商对应的信号频段不一样,对于这些多个不同的频段,为了方便表示,一般采用B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8等等,每个对应表示一个频段,其中,B5、B6和B8为低频频段,天线在该频段内工作时,SAR值较小,因此,本申请实施例在实际验证时不对低频做检测。
参照图10,第二寄生单元204与馈电点2011的间距D在1mm~3mm之间时,利用第二寄生单元204对主辐射单元201的加载及对馈电的分流作用,改善高频阻抗并降低BodySAR。此外,主辐射单元201与第二寄生单元204并行耦合区域(第二耦合段205)耦合长度L不小于3mm。考虑第二寄生单元204在通讯设备的壳体100顶部的高Head SAR特性,将第二寄生单元204谐振调至1.5GHz附近(谐振④),仅利用其加载及分流作用。同时将主辐射单元201其调至所需高频谐振的带外(谐振⑤⑥)。利用第二寄生单元204及主辐射单元201调至带外的模式,在增加电容耦合的第一寄生单元202的情况下,可激励起高频带内的相应谐振,此时可以利用第一寄生单元202来在高频带内工作,而第二寄生单元204及主辐射单元201不参与高频工作,进而天线的辐射量主要在离壳体100的顶部较远的第一寄生单元202处,因此,可以降低Head SAR值。进一步的,设置了第一调节开关2022后,通过第一调节开关2022的切换,可以使第一寄生单元202覆盖高频B7、B2、B4(谐振①②③);在此过程中,第一寄生单元202的谐振切换时,通过第二调节开关2012调节主辐射单元201的带外谐振,使其靠近第一寄生单元202谐振,改善第一寄生单元202的寄生效果。另外,第二寄生单元204对高频阻抗改善效果如图11和图12所示,在频段B1和B3时,有第二寄生单元204相比无第二寄生单元204,信号强度明显更好。
如图13、图14和图15所示,分别示出了天线200在LTE B2、B4和B7频段中,无第一寄生单元202和增加第一寄生单元202后的热点分布图,可明显看出,在LTE B2、B4和B7这些高频段中,增加第一寄生单元202相比无第一寄生单元202,天线200的热点整体向下移动,高频Head SAR热点得到分散,在靠近Head下方区域形成一定的热点分布,偏向第一寄生单元202的位置,即,距离通讯设备的壳体100的顶部距离变远了,进而可以降低Head SAR值。
另外,如图16所示,经过实测,得到了天线在LTE B2、B4和B7频段中,无第一寄生单元202和增加第一寄生单元202后的Head SAR值。可以看出,在无第一寄生单元202时,B7、B2、B4频段的1G Head SAR均较高,最大超过2.0,若通过第一寄生单元202切换覆盖高频谐振后,SAR值明显降低,均在1以下,降SAR幅度超过50%,效果明显。
再参照图17和18,为第一寄生单元202谐振分别覆盖B7、B4的电流分布,可看出在远离通讯设备顶部区域的第一寄生单元202上形成了较强的电流分布,从而起到了降HeadSAR的作用,同样验证了降低Head SAR的效果。
关于第二寄生单元204的降Body SAR效果,如图19所示,为天线200在WCDMA B1频段时,无第二寄生单元204和增加第二寄生单元204后的热点分布图,可明显看出,增加第二寄生单元204相比无第二寄生单元204的方案,天线200的热点扩大分散了,进而证明了增加第二寄生单元204的分流作用,可以降低Body SAR值。
在本说明书的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (18)
1.一种天线,其特征在于,包括:
主辐射单元,所述主辐射单元至少有一端位于通讯设备的顶部,所述主辐射单元设有馈电点;
第一寄生单元,所述第一寄生单元具有第一耦合段,所述第一耦合段与所述主辐射单元的一部分交叠设置,所述第一寄生单元的一端朝向所述通讯设备的底部延伸,且所述第一寄生单元设有第一寄生接地点;
第二寄生单元,所述第二寄生单元具有第二耦合段,所述第二耦合段与所述主辐射单元的一部分交叠设置,所述第二寄生单元设有第二寄生接地点;
其中,所述主辐射单元靠近所述馈电点的位置朝向所述第二寄生单元延伸有延伸段,所述第二寄生单元包括位于所述第二耦合段内的接地段,以及与所述延伸段间隔设置的延长段,所述延长段与所述延伸段交叠设置。
2.根据权利要求1所述的天线,其特征在于,所述第一寄生单元的所示第一耦合段与所述第一寄生接地点之间设有第一调节开关,所述第一调节开关接地,用于调节所述第一寄生单元的工作频率。
3.根据权利要求2所述的天线,其特征在于,所述主辐射单元的所述馈电点和所述主辐射单元对应所述第一耦合段的区域之间设有第二调节开关,所述第二调节开关接地,用于调节所述主辐射单元的工作频率。
4.根据权利要求3所述的天线,其特征在于,所述第一调节开关和所述第二调节开关均为多掷开关,且所述多掷开关具有多个不同阻抗值的支路。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的天线,其特征在于,所述主辐射单元包括一体连通的水平段、弯折段和竖直段,所述水平段位于所述通讯设备的顶部,所述竖直段位于所述通讯设备的侧边,所述弯折段位于所述通讯设备的拐角处,分别连接到所述水平段和所述竖直段,所述第一耦合段与所述竖直段交叠设置。
6.根据权利要求5所述的天线,其特征在于,所述第一寄生单元的所述第一耦合段与所述竖直段交叠的部分互相平行。
7.根据权利要求1~4中任一项所述的天线,其特征在于,所述第一寄生接地点与所述通讯设备的顶部的距离大于55mm。
8.根据权利要求1~4中任一项所述的天线,其特征在于,所述第二耦合段的长度大于3mm。
9.根据权利要求1~4中任一项所述的天线,其特征在于,所述第二寄生单元的所述第二耦合段和所述主辐射单元之间的距离为1~3mm。
10.根据权利要求1所述的天线,其特征在于,所述延长段包括与所述接地段连接的第一平行段,所述第一平行段与所述延伸段平行,且朝向远离所述主辐射单元的方向延伸,并与所述接地段垂直。
11.根据权利要求10所述的天线,其特征在于,所述延长段还包括与所述第一平行段连接的连接段,所述连接段对应所述延伸段的端部设置,与所述第一平行段垂直。
12.根据权利要求11所述的天线,其特征在于,所述延长段还包括与所述连接段连接的第二平行段,所述第二平行段与所述延伸段平行,且朝向所述主辐射单元的方向延伸,所述第二平行段与所述连接段垂直,所述第一平行段和所述第二平行段分别位于所述延伸段的两侧。
13.根据权利要求12所述的天线,其特征在于,所述第二平行段朝向所述主辐射单元的方向延伸,且超过所述延伸段的位置。
14.根据权利要求1~4中任一项所述的天线,其特征在于,所述主辐射单元通过所述第一耦合段给所述第一寄生单元供电,所述主辐射单元通过所述第二耦合段给所述第二寄生单元供电。
15.根据权利要求1~4中任一项所述的天线,其特征在于,所述通讯设备由上至下依次包括顶部、中部和底部三个部分,所述通讯设备的顶部包括所述通讯设备的顶边以及距离顶边第一距离范围内的一部分;所述通讯设备的底部包括所述通讯设置的底边以及距离底边第二距离范围内的一部分。
16.根据权利要求15所述的天线,其特征在于,所述通讯设备的顶部设有听筒、摄像头或耳机孔,所述通讯设备的底部设有话筒、扬声器或充电端口。
17.一种天线,其特征在于,包括:
主辐射单元,所述主辐射单元至少有一端位于通讯设备的顶部,所述主辐射单元设有馈电点;
第二寄生单元,所述第二寄生单元具有第二耦合段,所述第二耦合段与所述主辐射单元的一部分交叠设置,所述第二寄生单元设有第二寄生接地点;
其中,所述主辐射单元靠近所述馈电点的位置朝向所述第二寄生单元延伸有延伸段,所述第二寄生单元包括位于所述第二耦合段内的接地段,以及与所述延伸段间隔设置的延长段,所述延长段与所述延伸段交叠设置。
18.一种通讯设备,包括壳体,其特征在于,所述壳体的顶部位置设有权利要求1~17中任一项所述的天线。
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