CN1889590A - 防辐射移动终端 - Google Patents
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Abstract
本发明一种防辐射移动终端及其方法，包括方向天线、发射天线选择器、射频开关。方向天线，参考所述终端使用状态下和使用者的相对位置，其方向图主瓣避免向着使用者；射频开关，接受发射天线选择器的控制，将射频模块输出的上行发射信号在方向天线和收发天线之间切换；发射天线选择器，根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线能否减小人体辐射，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射。从而减小移动终端对使用者的电磁波辐射。
Description
技术领域
本发明涉及一种防辐射移动终端，尤其是能降低使用者电磁波辐射的移动终端。
背景技术
现在移动终端(以下简称为终端)的最大射频发射功率一般在0.125-2W之间。尽管终端发射功率不大，但因为离人体比较近，在通话状态时紧贴头部，造成的电磁波辐射远比通信基站大。降低移动通信系统电磁波辐射的主要任务就是：降低终端对人体辐射的电磁波剂量。
如图1现有移动终端框图，终端一般只有一个发射天线，其方向图一般是全向发射，只要在进行发射的同时，人体就不可避免地会受到电磁波辐射。为了降低终端的电磁波辐射，已经有手机防辐射贴膜和手机屏蔽套等技术，通过改变天线的方向图来实现避免辐射。这种贴膜或者屏蔽套会干扰天线周围的磁场，对天线的正常工作带来影响，而且不同品牌终端的天线内部结构不同，往往不能达到改善天线方向图的目的。因此手机防辐射贴膜和手机屏蔽套的防辐射效果是很不可靠。
假使手机防辐射贴膜和手机屏蔽套能成功地改善天线的方向图，但在阻碍电磁波向人体辐射时，很可能同时阻碍了终端发射的电磁波向通信基站的传播，也阻碍了基站发射的电磁波向终端的传播。因为移动通信系统一般都有功率控制功能来保证接收的无线信号满足一定质量水平。功率控制功能可以描述为：当接收的信号质量过低时，接收机会要求发射机提高发射功率；当接收的信号质量过高时，接收机会要求发射机降低发射功率。当这种贴膜或者屏蔽套阻碍了无线信号传播时，功率控制功能会使终端和基站都提高信号发射功率，来补偿手机防辐射贴膜和手机屏蔽套带来的衰减。这种情况下，不仅不能降低终端对人体的电磁波辐射，反而终端会因为提高发射功率而浪费宝贵的电池能量，另外基站和终端都逼迫使用大功率发射也会干扰其他终端的通信。如果这样的手机防辐射贴膜和手机屏蔽套屏蔽效能太高，导致无线通路衰减过大，终端或基站使用最高发射功率也不能抵抗无线通路衰减，则会引起无线通信被阻断。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种防辐射移动终端，提供可靠的防辐射效果。
为了实现上述目的，本发明提供了一种防辐射移动终端，包括收发天线、射频模块，和方向天线、发射天线选择器、射频开关：
方向天线，参考所述终端使用状态下和使用者的相对位置，其方向图主瓣避免向着使用者；射频开关，接受发射天线选择器的控制，将射频模块输出的上行发射信号在方向天线和收发天线之间切换；发射天线选择器，根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线能否减小人体辐射，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种防辐射移动终端的方法，包括以下步骤：
步骤a：根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线能否减小人体辐射，是则执行步骤b；
步骤b：用方向天线作为终端的上行发射天线。
因为本发明不是简单阻碍终端的上行信号发射，而是通过测量天线无线信号的质量，选择使用方向天线进行上行发射，从而可靠提供防辐射能力，保证无线通信的正常。
附图说明
图1是现有移动终端框图；
图2是本发明收发天线和方向天线安装位置图；
图3是本发明收发天线和方向天线方向图；
图4是本发明防辐射移动终端框图；
图5是本发明第一实施例框图；
图6是本发明第二实施例框图；
图7是本发明第三实施例框图；
图8是本发明防辐射移动终端的流程图；
图9是图8的改进流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来说明本发明的实施方法。
基站向终端发射的下行射频信号(也称前向信号)可以通过直射、反射、折射、多次反射等方式到达终端，能够到达终端的射频信号经过的途径被称为无线路径。对于移动通信系统来说，上下行信道一般为对称频段或者是同频时分双工，上下行无线路径被认为是基本一样的。这样终端向基站发射的上行射频信号(也称反向信号)的路径方向和下行无线信号反向，衰减值相同。
终端和基站通过无线信号进行通信，一个基站可以覆盖多个通信扇区，基站以每个扇区为单元配置收发共用天线，所以无线信号是在终端天线和基站扇区天线之间进行空中传播的。
现有终端的天线一般是全向发射和接收，其实只有发往基站扇区天线的电磁波能量用于通信，其他方向上的电磁波能量被白白浪费，给周围环境造成电磁波辐射污染。如果终端能够配置方向天线，而不用全向发射，则给使用者减小电磁波辐射提供了可能。
如图2，终端背面的上部安装了收发天线201，收发天线一般为全向接收和发射天线，或者是水平面上的全向接收和发射天线。在终端的下部安装了方向天线202。收发天线201和方向天线202的安装位置没有特定的要求，一般方向天线不要影响收发天线的发射和接收，所以在终端上两者安装位置需要保证一定的距离。
图3为收发天线和方向天线的方向图，曲线301为方向天线方向图，曲线302为收发天线方向图。在当终端使用状态下，曲线301的主瓣背离使用者。假设经过测算，当终端分别使用收发天线和方向天线进行发射时，分别有50％和5％的发射能量被人体吸收，则人体吸收电磁波的功率分别为发射功率的-3dB和-13dB，为了便于描述，下文将这个值称为人体吸收功率比。
在图中A方向上，方向天线增益比收发天线高5dB。则当终端和基站扇区通信的无线路径在A方向时，方向天线只需要比收发天线低5dB的发射功率，基站扇区天线就可以接收到相同强度的信号。这时使用方向天线的人体电磁波辐射功率和使用收发天线相比，只有收发天线的(-13dB)-(-3dB)-(5dB)＝-15dB。其中，(-13dB)-(-3dB)＝方向天线人体吸收功率比-收发天线人体吸收功率比，以下称它为人体吸收功率比差；5dB为这个无线路径方向上方向天线增益减去收发天线天线增益，以下称它为天线增益差。因为人体吸收功率比差由两个天线的方向图特性和终端使用状态下相对于人体的位置决定，因此可以预先测定。
在图中B、C方向上方向天线和收发天线的增益相等，当终端和基站扇区通信的无线路径在B或C方向时，这时使用方向天线的人体电磁波辐射功率和使用收发天线相比，只有收发天线的：(人体吸收功率比差-天线增益差)＝(-13dB)-(-3dB)-(0dB)＝-10dB。从图中也可以看出：从B方向逆时针旋转到C方向的角度内，方向天线的增益始终比收发天线大，方向天线需要的发射功率始终不大于收发天线，但方向天线的人体吸收功率比要比收发天线低很多。其中A方向上的无线路径可以获得最大的人体辐射剂量降幅，这个方向的天线增益差以下称为天线最大增益比。
当终端和基站扇区通信的无线路径在D或E方向时，这时方向天线的增益比收发天线低，天线增益差为-10dB，但因为人体吸收功率比差为(-13dB)-(-3dB)＝-10dB，因此这时不管使用哪个天线进行发射，对人体的电磁波辐射是相等的。因此，从B方向顺时针旋转到D方向的角度内(不包含两端点)，尽管使用方向天线需要更大的发射功率，但方向天线发射却可以得到更小的人体的辐射。
从D方向顺时针旋转到E方向的角度内，方向天线增益很小。如果无线路径落入这个范围，并使用方向天线发射，会迫使射频模块增加输入功率，这时一般不能带来防辐射效果，但也一般不会增加电磁波辐射，但会导致基站和终端使用大功率发射，从而干扰其他终端的正常通信。因此这时需要切换使用收发天线发射。
图4为本发明防辐射移动终端框图，包括方向天线401、收发天线402、射频开关403、发射天线选择器404、射频功放模块405、基带处理模块406。
方向天线401，参考终端使用状态下和使用者的相对位置，其方向图301的主瓣避免向着使用者，并且具有很小的发射后瓣。这样当终端的上行发射天线从收发天线402切换到方向天线401，可以使使用者避免辐射。收发天线402为现有终端的接收和发射天线，其方向图一般为如302曲线所示的全向方向图。射频开关403接受发射天线选择器404的控制，将射频模块405输出的上行发射信号在方向天线401和收发天线402之间切换。发射天线选择器404，根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线能否减小人体辐射？是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射。因此本发明具有降低人体电磁波辐射的效果。发射天线选择器404通过基带信号处理可以得到方向天线和收发天线的无线信号质量。
反过来，发射天线选择器404，判断方向天线能否减小人体辐射？如果是否，也可以控制射频开关切换到收发天线进行上行发射。这样上行发射根据信号质量自动在两个天线之间来回切换。
这里先介绍一种无线信号质量的测量方法——上行无线信号质量测量方法。因为移动通信系统存在功率控制技术，根据接收机的接收质量来控制发射机功率的方法。因此可以通过主动在方向天线和收发天线上进行上行发射，并通过基带处理主动尝试使用不同的初始发射功率，最终被功率控制技术调整稳定后的发射功率的大小也体现了两个天线不同的无线信号质量，这个不同的无线信号质量其实是由天线的不同增益导致，可以作为上述发射天线选择器404的无线信号质量的依据。
除用上行信号测量外，还可以通过下行信号质量，测量方向天线和收发天线接收的无线信号质量。通过基带信号处理，计算方向天线和收发天线接收信号强度差值，因为通信系统上下行无线路径对称互易的特性，这个差值和方向天线、收发天线上行无线路径的增益差值基本一致，也就是上述天线增益差的值。也可以作为上述发射天线选择器404的天线信号质量的依据。
根据图3的分析，判断方向天线的无线信号质量是否超过收发天线的无线信号质量，也就是当前无线路径是否落在图3中从B方向逆时针旋转到C方向的角度内，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射，这时不仅防辐射效果很好，而且天线的发射功率也可以降低；否则控制射频开关切换到收发天线进行上行发射。
还可以根据方向天线和收发天线的无线信号质量，通过如下式子计算无线信号质量差，无线信号质量差＝方向天线的无线信号质量-收发天线的无线信号质量。判断无线信号质量差是否大于人体吸收功率比，也就是当前无线路径是否落在图3中从D方向逆时针旋转到E方向的角度内，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射，这时尽管可能方向天线的发射功率大于收发天线的发射功率，但对人体的辐射反而减小了；否则，控制射频开关切换到收发天线进行上行发射。
还可以根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否大于方向天线启动门限，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射。所述方向天线启动门限为从人体吸收功率比到天线最大增益比的任意一值，并可以由使用者预先设置。判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否小于方向天线停止门限，是则控制射频开关切换到收发天线进行上行发射。所述方向天线停止门限为从人体吸收功率比到天线最大增益比的任意一值，并且方向天线启动门限大于等于方向天线停止门限。这样，总体上降低人体辐射，而且通过设置不同的门限值，可以限定启动方向天线上行发射的方向图角度范围，以达到个性化的防辐射效果。
图5为本发明第一实施例框图，发射天线选择器505和基带处理模块506相连。
现有技术中，因为功率控制的需要，一般由基带处理模块506测量下行信号质量。测量下行信号质量根据所采用不同制式的通信系统而按照不同的方法进行测量，例如，在TDMA或者FDMA系统，最常使用测量接收信号的强度，在CDMA系统中测量接收信号的比特功率和接受的干扰功率比，它们的单位一般为dB，测量下行信号质量对于本技术领域人员来说是共知的技术。
在TDMA系统中，基带处理模块506及其相应的射频模块505只需要在接收和发射时隙内处理无线信号，因此有能力在空闲时隙测量方向天线401的下行信号质量。测量方向天线的下行信号质量无须对每个无线帧都进行处理，也无须对接收的无线信号进行解调、译码等复杂处理，所以测量信号质量只消耗很少的基带处理模块及其射频模块资源。现有的终端中由射频模块和基带处理模块分时测量方向天线401和收发天线402的下行信号质量，无须增加成本；或者仅增加很少的成本，将基带处理模块和射频模块进行能力提升。
发射天线选择器504获得方向天线和收发天线接收的通信扇区下行信号质量。可以计算得到无线信号质量差，因为通信系统上下行无线路径对称互易的特性，这个值和方向天线、收发天线上行无线路径的增益差值基本一致，也就是上述天线增益差的值。如果天线增益差超过上述人体吸收功率比差时，则使用方向天线具有更小的人体辐射。可以切换方向天线进行上行发射，以降低人体辐射。
图6为本发明第二实施例框图，射频接收模块607和信号质量测量模块608专门用来测量方向天线401的下行信号质量。也可以根据处理能力的需要，在现有终端的基础上仅增加一个射频接收模块或者仅增加一个信号质量测量模块来测量方向天线401的下行信号质量。
因为实际的无线环境中无线路径可能不止一个。在WCDMA、CDMAIS95、CDMA2000、TD-SCDMA系统中，有软切换和更软切换的切换方式，在这种情况下，更是可能会有多条无线路径和终端保持通信，上述下行信号质量测量的方法需要将多个无线路径进行合并处理，得到合并后的质量信息。
方向天线接收的通信扇区下行无线信号质量和收发天线接收的通信扇区下行无线信号质量，可以通过基站扇区的下行公共信道或者通信基站扇区中该终端的下行专用信道进行估计。
因为上述上行无线信号质量测量的方法需要在天线上主动进行发射，因此在进行上述方法测量的时间内，存在发射功率主动波动的问题，这样会影响到防辐射效果。因此上述上行信号测量的方法比下行信号测量的方法的效果要差。
以上实施例在工作时，因为和基站扇区通信的主要无线路径并不是固定不变的，而实施例只能根据无线信号的质量决定是否使用方向天线，当使用收发天线进行上行发射时，人体就得不到防辐射的保护。但从统计的角度，无线路径的方向相对于终端是随机分布，则总体上本发明具有较好的防辐射效果，尤其是相对于手机防辐射贴膜和手机屏蔽套技术。
图7为本发明第三实施例框图，图中辐射提醒装置709，当检测到终端使用收发天线进行上行发射时，则向使用者发出提醒。这时人体会不可避免地受到收发天线发射的电磁波的辐射，使用者可以通过调整终端的方位，当调整到主要无线路径方向落入方向天线401方向图主瓣范围内时，自动切换到方向天线进行上行发射，则降低人体的电磁波辐射。
更优地，可以设置一个辐射提醒控制开关710，可以控制辐射提醒装置709启动或者关闭。
本发明防辐射移动终端的收发天线和方向天线的数量不做限制，可以多于一个。
本发明防辐射移动终端适用于采用以下一种标准的蜂窝移动终端中或其他一些无线移动终端、无线LAN终端中：PHS、GSM、GPRS、EDGE、WCDMA、CDMA IS95、CDMA2000、TD-SCDMA。
图8为一种本发明防辐射移动终端处理方法：
步骤801：根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线能否减小人体辐射？是则执行步骤802；
步骤802：用方向天线作为终端的上行发射天线。
图9为图8所示防辐射移动终端处理方法的改进流程：
步骤901：根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线能否减小人体辐射？是则执行步骤802，否则执行步骤903；
步骤802：用方向天线作为终端的上行发射天线；
步骤903：用收发天线作为终端的上行发射天线。
更优地，上述步骤801包括：
步骤1001：根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线的无线信号质量是否超过收发天线的无线信号质量，是则执行步骤802。
更优地，步骤1001包括：
步骤1101：根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线的无线信号质量是否超过收发天线的无线信号质量，是则执行步骤802，否则执行步骤1103；
并增加步骤1103：用收发天线作为终端的上行发射天线。
更优地，上述步骤801包括：
步骤1201：根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否大于人体吸收功率比，是则执行步骤802。
更优地，步骤1201包括：
步骤1301：根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否大于人体吸收功率比，是则执行步骤802，否则执行步骤1303；
并增加步骤1303：用收发天线作为终端的上行发射天线。
更优地，上述步骤801包括：
步骤1401：根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否大于方向天线启动门限，所述方向天线启动门限为从人体吸收功率比到天线最大增益比的任意一值，是则执行步骤802。
更优地，步骤1401包括：
步骤1501：根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否大于方向天线启动门限，所述方向天线启动门限为从人体吸收功率比到天线最大增益比的任意一值，是则执行步骤802，否则执行步骤1503；
并增加步骤1503：用收发天线作为终端的上行发射天线。
本发明防辐射移动终端的方法适用于采用以下一种标准的蜂窝移动终端中或其他一些无线移动终端、无线LAN终端中：PHS、GSM、GPRS、EDGE、WCDMA、CDMA IS95、CDMA2000、TD-SCDMA。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应落在本发明的保护范围之内。
Claims (26)
1.一种防辐射移动终端，包括收发天线、射频模块，其特征在于包括方向天线、发射天线选择器、射频开关：
方向天线，参考所述终端使用状态下和使用者的相对位置，其方向图主瓣避免向着使用者；
射频开关，接受发射天线选择器的控制，将射频模块输出的上行发射信号在方向天线和收发天线之间切换；
发射天线选择器，根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线能否减小人体辐射，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射。
2.如权利要求1所述的防辐射移动终端，其特征在于：
发射天线选择器，根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线能否减小人体辐射，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射；
否则控制射频开关切换到收发天线进行上行发射。
3.如权利要求1所述的防辐射移动终端，其特征在于：
发射天线选择器，根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线的无线信号质量是否超过收发天线的无线信号质量，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射。
4.如权利要求3所述的防辐射移动终端，其特征在于：
发射天线选择器，根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线的无线信号质量是否超过收发天线的无线信号质量，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射；
否则控制射频开关切换到收发天线进行上行发射。
5.如权利要求1所述的防辐射移动终端，其特征在于：
发射天线选择器，根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否大于人体吸收功率比，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射。
6.如权利要求5所述的防辐射移动终端，其特征在于：
发射天线选择器，根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否大于人体吸收功率比，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射；
否则控制射频开关切换到收发天线进行上行发射。
7.如权利要求5所述的防辐射移动终端，其特征在于：
发射天线选择器，根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否大于方向天线启动门限，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射，所述方向天线启动门限为从人体吸收功率比到天线最大增益比的任意一值。
8.如权利要求7所述的防辐射移动终端，其特征在于：所述方向天线启动门限可以由使用者预先设置。
9.如权利要求7所述的防辐射移动终端，其特征在于：
发射天线选择器，根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否大于方向天线启动门限，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射；
判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否小于方向天线停止门限，是则控制射频开关切换到收发天线进行上行发射；
所述方向天线启动门限、方向天线停止门限为从人体吸收功率比到天线最大增益比的任意一值，并且方向天线启动门限大于等于方向天线停止门限。
10.如权利要求9所述的防辐射移动终端，其特征在于：所述方向天线启动门限、方向天线停止门限都可以由使用者预先设置。
11.如权利要求1所述的防辐射移动终端，其特征在于：
发射天线选择器，根据方向天线和收发天线接收的通信扇区下行无线信号质量，判断方向天线能否减小人体辐射，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射。
12.如权利要求11所述的防辐射移动终端，其特征在于：
所述方向天线接收的通信扇区下行无线信号质量和所述收发天线接收的通信扇区下行无线信号质量，通过基站扇区的下行公共信道或者基站扇区中该终端的下行专用信道进行估计。
13.如权利要求1所述的防辐射移动终端，其特征在于：
发射天线选择器，通过基带信号处理得到方向天线和收发天线的无线信号质量，并判断方向天线能否减小人体辐射，是则控制射频开关切换到方向天线进行上行发射。
14.如权利要求13所述的防辐射移动终端，其特征在于：基带处理模块可以分时处理方向天线和收发天线接收的通信扇区下行无线信号，评估所述无线信号质量。
15.如权利要求13所述的防辐射移动终端，其特征在于：
还包括射频接收模块或者信号质量测量模块，处理方向天线接收的通信扇区下行无线信号，评估所述无线信号质量。
16.如上述权利要求任意一项所述的防辐射移动终端，其特征在于：还包括辐射提醒装置，在终端使用收发天线进行上行发射时，向使用者发出提醒。
17.如权利要求16所述的防辐射移动终端，其特征在于：还包括辐射提醒装置的控制开关，可以选择关闭或者启动辐射提醒装置工作。
18.一种防辐射移动终端的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤a：根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线能否减小人体辐射，是则执行步骤b；
步骤b：用方向天线作为终端的上行发射天线。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：
步骤a还包括：否则执行步骤c；
并增加步骤c：用收发天线作为终端的上行发射天线。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，步骤a包括：
根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线的无线信号质量是否超过收发天线的无线信号质量，是则执行步骤b。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，
步骤a还包括：否则执行步骤d；
并增加步骤d：用收发天线作为终端的上行发射天线。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，步骤a包括：
根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否大于人体吸收功率比，是则执行步骤b。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，
步骤a还包括：否则执行步骤e；
并增加步骤e：用收发天线作为终端的上行发射天线。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，步骤a包括：
根据方向天线和收发天线的无线信号质量，判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否大于方向天线启动门限，所述方向天线启动门限为从人体吸收功率比到天线最大增益比的任意一值，是则执行步骤b。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于：
步骤a还包括：判断方向天线和收发天线的无线信号质量差是否小于方向天线停止门限，是则执行步骤f，所述方向天线停止门限为从人体吸收功率比到天线最大增益比的任意一值，并且方向天线启动门限大于等于方向天线停止门限；
并增加步骤f：用收发天线作为终端的上行发射天线。
26.如权利要求18至25中的任意一项所述的方法，其特征在于：
方向天线的无线信号质量和收发天线的无线信号质量为方向天线和收发天线分别接收的通信扇区下行无线信号质量。
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