CN1315755A - 无线设备和便携通信设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种天线设备和一种便携通信设备以减少即使在对应至少两个或几个在无线电通信频率上不同的无线电通信系统任何无线电通信频率情况下在便携通信设备中由人体所吸收的电磁波数量。具有随无线电通信频率改变的相对介电常数频率色散性的电介质13可以使在两个或几个无线电通信频率上的导电平板11一端到另一端电长度L2相等。这可能使单一导电平板11开路端阻抗几乎对于任何无线电通信频率相等以限制表面电流,和因此减少了人体所吸收的电磁波数量。

Description

无线设备和便携通信设备

本发明涉及天线设备和便携通信设备，和更具体地适合于应用在制造得对应至少两个或几个类型例如所使用的无线电通信频率不同的无线电通信系统所谓多频带便携通信设备。

现在，如果线路用于单一无线电通信系统，便携通信设备随着快速发展已经在线路数量上变得不满足需要。因此，考虑联合使用两种利用不同频带的无线电通信系统以所需要的保证线路数量，并且随着小型化和轻型化技术的明显进步已经开发出了通过单一便携通信设备能够利用两种无线电通信系统的终端。

另一方面，存在在电话机通话期间便携通信设备所辐射的电磁波对人体有影响的问题。电话机通话期间单位时间和单位质量人体特定部分(主要是头部)所吸收的电磁波吸收系数已经定义为本地平均特定吸收率(SAR)并且已经要求将本地平均SAR最大值限制在规定值。

如图1所示，参考号码1代表一种便携通信设备，开发用于将整个本地平均SAR限制得低于规定值的目的。未图示出而对于无线电通信所必须的电路基板被容纳在为图示出的机壳内。该电路基板被作为接地元件的屏蔽机壳2所覆盖。

针对该便携通信设备1，利用屏蔽机壳2覆盖容纳在内部的电路基板防止封装在电路基板上的发射机/接收机电路或各种其它电路相互不利影响或受天线4或其它设备的不利影响。

此外，内部电路基板设计得由发射机/接收机电路产生给定信号类型的发射信号与基站通信，将该信号通过天线馈源3从天线4发射到基站，并且在通过天线馈源部分3采集信号之后解调由天线4所接收的接收信号。

在此，该天线4包括杆状天线杆，例如用导线杆制造。除外，有可能利用将导线杆缠绕成为螺旋型所形成的螺旋天线或各种类型天线，包括伸缩类型上述天线的组合。

利用该天线4，有关天线4不单独作为天线工作，来自天线馈源部分3的高频电路也流入到电路基板的接地导体中或进入屏蔽机壳2，结果使便携通信设备1整体作为天线工作。

便携通信设备1也设计得在电话机通话期间测量本地平均SAR，如图2所示。同时已经证实本地平均SAR指示最大的点(此后成为热点)位于接触扬声器7的耳朵附近。

这样认为是因为便携通信设备1的扬声器7用于接触人体耳朵或因为出现在扬声器7后面电路基板的接地导体或屏蔽机壳2作为天线一部分工作而辐射电磁波。

对于图1所示的便携通信设备正是如此，导电平板5位于未图示扬声器7反面稍微离开屏蔽机壳2顶表面2A的位置以便与顶表面2A平行。

这时，导电平板5中，一端通过短路导体6与屏蔽机壳2短路而另一端由箭头a表示朝上与屏蔽机壳2电开路。从短路端到开路端的长度L1选择得等于无线电通信频率的四分之一波长λ/4。

由此，在便携通信设备1中，导电平板5与屏蔽机壳2之间的阻抗在短路端变得几乎为零，而开路端的阻抗接近无限大，结果高频电流很难从天线馈源部分3周围流向导电平板5或屏蔽机壳2。

而且，当从短路端到开路端的长度L1选择得等于无线电通信频率的四分之一波长时λ/4实验证明在导电平板5中开路端阻抗达到最大。

因此，在便携通信设备1中，高频电流很难从天线馈源部分3周围流向导电平板5或屏蔽机壳2，以致减少了由导电平板5和屏蔽机壳2所辐射的电磁波辐射量，因此能够减少耳朵附近的本地平均SAR。

可是，在便携通信设备1中，由于导电平板5上短路端到开路端的长度L1由无线电通信频率确定，因此很难减少对应两个类型各自不同无线电通信频率的无线电通信系统的本地平均SAR，除非提供短路端到开路端各自不同的长度L1的导电平板。

按照上述内容，本发明的目的是提供一种天线设备和一种便携通信设备，即使在任何无线电通信频率情况下，能够对应至少两个或几个无线电通信频率不同的无线电通信系统分别减少人体吸收的电磁波数量。

本发明的上述目的和其它目的通过提供天线设备和便携通信设备可以实现，该设备包括一个接地导体；一个一端与接地导体电短路而另一端与接地导体电开路的导电平板；和一个电介质，插入在导电平板和接地导体之间，该导电平板从一端到另一端的电长度制造得在频率色散性基础上对于两个或几个无线电通信频率相同。

由此，根据电介质导电平板从一端到另一端的电长度变成与两种或几种无线电通信频率相同，以便在通过天线单元执行两种或几种无线电通信频率上的通信的情况下，单一导电平板一端的阻抗几乎等于任何无线电通信频率以限制表面电流，因此能够减少人体所吸收电磁波数量。

根据下列详细说明并且参照附图，本发明的这样特征、原理和应用性将更清楚，图中相同的部分用相同号码或符号表示。

在图中：

图1是表示常规便携通信设备内部结构的简要透视图；

图2是表示本地平均SAR热点的简图；

图3是表示按照本发明的便携通信设备内部结构的简要透视图；

图4是表示在频率色散电介质中相对介电常数的频率特性的特性曲线图。

下面参照附图描述本发明优选实施例：

图3中对应图1中部分用相同符号表示，参考号码10的便携通信设备整体。无线电通信所必须的电路基板安装在非导电材料形成并且被作为接地元件的屏蔽机壳2覆盖的机壳内部。

对于该便携通信设备10，利用屏蔽机壳2覆盖内部安装的电路基板防止封装在电路基板上的发射机/接收机电路和各种其它电路相互不良影响和受天线4或其它设备的不良影响。

此外，内部电路基板设计得由发射机/接收机电路产生给与基站通信的定信号类型的发射信号，通过天线馈源部分3将它从天线4发射给基站并且在通过天线馈源部分3采集后解调由天线4所接收的接收信号。

在此，该天线4包括一个导电线杆制造的杆状天线杆，有关天线4不单独作为天线工作，来自天线馈源部分3的高频电流也流入到电路基板的接地导体中或进入屏蔽机壳2中，结果该便携通信设备10整体作为天线工作。

也在此情况下，假设杂便携通信设备10中，本地平均SAR最大的点接近与扬声器(未图示)的耳朵附近，将在下面描述。

对于便携通信设备10，导电平板11位于扬声器相反屏蔽机壳2顶表面2A稍微离开的位置，以便与顶表面2A接近平行。导电平板11的一端与屏蔽机壳2通过短路导体12短路，而另一端由箭头a表示向上与屏蔽机壳2开路。

同时，在导电平板11和屏蔽机壳2之间，插入相对介电常数岁频率改变(此后，成为频率色散电介质)的频率分散特性电介质13。

该频率色散电介质13通过将六方晶铁氧体注入到例如橡胶或树脂的绝缘物质中并且将混合物硬化形成，并且设计得随频率改变相对介电常数。

这种六方晶铁氧体的成分为BaFe_12-2xMe1_xMe2_xO₁₉,SrFe_12-2xMe1_xME2_xO₁₉等，其中Me1代表四价金属离子例如Ti、Zr或Sn而Me2代表二价金属离子例如Co、Mn、Zn、Cu、Mg或Ni等。

在此，针对包括第一f1和第二f2两个无线电通信频率的任何一个，便携通信设备10利用单独的电介质平板11以便开路端阻抗可以接近无限大而该原理在下面描述。

即，对于第一相对介电常数ε1第一无线电通信频率f1的波长λ1按照下列公式表示： $\mathrm{\λ}1=\frac{\mathrm{\λ}01}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}1}}\…\left(1\right)$

在此，λ01代表第一无线电通信频率f1上空气中不通过任何电介质的波长并且按照下列公式表示： $\mathrm{\λ}01=\frac{C}{f1}$ (C为传播速度为3.0×10⁸米/秒)…(2)

此外，对于第二相对介电常数ε2的第二无线电通信频率的波长λ2按照下列公式表示： $\mathrm{\λ}2=\frac{\mathrm{\λ}02}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}2}}\…\left(3\right)$

在此，λ02代表第二无线电通信频率f2上空气中不通过任何电介质的波长并且按照下列公式表示： $\mathrm{\λ}02=\frac{C}{f2}$ (C为传播速度为3.0×10⁸米/秒)…(4)当公式1和3被展开以便满足下列关系时：λ1=λ2                            …(5)可以获得下列公式： $\frac{f1}{f2}={\[\frac{\mathrm{\ϵ}2}{\mathrm{\ϵ}1}\]}^{1/2}\…\left(6\right)$ 通过进一步展开公式(6)，获得下列公式： $\mathrm{\ϵ}2=\frac{\mathrm{\ϵ}1\•f{1}^2}{{f2}^2}\…\left(7\right)$

即，第一无线电通信频率f1的第一相对介电常数ε1与第二无线电通信频率f2的第二相对介电常数ε2的比变成几乎等于第一无线电通信频率f1与第二无线电通信频率f2之比倒数的平方。

实际上，在满足公式7的指数曲线上，如图4所示，呈现了对应各自无线电通信频率fn的相对介电常数εn而各自无线电通信频率fn的波长λn按照下列公式表示为： $\mathrm{\λn}=\frac{\mathrm{\λon}}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}n}\…\left(8\right)$

这意味着通过采用相应的相对介电常数εn，所有的波长在长度上相同。在此，λon代表第n无线通信频率fn上空气中不通过任何电介质的波长。

同时，在导电平板11中，如果从短路端到开路端的长度L2选择为1/4无线通信波长λ/4，在开路端的阻抗接近于无限大。

因此，在根据本发明的便携式通信设备10中，通过导电平板11和屏蔽机壳2之间插入频率色散电介质13-该电介质具有在第一无线通信频率f1和第二无线通信频率f2上满足公式(7)的幂指数曲线的频率特性，从导电平板11的短路端到开路端的长度I2几乎等于将第一无线电通信频率f2上的1/4波长λ/4乘以第一相对介电常数ε1倒数平方根所计算出的长度。

在此情况下，导电平板11从短路端到开路端的长度I2可以按照下列公式表示： $L2=\frac{\mathrm{\λ}1}{4}\×\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}1}}\…\left(9\right)$

此外，在便携通信设备10中，通过在导电平板11和屏蔽机壳2之间插入频率色散电介质13，从导电平板11短路端到开路端的长度L2几乎等于将第二无线电通信频率f2上的四分之一波长λ2/4乘以第二相对介电常数ε2倒数平方根所计算出的长度。

在此情况下，导电平板11从短路端到开路端的长度L2可以按照下列公式表示： $L2=\frac{\mathrm{\λ}21}{4}\×\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}1}}\…\left(10\right)$

根据公式1和2，第一无线电通信频率f1的波长λ1等于900MHz，例如变成λ1=0.33m/√ε1。导电平板11从短路端到开路端的长度L2变成(0.33m/4√ε1)×(1/√ε1)=0.0833m/ε1，根据公式9。

相反，根据公式3和4，第二无线电通信频率f2的波长λ2等于1.8GHz，例如变成λ2=0.166m/√ε2，并且导电平板11从短路端到开路端的长度L2变成(0.166m/4√ε2)×(1/√ε2)=0.0416m/ε2，根据公式10。

因此，假设第一色散电介质13中第一相对介电常数ε1是“2”而第二相对介电常数ε2是“1”，不论是第一无线电通信频率f1(900MHz)或第二无线电通信频率f2(1.8GHz)上的导电平板11从短路端到开路端长度L2变成4.16cm。

在上述设计中，由于便携通信设备10设计得在导电平板11和屏蔽机壳2之间插入具有随频率改变相对介电常数的频率色散电介质，为使对于第一无线电通信频率f1或第二无线电通信频率f2任何一个的开路端阻抗为无限大可以使用这种物理长度(从短路端到开路端的长度L2)的导电平板11。

因此，便携通信设备10不需要安装对应两个不同无线电通信频率f1和f2的各自四分之一波长λ/4的两个不同波长L2的导电平板，并且因此简化设计。

此外，在便携通信设备10中，由于对于第一无线电通信频率f1和对于第二无线电通信频率f2高频很难在导电平板11或屏蔽机壳2中流动，以致减少了电磁波辐射，保证在于第一无线电通信频率f1和第二无线电通信频率f2上减少耳朵附近的本地平均SAR。

另外，在上述实施例中，描述了本地平均SAR设计得减少两个无线电通信频率的情况，但是本发明不限于此，通过提高导电平板11上开路端的阻抗可以减少三个无线电通信频率上的本地平均SAR。

在此情况下，不仅需要在导电平板11和屏蔽机壳2之间插入这种频率色散特性的频率色散电介质13，如图4所示在第一无线电通信频率f1、第二无线电通信频率f2和第三无线电通信频率f3上满足公式7的指数曲线。

此外，在上述实施例中，描述了频率色散电介质13设计得通过在绝缘物质中注入六方晶铁氧体形成的情况，但是本发明不限于此，频率色散电介质13可以设计得通过在具有第一相对介电常数ε1和第二相对介电常数ε2满足公式6频率色散特性的绝缘物质中注入各种其它物质形成。

另外，在上述实施例中，描述了导电平板11位于屏蔽机壳2顶表面2A稍微离开的位置以便与扬声器相反的情况，但是本发明不限于此，导电平板11可以位于屏蔽机壳2上以便与本地平均SAR指示最大值的地方(热点)相对。

另外，在所述实施例中，描述了导电平板11从短路端到开路端长度L2选择得几乎等于四分之一波长λ/4的情况，但是本发明不限于此，长度L2可以选择为对应在开路端设置的所希望阻抗的各种其它长度。

另外，在上述实施例中，描述了天线4包括天线杆设计得用作天线单元的情况，但是本发明不限于此，可以设计使用各种其它天线单元例如螺旋天线。

另外，在上述实施例中，描述了该天线4设计得通过天线馈源部分3连接到发射机/接收机电路的情况，但是本发明不限于此，该天线4可以设计得仅仅连接到发射机电路用于发射。

另外，在上述实施例中，描述了本发明设计得应用于便携通信设备10的情况，但是本发明不限于此，本发明可以设计得应用于各种其它便携通信设备例如用于执行无线电通信收发信机。

尽管结合本发明的优选实施例描述了本发明，对于本领域技术人员来说对于对本发明进行各种修改和改进是显而易见的，这些修改都包括在本发明权利要求书所要求的范围内。

Claims (12)

1．一种天线设备包括：

一个接地导体；

一个导电平板具有一端电短路到所述接地导体而另一端与所述接地导体电开路；和

一个电介质，插入到所述导电平板和所述接地导体之间，而所述导电平板从一端到另一端的电长度制造得在频率色散性基础上对于至少两个或几个无线电通信频率是相同的。

2．按照权利要求1的天线设备，其中所述电介质，在所述两个或几个无线电通信频率中第一无线电通信频率上的第一相对介电常数与第二无线电通信频率上的第二相对介电常数之比变成几乎等于所述第一无线电通信频率与所述第二无线电通信频率之比倒数的平方。

3．按照权利要求1的天线设备，其中所述导电平板从一端到另一端的电长度可以制造得几乎等于将所述第一无线电通信频率上四分之一波长乘以所述第一相对介电常数倒数的平方根所计算出的长度。

4．按照权利要求1的天线设备，其中导电平板从一端到另一端的电长度可以制造得几乎等于将所述第二无线电通信频率上四分之一波长乘以所述第二相对介电常数倒数的平方根所计算出的长度。

5．按照权利要求1的天线设备，其中所述电介质通过将六方晶铁氧体注入绝缘物质中形成。

6．按照权利要求1的天线设备，其中所述导电平板安装在所述接地导体上最接近人体的特定区域，在高区域上由流入所述接地导体的所述表面电流产生的电磁波的最大部分被吸收。

7．一种便携通信设备包括：

一个接地导体；

一个导电平板具有一端电短路到所述接地导体而另一端与所述接地导体电开路；和

一个电介质，插入到所述导电平板和所述接地导体之间，而所述导电平板从一端到另一端的电长度制造得在频率色散性基础上对于至少两个或几个无线电通信频率是相同的。

8．按照权利要求7的便携通信设备，其中所述电介质，在所述两个或几个无线电通信频率中第一无线电通信频率上的第一相对介电常数与第二无线电通信频率上的第二相对介电常数之比变成几乎等于所述第一无线电通信频率与所述第二无线电通信频率之比倒数的平方。

9．按照权利要求7的便携通信设备，其中所述导电平板从一端到另一端的电长度可以制造得几乎等于将所述第一无线电通信频率上四分之一波长乘以所述第一相对介电常数倒数的平方根所计算出的长度。

10．按照权利要求7的便携通信设备，其中导电平板从一端到另一端的电长度可以制造得几乎等于将所述第二无线电通信频率上四分之一波长乘以所述第二相对介电常数倒数的平方根所计算出的长度。

11．按照权利要求7的便携通信设备，其中所述电介质通过将六方晶铁氧体注入绝缘物质中形成。

12．按照权利要求7的便携通信设备，其中所述导电平板安装在所述接地导体上最接近人体的特定区域，在高区域上由流入所述接地导体的所述表面电流产生的电磁波的最大部分被吸收。

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