專利名稱：具有虛磁壁的天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及天線，特別是用于控制移動(dòng)通信設(shè)備的用戶的組織中移動(dòng)通信設(shè)備的天線的輻射的能量吸收比率(SAR)的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
關(guān)于與使用蜂窩電話有關(guān)的輻射危害的擔(dān)心正日益增長(zhǎng)。頭痛、眩暈和疲勞的抱怨在蜂窩電話用戶中很普遍。最近的研究已經(jīng)表明長(zhǎng)期接觸蜂窩電話天線發(fā)射的射頻(RF)輻射，由于干擾腦細(xì)胞活動(dòng)，能導(dǎo)致嚴(yán)重的醫(yī)學(xué)問(wèn)題，可能導(dǎo)致腦癌。一些政府已經(jīng)開(kāi)始警告用戶有關(guān)使用蜂窩電話的風(fēng)險(xiǎn)。最近，英國(guó)政府已經(jīng)向父母建議限制他們的孩子使用蜂窩電話的時(shí)間。在美國(guó)以及其他國(guó)家，移動(dòng)以及其他無(wú)線手機(jī)必須滿足人體組織中最大能量吸收比率(SAR)水平的規(guī)定要求。
有關(guān)蜂窩電話使用不利于健康結(jié)果的擔(dān)心起于他們的天線能將大量RF能遞送到非常小面積的用戶大腦的事實(shí)。在許多情況下，在800-900Mhz頻帶中的由天線發(fā)射的超過(guò)70％的電磁能由人腦吸收。盡管將無(wú)線手機(jī)的射頻發(fā)射分類為非電離的，但它們能以熱的形式將能量傳送到任何吸收物。天線位置、近場(chǎng)發(fā)射特性、射頻功率以及頻率建立了符合SAR限制的基礎(chǔ)。頭部中的能量吸收同時(shí)將附加損耗引入到蜂窩電話本身的功率預(yù)算中，對(duì)指定天線發(fā)射級(jí)來(lái)說(shuō)，導(dǎo)致增加功耗以及降低電池壽命。
降低無(wú)線電話天線的健康危害的一些嘗試使用吸收RF的材料來(lái)屏蔽保護(hù)頭部。例如，U.S.專利5,666125和5,777,586描述了包括確定一開(kāi)口彎曲形的輻輻吸收器的天線組件，它們公開(kāi)的內(nèi)容在此合并作為參考。通過(guò)輻射吸收器，阻擋至少一些在朝向用戶的方向上從天線發(fā)射的輻射。同樣地，U.S.專利5,694,137描述了由不透輻射的材料制成的弧形屏蔽裝置，該材料可沿天線的外部放置，該專利公開(kāi)的內(nèi)容在此合并作為參考。雖然這些吸收屏蔽裝置可減少頭部中的SAR，然而，它們反而加重了功率損耗問(wèn)題。因此，最佳天線設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是基于將提高輻射圖的效率作為用于降低人體組織中SAR的主要手段。
作為吸收材料的另一種選擇，制造商通常使用導(dǎo)電(接地)面來(lái)屏蔽保護(hù)用戶不受天線影響。例如，U.S.專利6,088,579描述了在天線和用戶間具有導(dǎo)電屏蔽層的無(wú)線電通信設(shè)備。當(dāng)不使用時(shí)，可去除天線的屏蔽層。同樣地，U.S.專利5,613,221描述了由放在電話的天線桿和用戶間的金屬帶制成的用于手持蜂窩電話的輻射屏蔽裝置。U.S.專利6,075,977描述了對(duì)現(xiàn)有手持蜂窩電話進(jìn)行改進(jìn)的兩用翻轉(zhuǎn)屏蔽裝置。用拋光材料，最好是鋁制成的該屏蔽裝置，當(dāng)使用電話時(shí)，將其向上翻轉(zhuǎn)到電話天線和用戶的頭部間的位置上以便提供遠(yuǎn)離用戶的電磁波的高反射率。在U.S.專利6,088,603、6,137,998、6,097,340、5,999,142和5,335,366中描述了其他導(dǎo)電天線屏蔽裝置。在該段落中提及的所有專利公開(kāi)的內(nèi)容在此合并作為參考。
然而，在這些專利中描述的導(dǎo)電屏蔽裝置類型在重定向天線能量方面不太有效，特別是當(dāng)涉及單極天線時(shí)。導(dǎo)電屏蔽裝置的問(wèn)題源于導(dǎo)電面上的電磁場(chǎng)的邊界條件要求與該表面正切的總電場(chǎng)應(yīng)當(dāng)為零的事實(shí)。因此，在電場(chǎng)中，導(dǎo)電面必須具有180°相移的反射系數(shù)。為使定向和反射場(chǎng)同相，以使不會(huì)由于相消干擾消去(縮減)天線場(chǎng)，天線和反射器間的距離必定為四分之一波，在800-900Mhz頻帶中，該波大約為8cm。用單極天線來(lái)實(shí)現(xiàn)該方案是很麻煩的，因?yàn)榉瓷湓仨毼挥谟脩艉吞炀€之間，這意味著天線本身必須遠(yuǎn)離用戶頭部至少8cm。
鑒于導(dǎo)電反射器的已知缺陷，已經(jīng)嘗試通過(guò)添加其他電氣元件來(lái)提高它們的性能。例如，U.S.專利6,114,999描述了用于移動(dòng)電話的天線設(shè)備，其公開(kāi)的內(nèi)容在此合并作為參考，其中通過(guò)采用介紹的介電材料縮短微型輻射器和微型反射器間的距離。作為用于降低朝向用戶的場(chǎng)的另外的裝置，至少兩個(gè)薄的絕緣金屬帶與反射器元件的邊緣平行以便在反射器的后面形成扼流圈，以便將近場(chǎng)集總到扼流圈間的區(qū)域上。歐洲專利申請(qǐng)EP0588271A1描述了用于具有不對(duì)稱輻射圖的便攜式收發(fā)機(jī)的天線，其公開(kāi)的內(nèi)容同樣在此合并作為參考。將至少一個(gè)反射器放在天線輻射器的背面區(qū)中。其建議反射器可由以無(wú)源方式操作的調(diào)諧偶極子制成，或通過(guò)由間隔緊密的水平匝組成的垂直反射屏制成。
其他天線設(shè)計(jì)，諸如接線天線和環(huán)形天線的變形，允許更靈活的設(shè)計(jì)而不依賴于棘手的反射器元件。然而，這些設(shè)計(jì)沒(méi)有顯示出降低頭部中的SAR的必要的近場(chǎng)行為。本領(lǐng)域已知的另外的實(shí)踐是產(chǎn)生半定向遠(yuǎn)場(chǎng)自由空間輻射圖，而不是全向輻射圖。例如，U.S.專利6,031,495描述了用于降低SAR的天線系統(tǒng)，其使用一對(duì)相控輻射元件來(lái)產(chǎn)生垂直于用戶頭部的具有高衰減的雙向輻射圖，其公開(kāi)的內(nèi)容在此合并作為參考。然而，在近場(chǎng)中，用該方法，不一定能降低朝向用戶的RF功率密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于定向輻射電磁場(chǎng)的改進(jìn)的結(jié)構(gòu)和方法。
本發(fā)明的一些方面的另外的目的是提供具有增強(qiáng)的近場(chǎng)定向特性的天線。
本發(fā)明的一些方面的另外的目的是提供用于降低用戶頭部中由個(gè)人通信設(shè)備，諸如蜂窩電話發(fā)射的RF輻射的SAR的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的一些方面的另外的目的是提供用于與個(gè)人通信設(shè)備一起使用的天線，該天線降低整個(gè)設(shè)備的功率預(yù)算。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，將虛磁壁(VMW)插入個(gè)人通信設(shè)備，諸如蜂窩電話上的天線與用戶頭部之間。VMW反射由天線發(fā)射的輻射，從而產(chǎn)生最好被定向遠(yuǎn)離用戶頭部的近場(chǎng)輻射圖。如上所述，導(dǎo)電反射器必須消除在它們表面上的入射電場(chǎng)，從而反射具有倒相的輻射電場(chǎng)。另一方面，VMW充當(dāng)“導(dǎo)磁體”，從某種意義上說(shuō)它消除磁場(chǎng)同時(shí)反射與入射場(chǎng)同相的電場(chǎng)。因此，不象導(dǎo)電反射器，VMW產(chǎn)生電場(chǎng)的相長(zhǎng)干擾。因此，可將其放在天線要求的一樣近的位置并仍然提供天線的近場(chǎng)輻射圖的有效控制。
實(shí)際上不知道現(xiàn)存的全導(dǎo)磁體。相反，VMW由接近用于入射場(chǎng)的具體頻率范圍和極化的這種導(dǎo)磁體的行為的結(jié)構(gòu)組成。最好將VMW設(shè)計(jì)和構(gòu)成為響應(yīng)在VMW的表面上入射的天線的電場(chǎng)，等效磁流以與電流完全同相在表面上流動(dòng)以便在遠(yuǎn)離用戶頭部的方向上產(chǎn)生輻射。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，VMW由顯示下述行為的一個(gè)或多個(gè)下述元件組成●充當(dāng)開(kāi)路諧振電路的空腔。
●隙縫陣列，背靠空腔并以與主天線輻射器完全同相被激勵(lì)。
●波紋面，或負(fù)載波紋面，充當(dāng)RF扼流圈來(lái)防止電流在表面上流動(dòng)。
●由折疊或彎曲縮短的傳輸線組成的空腔，在輸入端呈現(xiàn)為開(kāi)路，同時(shí)最好占用小體積。
將滿足如上所述標(biāo)準(zhǔn)的VMW的其他實(shí)現(xiàn)視為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
因此VMW能重定向蜂窩電話或其他個(gè)人通信設(shè)備上的天線的輻射圖以便最好在遠(yuǎn)離用戶頭部的方向上發(fā)射輻射。因?yàn)閂MW能任意接近于天線放置，因此在尺寸上可做得很小，對(duì)通信設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)具有最小影響。另外，由于VMW本身實(shí)際上不吸收輻射，它降低用戶頭部中來(lái)自天線的輻射的吸收，因此，它提高了天線的輻射的效率以及提高整個(gè)設(shè)備的功率預(yù)算。
盡管在此描述的優(yōu)選實(shí)施例是針對(duì)個(gè)人通信設(shè)備，特別是保護(hù)這些設(shè)備的用戶免受由設(shè)備天線發(fā)射的RF輻射的傷害，本發(fā)明的用途決不僅限于這些應(yīng)用。相反，本發(fā)明的原理和技術(shù)也可應(yīng)用于產(chǎn)生用于其他應(yīng)用的電磁反射器以及定向天線組件。
因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供包括虛磁壁(VMW)的輻射屏蔽裝置，將虛磁壁放在輻射天線和對(duì)象之間以便反射從天線發(fā)射的在指定頻帶中的并具有指定極化的電場(chǎng)的電磁輻射，使電磁輻射遠(yuǎn)離對(duì)象，以便由VMW反射的輻射的電場(chǎng)基本上與入射在VMW上的發(fā)射的輻射的電場(chǎng)同相。
最好，使VMW仿真全磁導(dǎo)電面，以便由VMW反射的輻射的磁場(chǎng)的切向分量與入射在VMW上的輻射的磁場(chǎng)的切向分量異相約180°。
在優(yōu)選實(shí)施例中，VMW包括前表面和后表面，在它們間確定有至少一個(gè)在大約指定頻率發(fā)生諧振的空腔。最好，在VMW的前表面形成通向空腔的至少一個(gè)縫隙，更優(yōu)選的是，至少一個(gè)縫隙包括多個(gè)縫隙，它們響應(yīng)發(fā)射的輻射的極化而被定向。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，VMW也包括通過(guò)至少一個(gè)縫隙耦合的一個(gè)或多個(gè)集總電路元件。最好，至少一個(gè)空腔包括多個(gè)空腔。
最好，VMW包括位于至少一個(gè)空腔中的一個(gè)或多個(gè)肋片，以便增強(qiáng)空腔的電容。最優(yōu)選的是，以基本垂直于VMW的表面的方向，或者以通常與VMW的表面平行的方向定向一個(gè)或多個(gè)肋片的至少一個(gè)。
另外最好，VMW包括包含在至少一個(gè)空腔中的介電或磁材料。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，VMW包括用來(lái)形成在指定頻率附近發(fā)生的諧振的一個(gè)或多個(gè)電路的電感器和電容器陣列。最好，該陣列包括一個(gè)或多個(gè)在其中具有確定這些電容器的間隙的電感線圈。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，VMW包括在其中具有周期波紋(periodiccorrugation)的表面，其用來(lái)防止電流在表面上流動(dòng)。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，VMW包括一表面以及一個(gè)或多個(gè)縮短的傳輸線，該傳輸線在該表面上具有輸入端并且被配置在輸入端上呈現(xiàn)一開(kāi)路。最好，傳輸線包括折疊傳輸線，或者，曲折的傳輸線。最優(yōu)選的是，傳輸線約為在指定頻帶內(nèi)的四分之一波長(zhǎng)。
最好，VMW包括在指定頻帶中發(fā)生諧振的結(jié)構(gòu)，其被配置以響應(yīng)如開(kāi)路諧振電路的入射輻射。最優(yōu)選的是，指定頻帶在約800和900MHz或約1800和1900MHz之間。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，也提供用于個(gè)人通信設(shè)備的天線組件，包括天線，被耦合以便由設(shè)備驅(qū)動(dòng)以便在指定頻帶發(fā)射具有指定極化的電磁輻射；以及虛磁壁(VMW)，位于天線和設(shè)備用戶的頭部之間以便反射由天線發(fā)射的輻射遠(yuǎn)離頭部，從而由VMW反射的輻射電場(chǎng)基本上與入射在VMW上的發(fā)射輻射的電場(chǎng)同相。
最好，將VMW放在距離天線基本上小于輻射波長(zhǎng)的四分之一處。典型地，天線包括單極天線?；蛘?，天線可包括天線陣列。
另外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供用于保護(hù)對(duì)象免受在指定頻帶由天線發(fā)射的并具有指定極化的輻射的方法，該方法包括將虛磁壁(VMW)放在天線和對(duì)象之間以便反射由天線發(fā)射的輻射遠(yuǎn)離對(duì)象，以致由VMW反射的輻射的電場(chǎng)基本上與在VMW上入射的發(fā)射輻射的電場(chǎng)同相。
從下述結(jié)合附圖的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，將更全面地理解本發(fā)明，其中


圖1是兩個(gè)電磁反射器的示意性側(cè)視圖，用于理解本發(fā)明的原理；圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，具有虛磁壁(VMW)天線屏蔽裝置的蜂窩電話的概略性示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，具有VMW的天線的概略性示意圖；圖4是圖3的天線和VMW的概略性截面圖；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，具有包括集總電路元件的VMW的天線的概略性示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，具有VMW的天線的示意性的、截面圖；圖6是示意性地示例說(shuō)明由具有和不具有VMW天線屏蔽裝置的天線發(fā)射的輻射圖的圖形；圖7A、7B、8和9是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，具有VMW的天線的概略性截面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，具有VMW的天線的概略性示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，具有波紋VMW的天線的概略性示意圖；圖12和13是根據(jù)本發(fā)明的其他優(yōu)選實(shí)施例，具有基于縮短的傳輸線的VMW的天線的概略性示意圖；以及圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，具有VMW的天線陣列的概略性示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)有參考圖1，是為將電磁場(chǎng)入射其上的全導(dǎo)電體20和“全導(dǎo)磁體”22的示意性側(cè)視圖。第一箭頭24表示與導(dǎo)體20和22的表面正切的入射電場(chǎng)分量的相位，而第二箭頭26表示反射的電場(chǎng)的相位。當(dāng)導(dǎo)電體20反射與入射場(chǎng)異相180°的電場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)磁體22反射與入射場(chǎng)同相的電場(chǎng)。如上所述，“導(dǎo)磁體”實(shí)際上并不已知。相反，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，定義了通過(guò)提供如圖1所示的同相反射行為，接近全導(dǎo)磁體的行為的多種結(jié)構(gòu)。
而導(dǎo)電體20短路入射場(chǎng)(在導(dǎo)體表面上給出切向電場(chǎng)E＝0)，導(dǎo)磁體22起“開(kāi)路(open circuit)”平面作用。因此，不象必須與天線分隔四分之一波長(zhǎng)以便提供有效反射的導(dǎo)電反射器，可將導(dǎo)磁體放在非常接近于天線同時(shí)仍然執(zhí)行相同的功能。在導(dǎo)磁體22的表面上，切向磁場(chǎng)Htan，而不是電場(chǎng)，變得非常小。(零磁場(chǎng)將意味著為理想的開(kāi)路)。因此，天線的圖象與天線電流同相，天線電流用來(lái)將輻射重定向到遠(yuǎn)離該表面。換句話說(shuō)，不管導(dǎo)磁體22有多接近天線，它都能將天線的輻射反射到遠(yuǎn)離用戶頭部，同時(shí)使頭部方向上的輻射減小到零。
如下面進(jìn)一步所述，虛磁壁(VMWs)是近似仿真用于指定頻率范圍和極化內(nèi)的電磁輻射的全導(dǎo)磁體的行為的結(jié)構(gòu)。VMW的操作可通過(guò)下述任何一個(gè)模型來(lái)物理地描述●表面近似地充當(dāng)導(dǎo)磁體。
●表面產(chǎn)生用于電場(chǎng)的同相反射系數(shù)，與常規(guī)接地導(dǎo)電體的異相反射系數(shù)相反。
●VMW的表面具有高阻抗，其中將阻抗定義為Etan/Htan。阻抗的高位值意指抑制磁場(chǎng)。
●表面背靠諸如一個(gè)或多個(gè)空腔、充當(dāng)開(kāi)路諧振電路的結(jié)構(gòu)。開(kāi)路意指低磁場(chǎng)。
●響應(yīng)入射電場(chǎng)，在導(dǎo)磁體的表面上產(chǎn)生電流分配。電流分配的相位為由于電流產(chǎn)生的反射場(chǎng)間的干擾使在背向入射場(chǎng)源的方向上發(fā)生輻射，同時(shí)通過(guò)磁反射器使在該方向上的輻射減小為零。
顯示出這些特性的任何一個(gè)的反射器可視為VMW。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，表示鄰近用戶頭部30所持的便攜式電話32的概略性示意圖。電話32由天線34，通常是本領(lǐng)域公知的單極天線組成。將VMW36安裝在天線34和頭部30之間的電話32上以便使來(lái)自天線的輻射定向到遠(yuǎn)離用戶頭部。最好，如圖中所示，弄彎VMW以便在由頭部占用的整個(gè)角度范圍上提供有效的輻射阻塞。另外，VMW可是平的或具有一些適用于電話和天線的機(jī)械設(shè)計(jì)和人體工程學(xué)的其他形狀。在任何情況下，VMW36的效果是在天線34和頭部30間產(chǎn)生更寬和窄的孔徑分配，以便天線輻射有效地繞過(guò)頭部。因此，降低SAR，同時(shí)提高天線的整體效率。
可使用各種結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生VMW36。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，這些結(jié)構(gòu)包括●VMW由用在VMW的前表面上分布的，最好是最小深度的有背空腔(cavity-backed)縫隙的陣列組成。有背空腔縫隙在遠(yuǎn)離頭部30的方向上輻射，在那個(gè)方向上增強(qiáng)來(lái)自主輻射器的輻射，并使朝向頭部的方向上的輻射減小為零。
●VMW由一個(gè)或多個(gè)具有集總電容器的空腔和連到它們的孔徑上的電感器組成。這些集總元件產(chǎn)生開(kāi)路諧振電路，從而降低表面上的總磁場(chǎng)。
●具有波紋表面，可能是負(fù)載波紋表面的VMW，充當(dāng)RF扼流圈來(lái)防止電流在表面上流動(dòng)。通常將這些表面用在大的反射器天線的喇叭天線內(nèi)(“波紋喇叭”，也稱為“標(biāo)量饋給”)并圍繞它們的孔徑。具有沿一維或沿二維(也稱為光帶隙(PBG)結(jié)構(gòu))的周期性波紋的多個(gè)波紋表面也用于該目的。
●VMW由用通常，但不一定為四分之一波長(zhǎng)的折疊或彎曲縮短的傳輸線，或這些傳輸線的組合形成的、具有或不具有連在輸入端上的集總電容器或電感器的一個(gè)或多個(gè)空腔組成，以便在線的輸入端處呈現(xiàn)為開(kāi)路。這些端子與VMW表面相符。
這些實(shí)施例的一些特殊實(shí)現(xiàn)如下圖中所示。另外的結(jié)構(gòu)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
現(xiàn)在參考圖3和4，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，示意性地表示VMW36的詳細(xì)情況。圖3是天線34和VMW36的圖示視圖，而圖4表示這些元件的截面圖。在該實(shí)施例中，形成多個(gè)平行縫隙42或切入VMW的前表面40。每個(gè)縫隙背靠形成在VMV的前表面40和后表面46間的空腔44。水平定向縫隙42以便符合由垂直天線34發(fā)射的電場(chǎng)的垂直極化以及磁場(chǎng)的水平極化。空腔的大小和形狀是諸如以天線頻率諧振那樣，從而產(chǎn)生與天線場(chǎng)同相的強(qiáng)反射電場(chǎng)，同時(shí)反射磁場(chǎng)與入射場(chǎng)異相180°。
在圖3和4的實(shí)施例以及在下描述的其他實(shí)施例中，空腔44或縫隙42的總數(shù)量可從1至8或更多。由所需的中心頻率和帶寬確定縫隙和空腔的物理尺寸。可用穿孔和導(dǎo)線的組合來(lái)代替分開(kāi)各個(gè)空腔的壁，以便增強(qiáng)空腔間耦合。最好，用介電或磁性材料48填充空腔，以便提高它們的耦合并相對(duì)于設(shè)計(jì)波長(zhǎng)降低它們的尺寸?；蛘?，也可用介電或磁性材料填充VMW和天線間的區(qū)域?？捎米髟撃康牡牟牧习ɑ赥elfonTM的電介質(zhì)、泡沫材料、聚丙烯、聚酰亞胺、鐵氧體材料、硅、鍺以及本領(lǐng)域公知的其他介電和磁性材料。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，具有另一種基于VMW的反射器49的天線34的概略性示意圖。除在縫隙42上具有另外的集總電路元件51外，反射器49在結(jié)構(gòu)上與VMW36相似。集總元件51，通常由電容器和/或電感器組成，用于降低VMW36的表面40上的總磁場(chǎng)。通過(guò)正確選擇和放置集總元件51，因此有可能提高VMW的性能或減小空腔44的尺寸同時(shí)維持所需的性能水平。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例的VMW50的概略性示意圖。在該實(shí)施例中，在每個(gè)空腔44中增加水平肋片以便增加空腔的電容，從而增強(qiáng)與入射輻射的耦合和/或減小它們的尺寸。最好用介電或磁性材料填充空腔44，如上所述。在另一實(shí)施例(圖中未示出)中，將集總元件，最好是電容器放在空腔開(kāi)口上用于相同的目的。
表I列出了用于由三個(gè)空腔44組成的VMW50的示例性設(shè)計(jì)的典型尺寸，用具有介電常數(shù)為4的介電材料填充空腔44。以天線34的輻射波長(zhǎng)為單位給出表中的尺寸。
表I-示例性多空腔VMW的尺寸

在該配置中，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)單極天線，該天線組件的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射圖增強(qiáng)3dB。該結(jié)構(gòu)也助于使天線與其饋線匹配。另外，增強(qiáng)的天線效率也降低電話32的功率預(yù)算，從而延長(zhǎng)其電池壽命。
圖7A和7B分別是根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的VMW80和VMW85的概略性示意圖。在這些實(shí)施例中，空腔44的電容通過(guò)在空腔中增加水平肋片82來(lái)提高。在VMW80中，在每個(gè)空腔中有兩個(gè)這樣的肋片，而在VMW85中有三個(gè)。其他肋片的配置對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
圖8和9分別是根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的VMW90和VMW100的概略性示意圖。在這些實(shí)施例中，VMW包含單個(gè)空腔44，具有用于增強(qiáng)電容的一個(gè)或多個(gè)垂直肋片92。表II列出了用于具有單個(gè)縫隙42(而不是圖8中所示的多個(gè)縫隙)的VMW90的示例性設(shè)計(jì)的典型尺寸。用具有介電常數(shù)為4的介電材料填充空腔44，如表I中示例所示。肋片92在空腔的中央。
表II-示例性單個(gè)空腔VMW的尺寸

在該配置中，與由表I表示的配置相同，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)單極天線，該天線組件的遠(yuǎn)場(chǎng)幅射圖增強(qiáng)3dB，且該天線與其饋線匹配。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，具有VMW10的天線34的概略性示意圖。VMW110包括多個(gè)用作電感器的線圈112。線圈112中的間隔114用作電容器，從而確定具有以天線34的操作頻率諧振的諧振電路。另外，可使用跨越間隔114的集總電容器。由線圈112和間隔114形成的諧振電路也基本上用于與在前描述的實(shí)施例中的空腔44相同的目的。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，具有VMW的天線34的概略性示意圖。VMW120具有由在垂直和水平方向上的周期波紋122形成的波紋表面40。如上所提到的，波紋充當(dāng)RF扼流圈來(lái)防止電流在表面上流動(dòng)。VMW也可包括跨過(guò)多維波紋的輸入端的集總元件，諸如電容器和電感器，與如圖5中所示的元件51所示。如前，集總元件也用來(lái)降低表面40上的磁場(chǎng)密度及/或允許使用更小的空腔。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，具有用由折疊、縮短的傳輸線132定義的空腔形成的VMW130的天線4的概略性示意圖。最好(但不一定)，每個(gè)傳輸線132為四分之一波長(zhǎng)，并配置成在表面40的線的輸入端處顯示為開(kāi)路。如在前實(shí)施例中，跨接輸入端可耦合集總元件(該圖中未示出)。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，具有另一VMW140的天線34的概略性示意圖。在這種情況下，VMW140用由彎曲傳輸線142確定的空腔形成。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，天線陣列150的概略性示意圖。陣列150由作為其主輻射器的天線34和輔助天線152組成。將VMW36插入天線34和用戶頭部(該圖中未示出)之間，如上所述。用與天線34完全相同的相位被動(dòng)地驅(qū)動(dòng)天線152，充當(dāng)輻射引向器。天線陣列與VMW協(xié)作來(lái)進(jìn)一步降低頭部中吸收的輻射以及增加傳輸?shù)男省MW可同樣與其他類型的天線和天線陣列協(xié)作，這在本領(lǐng)域中是公知的。
盡管在此具體參照蜂窩電話來(lái)描述優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的原理同樣適用于用于屏蔽和重定向來(lái)自其他類型的設(shè)備的輻射的元件的結(jié)構(gòu)。將意識(shí)到通過(guò)舉例引用了如上所述的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明不局限于在上文特別示出和描述的內(nèi)容。相反，本發(fā)明的范圍包括在上文中描述過(guò)的各個(gè)特征的組合和子組合，以及在閱讀上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到的并且現(xiàn)有技術(shù)中未公開(kāi)的變化和改變。
權(quán)利要求
1.一種輻射屏蔽裝置，包括虛磁壁(VMW)，虛磁壁適合放在輻射天線和對(duì)象之間以便反射天線在指定頻率內(nèi)發(fā)射的并具有指定極化的電場(chǎng)的電磁輻射，以便由VMW反射的輻射的電場(chǎng)基本上與在VMW上入射的發(fā)射輻射的電場(chǎng)同相。
2.如權(quán)利要求1所述的屏蔽裝置，其特征在于VMW適合于仿真全導(dǎo)磁表面。
3.如權(quán)利要求1所述的屏蔽裝置，其特征在于由VMW反射的輻射的磁場(chǎng)的切向分量與在VMW上入射的輻射的磁場(chǎng)的切向分量異相約180°。
4.如權(quán)利要求1-3任何一個(gè)所述的屏蔽裝置，其特征在于VMW由前表面和后表面組成，在它們之間定義至少一個(gè)具有在鄰近指定頻率內(nèi)諧振的空腔。
5.如權(quán)利要求4所述的屏蔽裝置，其特征在于在VMW的前表面中形成至少一個(gè)開(kāi)口進(jìn)入空腔的縫隙。
6.如權(quán)利要求5所述的屏蔽裝置，其特征在于至少一個(gè)縫隙包括多個(gè)縫隙。
7.如權(quán)利要求5所述的屏蔽裝置，其特征在于響應(yīng)發(fā)射的輻射的極化，定向至少一個(gè)縫隙。
8.如權(quán)利要求5所述的屏蔽裝置，其特征在于VMW進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)跨過(guò)該至少一個(gè)縫隙耦合的集總電路元件。
9.如權(quán)利要求4所述的屏蔽裝置，其特征在于該至少一個(gè)空腔包括多個(gè)空腔。
10.如權(quán)利要求4所述的屏蔽裝置，其特征在于VMW包括一個(gè)或多個(gè)位于該至少一個(gè)空腔中以便提高空腔的電容的肋片。
11.如權(quán)利要求10所述的屏蔽裝置，其特征在于在通常垂直于VMW的表面的方向上定向一個(gè)或多個(gè)肋片中的至少一個(gè)。
12.如權(quán)利要求10所述的屏蔽裝置，其特征在于在通常平行于VMW的表面的方向上定向一個(gè)或多個(gè)肋片中的至少一個(gè)。
13.如權(quán)利要求4所述的屏蔽裝置，其特征在于VMW包括包含在該至少一個(gè)空腔中的介電或磁性材料。
14.如權(quán)利要求1-3任何一個(gè)所述的屏蔽裝置，其特征在于VMW包括電感器和電容器的一陣列，被配置以形成在指定頻率附近發(fā)生諧振的一個(gè)或多個(gè)電路。
15.如權(quán)利要求13所述的屏蔽裝置，其特征在于該陣列包括一個(gè)或多個(gè)在其中具有間隔的電感線圈，這些間隔確定了這些電容器。
16.如權(quán)利要求1-3任何一個(gè)所述的屏蔽裝置，其特征在于VMW包括在其中具有周期波紋的表面，這些周期波紋被配置以阻止電流在表面上流動(dòng)。
17.如權(quán)利要求1-3任何一個(gè)所述的屏蔽裝置，其特征在于VMW包括一表面以及一個(gè)或多個(gè)縮短的傳輸線，該傳輸線在表面處具有輸入端并且配置成在輸入端處呈現(xiàn)為開(kāi)路。
18.如權(quán)利要求17所述的屏蔽裝置，其特征在于傳輸線包括折疊傳輸線。
19.如權(quán)利要求17所述的屏蔽裝置，其特征在于傳輸線包括彎曲傳輸線。
20.如權(quán)利要求17所述的屏蔽裝置，其特征在于傳輸線約為指定頻帶波長(zhǎng)的四分之一。
21.如權(quán)利要求1-3任何一個(gè)所述的屏蔽裝置，其特征在于VMW包括具有在指定頻帶內(nèi)諧振的結(jié)構(gòu)，配置成響應(yīng)入射輻射的開(kāi)路諧振電路。
22.如權(quán)利要求1-3任何一個(gè)所述的屏蔽裝置，其特征在于指定頻帶在約800和900MHz之間。
23.如權(quán)利要求1-3任何一個(gè)所述的屏蔽裝置，其特征在于指定頻帶在約1800和1900MHz之間。
24.一種用于個(gè)人通信設(shè)備的天線組件，包括天線，耦合以便由該設(shè)備驅(qū)動(dòng)從而發(fā)射在指定頻帶內(nèi)并具有指定極化的電磁輻射；以及虛磁壁(VMW)，位于天線和該設(shè)備的用戶頭部之間以便反射由天線發(fā)射的輻射遠(yuǎn)離頭部，以便由VMW反射的輻射的電場(chǎng)基本上與在VMW上入射的發(fā)射輻射的電場(chǎng)同相。
25.如權(quán)利要求24所述的組件，其特征在于VMW處于與天線相隔基本上小于輻射波長(zhǎng)的四分之一的距離。
26.如權(quán)利要求24所述的組件，其特征在于VMW適合于仿真全導(dǎo)磁表面。
27.如權(quán)利要求24所述的組件，其特征在于由VMW反射的輻射的磁場(chǎng)的切向分量與在VMW上入射的輻射的磁場(chǎng)的切向分量異相約180°。
28.如權(quán)利要求24-27任何一個(gè)所述的組件，其特征在于VMW由前表面和后表面組成，在它們之間定義至少一個(gè)在指定頻率附近發(fā)生諧振的空腔。
29.如權(quán)利要求28所述的組件，其特征在于在VMW的前表面中形成至少一個(gè)開(kāi)口進(jìn)入空腔的縫隙。
30.如權(quán)利要求29所述的組件，其特征在于該至少一個(gè)縫隙包括多個(gè)縫隙。
31.如權(quán)利要求29所述的組件，其特征在于響應(yīng)發(fā)射的輻射的極化，該至少一個(gè)縫隙被定向。
32.如權(quán)利要求29所述的組件，其特征在于VMW進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)跨過(guò)該至少一個(gè)縫隙耦合的集總電路元件。
33.如權(quán)利要求28所述的組件，其特征在于該至少一個(gè)空腔包括多個(gè)空腔。
34.如權(quán)利要求28所述的組件，其特征在于VMW包括一個(gè)或多個(gè)位于至少一個(gè)空腔中以便提高空腔的電容的肋片。
35.如權(quán)利要求34所述的組件，其特征在于在通常垂直于VMW的表面的方向上定向該一個(gè)或多個(gè)肋片中的至少一個(gè)。
36.如權(quán)利要求34所述的組件，其特征在于在通常平行于VMW的表面的方向上定向一個(gè)或多個(gè)肋片中的至少一個(gè)。
37.如權(quán)利要求28所述的組件，其特征在于VMW包括包含在至少一個(gè)空腔中的介電或磁性材料。
38.如權(quán)利要求24-27任何一個(gè)所述的組件，其特征在于VMW包括電感器和電容器陣列，其被配置以形成在指定頻率附近發(fā)生諧振的一個(gè)或多個(gè)電路。
39.如權(quán)利要求38所述的組件，其特征在于該陣列包括一個(gè)或多個(gè)在其中具有間隔的電感線圈，這些間隔確定了這些電容器。
40.如權(quán)利要求24-27任何一個(gè)所述的組件，其特征在于VMW包括在其中具有周期波紋的表面，這些周期波紋被配置來(lái)防止電流在表面上流動(dòng)。
41.如權(quán)利要求24-27任何一個(gè)所述的組件，其特征在于VMW包括一表面以及一個(gè)或多個(gè)縮短的傳輸線，傳輸線在該表面處具有輸入端并且配置成在輸入端處呈現(xiàn)為開(kāi)路。
42.如權(quán)利要求41所述的組件，其特征在于傳輸線包括折疊傳輸線。
43.如權(quán)利要求41所述的組件，其特征在于傳輸線包括彎曲傳輸線。
44.如權(quán)利要求41所述的組件，其特征在于傳輸線約為指定頻帶波長(zhǎng)的四分之一。
45.如權(quán)利要求24-27任何一個(gè)所述的組件，其特征在于VMW包括在指定頻帶內(nèi)諧振的一結(jié)構(gòu)，其被配置成響應(yīng)入射輻射的開(kāi)路諧振電路。
46.如權(quán)利要求24-27任何一個(gè)所述的組件，其特征在于天線包括單極天線。
47.如權(quán)利要求24-27任何一個(gè)所述的組件，其特征在于天線包括天線陣列。
48.如權(quán)利要求24-27任何一個(gè)所述的組件，其特征在于指定頻帶在約800和900MHz之間。
49.如權(quán)利要求24-27任何一個(gè)所述的組件，其特征在于指定頻帶在約1800和1900MHz之間。
50.一種用于防止對(duì)象免受天線在指定頻帶內(nèi)發(fā)射的并具有指定極化的輻射的方法，該方法包括將虛磁壁(VMW)放在天線和對(duì)象之間以便反射由天線發(fā)射的輻射遠(yuǎn)離對(duì)象，以便由VMW反射的輻射的電場(chǎng)基本上與在VMW上入射的發(fā)射輻射的電場(chǎng)同相。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于放置VMW包括將VMW放在與天線相隔基本上小于輻射波長(zhǎng)的四分之一的距離處。
52.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于放置VMW包括在天線和對(duì)象間放置仿真全導(dǎo)磁表面的一裝置。
53.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于放置VMW包括將VMW配置在天線和對(duì)象之間以便由VMW反射的輻射的磁場(chǎng)的切向分量與在VMW上入射的輻射的磁場(chǎng)的切向分量異相約180°。
54.如權(quán)利要求50-53任何一個(gè)所述的方法，其特征在于放置VMW包括在天線和對(duì)象間提供在指定頻率附近發(fā)生諧振的空腔。
55.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于提供空腔包括在VMW的前表面中產(chǎn)生至少一個(gè)開(kāi)口進(jìn)入空腔的縫隙。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于產(chǎn)生至少一個(gè)縫隙包括響應(yīng)發(fā)射輻射的極化，來(lái)定向該縫隙。
57.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于提供空腔進(jìn)一步包括跨過(guò)該至少一個(gè)縫隙耦合一個(gè)或多個(gè)集總電路元件。
58.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于提供空腔包括提供多個(gè)空腔。
59.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于提供空腔包括將一個(gè)或多個(gè)肋片放置在空腔中以便增強(qiáng)空腔的電容。
60.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于提供空腔包括用介電或磁性材料填充空腔。
61.如權(quán)利要求50-53任何一個(gè)所述的方法，其特征在于放置VMW包括將電感器和電容器的一陣列放在天線和對(duì)象之間，其中電感器和電容器被配置以形成在指定頻率附近發(fā)生諧振的一個(gè)或多個(gè)電路。
62.如權(quán)利要求50-53任何一個(gè)所述的方法，其特征在于放置VMW包括在天線和對(duì)象間提供一表面，該表面具有周期波紋，該周期波紋用來(lái)防止電流在表面上流動(dòng)。
63.如權(quán)利要求50-53任何一個(gè)所述的方法，其特征在于放置VMW包括在天線和對(duì)象間提供一表面以及在該表面上提供一個(gè)或多個(gè)具有輸入端的縮短的傳輸線，其中傳輸線配置成在輸入端處呈現(xiàn)為開(kāi)路。
64.如權(quán)利要求50-53任何一個(gè)所述的方法，其特征在于放置VMW包括在天線和對(duì)象間放置一諧振結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)在指定頻帶內(nèi)發(fā)生諧振并被配置成響應(yīng)入射輻射的開(kāi)路諧振電路。
65.如權(quán)利要求50-53任何一個(gè)所述的方法，其特征在于該指定頻帶在約800和900MHz之間。
66.如權(quán)利要求50-53任何一個(gè)所述的方法，其特征在于該指定頻帶在約1800和1900MHz之間。
全文摘要
一種輻射屏蔽裝置(36)，包括虛磁壁(VMW)，虛磁壁適合放在輻射天線(34)和對(duì)象(30)之間以便反射天線在指定頻率內(nèi)發(fā)射的并具有指定極化的電場(chǎng)的電磁輻射遠(yuǎn)離對(duì)象。由VMW反射的輻射的電場(chǎng)基本上與在VMW上入射的發(fā)射輻射的電場(chǎng)同相。
文檔編號(hào)H01Q1/24GK1502143SQ01820599
公開(kāi)日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2001年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月14日
發(fā)明者阿舍·佩萊德, 埃胡德·海曼, 本－蔡恩·斯坦伯格, 拉斐爾·卡斯特納, 阿米爾·博格, 博格, 卡斯特納, 海曼, 阿舍 佩萊德, 鰲に固共 申請(qǐng)人:愛(ài)克斯蘭特有限公司