TWI549362B

TWI549362B - 降低電磁波吸收比值的槽孔天線

Info

Publication number: TWI549362B
Application number: TW104119210A
Authority: TW
Inventors: 邱宗文; 游耀文; 魏嘉賢
Original assignee: 泓博無線通訊技術有限公司
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2016-09-11
Also published as: TW201644100A

Description

降低電磁波吸收比值的槽孔天線

【0001】

本發明係有關一種天線，尤指一種降低電磁波吸收比值的槽孔天線。

【0002】

生物體單位質量對電磁波能量比吸收率（Specific Absorption Ratio，SAR）指單位時間內單位質量吸收的電磁輻射能量。以行動電話輻射為例，SAR指的是輻射被人體軟組織吸收的比率，SAR值越低，輻射電磁波被人體吸收的量越少。

【0003】

因此，美國聯邦通信委員會(Federal Communications Commission，FCC)所制訂規定與歐盟國家的歐洲產品品質認證法規(Conformite European，CE)，係嚴格要求人體對電磁波的吸收比值(SAR)需在合理範圍之內，依據ECC規範則SAR值必須低於1.6W/Kg，依據CE規範則SAR值必須低於2.0W/Kg。

【0004】

為了符合上述的要求，同時滿足其他應用場景高傳輸效率的需求，許多業者在行動裝置所使用的天線本體兩側增加感應金屬及電容式近接感應器，在人體接近行動裝置時，人體與該感應金屬之間會產生一感應電容，人體與該感應金屬之間的距離決定了該感應電容的電容訊號大小，距離越近則產生的電容信號將越大，此電容信號經過近接感測器處理後，藉此控制行動裝置功率輸出，進而滿足在不同狀況之應用降低SAR值。雖然，此種的降低SAR值，可減少人體對電磁波輻射量吸收，但是此種天線結構在設計，會降低天線的輻射效率且感應金屬也會佔去天線的淨空區，增加天線設計的難度。

【0005】

另外,美國第8577289B2號發明專利案，亦將近接感應器與天線輻射體共構的技術，利用天線輻射體代替感應元件，可增大天線淨空區的使用，但是這種技術在天線輻射與近接感測之間容易相互干擾，有其設計上的極限。

【0006】

因此，本發明之主要目的，在於解決傳統技術的缺失，本發明使用槽孔當作輻射元件並將近接感測器安裝於天線的接地金屬層上，以該天線的接地金屬層一部份當作感應元件，不但降低天線輻射與近接感測之間干擾，也不會佔去天線的淨空區，更可以與電路整合在一起。

【0007】

為達上述之目的，本發明提供一種能夠降低電磁波吸收比值的槽孔天線，係與電子裝置電性連結，包括：一基板、一感應接地金屬層、一電路接地金屬層、一電容式近接感應器、一高頻隔離元件、一低頻隔離元件及一射頻電路。該基板上具有一表面，該表面上具有一第一固接區。該感應接地金屬層設於該基板的表面上，該感應接地金屬層上具有一射頻訊號饋入正端。該電路接地金屬層設於該基板的表面上，且鄰近該感應接地金屬層，與該感應接地金屬以一低頻隔離元件相接，使該感應接地金屬及該電路接地金屬層在高頻操作的條件下形成短路之邊界條件，並與該感應接地金屬層之間形成一輻射槽孔；另，於該電路接地金屬層上具對應該射頻訊號饋入正端的射頻訊號饋入負端，以及一第二固接區。該電容式近接感應器設於該基板表面上，與該第一固接區電性連結。該高頻隔離元件設於該基板的表面上，該高頻隔離元件一端與該感應接地金屬層電性連結，另一端與該電容式近接感應器電性連結，使低頻的感應機制與高頻的射頻訊號彼此獨立，降低彼此干擾。該二低頻隔離元件設於該基板的表面上，且位於該輻射槽孔二端上，該二低頻隔離元件一端與該感應接地金屬層電性連結，另一端與該電路接地金屬層電性連結。該射頻電路設於該基板的表面上，且電性連結於該第二固接區上。其中，以該感應接地金屬層感應一電容訊號，該電容訊號經該高頻隔離元件傳至該電容式近接感應器，由該電容式近接感應器將電容訊號轉換為數位訊號輸出，經由系統端判讀是否有人體接近，以調整功率輸出，兼顧無線通訊效能及減少人體電磁波吸收比值。

【0008】

在本發明之一實施例中，該第一固接區及該第二固接區上各具有複數走線與複數電性接點。

【0009】

在本發明之一實施例中，在槽孔天線處於高頻操作模式時，該高頻隔離元件呈現高阻抗狀態而趨近開路，在該槽孔天線處於低頻操作模式時，該高頻隔離元件係呈現低阻抗狀態而呈現短路；該高頻隔離元件為電感器。

【0010】

在本發明之一實施例中，更具有一微波訊號線，該微波訊號線與該射頻訊號饋入正端及該射頻訊號饋入負端電性連結。

【0011】

在本發明之一實施例中，在槽孔天線在高頻操作模式，該低頻隔離元件呈現短路，使該輻射槽孔之一端呈現短路邊界條件，該輻射槽孔形成四分之一波長共振的開放式的輻射槽孔；該低頻隔離元件為電容器。

【0035】

1‧‧‧基板

【0036】

11‧‧‧表面

【0037】

12‧‧‧第一固接區

【0038】

121‧‧‧走線

【0039】

122‧‧‧電性接點

【0040】

2‧‧‧感應接地金屬層

【0041】

21‧‧‧射頻訊號饋入正端

【0042】

3‧‧‧電路接地金屬層

【0043】

31‧‧‧射頻訊號饋入負端

【0044】

32‧‧‧第二固接區

【0045】

321‧‧‧走線

【0046】

322‧‧‧電性接點

【0047】

3a‧‧‧輻射槽孔

【0048】

4‧‧‧電容式近接感應器

【0049】

5‧‧‧高頻隔離元件

【0050】

6、6’‧‧‧低頻隔離元件

【0051】

7‧‧‧射頻電路

【0052】

8‧‧‧微波訊號線

【0012】

圖1，係本發明之槽孔天線的分解示意圖。

【0013】

圖2，係本發明之槽孔天線的組合示意圖。

【0014】

圖3，係本發明之槽孔天線與近接感測器的組合示意圖。

【0015】

圖4，係本發明之另一槽孔天線實施例示意圖。

【0016】

圖5，係圖4的槽孔天線的使用狀態示意圖。

【0017】

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，現在配合圖式說明如下：

【0018】

請參閱圖1，係本發明之槽孔天線的分解及組合示意圖。如圖所示：本發明之降低電磁波吸收比值(SAR)的槽孔天線，包括：一基板1、一感應接地金屬層2、一電路接地金屬層3、一電容式近接感應器4、一高頻隔離元件5、至少一低頻隔離元件6及一射頻電路7。

【0019】

該基板1，其上具有一表面11，該表面11上具有一第一固接區12，該第一固接區12上具有複數走線121及複數電性接點122。在本圖式中，該基板1為微波基板。

【0020】

該感應接地金屬層2，係設於該基板1的表面11上方位置，該感應接地金屬層2的邊緣上具有一射頻訊號饋入正端21。

【0021】

該電路接地金屬層3，係設於該基板1的表面11上，且位於該感應接地金屬層2的下方，與感應接地金屬2以一低頻隔離元件6相接，使該感應接地金屬層2及該電路接地金屬層3在高頻操作的條件下形成短路之邊界條件，使該電路接地金屬層3並與該感應接地金屬層2之間形成有一輻射槽孔3a。另於該電路接地金屬層3的邊緣上具有對應該射頻訊號饋入正端21的射頻訊號饋入負端31，以及該電路接地金屬層3上具有一第二固接區32，該第二固接區32上複數走線321及複數電性接點322。

【0022】

該電容式近接感應器(Capacitive Proximity Sensor)4，係以電性連結在該第一固接區12的該些電性接點122上，該電容式近接感應器4是以接受該感應接地金屬層2所感應的電容訊號後(人體越接近電容式近接感應器4所感應的電容訊號越強)，將電容訊號轉換後，並經由系統端判讀是否有人體接近，以調整該射頻電路7功率輸出，兼顧無線訊效能及減少人體電磁波吸收比值。

【0023】

該高頻隔離元件5，係以電性連結於該感應接地金屬層2及該電容式近接感應器4之間，在該槽孔天線處於高頻操作模式時，該高頻隔離元件5呈現高阻抗狀態而趨近開路，在有人體(或導體)接近時，該感應接地金屬層2與人體之間形成電容效應，該高頻隔離元件5係呈現低阻抗狀態而呈現導通狀態，該感應接地金屬層2所感應的電容，可通過該高頻隔離元件5而傳遞到該電容式近接感應器4，由該電容式近接感應器4將電容訊號轉換為一數位訊號輸出。在本圖式中，該高頻隔離元件5為電感器。

【0024】

該至少一低頻隔離元件6，係位於該輻射槽孔3a一端上，該低頻隔離元件6的一端與該感應接地金屬層2電性連結，另一端與電路接地金屬層3電性連結，在有人體接近時，該感應接地金屬層與人體之間形成電容效應，該低頻隔離元件6呈現開路
，電容訊號無法通過，在該槽孔天線在高頻操作模式時，該低頻隔離元件6呈現短路，此該輻射槽孔3a一端呈現短路邊界條件，此該輻射槽孔3a形成一四分之一波長的開輻射槽孔3a。在本圖式中，該低頻隔離元件6為電容器。

【0025】

該射頻電路7，係以電性連結於該第二固接區32上，該射頻電路7係以接收該電容式近接感應器4所輸出的訊號，以調整射頻電路功率輸出，或者將此訊號傳遞至所搭配使用的電子裝置(圖中未示)內部的控制電路或中央處理器(CPU)，以調整射頻電路功率輸出，兼顧無線通訊效能及減少人體電磁波吸收比值。

【0026】

請參閱圖3，係本發明之槽孔天線的使用狀態示意圖。如圖所示：在本發明之槽孔天線使用時，於該微波訊號線8一端與該射頻訊號饋入正端21及該射頻訊號饋入負端31電性連結，另一端與該電子裝置(圖中未示)內部的控制電路或中央處理器(CPU)或與射頻電路7電性連結。

【0027】

當使用者在使用電子裝置(如手機)，在人體接近到電子裝置時，以該感應接地金屬層2當做感應元件，在人體接近該電子裝置時，該人體與該感應接地金屬層2之間會產生一電容訊號，以該人體與該感應接地金屬層2之間的距離來決定該感應的電容訊號大小，距離越近則產生的電容訊號將越大，因此所產生的電容訊號經該高頻隔離元件5傳至該電容式近接感應器4，由該電容式近接感應器4將電容訊號做轉換呈數位訊號輸出後，經由系統端判讀是否有人體接近以調整射頻放大器端的功率輸出，減少人體電磁波吸收比值(SAR)。或者在射頻電路7處理後提供電子裝置內部的控制電路或中央處理器(CPU)，以調整射頻放大器端的功率輸出，減少人體電磁波吸收比值(SAR)。

【0028】

由於該低頻隔離元件6位於該電路接地金屬層3與該感應接地金屬層2之間，使感應偵測機制完全來自該感應接地金屬層2，而與該電路接地金屬層3無關，以避免的電子裝置的誤動作。

【0029】

請參閱圖4及圖5，係本發明之另一槽孔天線的實施例及圖4的槽孔天線的使用狀態示意圖。如圖所示：在本實施例中的槽孔天線與圖1~圖3大致相同，所不同處是在於該輻射槽孔3a的兩端上電性連結有二低頻隔離元件6、6’。在高頻天線操作模式時，該二低頻隔離元件6、6’呈現短路，此該輻射槽孔3a二端呈現短路邊界條件，此該輻射槽孔3a形成二分之一波長共振的閉輻射槽孔3a。

【0030】

同樣地，該微波訊號線8一端與該射頻訊號饋入正端21及該射頻訊號饋入負端31電性連結，另一端與該射頻電路7電性連結。

【0031】

當使用者在使用電子裝置(如手機)，在人體接近到電子裝置時，以該感應接地金屬層2當做感應元件，在人體接近該電子裝置時，該人體與該感應接地金屬層2之間會產生一感應的電容訊號，以該人體與該感應元地金屬層2之間的距離來決定該感應的電容訊號大小，距離越近則產生的電容訊號將越大，因此感應的電容訊號經該高頻隔離元件5傳至該電容式近接感應器4，由該電容式近接感應器4將電容訊號轉換呈數位訊號輸出後，經由系統端判讀是否有人體接近，以調整射頻放大器端的功率輸出，減少人體電磁波吸收比值(SAR)。或者在射頻電路7處理後提供電子裝置內部的控制電路或中央處理器(CPU)，以調整射頻放大器端的功率輸出，減少人體電磁波吸收比值(SAR)。

【0032】

由於該二低頻隔離元件6、6’位於該電路接地金屬層3與該感應接地金屬層2之間，使感應偵測機制完全來自該感應接地金屬層2，而與該電路接地金屬層3無關，以避免的電子裝置的誤動作。

【0033】

此設計使天線的接地干擾少，不佔天線的淨空區，且可以與電路整合在一起。

【0034】

上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。