多輸入多輸出天線系統(tǒng)和輻射吸收方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多輸入多輸出天線系統(tǒng)和輻射吸收方法。涉及移動(dòng)通信【技術(shù)領(lǐng)域】；解決了降低SAR值的問題。該系統(tǒng)包括：耦合的MIMO天線與PCB板，該系統(tǒng)還包括一通過PCB板與所述MIMO天線耦合的金屬輻射貼片，所述金屬輻射片為二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)，所述PCB板處于所述MIMO天線與所述金屬輻射片之間，所述MIMO天線與所述PCB板、所述金屬輻射貼片俯視重合；所述二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)吸收所述MIMO天線發(fā)出的頻率在所述二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)帶隙外的電磁波。本發(fā)明提供的技術(shù)方案適用于電子電氣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了易實(shí)施的SAR值降低手段。
【專利說明】多輸入多輸出天線系統(tǒng)和輻射吸收方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)終端通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用來降低移動(dòng)終端多輸入多輸 出（MM0)天線的SAR值，在保證其正常通信效率的前提下降低對人體的輻射傷害的MM0天 線系統(tǒng)和輻射吸收方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，很多人都已經(jīng)知道電磁輻射可以直接對人體的器官、細(xì)胞或者神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn) 生危害，這是電磁場的生物電磁效應(yīng)，為了表征電磁波與生物體相互作用后電磁波對人體 的作用程度，人們提出了比吸收率的概念-SAR(SpecificAbsorptionRate)，比吸收率 是指單位質(zhì)量的生物體(包括人體)在單位時(shí)間內(nèi)吸收的電磁輻射能量(瓦)，單位W/Kg。這 些電磁輻射不僅僅局限于大型電機(jī)設(shè)備，我們?nèi)粘Ｉ钪械谋?、電腦、PDA等均可作為輻 射源，尤其目前快速發(fā)展的移動(dòng)通信終端，用戶對信息傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度要求越來越高，能 夠有效實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的MM0技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，而承載著MM0多天線系統(tǒng)進(jìn)行大容量信息傳 輸?shù)囊苿?dòng)終端也不可避免的帶來了更多的電磁輻射弊端。MIM0系統(tǒng)的移動(dòng)終端設(shè)備要求安 置多根天線，如何在滿足相應(yīng)的帶寬、增益、隔離度等電性能指標(biāo)的同時(shí)，不增加多天線系 統(tǒng)對人體的SAR值，這對天線設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。
[0003] 目前，通常用來降低天線系統(tǒng)SAR值的方法主要有：（1)在終端的內(nèi)殼或外殼上 涂覆屏蔽材料，使終端發(fā)射電磁信號時(shí)，朝向人體的有害電磁波能夠被屏蔽掉，以此來降低 SAR值，但這種方法導(dǎo)致屏蔽層在屏蔽有害電磁波的同時(shí)也降低了信號的傳輸效率，而且隨 著時(shí)間的積累屏蔽層也會(huì)漸漸變薄失去屏蔽作用；（2)在天線與人體模型之間加入導(dǎo)體材 料，利用導(dǎo)體材料將射向人體的電磁波反射，使天線方向圖由圓形變成心形方向圖，進(jìn)而降 低終端天線SAR值，但該反射板要根據(jù)不同的主機(jī)天線形狀進(jìn)行針對設(shè)計(jì)，成本較高；（3) 在靠近人體的一側(cè)加入鐵氧體材料等磁性材料能夠有效降低天線SAR值，在目前降低SAR 值的方法中，該方法占主導(dǎo)地位，不過電磁波由低磁導(dǎo)率向高磁導(dǎo)率方向傳播的特性，導(dǎo)致 有用信號也會(huì)被隔離，降低了通信效率；（4)還可以通過降低發(fā)射功率來減小SAR值，但發(fā) 射功率又與信號傳輸能量成正比，所以要找到協(xié)調(diào)點(diǎn)才能達(dá)到共贏，隨機(jī)性比較大。
[0004] 而在移動(dòng)終端要解決多天線SAR值降低的問題，就面臨著面積小，體積薄，同時(shí)保 證輻射效率及通信質(zhì)量等挑戰(zhàn)，上文提到的已有的減小SAR值的方法都有利有弊，但缺乏 靈活性，難以適應(yīng)目前快速發(fā)展的通信行業(yè)現(xiàn)狀，亟待一種新的降低SAR值的方法來改變 現(xiàn)狀。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種MM0天線系統(tǒng)，解決了降低SAR值的問題。
[0006] 一種MM0天線系統(tǒng)，包括耦合的MM0天線與PCB板，該系統(tǒng)還包括一通過PCB板 與所述MM0天線耦合的金屬輻射貼片，所述金屬輻射片為二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)，所述PCB板 處于所述MM0天線與所述金屬輻射片之間，所述MM0天線與所述PCB板、所述金屬輻射貼 片俯視重合；
[0007] 所述二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)吸收所述MIM0天線發(fā)出的頻率在所述二維電磁帶隙結(jié)構(gòu) 帶隙外的電磁波。
[0008] 優(yōu)選的，所述金屬輻射貼片包含多個(gè)子貼片，該多個(gè)子貼片處于同一平面中，子貼 片間無連接。
[0009] 優(yōu)選的，所述子貼片為花環(huán)型結(jié)構(gòu)，所述花環(huán)型結(jié)構(gòu)包括四個(gè)花型結(jié)構(gòu)，四個(gè)花型 結(jié)構(gòu)的中心分別處于一個(gè)正方型的四個(gè)頂點(diǎn)，花型結(jié)構(gòu)間無連接；
[0010] 所述花型結(jié)構(gòu)包括一正方型，該正方型結(jié)構(gòu)的四角是圓形花瓣結(jié)構(gòu)，所述花瓣結(jié) 構(gòu)的圓心為所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)，所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)和圓形花瓣結(jié)構(gòu)構(gòu)成高阻電 路的電容；
[0011] 所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)的四邊中點(diǎn)延伸出四個(gè)矩形結(jié)構(gòu)，該矩形結(jié)構(gòu)構(gòu)成高阻電路 的電感；
[0012] 所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)和圓形花瓣結(jié)構(gòu)構(gòu)成高阻電路的電容與所述矩形結(jié)構(gòu)構(gòu)成 高阻電路的電感并聯(lián)。
[0013] 優(yōu)選的，所述MM0天線為彎折結(jié)構(gòu)。
[0014] 優(yōu)選的，所述金屬輻射貼片的覆蓋范圍與所述MM0天線的彎折結(jié)構(gòu)重合。
[0015] 優(yōu)選的，所述PCB板外層還包括一層接地板，所述接地板上與所述MM0天線彎折 結(jié)構(gòu)對應(yīng)的部位鏤空，所述金屬輻射貼片置于所述接地板的鏤空部。
[0016] 優(yōu)選的，所述花瓣結(jié)構(gòu)的直徑的兩倍不大于所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)的邊長。
[0017] 本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用上述MM0天線系統(tǒng)的輻射吸收方法，包括：
[0018] 所述二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)在能帶結(jié)構(gòu)中形成帶隙；
[0019] 當(dāng)電磁波通過所述能帶結(jié)構(gòu)時(shí)，若所述電磁波的頻率在帶隙外，則所述能帶結(jié)構(gòu) 過濾所述電磁波。
[0020] 優(yōu)選的，該方法還包括：
[0021] 當(dāng)所述電磁婆的頻率在所述帶隙內(nèi)時(shí)，所述能帶結(jié)構(gòu)對所述電磁波進(jìn)行全發(fā)射。
[0022] 優(yōu)選的，該方法還包括：
[0023] 通過調(diào)整所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)的邊長調(diào)整電容值；
[0024] 通過調(diào)整所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)的四邊中點(diǎn)延伸出四個(gè)矩形結(jié)構(gòu)延伸出的長度調(diào) 整電感。
[0025] 本發(fā)明提供了一種MM0天線系統(tǒng)和輻射吸收方法，該MM0天線系統(tǒng)包括耦合的 多輸入多輸出（MM0)天線與PCB板，其特征在于，該系統(tǒng)還包括一通過PCB板與所述MM0 天線耦合的金屬輻射貼片，所述金屬輻射片為二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)，所述PCB板處于所述 MM0天線與所述金屬輻射片之間，所述MM0天線與所述PCB板、所述金屬輻射貼片俯視重 合，所述二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)吸收所述MIM0天線發(fā)出的頻率在所述二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)帶隙 外的電磁波，在MM0天線諧振頻率附近，金屬輻射貼片提供的并聯(lián)的LC等效電路的阻抗無 窮大，形成表面波的頻率帶隙，從而阻止能量向人體的傳播，解決了降低SAR值的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明舉例涉及到的LTE終端MM0天線示意圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明提到加入電磁帶隙結(jié)構(gòu)后整體反面示意圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明中電磁帶隙單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明未加入電磁帶隙結(jié)構(gòu)時(shí)MM0的天線性能參數(shù)示意圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明加入電磁帶隙結(jié)構(gòu)時(shí)MIM0的天線性能參數(shù)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]目前，通常用來降低天線系統(tǒng)SAR值的方法主要有：（1)在終端的內(nèi)殼或外殼上 涂覆屏蔽材料，使終端發(fā)射電磁信號時(shí)，朝向人體的有害電磁波能夠被屏蔽掉，以此來降低 SAR值，但這種方法導(dǎo)致屏蔽層在屏蔽有害電磁波的同時(shí)也降低了信號的傳輸效率，而且隨 著時(shí)間的積累屏蔽層也會(huì)漸漸變薄失去屏蔽作用；（2)在天線與人體模型之間加入導(dǎo)體材 料，利用導(dǎo)體材料將射向人體的電磁波反射，使天線方向圖由圓形變成心形方向圖，進(jìn)而降 低終端天線SAR值，但該反射板要根據(jù)不同的主機(jī)天線形狀進(jìn)行針對設(shè)計(jì)，成本較高；（3) 在靠近人體的一側(cè)加入鐵氧體材料等磁性材料能夠有效降低天線SAR值，在目前降低SAR 值的方法中，該方法占主導(dǎo)地位，不過電磁波由低磁導(dǎo)率向高磁導(dǎo)率方向傳播的特性，導(dǎo)致 有用信號也會(huì)被隔離，降低了通信效率；（4)還可以通過降低發(fā)射功率來減小SAR值，但發(fā) 射功率又與信號傳輸能量成正比，所以要找到協(xié)調(diào)點(diǎn)才能達(dá)到共贏，隨機(jī)性比較大。
[0032] 而在移動(dòng)終端要解決多天線SAR值降低的問題，就面臨著面積小，體積薄，同時(shí)保 證輻射效率及通信質(zhì)量等挑戰(zhàn)，上文提到的已有的減小SAR值的方法都有利有弊，但缺乏 靈活性，難以適應(yīng)目前快速發(fā)展的通信行業(yè)現(xiàn)狀，亟待一種新的降低SAR值的方法來改變 現(xiàn)狀。
[0033] 為了解決上述問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種MM0天線系統(tǒng)。下文中將結(jié)合附 圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例 及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。
[0034] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的一種降低終端MM0天線SAR值的MM0天線系統(tǒng)進(jìn) 行說明。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案提供了一種能夠降低終端天線SAR值的新型結(jié)構(gòu)，在原 有天線的基礎(chǔ)上加入一種電磁帶隙結(jié)構(gòu)（EBG，ElectromagneticBandGap)。EBG是從光 子帶隙結(jié)構(gòu)發(fā)展而來的一種周期性結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上為不同介質(zhì)、金屬輻射貼片等混合體單元 按周期進(jìn)行的陣列布置，具有一定的禁帶特性，能夠在一定程度上控制電磁波的傳播。EBG 具有禁帶特性的原理是：當(dāng)電磁波在周期性的電介質(zhì)中傳播時(shí)，通過調(diào)制，能夠形成能帶結(jié) 構(gòu)，而此時(shí)帶隙會(huì)出現(xiàn)在能帶結(jié)構(gòu)之間。一定頻率的電磁波如果其頻率在帶隙內(nèi)的話，帶隙 內(nèi)部沒有任何態(tài)，這樣所有方向的電磁波都能夠發(fā)生全發(fā)射。由于此特性的存在，EBG結(jié)構(gòu) 便可以應(yīng)用于微帶天線中，設(shè)計(jì)在天線單元與人體之間作為高阻電路來抑制基底的表面波 以及高次諧波，降低天線單元向人體輻射的電磁能量，從而降低人體吸收的SAR值。
[0036] 電磁帶隙結(jié)構(gòu)用于微波設(shè)計(jì)中可提高天線輻射效率和降低天線高度，降低微波電 路中的諧波來提高天線的方向性，對天線的背向輻射有一定的抵制。目前電磁帶隙結(jié)構(gòu)在 天線中的應(yīng)用主要關(guān)注于其對天線方向圖、副瓣電平、散射界面、隔離度等天線參數(shù)的影 響，目前電磁帶隙結(jié)構(gòu)應(yīng)用在天線設(shè)計(jì)中一般以矩形縫隙陣列或者矩形帶隙陣列為主，本 發(fā)明實(shí)施例利用EBG的帶阻特性，將其應(yīng)用在降低隔離度的設(shè)計(jì)中，將其設(shè)計(jì)為"花環(huán)"型 結(jié)構(gòu)，運(yùn)用SEMCAD專業(yè)生物電磁學(xué)仿真軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，由數(shù)據(jù)分析可以看出電磁帶隙 結(jié)構(gòu)的加入對SAR值的降低起到了明顯的作用。
[0037] 本發(fā)明實(shí)施例提供的MIM0天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：
[0038]由于電磁帶隙的作用即濾波器，故相對各種不同的移動(dòng)終端工作頻段，只要采用 同頻帶隙結(jié)構(gòu)，即可利用其濾波的性質(zhì)，盡可能大的排除其他頻段的雜波影響。早期的EBG 結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)為三維結(jié)構(gòu)，但由于加工的難度，目前更傾向于二維EBG的研究，本發(fā)明實(shí) 施例使用二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)，具體為二維"花環(huán)形"結(jié)構(gòu)，作為金屬輻射片安放在PCB板與 MIM0天線相對應(yīng)的位置，花環(huán)型結(jié)構(gòu)由多個(gè)花型結(jié)構(gòu)構(gòu)成?；ㄐ徒Y(jié)構(gòu)以邊長為b的正方形 結(jié)構(gòu)作為"花蕊"，四角是半徑為r0的圓形"花瓣""花瓣"結(jié)構(gòu)的圓心為正方型結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)， 等效為高阻電路的電容C，正方形的四邊中點(diǎn)伸出四個(gè)長為sl，寬為s的矩形結(jié)構(gòu)，等效為 高阻電路的電感L，二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)便是由兩個(gè)相連的"花環(huán)型"結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。在MIM0天 線諧振頻率附近，花環(huán)型結(jié)構(gòu)構(gòu)成的并聯(lián)的LC等效電路的阻抗無窮大，形成表面波的頻率 帶隙，從而阻止能量向人體的傳播。
[0039] 如圖1所示，由于第一個(gè)商用MM0系統(tǒng)出現(xiàn)在WLAN中，但現(xiàn)在其應(yīng)用熱點(diǎn)已經(jīng)擴(kuò) 展到了包括WiMAX和LTE在內(nèi)的無線通訊領(lǐng)域，所以本發(fā)明實(shí)施例中以MM0天線用于LTE 移動(dòng)終端(商用工作頻率在2. 6GHz)為例進(jìn)行說明。需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例所提供的 技術(shù)方案適用于一切應(yīng)用MIM0天線的場合，本發(fā)明實(shí)施例僅以LTE移動(dòng)終端為例，實(shí)際應(yīng) 用范圍并不限于此。本發(fā)明實(shí)施例中的MM0天線設(shè)計(jì)成彎折結(jié)構(gòu)，具有效減小天線之間的 耦合，縮小天線尺寸等優(yōu)點(diǎn)，在天線左上和右上兩個(gè)角掏空接地板同樣能夠減小耦合，這樣 地板就成了倒〃T〃形結(jié)構(gòu)，接地板的不完整性已成為天線設(shè)計(jì)的主流。介質(zhì)板采用FR-4,介 電常數(shù)為4. 4,厚度0? 51mm，尺寸為46mm*34mm。
[0040] 如圖2所示，為加入二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)的整體反面俯視圖。該二維電磁帶隙結(jié)構(gòu) 以金屬輻射貼片的形式出現(xiàn)，并未產(chǎn)生附加的厚度增加，將其放置在挖空的接地板處隔著 PCB板與MM0天線耦合，等效于LC高阻電路起禁帶的作用，由于尺寸限制，這里主要放置 了 8個(gè)花形結(jié)構(gòu)，每個(gè)MM0天線單元分得4個(gè)構(gòu)成一個(gè)花環(huán)型結(jié)構(gòu)，且緊湊相連，符合二維 電磁帶隙結(jié)構(gòu)的經(jīng)典連接形式。根據(jù)已有的終端結(jié)構(gòu)，與MM0單個(gè)天線單元彎折部分對 應(yīng)的接地板被掏空，尺寸為21. 5mm(長）*17mm(寬)，最終選取的各個(gè)參數(shù)值如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種多輸入多輸出天線系統(tǒng)，包括禪合的多輸入多輸出（MIMO)天線與PCB板，其特 征在于，該系統(tǒng)還包括一通過PCB板與所述MIM0天線禪合的金屬福射貼片，所述金屬福射 片為二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)，所述PCB板處于所述MIM0天線與所述金屬福射片之間，所述MIM0 天線與所述PCB板、所述金屬福射貼片俯視重合； 所述二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)吸收所述MIM0天線發(fā)出的頻率在所述二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)帶隙 外的電磁波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出天線系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬福射貼片包 含多個(gè)子貼片，該多個(gè)子貼片處于同一平面中，子貼片間無連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多輸入多輸出天線系統(tǒng)，其特征在于，所述子貼片為花環(huán)型 結(jié)構(gòu)，所述花環(huán)型結(jié)構(gòu)包括四個(gè)花型結(jié)構(gòu)，四個(gè)花型結(jié)構(gòu)的中也分別處于一個(gè)正方型的四 個(gè)頂點(diǎn)，花型結(jié)構(gòu)間無連接； 所述花型結(jié)構(gòu)包括一正方型，該正方型結(jié)構(gòu)的四角是圓形花瓣結(jié)構(gòu)，所述花瓣結(jié)構(gòu)的 圓也為所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)，所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)和圓形花瓣結(jié)構(gòu)構(gòu)成高阻電路的 電容； 所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)的四邊中點(diǎn)延伸出四個(gè)矩形結(jié)構(gòu)，該矩形結(jié)構(gòu)構(gòu)成高阻電路的電 感； 所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)和圓形花瓣結(jié)構(gòu)構(gòu)成高阻電路的電容與所述矩形結(jié)構(gòu)構(gòu)成高阻 電路的電感并聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多輸入多輸出天線系統(tǒng)，其特征在于，所述MIM0天線為彎折 結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多輸入多輸出天線系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬福射貼片的 覆蓋范圍與所述MIM0天線的彎折結(jié)構(gòu)重合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多輸入多輸出天線系統(tǒng)，其特征在于，所述PCB板外層還包括 一層接地板，所述接地板上與所述MIM0天線彎折結(jié)構(gòu)對應(yīng)的部位縷空，所述金屬福射貼片 置于所述接地板的縷空部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多輸入多輸出天線系統(tǒng)，其特征在于，所述花瓣結(jié)構(gòu)的直徑 的兩倍不大于所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)的邊長。
8. -種應(yīng)用權(quán)利要求1至7所述的多輸入多輸出天線系統(tǒng)的福射吸收方法，其特征在 于，包括： 所述二維電磁帶隙結(jié)構(gòu)在能帶結(jié)構(gòu)中形成帶隙； 當(dāng)電磁波通過所述能帶結(jié)構(gòu)時(shí)，若所述電磁波的頻率在帶隙外，則所述能帶結(jié)構(gòu)過濾 所述電磁波。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的福射吸收方法，其特征在于，該方法還包括： 當(dāng)所述電磁婆的頻率在所述帶隙內(nèi)時(shí)，所述能帶結(jié)構(gòu)對所述電磁波進(jìn)行全發(fā)射。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的福射吸收方法，其特征在于，該方法還包括： 通過調(diào)整所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)的邊長調(diào)整電容值； 通過調(diào)整所述正方型花蕊結(jié)構(gòu)的四邊中點(diǎn)延伸出四個(gè)矩形結(jié)構(gòu)延伸出的長度調(diào)整電 感。
【文檔編號】H01Q1/50GK104347939SQ201310337485
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】禹忠 申請人:中興通訊股份有限公司