TWI521896B - 可降低特定吸收率之射頻收發裝置 - Google Patents

可降低特定吸收率之射頻收發裝置 Download PDF

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Description

可降低特定吸收率之射頻收發裝置
本發明係指一種射頻收發裝置，尤指一種可降低特定吸收率並保持天線效率及天線輻射體結構之射頻收發裝置。
無線通訊裝置係透過天線發射或接收無線電波，以傳遞或交換無線電訊號，進而存取一無線通訊系統。無線電波是一種高頻振盪的弦波訊號，因此世界各國對於其能量都有一定的規範，主要目的是避免對使用者造成影響或干擾其它無線通訊裝置的運作。舉例來說，國際非游離輻射防護委員會(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection)建議人體特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)之值不應超過2.0W/Kg，而美國聯邦通訊委員會(Federal Communications Commission，FCC)則建議不超過1.6W/Kg。人體特定吸收率是指一般電磁輻射環境中生物體單位質量對電磁波能量比吸收率，此數值以W/Kg作為單位。除此之外，不同通訊產品所應用的環境不同，因此會進一步考量距離因素，例如，對於行動電話、智慧型手機等手持式無線通訊裝置，一般是規定距離人體20cm時必需測試SAR值。
如本領域所熟知，提升天線效能會增加輻射能量進而增加SAR值，故提升天線效能同時降低無線通訊裝置對外的干擾(即SAR值)往往存在矛盾。在此情形下，如何維持天線效能同時降低SAR值也就成為業界所努力的目標之一。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種可降低特定吸收率之射 頻收發裝置，以改善習知技術的缺點。
本發明揭露一種射頻收發裝置，可降低特定吸收率，包含有一天線，包含有一輻射元件及一接地元件，該輻射元件於一第一平面上大致沿一第一方向延伸；以及一特定吸收率抑制單元，於該第一平面上大致沿該第一方向並沿該天線之該輻射元件之一邊緣延伸，且與該輻射元件之該邊緣相距一間距，用來降低該天線之特定吸收率。
10‧‧‧無線通訊裝置
102、202、702、802、902、1202、 1302‧‧‧SAR抑制單元
104、204、1104‧‧‧天線
106‧‧‧輻射元件
108‧‧‧接地元件
d‧‧‧間距
W‧‧‧寬度
L‧‧‧長度
20、70、80、90、110、1200、1300‧‧‧射頻收發裝置
d1、d2‧‧‧距離
第1A圖為本發明實施例一無線通訊裝置之示意圖。
第1B圖為使用者操作第1A圖之無線通訊裝置時三種主要使用狀況之示意圖。
第1C圖為第1A圖中一SAR抑制單元與一天線之結構示意圖。
第2圖為本發明實施例一射頻收發裝置之示意圖。
第3A、3B、4A、4B圖為第2圖之射頻收發裝置加入SAR抑制單元前後，其天線之輻射場型的模擬結果。
第5A、5B、6A、6B圖為第2圖之射頻收發裝置加入SAR抑制單元202前後，其天線之電場示意圖。
第7、8、9圖分別為本發明實施例射頻收發裝置之示意圖。
第10圖為本發明實施例一射頻收發裝置之立體示意圖。
第11圖為本發明實施例一天線之示意圖。
第12、13圖為本發明實施例射頻收發裝置之示意圖。
第14圖為第11圖之天線、第12圖之射頻收發裝置及第13圖之射頻收發裝置之電壓駐波比示意圖。
第15A~15C圖分別為第11圖之天線、第12圖之射頻收發裝置及第13圖之射頻收發裝置於2.21GHz之電場示意圖。
第16A~16C圖分別為第11圖之天線、第12圖之射頻收發裝置及第13 圖之射頻收發裝置於2.21GHz之SAR分佈示意圖。
第17A~17C圖分別為第11圖之天線、第12圖之射頻收發裝置及第13圖之射頻收發裝置於2.21GHz之表面電流(Jsurf)分佈示意圖。
第18A~18C圖分別為第11圖之天線、第12圖之射頻收發裝置及第13圖之射頻收發裝置於5.51GHz之電場示意圖。
第19A~19C圖分別為第11圖之天線、第12圖之射頻收發裝置及第13圖之射頻收發裝置於5.51GHz之SAR分佈示意圖。
第20A~20C圖分別為第11圖之天線、第12圖之射頻收發裝置及第13圖之射頻收發裝置於5.51GHz之表面電流(Jsurf)分佈示意圖。
請參考第1A圖及第1B圖，第1A圖為本發明實施例一無線通訊裝置10之示意圖，而第1B圖為使用者操作無線通訊裝置10時三種主要使用狀況之示意圖。無線通訊裝置10可為筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機等，其包含有一特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)抑制單元102及一天線104。天線104主要由一輻射元件106及一接地元件108(及未繪示於第1A圖之一饋入單元)所組成，用來發射及接收射頻訊號。SAR抑制單元102可為一傳導性元件、一導磁元件(如鐵氧體)等，用來降低無線通訊裝置10之SAR值。進一步地，請參考第1C圖，第1C圖為SAR抑制單元102與天線104之結構示意圖。如第1C圖所示，SAR抑制單元102大致設置於天線104之輻射元件106之周圍，即靠近輻射元件106之處，並沿輻射元件106之一邊緣延伸。此外，第1C圖另標示有一YZ平面座標系，即輻射元件106係設置於YZ平面，並沿第1C圖之水平方向(或第一方向)Y延伸，而SAR抑制單元102同樣設置於YZ平面，並沿第1C圖之水平方向Y及輻射元件106之邊緣延伸。
在第1C圖中，「d」表示SAR抑制單元102與天線104之間距，其大致介於0.1mm與10mm之間；「W」表示SAR抑制單元102之寬度，其 大致大於0.1mm；以及「L」表示SAR抑制單元102的長度，其大致等於天線104最低操作頻率所對應的四分之一波長。藉此架構，SAR抑制單元102可降低天線104每一操作頻帶的SAR值，同時保持天線效率並維持天線輻射體結構。
舉例來說，請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一射頻收發裝置20之示意圖，其中並標示一X-Y-Z座標系。射頻收發裝置20包含一SAR抑制單元202及一天線204，其可實現第1A~1C圖之特定吸收率抑制單元102及天線104，而應用於無線通訊裝置10。SAR抑制單元202係根據前述規則(即設置位置、長度、寬度、與天線204之間距等)而設計及配置，故可降低天線204每一操作頻帶的SAR值，同時保持天線效率並維持天線輻射體結構，相關量測結果可參考表1至表5，如下所示：
表3
表1至表4分別表示射頻收發裝置20加入SAR抑制單元202前後，針對三個測試位置(參考第1B圖之正面、邊緣、底部)，於頻率2462MHz及5785MHz之SAR值量測結果；而表5表示加入SAR抑制單元202前後，天線204於802.11a、802.11g兩頻帶之被動增益量測結果。其中，由表1至表4可知，SAR抑制單元202可明顯降低SAR值，例如於位置1可降低2462MHz的SAR值約0.46(W/kg)以及5785MHz的SAR值約2.8(W/kg)。因此，SAR抑制單元202可於不同操作頻率有效地降低SAR值。此外，由表5可知，加入SAR抑制單元202前後，天線204之被動增益大致維持於相近程度，亦即SAR抑制單元202在降低SAR值的同時，仍維持天線效率。
更進一步地，請參考第3A、3B、4A、4B圖，第3A、3B、4A、4B圖顯示了射頻收發裝置20加入SAR抑制單元202前後，天線204之輻射場型的模擬結果。其中，第3A、3B圖分別為使用HFSS電磁模擬軟體模擬加入SAR抑制單元202前後，於2GHz，天線204之XZ及YZ平面(XZ、YZ平面與天線204之關係可參考第2圖)輻射場型的模擬結果示意圖。而第4A、4B圖分別為使用HFSS電磁模擬軟體模擬加入SAR抑制單元202前後，於5GHz，天線204之XZ及YZ平面輻射場型的模擬結果示意圖。在第3A、3B、4A、4B圖中，虛線表示加入SAR抑制單元202前之輻射場型模擬結果，而實線表示加入SAR抑制單元202後之輻射場型模擬結果。因此，由第3A、3B、4A、4B圖可知，加入SAR抑制單元202後，天線204的增益不論是XZ或YZ平面，在2GHz或5GHz的0°附近皆會降低2至3dB，如此達到了改變場型，以降低SAR值。
此外，第5A、5B圖分別為加入SAR抑制單元202前後，天線204於2GHz之電場示意圖；而第6A、6B圖分別為加入SAR抑制單元202前後，天線204於5GHz之電場示意圖。由第5A、5B、6A、6B圖可知，加 入SAR抑制單元202後在Z+方向的電場強度會降低許多，以降低SAR值。
需注意的是，射頻收發裝置20係為本發明之實施例，本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾，而不限於此。舉例來說，天線204之型式、SAR抑制單元202之形狀、尺寸、材質、與天線204之距離等皆可根據不同系統需求而適當變化，不限於此。請參考第7圖至第9圖，第7圖至第9圖分別為本發明實施例射頻收發裝置70、80、90之示意圖。射頻收發裝置70、80、90係將射頻收發裝置20之SAR抑制單元202置換為SAR抑制單元702、802、902，其餘結構則大致相同，故SAR抑制單元702、802、902可降低天線204每一操作頻帶的SAR值，同時保持天線效率並維持天線輻射體結構。其中，SAR抑制單元702、802與SAR抑制單元202之主要差異在於SAR抑制單元702、802分別於一側包含一彎折，而SAR抑制單元902與SAR抑制單元202之主要差異則在於SAR抑制單元902之兩側皆包含彎折。
另一方面，在前述實施例中，SAR抑制單元202與天線204皆是在同一平面延伸，但不限於此。舉例來說，請參考第10圖，第10圖為本發明實施例一射頻收發裝置110之立體示意圖。射頻收發裝置110之架構與射頻收發裝置20類似，不同之處在於射頻收發裝置110之SAR抑制單元1102係沿XY平面延伸，而天線204是沿YZ平面延伸；換言之，SAR抑制單元1102與天線204係沿不同平面延伸，仍符合本發明之範疇，故SAR抑制單元1102可降低天線204每一操作頻帶的SAR值，同時保持天線效率並維持天線輻射體結構。
此外，天線204僅用以舉例說明之用，實際上，SAR抑制單元202或其變化(如第7、8、9圖之SAR抑制單元702、802、902等)可適用於各種形式之天線，並可依不同需求而適當調整。舉例來說，第11圖為本發明實施例一天線1104之示意圖。天線1104之基本架構與天線204類似，亦可操作於雙頻(2GHz、5GHz)，故可將SAR抑制單元202或其變化應用於天線1104，以降低天線1104每一操作頻帶的SAR值，同時保持天線效率並維持 天線輻射體結構。例如，第12圖及第13圖為本發明實施例射頻收發裝置1200、1300之示意圖。射頻收發裝置1200、1300係分別於天線1104之輻射元件的周圍增加SAR抑制單元1202、1302，差異僅在於SAR抑制單元1202、1302相對於天線1104之距離分別為d1、d2。在此情形下，射頻收發裝置1200、1300可達到不同的SAR值抑制效果。
詳細來說，請參考第14、15A~15C、16A~16C、17A~17C、18A~18C、19A~19C以及20A~20C圖。第14圖為第11圖之天線1104、第12圖之射頻收發裝置1200及第13圖之射頻收發裝置1300之電壓駐波比示意圖，其中實線表示未加入SAR抑制單元1202或1302之天線1104之電壓駐波比曲線，虛線表示射頻收發裝置1200之電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)曲線，以及點線表示射頻收發裝置1300之電壓駐波比曲線。由第14圖可知，即使加入SAR抑制單元1202及1302，射頻收發裝置1200及射頻收發裝置1300仍可正確操作於雙頻，以維持天線1104之輻射體結構。另外，第15A~15C圖分別為第11圖之天線1104、第12圖之射頻收發裝置1200及第13圖之射頻收發裝置1300於2.21GHz之電場示意圖；第16A~16C圖分別為第11圖之天線1104、第12圖之射頻收發裝置1200及第13圖之射頻收發裝置1300於2.21GHz之SAR分佈示意圖；第17A~17C圖分別為第11圖之天線1104、第12圖之射頻收發裝置1200及第13圖之射頻收發裝置1300於2.21GHz之表面電流(Jsurf)分佈示意圖；第18A~18C圖分別為第11圖之天線1104、第12圖之射頻收發裝置1200及第13圖之射頻收發裝置1300於5.51GHz之電場示意圖；第19A~19C圖分別為第11圖之天線1104、第12圖之射頻收發裝置1200及第13圖之射頻收發裝置1300於5.51GHz之SAR分佈示意圖；第20A~20C圖分別為第11圖之天線1104、第12圖之射頻收發裝置1200及第13圖之射頻收發裝置1300於5.51GHz之表面電流(Jsurf)分佈示意圖。由第15A~15C、16A~16C、17A~17C、18A~18C、19A~19C以及20A~20C圖可知，不論在2.21GHz或5.51GHz，SAR抑制單元1202 或1302確實可降低天線1104在垂直方向之電場，故可降低SAR值，同時對表面電流影響不大，故可維持相近之天線效率。
在習知技術中，要降低無線通訊裝置對外的干擾(即SAR值)往往會降低天線效能，造成維持天線效能及降低SAR值兩者無法兼得。相較之下，本發明係於天線輻射元件周圍增加SAR抑制單元，其不僅可降低每一操作頻帶之SAR值，更重要的是可保持天線效率，進而維持天線輻射體結構。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧無線通訊裝置
102‧‧‧SAR抑制單元
104‧‧‧天線
106‧‧‧輻射元件
108‧‧‧接地元件

Claims (9)

  1. 一種射頻收發裝置，可降低特定吸收率，包含有：一天線，包含有一輻射元件及一接地元件，該輻射元件於一第一平面上大致沿一第一方向延伸；以及一特定吸收率抑制單元，於該第一平面上大致沿該第一方向並沿該天線之該輻射元件之一邊緣延伸，且與該輻射元件之該邊緣相距一間距，用來降低該天線之特定吸收率。
  2. 如請求項1所述之射頻收發裝置，其中該特定吸收率抑制單元係一傳導性元件。
  3. 如請求項1所述之射頻收發裝置，其中該天線操作於複數個頻帶，該特定吸收率抑制單元用來降低該天線之該複數個頻帶之特定吸收率。
  4. 如請求項3所述之射頻收發裝置，其中該特定吸收率抑制單元之一長度大致相關於該複數個頻帶中一最低頻帶所對應之四分之一波長。
  5. 如請求項1所述之射頻收發裝置，其中該特定吸收率抑制單元與該輻射元件之該邊緣的該間距大致介於0.1mm與10mm之間。
  6. 如請求項1所述之射頻收發裝置，其中該特定吸收率抑制單元於該第一平面之一寬度大致大於0.1mm。
  7. 如請求項1所述之射頻收發裝置，其中該特定吸收率抑制單元係設置於該第一平面上。
  8. 如請求項1所述之射頻收發裝置，其中該特定吸收率抑制單元係設置於一第二平面，並具有一部分設置於該第一平面上而大致沿該第一方向且沿該天線之該輻射元件之該邊緣延伸，該第二平面相異於該第一平面。
  9. 如請求項1所述之射頻收發裝置，其中該特定吸收率抑制單元包含至少一彎折。
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