帶u字型高阻抗表面金屬條接地的天線及其無線通訊裝置的製作方法
2023-05-19 15:29:06 3
專利名稱：帶u字型高阻抗表面金屬條接地的天線及其無線通訊裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線通信裝置的天線領域，更具體的說，改進涉及的是一種帶U 字型高阻抗表面金屬條接地的天線及其無線通訊裝置。
背景技術：
無線通訊裝置在通訊過程中所發射的無線電波，使用戶暴露在可計量的射頻電磁輻射中；如使用手機等移動終端本身在通話時，往往會使頭部處於手機所發射的電磁輻射場內；為此，包括中國在內的各國政府均制定了全面而安全的準則和規範來管理和約束射頻能源的暴露問題；其中，比吸收率(SAR，Specific Absorption Rate)就是很重要的一個評估參數，意為電磁波吸收比值，是手機或無線通訊產品的電磁波能量吸收比值；通俗地講，就是測量手機輻射對人體尤其是頭部的影響是否符合標準。這也是測量人體在使用移動終端時所吸收的射頻能量的數量的單位，用作對人體保護的標準。目前，移動終端已經被設計為能夠在這些極為嚴格的限度內使用，因此各種用於減小SAR的裝置和方法正被研發；例如，在移動終端上附加吸收電磁波的材料，或者通過金屬件的布置優化射頻感應電流，以及複雜的天線設計被用來降低比吸收率等等，但是，這些設計方法往往受到移動終端類型的影響很大，不具有通用性和普遍實用性。因此，現有技術尚有待改進和發展。
實用新型內容本實用新型的目的在於，提供一種帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線及其無線通訊裝置，既可降低天線對人體產生的輻射又不會對通訊質量產生影響，還具有普遍適用性。本實用新型的技術方案如下一種帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，包括天線輻射單元及其接地板，其中在接地板上間隔設置有多個高阻抗表面單元；每個高阻抗表面單元均由三段高阻抗表面金屬條連接組成U字型；在U字型底邊上設置有高阻抗表面過孔；高阻抗表面單元之間經由高阻抗表面過孔相互連接。所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其中接地板為印刷電路板；高阻抗表面單元位於印刷電路板表面；高阻抗表面過孔穿過印刷電路板設置。所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其中高阻抗表面金屬條的線寬為Imm ；U字型高阻抗表面單元的寬度為6mm ；U字型高阻抗表面單元的高度為8mm ；高阻抗表面單元之間的間隔為0. 5mm。所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其中U字型高阻抗表面單元在接地板上成行設置。所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其中u字型底邊的高阻抗表面金屬條與高阻抗表面單元形成的行相平行設置。所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其中u字型高阻抗表面單元在接地板上成列設置。所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其中U字型兩側邊的高阻抗表面金屬條與高阻抗表面單元形成的列相平行設置。所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其中U字型高阻抗表面單元之間相對應的高阻抗金屬條平行設置。所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其中其特徵在於天線輻射單元為平面倒F型天線。一種無線通訊裝置，包括外殼和通訊用的天線；天線設置在外殼內部，包括天線輻射單元及其接地板；其中在接地板上間隔設置有多個高阻抗表面單元；每個高阻抗表面單元均由三段高阻抗表面金屬條連接組成U字型；在U字型底邊上設置有高阻抗表面過孔； 高阻抗表面單元之間經由高阻抗表面過孔相互連接。本實用新型所提供的一種帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線及其無線通訊裝置，由於採用了多個經由高阻抗表面過孔連接的且由三段高阻抗表面金屬條連接組成U 字型高阻抗表面單元，一方面抑制或阻止了表面波沿其表面傳播，另一方面同相位反射了垂直其表面入射的平面波；利用了高阻抗表面抑制表面波的特性，放置於天線周圍，降低了對人頭方向的輻射，即降低了無線通訊裝置的天線在工作時對人體方向的輻射，減少了頭部吸收的輻射能量，降低了比吸收率；同時不會削弱平面波的能量，避免對信號強度產生影響，不會降低天線輻射性能，不會對通訊質量產生影響，具有通用性和普遍適用性。
圖1是本實用新型帶U字型高阻抗表面金屬條接地天線結構的立體示意圖。圖2是本實用新型中設置在接地板上的U字型高阻抗表面單元示意圖。圖3是本實用新型帶U字型高阻抗表面金屬條接地天線結構的側視示意圖。圖4是本實用新型中設置在接地板上的U字型高阻抗表面單元的工作原理示意圖。圖5是本實用新型中設置在接地板上的U字型高阻抗表面單元的等效電路示意圖。圖6是本實用新型無線通訊裝置中的天線有無U字型高阻抗表面單元的回波損耗測試曲線對比圖。圖7是本實用新型無線通訊裝置中的天線有無U字型高阻抗表面單元的比吸收率測試曲線對比圖。
具體實施方式
以下將結合附圖，對本實用新型的具體實施方式
和實施例加以詳細說明，所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並非用於限定本實用新型的具體實施方式
。本實用新型的一種帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其具體實施方式
之一，如圖1所示，包括天線輻射單元120及其接地板110 ；其中，在接地板110上間隔設置有多個高阻抗表面單元；每個高阻抗表面單元均由三段高阻抗表面金屬條130連接組成U字型；在U字型底邊的高阻抗表面金屬條130上設置有高阻抗表面過孔160 ；高阻抗表面單元之間的高阻抗表面金屬條130由其上的高阻抗表面過孔160相互連接。基於上述帶U字型高阻抗表面金屬條130接地的天線，本實用新型還提出了一種無線通訊裝置，其具體實施方式
之一，包括外殼和通訊用的天線；天線設置在外殼內部，包括天線輻射單元120及其接地板110 ；其中，在接地板110上間隔設置有多個高阻抗表面單元；每個高阻抗表面單元均由三段高阻抗表面金屬條130連接組成U字型；在U字型底邊的高阻抗表面金屬條130上設置有高阻抗表面過孔160 ；高阻抗表面單元之間的高阻抗表面金屬條130由其上的高阻抗表面過孔160相互連接。本實用新型所述的高阻抗表面，指的是在天線的接地板110上構建的可以阻止電磁波傳播的表面結構，即對某一頻段的表面波具有高阻抗特性；具體來說，一是對其表面傳播的頻率位於其阻帶之內的表面波具有抑制作用，或者說不支持頻段位於其阻帶之內的表面波的傳播；二是對垂直於其表面入射的頻率位於其阻帶之內的平面波具有同相位反射的效果，即反射波與入射波的相位沒有發生變化。本文所說的接地板110具體指的是整個印刷電路板，而高阻抗表面替代的則是位於天線下方的部分接地板110。而對於垂直於金屬表面入射的平面波，金屬表面會使該平面波的相位發生180° 的相位變化，如果天線的接地板110是完整金屬，對其表面傳播的表面波，不管頻率是否位於其阻帶之內，其對表面波的阻抗為零；與現有技術中的以完整的金屬板接地的天線及其無線通訊裝置相比，本實用新型所提供的以高阻抗表面單元接地的天線及其無線通訊裝置，由於採用了多個經由高阻抗表面過孔160連接的且由三段高阻抗表面金屬條130連接組成U字型高阻抗表面單元，一方面抑制或阻止了表面波沿其表面傳播，另一方面同相位反射了垂直其表面入射的平面波；利用了高阻抗表面抑制表面波的特性，放置於天線周圍， 降低了對人頭方向的輻射，即降低了無線通訊裝置的天線在工作時對人體方向的輻射，減少了頭部吸收的輻射能量，降低了比吸收率；同時不會削弱平面波的能量，避免對信號強度產生影響，不會降低天線輻射性能，不會對通訊質量產生影響，具有通用性和普遍適用性。假設天線輻射單元120是一種平面倒F型天線，如圖1所示，天線輻射單元120上有兩個終端開路的分支，其工作原理為四分之一波長諧振；外側較寬長度較短的是高頻分支，內側較窄長度較長的是低頻分支。通過天線輻射單元120的接地腳140和天線輻射單元120的饋入腳150與印刷電路板的射頻收發電路相連接。在本實用新型帶U字型高阻抗表面金屬條130接地的天線及其無線通訊裝置的優選實施方式中，如圖2所示，接地板110為印刷電路板；高阻抗表面單元位於印刷電路板表面；高阻抗表面過孔160穿過印刷電路板設置；利用印刷電路板表面上的覆銅層製作U字型高阻抗表面金屬條130，以及利用印刷電路板上的通孔製作高阻抗表面過孔160。較好的是，如圖3所示，高阻抗表面過孔160穿過印刷電路板設置，U字型高阻抗表面金屬條130通過其底邊的高阻抗表面過孔160，與印刷電路板的下表面金屬層形成電氣連接，以實現高阻抗表面單元的接地。具體的，U字型的高阻抗表面金屬條130設置在印刷電路板的上表面，印刷電路板的下表面由完整的金屬層組成。U字型高阻抗表面金屬條130儘可能平鋪在金屬電路板的上表面，特別是天線輻射單元120所覆蓋的下方區域，以替代原有的整塊金屬層作為天線輻射單元120新的接地面，即實現將零歐姆的接地面過渡到阻抗無窮大的接地面。優選地，如圖2所示，高阻抗表面金屬條130的線寬B為Imm ；U字型高阻抗表面單元的寬度W為6mm ;U字型高阻抗表面單元的高度H為8mm ；高阻抗表面單元之間的間隔δ 為 0. 5mmο進一步地，U字型高阻抗表面單元在接地板110上成行設置；其中，U字型底邊的高阻抗表面金屬條130與高阻抗表面單元形成的行相平行設置。以及，U字型高阻抗表面單元在接地板110上成列設置；其中，U字型兩側邊的高阻抗表面金屬條130與高阻抗表面單元形成的列相平行設置。優選地，U字型高阻抗表面單元之間相對應的高阻抗金屬條平行設置。當然，U字型高阻抗表面單元中位於兩側和/或底部的高阻抗表面金屬條130也可與高阻抗表面單元形成的行或列傾斜設置。由於印刷電路板的介電常數以及厚度將會影響到U字型金屬條的結構尺寸大小， 所以在設計時可通過調整U字型金屬條的長度、寬度以及U字型金屬條之間的間隙，來優化高阻抗表面單元的工作頻帶，以使其位於通信制式的發射信道範圍內。本實用新型的天線及其無線通訊裝置的接地所採用的U字型高阻抗表面金屬條 130，該結構的電磁特性可以用集總電路元件、電容和電感來描述。其等效電路參數表現為並聯諧振的LC電路，如圖5所示，其作用可看作一種二維電濾波器以阻止電流沿其表面流動。如圖4所示，當U字型金屬條連同接地過孔與電磁波相互作用時，在U字型金屬條上將產生感應電流，平行於頂部表面的電壓作用，導致在U字型金屬條的兩端累積出電荷， 因此可等效於電容效應。而電荷在金屬過孔和印刷電路板的下表面之間來回流動形成電流環路，同電流聯繫在一起的是磁場和電感，其電容和電感的示意圖如圖4所示，其等效諧振電路如圖5所示。在低於諧振頻率時表面阻抗呈現電感性，而在高於諧振頻率時，表面阻抗呈現電容性，在諧振頻率附近，表面阻抗是很大的值，等效為無窮大。設計過程中，若使U字型金屬片連同過孔的單元結構諧振在通信制式的無線發射信道的頻帶內，則該結構將在此頻帶內形成無限大的阻抗，阻止射頻表面電流的通過，從而減小該頻帶內的比吸收率。如圖6所示，虛線A為有高阻抗表面單元接地的情況下平面倒F型天線的回波損耗測試曲線圖，實線B為無高阻抗表面單元接地的情況下平面倒F型天線的回波損耗測試曲線圖；從曲線A上看，加載U字型高阻抗表面金屬條130以及高阻抗表面過孔160對回波損耗的影響並不大，由此保證了輻射性能基本不受影響。如圖7所示，虛線A為有高阻抗表面單元接地的情況下平面倒F型天線的比吸收率測試曲線圖，實線B為無高阻抗表面單元接地的情況下平面倒F型天線的比吸收率測試曲線圖；從虛線A上看，加載U字型高阻抗表面金屬條130以及高阻抗表面過孔160有效地降低比吸收率，較同頻點的比吸收率均可下降30%左右。應當理解的是，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不足以限制本實用新型的技術方案，對本領域普通技術人員來說，在本實用新型的精神和原則之內，可以根據上述說明加以增減、替換、變換或改進，例如，天線輻射單元120包括單不限於是平面型倒F型天線，也可以是多頻段天線等，而所有這些增減、替換、變換或改進後的技術方案，都應屬於本實用新型所附權利要求的保護範圍。
權利要求1.一種帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，包括天線輻射單元及其接地板，其特徵在於在接地板上間隔設置有多個高阻抗表面單元；每個高阻抗表面單元均由三段高阻抗表面金屬條連接組成U字型；在U字型底邊上設置有高阻抗表面過孔；高阻抗表面單元之間經由高阻抗表面過孔相互連接。
2.根據權利要求1所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其特徵在於接地板為印刷電路板；高阻抗表面單元位於印刷電路板表面；高阻抗表面過孔穿過印刷電路板設置。
3.根據權利要求1所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其特徵在於高阻抗表面金屬條的線寬為Imm ；U字型高阻抗表面單元的寬度為6mm ；U字型高阻抗表面單元的高度為8mm ；高阻抗表面單元之間的間隔為0. 5mm。
4.根據權利要求1所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其特徵在於U字型高阻抗表面單元在接地板上成行設置。
5.根據權利要求4所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其特徵在於U字型底邊的高阻抗表面金屬條與高阻抗表面單元形成的行相平行設置。
6.根據權利要求1所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其特徵在於U字型高阻抗表面單元在接地板上成列設置。
7.根據權利要求6所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其特徵在於U字型兩側邊的高阻抗表面金屬條與高阻抗表面單元形成的列相平行設置。
8.根據權利要求1所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其特徵在於U字型高阻抗表面單元之間相對應的高阻抗金屬條平行設置。
9.根據權利要求1至8中任一所述的帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線，其特徵在於天線輻射單元為平面倒F型天線。
10.一種無線通訊裝置，包括外殼和通訊用的天線；天線設置在外殼內部，包括天線輻射單元及其接地板；其特徵在於在接地板上間隔設置有多個高阻抗表面單元；每個高阻抗表面單元均由三段高阻抗表面金屬條連接組成U字型；在U字型底邊上設置有高阻抗表面過孔；高阻抗表面單元之間經由高阻抗表面過孔相互連接。
專利摘要本實用新型公開了帶U字型高阻抗表面金屬條接地的天線及其無線通訊裝置，天線設置在外殼內部，包括天線輻射單元及其接地板；在接地板上間隔設置有多個高阻抗表面單元；每個高阻抗表面單元均由三段高阻抗表面金屬條連接組成U字型；在U字型底邊上設置有高阻抗表面過孔，用於連接高阻抗表面單元之間的高阻抗表面金屬條。由於採用了多個U字型高阻抗表面單元，一方面抑制或阻止了表面波沿其表面傳播，另一方面同相位反射了垂直其表面入射的平面波；利用了高阻抗表面抑制表面波的特性，放置於天線周圍，降低了對人頭方向的輻射，減少了頭部吸收的輻射能量，降低了比吸收率；同時不會降低天線輻射性能，不會對通訊質量產生影響，具有通用性和普遍適用性。
文檔編號H01Q1/48GK201946752SQ201020645670
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月7日 優先權日2010年12月7日
發明者張蓮 申請人:惠州Tcl移動通信有限公司