Микрополосковая антенна для рассеивающего электромагнитное излучение устройства
Изобретение относится к конструкции микрополосковой антенны, предназначенной для использования в рассеивающем электромагнитное излучение устройстве, которое уменьшает воздействия нежелательного электромагнитного излучения. Рассеивающее устройство содержит микрополосковую антенну для улавливания излучения от работающего источника излучения. Устройство преобразует излучение в электрический ток и потребляет его за счет работы термического, механического или электрического устройства. Микрополосковая антенна включает несколько последовательно соединенных меандрических сегментов. Один или более меандрических сегментов имеют изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°, а один или более меандрических сегментов имеют изломы с углами, отличающимися от 90° более чем на 5°. Меандрические сегменты имеют различные углы, которые улучшают поглощение антенной нежелательного электромагнитного излучения сотового телефона. Способ уменьшения воздействия нежелательного электромагнитного излучения работающего источника излучения, включающий прием электромагнитного излучения от источника излучения микрополосковой антенной, преобразующей принятое электромагнитное излучение в электрический ток, отведение тока в энергопотребляющий блок. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Заявляемое изобретение относится к антеннам, принимающим электромагнитное излучение. В частности изобретение относится к антеннам, приспособленным для размещения вблизи источника электромагнитного излучения, и направлено на снижение нежелательного излучения, которое исходит от работающего источника излучения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многие устройства во время работы являются источниками электромагнитного излучения. Например, беспроводные устройства связи в режиме передачи генерируют электромагнитное излучение. Другие устройства излучают непреднамеренно, например СВЧ-печь во время работы может быть источником микроволнового излучения. Широкое распространение и использование портативных устройств, сотовых телефонов порождает большую обеспокоенность относительно вредного воздействия создаваемого ими излучения на человека. Современные портативные сотовые телефоны, как правило, имеют продолговатый корпус с внутренней антенной, а устаревшие модели портативных сотовых телефонов обычно имеют продолговатый корпус с антенной, выдвигающейся вверх из корпуса. При использовании любого типа телефона, когда пользователь подносит сотовый телефон к голове, его голова находится в непосредственной близости от антенны. Антенна испускает излучение, когда сотовый телефон находится в режиме передачи, и такую антенну будем называть передающей. Таким образом, когда пользователь разговаривает, передающая антенна телефона является источником электромагнитного излучения, и существенное количество электромагнитной энергии воздействует непосредственно на голову пользователя.
Каждый сотовый телефон соответствует некому государственному стандарту, определяющему количество излучения, которому подвергается пользователь. Количество радиочастотного излучения, поглощаемое телом, измеряется в единицах, известных как удельный коэффициент поглощения или SAR (Specific Absorption Rates). Всегда желательно уменьшить значение SAR без существенного негативного влияния на работу телефона.
Известны попытки защитить тело от электромагнитного излучения, исходящего от передающей антенны. Например, в патенте US 5613221 описана электропроводящая полоса, размещенная между передающей антенной и головой пользователя и предназначенная для отведения излучения в сторону от головы пользователя. Также были отдельные попытки перенаправить электромагнитное излучение в сторону от тела за счет изменения места расположения передающей антенны или ее диаграммы направленности. Например, в патенте US 6356773 предложено вынести передающую антенну от телефона и разместить ее над головой пользователя. Между передающей антенной и головой пользователя размещается изолирующая прокладка, типа колпака, препятствующая излучению, так что оно не достигает пользователя. В патенте US 6031495 описано использование проводящей полоски между двумя электродами передающей антенны для создания двусторонней диаграммы направленности, лепестки которой направлены в сторону от головы пользователя. Известны другие исследований с целью уменьшения вредного воздействия излучения путем его подавления. Например, в патенте US 6314277 описана антенна сотового телефона, которая подавляет излучение сотового телефона в режиме передачи с помощью направленного поглощающего экрана, возвращающего сигнал обратно в сотовый телефон.
Одним из методов уменьшения электромагнитного излучения является поглощение излучения антенны, преобразование его в электрический ток и затем рассеивание тока, как это описано в заявке US 2008/0014872. Тем не менее, антенны предназначены для приема радиосигнала на определенный частотах, и сотовые телефоны работают, в общем случае, на одной (или более) из четырех различных частот. Например, в Европе сотовые телефоны стандарта GSM работают на частотах 900 МГц и 1800 МГц. В США сотовые телефоны стандарта GSM и стандарта CDMA работают на частотах 950 МГЦ и 1900 МГц. Желательно разработать антенну для устройства, рассеивающего электромагнитное излучение, которая способна поглощать излучение в полосе частот большинства или всех рабочих частот сотовых телефонов.
Так называемые меандрические (или "ломаные") антенны стали популярными для приема сигналов сотовых телефонов благодаря их малому размеру, легкости, простоте изготовления и круговой диаграмме направленности. Меандрические антенны в общем случае включают несколько раз сложенный провод, изготовленный методом печати на диэлектрической подложке, по типу печатной платы. Меандрические антенны имеют резонансную частоту в заданной полосе частот при значительно меньших размерах, чем антенны других конструкций. Резонансная частота меандрической антенны уменьшается в той мере, как увеличивается общая длина провода меандрической антенны. Кроме того, если витки в меандрической антенне расположены очень плотно, так что имеется сильное взаимодействие, это может создавать емкостную нагрузку антенне, что увеличиват ширину полосы пропускания. Общая геометрия антенны, длина провода и контур могут быть оптимизированы для антенн различного назначения. Желательно разработать меандрическую антенну для использования с устройством, рассеивающим электромагнитное излучение, которая была бы эффективной в полосе рабочих частот сотовых телефонов.
Соответственно, объектом заявляемого изобретения является конструкция антенны, которая при использовании уменьшает для пользователя значение SAR работающего источника излучения без существенных негативных последствий для технических характеристик источника излучения. В частности, объектом изобретения является конструкция антенны с особыми витками для уменьшения нежелательного излучения сотового телефона, которому подвергается пользователь. Дополнительно, объектом изобретения является конструкция антенны, которая может поглощать электромагнитное излучение сотового телефона на одной из четырех основных частот, выделенных для сотовой связи.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявляемое изобретение относится к микрополосковым антеннам, в частности к микрополосковым антеннам, предназначенным для использования в рассеивающем электромагнитное излучение устройстве, которое уменьшает воздействия нежелательного электромагнитного излучения, или в устройстве, предназначенном для сигнализации наличия известного или неизвестного электромагнитного излучения. Рассеивающее устройство использует антенну для улавливания излучения от работающего источника излучения, такого как сотовый телефон в режиме передачи. Устройство преобразует принятое антенной излучение в электрический ток и рассеивает этот ток за счет использования его для работы токопотребляющего устройства, которое может быть термическим, механическим, химическим или электрическим устройством или их комбинацией.
Микрополосковая антенна в соответствии с заявляемым изобретением включает несколько последовательно соединенных меандрических сегментов, каждый меандрический сегмент включает по меньшей мере два параллельных смежных проводящих элемента, последовательно соединенных проводящим элементом с образованием двух последовательных изломов, при этом один или более меандрических сегментов имеют изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°, а один или более меандрических сегментов имеют изломы с углами, отличающимися от 90° более чем на 5°. Установлено, что такая антенна обладает очень эффективной способностью уменьшать воздействие нежелательного электромагнитного излучения.
Предпочтительно, чтобы антенна в соответствии с изобретением была выполнена в виде монопольной антенны.
Предпочтительным является выполнение упомянутых изломов в виде заостренных изломов.
Предпочтительно, чтобы микрополосковая антенна имела ширину в пределах от 0,005 до 0/035 дюйма.
Предпочтительно, чтобы микрополосковая антенна имела длину в пределах от 0,5 до 5 дюйма.
Предпочтительно, чтобы упомянутые параллельные смежные проводящие элементы были расположены друг от друга с шагом в пределах от 0,03 до 0,7 дюйма.
Предпочтительно, чтобы антенна включала, по меньшей мере, два меандрических сегмента, имеющих в значительной степени разную ширину. Под "шириной" меандрического сегмента понимается расстояние между противоположными концами параллельных смежных проводящих элементов сегмента. При включении меандрических сегментов в значительной степени разной ширины антенна способна лучше улавливать электромагнитное излучение на существенно отличающихся друг от друга длинах волн.
Предпочтительно, чтобы антенна включала первый меандрический сегмент, имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°, и второй меандрический сегмент, последовательно соединенный с первым меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° более чем на 5°.
Также предпочтительно, чтобы антенна дополнительно включала третий меандрический сегмент, последовательно соединенный со вторым меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°.
Более того, предпочтительно, чтобы антенна дополнительно включала четвертый меандрический сегмент, последовательно соединенный с третьим меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° более чем на 5°.
Антенна также может дополнительно включать пятый меандрический сегмент, последовательно соединенный с четвертым меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°.
В предпочтительном варианте осуществления упомянутый первый меандрический сегмент может быть соединен с электрическим выходным контактом антенны, упомянутые первый, третий и пятый меандрические сегменты могут иметь по существу параллельные кромки, а упомянутый третий меандрический сегмент может иметь по существу меньшую ширину, чем упомянутые первый и пятый меандрические сегменты. Под "кромкой" меандрического сегмента понимается линия, соединяющая смежные концы параллельных смежных проводящих элементов сегмента. Такая форма дополнительно увеличивает способность антенны улавливать электромагнитное излучение на существенно отличающихся друг от друга длинах волн.
Предпочтительно, чтобы две кромки упомянутого второго меандрического сегмента сходились, образуя угол более 1°, но меньше 90°, а кромки упомянутого четвертого меандрического сегмента расходились, образуя угол более 90°. Если смотреть на зону меандрического сегмента, где под "зоной" понимается контур периметра сегмента, то зона второго меандрического сегмента суживается от ширины упомянутого первого меандрического сегмента до ширины упомянутого третьего меандрического сегмента, а зона упомянутого четвертого меандрического сегмента расширяется от ширины упомянутого третьего меандрического сегмента до ширины упомянутого пятого меандрического сегмента.
Заявляемое изобретение также относится к устройству, включающему микрополосковую антенну, выполненную с соответствии с изобретением, и энергопотребляющий блок, соединенный с упомянутой микрополосковой антенной, а также относится к способу уменьшения воздействия нежелательного электромагнитного излучения от работающего источника излучения, который включает прием электромагнитного излучения от работающего источника излучения выполненной в соответствии с изобретением микрополосковой антенной, преобразующей принятое электромагнитное излучение в электрический ток, отведение тока в энергопотребляющий блок и использование тока энергопотрябляющим блоком.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 изображена структурная схема, иллюстрирующая антенну в соответствии с заявляемым изобретением, соединенную с устройством, рассеивающим электромагнитное излучение.
На Фиг.2 показана схема взаимодействия устройства, рассеивающего электромагнитное излучение и снабженного антенной, выполненной в соответствии с заявляемым изобретением, с расположенным вблизи источником излучения.
На Фиг.3 схематично представлено изображение печатной платы с размещенной на ней антенной, выполненной в соответствии с заявляемым изобретением, для использования в сотовом телефоне.
На Фиг.4 представлены предпочтительные размеры антенны.
На Фиг.5 схематично в аксонометрии представлен вид сотового телефона с рассеивающим электромагнитное излучение устройством, присоединенным к наружной поверхности корпуса сотового телефона.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявляемое изобретение - микрополосковая антенна 14 может быть использована с рассеивающим электромагнитное излучение устройством 10 для уменьшения воздействия вредного излучения или с устройством для обнаружения наличия известного или неизвестного электромагнитного излучения. Рассеивающее устройство 10 включает антенну и энергопотребляющий блок 17, как это показано на Фиг.1. Когда источник излучения 11, как показано на Фиг.2, работает, он создает электромагнитное излучение. Излучение, воздействующее на антенну 14, возбуждает в ней электрический ток. Для продолжения поглощения электромагнитного излучения ток, в конечном счете, должен быть отведен из антенны. Этот ток от антенны 14 по фидеру 12 направляется в энергопотребляющий блок 17, который потребляет этот ток за счет работы электрического, механического или термического устройства. Для маломощного источника излучения генерируемый ток мал, поэтому в качестве фидера может быть использован простой провод или проводник печатной платы. Для более мощных источников излучения может потребоваться более мощный фидер.
На Фиг.3 показана печатная плата 30, содержащая антенну 14 в соответствии с заявляемым изобретением. Как известно из области техники, в качестве антенны может быть любое электропроводящее тело, которое работает как приемник или коллектор электромагнитной энергии. Кроме того, антенны имеют определенные основные параметры, из которых наиболее важными являются коэффициент усиления, диаграмма направленности, ширина полосы пропускания и поляризация. При приеме нежелательного излучения в приемной антенне облучаемое электромагнитное поле взаимодействует с антенной по всей ее длине. Если приемная антенна, в которой возбуждается сигнал, имеет определенную длину относительно длины волны принимаемого излучения, то индуцированный ток будет очень большим. Требуемая длина антенны может быть определена из известного соотношения:
(λ)(f)=с,
где: λ - длина волны падающего излучения; f - частота падающего излучения; с - скорость света. Например, длина волны распространяющегося в воздухе сигнала частотой 1900 МГц составит примерно 32 см. Если сигнал возбуждает 32-сантиметровую антенну или ее определенный отрезок (1/2, или 1/4, или 1/8 длины волны), то индуцированный ток будет больше, чем в случае возбуждения антенны, не имеющей указанного соотношения с длиной волны.
Обычно сотовые телефоны и другие устройства беспроводной связи стандартов PCS, G3 или Bluetooth® в режиме передачи работают в радио- или микроволновом диапазоне. Эти и другие товары широкого потребления часто излучают сигналы на множестве длин волн (частотах). В частности, сотовые телефоны в режиме передачи излучают сигнал на частотах 450 МГц, 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц и 1900 МГц. Это означает, что микрополосковая антенна 14 должна работать в значительно большем диапазоне частот. Соответствующая длины волн для рабочих частот сотовых телефонов представлены ниже в таблице.
| f | λ | 1/2λ | 1/4λ | 1/16λ |
| 450 МГц | 64 см | 32 см | 16 см | 4 см |
| 850 МГц | 33,88 см | 16,9 см | 8,47 см | 2,12 см |
| 900 МГц | 32 см | 16 см | 8 см | 2 см |
| 1800 МГц | 16 см | 8 см | 4 см | 1 см |
| 1900 МГц | 15,16 см | 7,58 см | 3,79 см | 0,95 см |
Микрополосковая антенна 14 в данном случае является приемной антенной и не излучает электромагнитную энергию. Микрополосковая антенна 14 может быть любого исполнения/ известного для такого типа антенн, например это может быть антенна в виде дорожки на печатной плате, антенна, выполненная из провода, антенна, напечатанная проводящими чернилами, или антенна из любого другого электропроводящего материала, как это известно в данной области техники. Предпочтительным вариантом является микрополосковая антенна 14, представляющая собой монополь в виде дорожки на печатной плате, весом 1 унцию, изготовленной из меди в форме серпантина или ломаной линии типа меандра. Такие антенны в виде проводника печатной платы, или - микрополосковой линии, а также способы их изготовления хорошо известны в данной области техники. Печатная плата 30 имеет верхнюю поверхность, на которой выполнена микрополосковая антенна. В предпочтительном варианте в качестве печатной платы можно использовать стеклотекстолит марки FR4 толщиной 0,8 мм, который является электрически не проводящим материалом на частоте 1,8 МГц. Для увеличения гибкости его можно заменить на стеклотекстолит толщиной 0,5 мм. Например, чтобы можно было закрепить антенну, выполненную на печатной плате, на неровной или закругленной поверхности сотового телефона или другого устройства, толщину печатной платы желательно иметь 0,5 мм или менее. В предпочтительном варианте печатная плата может быть выполнена в форме, подобной бутылке или песочным часам, как это показано на Фиг.3, а нагрузкой антенны является светодиод, включенный в выходную цепь через двухполупериодный выпрямитель, преобразующий переменный ток, генерируемый антенной, в постоянный ток для питания светодиода.
Микрополосковая антенна, выполненная на поверхности печатной платы 30 предпочтительно имеет ширину в диапазоне от 0,005 до 0,035 дюйма и более предпочтительно 0,020 дюйма, как показано на Фиг.4. Общая длина микрополосковой антенны от одного конца до другого предпочтительно составляет от 0,5 до 5 дюймов и более предпочтительно 3,86165 дюйма, как показано на Фиг.4. Предпочтительно общая площадь антенны составляет 0,0798 кв. дюйма, и предпочтительный периметр антенны составляет 7,9349 дюйма. Определяющая форма микрополосковой антенны в соответствии с заявляемым изобретение включает несколько последовательно соединенных меандрических сегментов, при этом каждый меандрический сегмент включает, по меньшей мере, два параллельных смежных проводящих элемента, последовательно соединенных проводящим элементом с образованием двух последовательных изломов, при этом один или более меандрических сегментов имеют изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°, а один или более меандрических сегментов имеют изломы с углами, отличающимися от 90° более чем на 5°. Предпочтительно, чтобы каждый из изломов был выполнен в виде заостренного излома и не имел какого-нибудь плавного перехода или скругления. Расстояние между параллельными смежными проводящими элементами - это заданный шаг.
Антенна может включать, по меньшей мере, два меандрических сегмента, имеющих в значительной степени разную ширину. Ширина меандрического сегмента есть расстояние между противолежащими концами параллельных проводящих элементов этого сегмента. В предпочтительном варианте антенна включает первый меандрический сегмент, имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°, и второй меандрический сегмент, последовательно соединенный с первым меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° более чем на 5°. Антенна может дополнительно включать третий меандрический сегмент, последовательно соединенный со вторым меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°. Антенна может дополнительно включать четвертый меандрический сегмент, последовательно соединенный с третьим меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° более чем на 5°. Антенна также может дополнительно включать пятый меандрический сегмент, последовательно соединенный с четвертым меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°.
В предпочтительном варианте выполнения упомянутый первый меандрический сегмент может быть соединен с выходным контактом антенны, упомянутые первый, третий и пятый меандрические сегменты могут иметь по существу параллельные кромки, а упомянутый третий меандрический сегмент может иметь по существу меньшую ширину, чем упомянутые первый и пятый меандрические сегменты. Кромкой меандрического сегмента является линия, соединяющая противолежащие концы параллельных смежных проводящих элементов сегмента.
Предпочтительно, чтобы две кромки упомянутого второго меандрического сегмента сходились, образуя угол более 1°, но меньше 90°, а кромки упомянутого четвертого меандрического сегмента расходились, образуя угол более 90°. Если смотреть на зону меандрического сегмента, где под "зоной" понимается контур периметра сегмента, то зона второго меандрического сегмента суживается от ширины упомянутого первого меандрического сегмента до ширины упомянутого третьего меандрического сегмента, а зона упомянутого четвертого меандрического сегмента расширяется от ширины упомянутого третьего меандрического сегмента до ширины упомянутого пятого меандрического сегмента.
На Фиг.3 показан предпочтительный вариант рисунка микрополосковой антенны с несколькими меандрическими сегментами, которая включает несколько поворотов или изломов, главным образом, на угол 90°, дополненные несколькими поворотами или изломами на угол больше или меньше 90°. Специфические размеры сегментов и углов предпочтительного варианта выполнения показаны на Фиг.4 и описаны ниже. Для удобства и в соответствии с Фиг.3 и Фиг.4 элементы микрополосковой антенны 14, которые вытянуты в направлении Y, будем рассматривать здесь как вертикальные элементы (или вертикально ориентированные элементы), а элементы микрополосковой антенны, которые вытянуты в направлении X, будем рассматривать как горизонтальные элементы (или горизонтально ориентированные элементы). Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, все горизонтальные элементы микрополосковой антенны 14 по существу параллельны друг другу. Вертикальные элементы, однако, могут быть по существу параллельными или расположенными под углом относительно друг друга. Как показано, вертикальные элементы являются соответствующими по высоте (или смещению в направлении Y) для каждого меандрического сегмента. Как показано на Фиг.4, они однотипны, и высота равна 0,07 дюйма для всех (не для всех высота показана, но следует понимать, что она одинакова для всех). В качестве альтернативы, высота каждого вертикального элемента может изменяться внутри меандрического сегмента или может меняться для разных меандрических сегментов. Также, как показано, шаг между параллельными горизонтальными элементами составляет 0,05 дюйма. Как и в случае высоты каждого вертикального элемента, шаг между параллельными элементами может изменяться внутри меандрического сегмента или может меняться для разных меандрических сегментов. Горизонтальные элементы и вертикальные элементы соединены друг с другом под углом или "углом излома". Углами излома могут быть любые внутренние углы в диапазоне от 0 до 180°. Предпочтительно, чтобы изломы, как показано на Фиг.3 и Фиг.4, были выполнены в виде заостренных изломов и не имели какого-нибудь плавного перехода или скругления.
На Фиг.3 показана антенна 14, состоящая из нескольких последовательно соединенных меандрических сегментов 31-35. Меандрический сегмент 31 включает вертикальный элемент, который своим проксимальным концом соединен с конденсаторами 15. Сегмент 31 далее имеет излом 31а на угол 90°, переходящий в горизонтальный элемент 31b, который равен половине общей ширины зоны сегмента 31. Сегмент 31 затем меандрирует назад и вперед и имеет четыре других излома на угол 90°. Вертикальные элементы сегмента 31 параллельны друг другу. На дистальном конце сегмент 31 соединен с проксимальным концом второго меандрического сегмента 32 с образованием излома 32а на угол менее 90°. Зона сегмента 32 сужается от общей ширины сегмента 31 до меньшей ширины и включает меандрический элемент с изломами на угол менее 90° и на угол более 90°, так что каждый его вертикальный элемент расположен под углом к центральной продольной оси Y антенны. На дистальном конце сегмент 32 соединен с проксимальным концом третьего меандрического сегмента 33 с образованием излома 33а. Сегмент 33 более узкий, чем сегмент 31, но включает шесть изломов на угол 90°. Вертикальные элементы сегмента 33 параллельны друг другу. На дистальном конце сегмент 33 соединен с проксимальным концом четвертого меандрического сегмента 34 с образованием излома 34а. Зона сегмента 34 плавно изменяется от ширины сегмента 33 до большей ширины и включает изломы на угол менее 90° и на угол более 90°, так что вертикальный элемент отклонен под углом от центральной продольной оси Y антенны. Наконец, на дистальном конце сегмент 34 соединен с проксимальным концом пятого меандрического сегмента 35 с образованием излома 35а. Сегмент 35 имеет такую же ширину, что и сегмент 31, и включает восемь изломов на угол 90°. Сегмент 35 имеет горизонтальный оконечный элемент и такую же общую ширину, как у зоны сегмента 31. Вертикальные элементы секции 35 параллельны друг другу. В предпочтительном варианте осуществления антенна имеет 21 излом с углами 90°, 3 излома с углами менее 90° и 3 излома с углами более 90°. Альтернативные варианты выполнения антенны могут иметь отличное от указанного число изломов с указанными углами, однако общая форма - типа песочных часов или бутылки, как показано на Фиг.3 и Фиг.4, которая включает изломы с отличными от указанных углами, обеспечивает антенне более широкий частотный диапазон приема.
На Фиг.4 показаны размеры для предпочтительного примера выполнения микрополосковой антенны 14. Все указанные на Фиг.4 размеры даны в дюймах с погрешностью ±0,5° для угловых размеров и ±0,015 для линейных размеров. Микрополосковая антенна включает первый меандрический сегмент, имеющий: первый вертикальный элемент высотой 0,07 дюйма; первый горизонтальный элемент шириной 0,18 дюйма, соединенный под углом 90° с первым вертикальным элементом; второй вертикальный элемент высотой 0,07 дюйма, соединенный под углом 90° с первым горизонтальным элементом; второй горизонтальный элемент шириной 0,32 дюйма, соединенный под углом 90° со вторым вертикальным элементом; третий вертикальный элемент высотой 0,07 дюйма, соединенный под углом 90° со вторым горизонтальным элементом; и третий горизонтальный элемент шириной 0,32 дюйма, соединенный под углом 90° с третьим вертикальным элементом.
Показанная на Фиг.4 микрополосковая антенна 14 включает второй меандрический сегмент, последовательно соединенный с первым меандрическим сегментом и имеющий: первый вертикальный элемент со смещением по вертикали 0,07 дюйма, соединенный под углом 65,83° с третьим горизонтальным элементом первого меандрического сегмента; первый горизонтальный элемент, соединенный под углом 114,17° с первым вертикальным элементом; второй вертикальный элемент со смещением по вертикали 0,07 дюйма, соединенный под углом 65,83° с первым горизонтальным элементом; и второй горизонтальный элемент, соединенный под углом 114,17° со вторым вертикальным элементом.
Показанная на Фиг.4 микрополосковая антенна 14 включает третий меандрический сегмент, последовательно соединенный со вторым меандрическим сегментом и имеющий: первый вертикальный элемент высотой 0,07 дюйма, соединенный под углом 90° со вторым горизонтальным элементом второго меандрического сегмента; первый горизонтальный элемент шириной 0,20 дюйма, соединенный под углом 90° с первым вертикальным элементом; второй вертикальный элемент высотой 0,07 дюйма, соединенный под углом 90° с первым горизонтальным элементом; второй горизонтальный элемент шириной 0,20 дюйма, соединенный под углом 90° со вторым вертикальным элементом; третий вертикальный элемент высотой 0,07 дюйма, соединенный под углом 90° со вторым горизонтальным элементом; третий горизонтальный элемент шириной 0,20 дюйма, соединенный под углом 90° с третьим вертикальным элементом; и четвертый вертикальный элемент высотой 0,07 дюйма, соединенный под углом 90° с третьим горизонтальным элементом.
Показанная на Фиг.4 микрополосковая антенна 14 включает четвертый меандрический сегмент, последовательно соединенный с третьим меандрическим сегментом и имеющий: первый горизонтальный элемент шириной 0,20 дюйма, соединенный под углом 90° с четвертым вертикальным элементом третьего меандрического сегмента, первый вертикальный элемент со смещением по вертикали 0,07 дюйма, соединенный под углом 146,71° с первым горизонтальным элементом; и второй горизонтальный элемент шириной 0,32 дюйма, соединенный под углом 33,29° с первым вертикальным элементом.
Показанная на Фиг.4 микрополосковая антенна 14 также включает пятый меандрический сегмент, последовательно соединенный с четвертым меандрическим сегментом и имеющий: первый вертикальный элемент высотой 0,07 дюйма, соединенный по углом 90° со вторым горизонтальным элементом четвертого меандрического элемента; первый горизонтальный элемент шириной 0,32 дюйма, соединенный под углом 90° с первым вертикальным элементом; второй вертикальный элемент высотой 0,07 дюйма, соединенный по углом 90° с первым горизонтальным элементом; второй горизонтальный элемент шириной 0,32 дюйма, соединенный под углом 90° со вторым вертикальным элементом; третий вертикальный элемент высотой 0,07 дюйма, соединенный по углом 90° со вторым горизонтальным элементом; третий горизонтальный элемент шириной 0,32 дюйма, соединенный под углом 90° с третьим вертикальным элементом; четвертый вертикальный элемент высотой 0,07 дюйма, соединенный по углом 90° с третьим горизонтальным элементом; и четвертый горизонтальный элемент шириной 0,16 дюйма, соединенный под углом 90° с четвертым вертикальным элементом.
Микрополосковая антенна соединяется с энергопотребляющим блоком 17 рассеивающего электромагнитное излучение устройства 10 для эффективного уменьшения действующего значения SAR на пользователя сотового телефона, причем это достигается без существенного негативного влияния на передачу, ведущуюся от сотового телефона на ретранслятор или базовую станцию сотовой связи. Как показано на Фиг.3, микрополосковая антенна соединена через конденсаторы 15, диоды 16 со светодиодом 18. Это дополнительно обеспечивает индикацию для пользователя о наличии электромагнитного излучения. Конденсаторы и диоды работают как умножитель напряжения для формирования достаточного напряжения для питания светодиода 18. Например, при таком маломощном варианте использования четыре конденсатора 15 использованы с двумя диодами 16. Предпочтительно в качестве диодов 16 использовать радиочастотные диоды Шоттки, имеющие очень низкое прямое падение напряжения - порядка 0,2-0,3 В. Такие диоды, например, производятся компанией Aeroflex/Metelics, Inc., Саннивейл, шт. Калифорния. В качестве конденсаторов предпочтительно использовать керамические конденсаторы емкостью 1,0 мкф на рабочее напряжение 6 В, например, такие как AVX 0603ZD105KAT2A производства компании Myrtle Beach, шт. Южная Каролина. В качестве светодиода предпочтительно использовать слаботочный красный светодиод с длиной волны 632 нм, например, такой как APT1608SEWE производства компании Kingbright Corp. из City of Industry, шт. Калифорния.
Количество конденсаторов и диодов может быть увеличено или уменьшено для согласования с уровнем излучения разных источников электромагнитного излучения. Например, когда ослабляется нежелательное излучение от источника более высокой мощности излучения, таких как устройства коротковолновой радиосвязи, количество конденсаторов может быть сокращено, поскольку напряжение, генерируемое антенной, является достаточным для работы энергопотребляющего блока.
Выходной ток антенны может быть использован для питания любого энергопотребляющего блока 17, в качестве которого может быть использован один или более энергопотребляющих элементов. Например, в качестве энергопотребляющего блока 17 могут быть использованы: один или более зуммер, звонок или любой другой электрический преобразователь, который преобразует электрическую энергию в звуковую; электродвигатель или любой другой электрический преобразователь, который преобразует электрическую энергию в механическую; электронагреватель или любой другой электрический преобразователь, который преобразует электрическую энергию в тепло; лампа или любой другой электрический преобразователь, который преобразует электрическую энергию в свет, или их комбинация. Ток может быть использован для катализа химической реакции. В предпочтительном варианте осуществления изобретения ток используется для питания светодиода, который светится, когда подводится ток, выполняя при этом вторичное назначение - индикацию для пользователя рабочего состояния устройства 10 или наличия в окружающем пространстве электромагнитного излучения. В другом примере осуществления изобретения током можно запитать жидкокристаллический индикатор. Энергопотребляющий блок 17 может быть использован для работы с одним или более потребителями тока внутри источника излучения.
На Фиг.5 показано устройство 10, снабженное микрополосковой антенной 14, в том виде, как оно использовано с сотовым телефоном 50. Сотовый телефон 50 является источником электромагнитного излучения 11. Рассеивающее электромагнитное излучение устройство 10 во всяком случае может быть не соединено с источником излучения 11. Например, в предпочтительном варианте осуществления рассеивающее электромагнитное излучение устройство 10 электрически не соединено с сотовым телефоном 50. Кроме того, устройство 10 может просто находиться рядом с сотовым телефоном 50, по существу может быть прикреплено к одежде человека или встроено в аксессуары, такие как ювелирное украшение, ремень, головной убор или шарф. Тем не менее предпочтительно, чтобы устройство 10 было физически присоединено к источнику излучения 11 попросту для того, чтобы устройство 10 случайно не было отдельно от источника излучения и перестало должным образом работать. Например, устройство 10 может быть приклеено с внешней стороны к корпусу 51 сотового телефона 50, как это показано на Фиг.5. Устройство 10 может быть присоединено к источнику излучения 11 иным способом, например, с помощью винта, штыря, путем вдавливания, например устройство 10 может быть выполнено заодно с источником излучения 11. Независимо от того, прикреплено ли физически устройство 10 к источнику излучения 11, оно должно находиться на некотором расстоянии для улавливания вредного излучения. Это расстояние зависит от некоторых факторов, включая частоту излучения, мощность, параметры среды, в которой распространяется излучение, и пр. Допустимая дистанция 20 условно показана на Фиг.2 пунктирной линией. Предпочтительно, чтобы устройство 10 располагалось в пределах 6 дюймов от сотового телефона или другого источника излучения.
Ниже в сравнительной таблице показано уменьшение значений удельного коэффициента поглощения (SAR), достигнутых с использованием рассеивающего электромагнитное излучение устройства, снабженного антенной в соответствии с заявляемым изобретением (радиочастотный рейдер - RF Raider), в сравнении с SAR, достигнутым с использованием рассеивающего электромагнитного излучения устройства с обычной меандрической микрополосковой антенной.
| Сравнительная таблица значений SAR | |||||
| Тестируемый мобильный телефон | Используемое устройство | Частота | SAR без ЧИП | SAR с ЧИП | Уменьшение |
| Nokia 2680 | RF Raider | 1800 МГц | 0,589 | 0,306 | 48,0% |
| Nokia 2680 | ЧИП с антенной | 1800 МГц | 0,561 | 0,533 | 5,0% |
| Примечание: все тесты были проведены в середине полосы пропускания. |
Кроме использования с сотовым телефоном, заявляемое изобретение может быть использовано с другими источниками излучения, например с другими беспроводными устройствами связи, такими как спутниковые телефоны, BlackBerry® и другие, с передающими электронные сообщения устройствами, в распределенных беспроводных локальных сетях, с микроволновыми печами, портативными радиостанциями, музыкальными плеерами и видеоплеерами, автоматическими гаражными дверями, системами открывания дверей в здании, полицейскими радарами, коротковолновыми любительскими радиостанциями, телевизионными или другими электронно-лучевыми трубками и плазменными дисплеями, линиями электропередачи, радиоактивными элементами и другими источниками излучения. Заявляемое изобретение также может быть использовано для обнаружения наличия электромагнитного излучения еще неизвестного источника излучения.
Несмотря на то что выше были описаны и проиллюстрированы предпочтительные варианты осуществления заявляемого изобретения, для специалиста понятно, что могут быть внесены различные изменения и сделаны модификации, эквивалентные замены без изменения сущности изобретения. Соответственно, предполагается, что заявляемое изобретение не может быть ограничено раскрытыми частными примерами его осуществления, и что изобретение будет включать все варианты, подпадающие под объем изобретения, охарактеризованного в формуле изобретения.
1. Микрополосковая антенна, включающая несколько последовательно соединенных меандрических сегментов, в которой каждый меандрический сегмент включает по меньшей мере два параллельных смежных проводящих элемента, последовательно соединенных проводящим элементом с образованием двух последовательных изломов, при этом один или более меандрических сегментов имеют изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°, а один или более меандрических сегментов имеют изломы с углами, отличающимися от 90° более чем на 5°.
2. Антенна по п.1, характеризующаяся тем, что выполнена в виде монопольной антенны.
3. Антенна по п.1, характеризующаяся тем, что упомянутые изломы выполнены в виде заостренных изломов.
4. Антенна по п.1, характеризующаяся тем, что имеет ширину в пределах от 0,005 до 0,035 дюйма.
5. Антенна по п.1, характеризующаяся тем, что имеет длину в пределах от 0,5 до 5 дюйма.
6. Антенна по п.1, характеризующаяся тем, что упомянутые параллельные смежные проводящие элементы расположены друг от друга с шагом в пределах от 0,03 до 0,7 дюйма.
7. Антенна по п.1, характеризующаяся тем, что, по меньшей мере, два меандрических сегмента имеют в значительной степени разную ширину.
8. Антенна по п.1, характеризующаяся тем, что включает первый меандрический сегмент, имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°, и второй меандрический сегмент, последовательно соединенный с первым меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° более чем на 5°.
9. Антенна по п.8, характеризующаяся тем, что дополнительно включает третий меандрический сегмент, последовательно соединенный со вторым меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°.
10. Антенна по п.9, характеризующаяся тем, что дополнительно включает четвертый меандрический сегмент, последовательно соединенный с третьим меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° более чем на 5°.
11. Антенна по п.10, характеризующаяся тем, что дополнительно включает пятый меандрический сегмент, последовательно соединенный с четвертым меандрическим сегментом и имеющий изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°.
12. Антенна по п.11, характеризующаяся тем, что упомянутый первый меандрический сегмент соединен с выходным контактом антенны, упомянутые первый, третий и пятый меандрические сегменты имеют по существу параллельные кромки, а упомянутый третий меандрический сегмент имеет по существу меньшую ширину, чем упомянутые первый и пятый меандрические сегменты.
13. Устройство, рассеивающее электромагнитное излучение, включающее микрополосковую антенну, выполненную по любому из пп.1-12, и энергопотребляющий блок, соединенный с упомянутой микрополосковой антенной.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что энергопотребляющий блок включает одно или несколько электрических, механических или термических устройств.
15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что в качестве энергопотребляющего блока использован светодиод.
16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что микрополосковая антенна выполнена с возможностью взаимодействия с работающим источником электромагнитного излучения.
17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что микрополосковая антенна выполнена с возможностью, исключающей взаимодействие с работающим источником электромагнитного излучения.
18. Устройство по п.13, отличающееся тем, что микрополосковая антенна настроена на длину волны портативного передающего устройства, такого как сотовый телефон.
19. Способ уменьшения воздействия нежелательного электромагнитного излучения работающего источника излучения, включающий прием электромагнитного излучения от работающего источника излучения микрополосковой антенной, преобразующей принятое электромагнитное излучение в электрический ток, отведение тока в энергопотребляющий блок и использование тока энергопотрябляющим блоком, при этом микрополосковая антенна включает несколько последовательно соединенных меандрических сегментов, при этом каждый меандрический сегмент включает по меньшей мере два параллельных смежных проводящих элемента, последовательно соединенных проводящим элементом с образованием двух последовательных изломов, причем один или более меандрических сегментов имеют изломы с углами, отличающимися от 90° менее чем на 5°, а один или более меандрических сегментов имеют изломы с углами, отличающимися от 90° более чем на 5°.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что энергопотребляющий блок включает одно или несколько электрических, механических или термических устройств.
21. Способ по п.19, отличающийся тем, что в качестве энергопотребляющего блока использован светодиод.
22. Способ по п.19, отличающийся тем, что микрополосковая антенна выполнена с возможностью взаимодействия с работающим источником электромагнитного излучения.
23. Способ по п.19, отличающийся тем, что микрополосковая антенна выполнена с возможностью, исключающей взаимодействие с работающим источником электромагнитного излучения.
24. Способ по п.19, отличающийся тем, что микрополосковая антенна настроена на длину волны портативного передающего устройства, такого как сотовый телефон.
