加载有电抗性表面的空腔天线制造技术

一种通信装置（２０）的天线组件（３０），包括：一个馈送结构（２５），其具有前侧及后侧（２６，２７），并且其被耦合以被所述装置驱动而使得在一个给定频带中辐射电磁场。一个电抗性表面（２８）被设置相邻于所述馈送结构的后侧，使得在所述馈送结构和所述电抗性表面之间限定一个空腔（３５），从而使在所述馈送结构的后侧上的电磁场基本上为零。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
加载有电抗性表面的空腔天线相关申请的交叉引用此申请要求2000年12月14日申请的美国临时专利申请No.60/255,570和2001年7月6日申请的美国临时专利申请No.60/303,923的优先权。它与2001年12月6日申请的、名称为“具有虚拟磁壁的天线”的PCT专利申请相关。所有这些相关申请都被转让给本专利申请的受让人，并且它们的公开内容在此被结合作为参考。专利
本专利技术整体涉及天线，并且更特别地涉及用于控制来自移动通信装置之天线中的辐射在该装置之用户的人体组织中的特定吸收率(SAR)的装置和方法。专利技术背景关于蜂窝电话使用中涉及的辐射危害的关注已经在增长。在蜂窝电话的大量用户之中头痛、头昏眼花以及疲乏等抱怨是常见的。最近的研究已经表明，对蜂窝电话天线发射的射频(RE)辐射的长时间暴露可能由于干扰脑细胞活动而引起严重的医学问题，或者可能导致脑癌。某些政府已经开始警告用户关于与蜂窝电话使用相关的危险。最近，英国政府已经建议父母亲限制他们的孩子使用移动电话的时间。在美国和其他国家，蜂窝电话以及其他无线手机必须符合人体组织中最大特定吸收率(SAR)级别的限制性要求。-->由于蜂窝电话天线会传送大量RF能量到用户脑部微小区域之这一事实，由此引起对蜂窝电话使用而影响健康方面的关注。在大多数情况下，在800-900 MHz频带中由天线发射的超过70％的电磁功率被吸收到人脑中。虽然无线手机的RF发射被分类为非电离的，但是它们会以热的形式把能量转送给任何吸收性的物质。天线位置、近场发射特性、射频功率和频率形成了SAR限制适应性的基础。在脑中的能量吸收还把附加损耗引入到蜂窝电话本身的功率分配中，这对于一个给定的天线发射电平将引起增加的功率消耗以及减少的电池寿命。在降低无线电话天线健康危险的一些尝试中，使用RF吸引材料来保护头部。例如，美国专利5,666,125和5,777,586(其公开内容在此被结合作为参考)描述了一个天线组件，其包括限定一个展开弯曲形状的一个辐射吸收器。在向用户的方向上从天线中发射的至少一些辐射被该辐射吸收器阻塞。同样地，美国专利5,694,137(其公开在此被参考结合)描述了用辐射透不过的材料制成的一个弧形屏蔽物，其沿着天线外表安置。虽然此类吸引屏蔽物可以在头部减少SAR，可是，它们只能使功率损耗问题恶化。因此，一种最佳天线设计应该基于辐射模式的改良效率，作为用于减少身体组织中的SAR的关键手段。作为吸引材料的一种替换，生产商常常使用电传导(接地的)表面来使用户不受天线的影响。例如，美国专利6,088,579描述了一种无线电通信装置，其在天线和用户之间具有一个传导性的屏蔽层。当不使用时，屏蔽层可以移动而远离天线。同样地，美国专利5,613,221描述了放置在电话天线管和用户之间用金属条制造的手持蜂窝电话的一种辐射屏蔽物。美国专利6,075,977描述了用于更新现有手持蜂窝电话的一种两用翻转屏蔽件。当电话在使用中时，用磨光材料(最好是铝)制成的该屏蔽件被翻转到电话天线和用户头部之间的位置，使得提供对电磁波的高-->反射率而远离用户。其它传导性的天线屏蔽装置在美国专利6,088,603、6,137,998、6,097,340、5,999,142和5,335,366中被描述。在此段落中提到的所有专利的公开内容在此被结合作为参考。可是，在这些专利中描述的传导性屏蔽件的类型在使天线能量改向方面不是非常有效，特别是当单极天线被包括时。传导性屏蔽的问题产生自这一事实：即，一个传导性表面上的电磁场的边界条件需要与该表面正切的总电场为零。因此，传导性的表面必定在该电场中具有180°相移的一个反射系数。因为直接和反射场同相，所以天线场没有通过相消干扰被抵消(短路)，在天线和反射器之间的距离必须是四分之一波，它在800-900 MHz频带中大约为8cm。为了用一个单极天线实现这种解决方案是麻烦的，因为反射元件必须位于用户和天线之间，这意味着天线本身必须离用户头部至少8cm。考虑到传导性反射器的已知缺点，已经尝试通过增加其它电元件来改良它们的性能。例如，美国专利6,114,999(其公开内容在此被结合作为参考)描述了移动电话的一种天线装置，在其中，通过一种引入的绝缘材料来缩短了小型辐射器和小型反射器之间的距离。因为用于减少引导到用户的电场的一种附加装置，至少两个薄的隔离金属带与反射元件边缘平行地蔓延以便在反射器后面形成扼流圈，使得把近场集中到扼流圈之间的一个区域。欧洲专利申请EP 0 588 271 A1(其公开内容同样在此被结合作为参考)描述了具有非对称辐射模式的用于便携式收发信机的一种天线。至少一个反射器可以置于天线辐射器的后面区域中。建议反射器可以由工作在无源方式的调谐偶极子形成，或者通过浓密相隔的水平圈构成的一个垂直反射屏所形成。其它天线设计，比如修补天线以及环形天线的变型，允许更多设计灵活性而不必凭借麻烦的反射元件。可是，这些设计没有示出必要的近-->场特征来在头部减少SAR。本领域已知的另外一个实践方案是产生一个准方向的远场自由空间模式，而不是一个全方向模式。例如，美国专利6,031,495(其公开内容在此被结合作为参考)描述了用于减少SAR的一种天线系统，其使用一副相位发射元件来产生一个具有与用户头部垂直的高衰减的双定向辐射模型。可是，在近场，通过此方法不一定降低朝向用户的RF功率密度。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供改良的结构和方法用于产生具有不对称磁和/或电近场分布的天线。本专利技术的一些方面之另一个目的是提供具有增强近场方向特性的天线组件。本专利技术的一些方面之又一个目的是提供设备和方法用于减低由个人通信装置(如蜂窝电话)发射的RF辐射在该装置的用户头部中的SAR。本专利技术一些方面的又一个目的是提供与个人通信装置一起使用的天线组件，这些组件降低整个装置功率聚集。在本专利技术的优选实施例中，一种个人通信装置的天线包括一个馈送结构，其被该装置驱动以在该装置的工作频带中发射电磁场。一个电抗性表面被定位相邻于该馈送结构的后表面、在该馈送结构和用户头部之间。因此在通常为传导性的馈送结构的该后表面和与之相邻的电抗性表面之间限定了一个电不对称的空腔。该不对称的空腔支持在传导性表面和该电抗性表面中的两个并行电流分布，在两个表面上以相反的方向(即，异相)运转。在馈送结构的前侧上，只有在传导性表面上的电流有效果，从而远离用户头部在该组件的前侧上产生一个强场。在电抗性表面上运转的其他电流的效应被该传-->导性表面屏蔽。可是，在馈送结构的后侧上，在空腔中产生一个零场，因为在传导性表面和电抗性表面上的电流的单独效应彼此抵消。优选地，馈送结构被设计使得相对于工作频率将它的尺寸减到最少。在本专利技术的某些优选实施例中，馈送结构包括一个微型空腔，或者优选为此类空腔的一个阵列，该阵列包括具有在该装置之工作频率频带中的一个谐振频率。在本专利技术的其他优选实施例中，馈送结构包括一个降低高度的单极馈送器或者一个倒F形馈送器，优选地具有一个弯曲结构。替换的馈送结构对本领域技术人员来说将是显而易见的。具有不对称空腔的馈送结构的新颖组合提供由天线组件发射的电磁能量近场分布的强不对称性。因此，用户头部中对天线辐射的吸收被降低。这些馈送结构和电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通信装置的天线组件，所述组件包括：一个馈送结构，其具有前侧和后侧，并且其被耦合以被所述装置驱动，以便在一个给定频带中辐射出电磁场；和一个电抗性表面，其与所述馈送结构的后侧相邻，使得在所述馈送结构和所述电抗性表面之间限定一个空 腔，从而使在所述馈送结构的后侧上的电磁场基本上为零。

【技术特征摘要】
US 2000-12-14 60/255,570;US 2001-7-6 60/303,9231.一种用于通信装置的天线组件，所述组件包括：一个馈送结构，其具有前侧和后侧，并且其被耦合以被所述装置驱动，以便在一个给定频带中辐射出电磁场；和一个电抗性表面，其与所述馈送结构的后侧相邻，使得在所述馈送结构和所述电抗性表面之间限定一个空腔，从而使在所述馈送结构的后侧上的电磁场基本上为零。2.根据权利要求1的组件，其中，所述馈送结构和电抗性表面适合于被安装在所述通信装置上，以使所述电抗性表面介于所述馈送结构和所述装置的用户头部之间，并且保护头部不受辐射场的伤害。3.根据权利要求1的组件，其中，所述电抗性表面包括一个电抗电路元件阵列。4.根据权利要求3的组件，其中，所述电抗电路元件包括电感。5.根据权利要求3的组件，其中，所述电抗电路元件包括电容。6.根据权利要求3的组件，其中，所述电抗性表面包括一个印刷电路板，该电路板在一层或多层中具有多个表面，并且其中所述电抗电路元件包括在所述印刷电路板的至少两个表面上印制的迹线。7.根据权利要求6的组件，其中，所述迹线被印制，以便限定若干个感应线圈。8.根据权利要求6的组件，其中，所述迹线被印制，以便限定若干个平行板电容器。9.根据权利要求6的组件，其中，所述迹线被印制，以便限定若干个片状分层电容器。10.根据权利要求3的组件，其中，所述电抗电路元件被相互串联-->连接。11.根据权利要求3的组件，其中，所述电抗电路元件被相互并联连接。12.根据权利要求1-11的任何一个的组件，其中，所述电抗性表面具有在给定频带中的谐振响应。13.根据权利要求1-11的任何一个的组件，其中，所述馈送结构的后侧基本上是平面的，并且其中所述电抗性表面被定位为基本上与所述馈送结构的后侧平行。14.根据权利要求1-11的任何一个的组件，其中，所述馈送结构还具有一个上表面，并且其中所述电抗性表面被配置并且定位而使得其基本上覆盖所述馈送结构的上表面。15.根据权利要求1-11的任何一个的组件，其中，所述馈送结构的前侧和后侧限定在其间的至少一个谐振腔，谐振腔在给定频带中具有谐振，并且通过馈送结构之前侧中的至少一个小孔开口，当馈送结构被所述装置驱动时，电磁场通过小孔发出辐射。16.根据权利要求15的组件，其中，所述至少一个谐振腔包括一个空腔阵列。17.根据权利要求15的组件，其中，所述馈送结构包括至少一个传输线，其被配置以在该前侧与后侧之间形成该至少一个谐振腔。18.根据权利要求17的组件，其中，所述至少一个传输线限定形成所述谐振腔的一个波导。19.根据权利要求17的组件，其中，所述至少一个传输线被配置以形成一个螺旋形状。20.根据权利要求17的组件，其中，所述至少一个传输线是弯曲的。21.根据权利要求17的组件，其中，所述传输线被配置以使该至少-->一个谐振腔具有拐角，并且在谐振腔的拐角中包括拐角元件，其被安排以阻止在至少一个空腔的拐角处电磁辐射的反射。22.根据权利要求17的组件，其中，所述至少一个传输线被配置以使所述谐振腔具有一个大约等于所述给定频带中四分之一波的电长度。23.根据权利要求15的组件，其中，所述至少一个小孔包括多个小孔。24.根据权利要求15的组件，其中，所述馈送结构还包括通过所述至少一个小孔耦合的一个或多个集总电路元件。25.根据权利要求15的组件，其中，所述馈送结构包括位于所述至少一个谐振腔中的一个或多个翼片，以便增强该空腔的电容。26.根据权利要求15的组件，其中，所述馈送结构包括介电材料和磁性材料中的至少一种材料，该至少一种材料被包含在所述至少一个谐振腔中。27.根据权利要求1-11的任何一个的组件，其中，所述馈送结构包括顶表面和侧表面，并且还包括一个顶蓬，它在顶表面和侧表面之至少一个上伸出部分，以便防止电磁辐射向所述馈送结构的后侧泄漏。28.根据权利要求27的组件，其中，所述馈送结构包括一个电容器，其与该顶蓬相邻放置，以便使对电磁辐射向该后侧的泄漏的阻止增强。29.根据权利要求1-11的任何一个的组件，其中，所述馈送结构包括一个单极馈送结构。30.根据权利要求1-11的任何一个的组件，其中，所述馈送结构包括一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿舍佩莱德，埃胡德海曼，本蔡恩斯坦伯格，拉斐尔卡斯特纳，阿米尔博格，
申请(专利权)人：爱克斯兰特有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]