Die Erfindung betrifft ein Mobilfunk-Endgerät, insbesondere
ein Mobilfunktelefon, umfassend:
- - ein Gehäuse und
- - wenigstens eine in dem Gehäuse angeordnete Leiterplatte,
welche mit wenigstens einer elektrisch leitenden Lage ausge
bildet ist und mit Mitteln zum Senden oder/und Empfangen von
Mobilfunksignalen verbunden ist.
Bei Mobilfunk-Endgeräten wird bei der Abgabe von elektromag
netischer Strahlung im Sende-/Empfangsmodus stets auch ein
gewisser Leistungsanteil der abgestrahlten elektromagneti
schen Strahlung in den Körper, insbesondere in den Kopf, ei
ner das Mobilfunk-Endgerät benutzenden Person eingestrahlt.
Auch wenn die Auswirkungen von an organisches Gewebe abgege
bener elektromagnetischer Strahlung noch nicht endgültig er
forscht sind, ist es aufgrund der stark zunehmenden Sensibi
lität in der Bevölkerung hinsichtlich elektromagnetischer
Strahlung ("Elektrosmog") geboten, Maßnahmen zu treffen, um
die Abgabe von elektromagnetischer Strahlung im Nahfeld von
Mobilfunk-Endgeräten zu verringern.
Um vergleichbare Messungen hinsichtlich der Strahlenbelastung
durch Mobilfunk-Endgeräte durchführen zu können, wurden
Meßgrößen spezifiziert, wobei in diesem Zusammenhang insbe
sondere der Begriff SAR (Specific Absorption Rate)-Wert zu
nennen ist. Zur Ermittlung des SAR-Werts wird im Nahfeld ei
nes bestimmten Mobilfunk-Endgeräts die Verteilung der pro Ki
logramm Körpermasse aufgenommenen Leistung an einem genormten
Phantom ermittelt. Im Sende-/Empfangsmodus tritt im Nahbe
reich des Mobilfunk-Endgerätes eine inhomogene Feldverteilung
der elektromagnetischen Strahlung auf, so daß es zu einem re
lativ eng begrenzten Leistungs-Maximum kommen kann. Als SAR-
Wert wird jeweils der im Nahfeld ermittelte Maximalwert der
pro Gramm Körpermasse absorbierten Leistung angegeben.
Um die Abgabe elektromagnetischer Strahlung in den Körper,
insbesondere in den Kopf eines Benutzers, zu verringern und
um damit den SAR-Wert zu reduzieren, wurden im Stand der
Technik bereits verschiedene Lösungen angedacht.
Eine Möglichkeit zur Verringerung der Leistungsabgabe in den
Kopf des Benutzers liegt darin, den Abstand zwischen dem für
die Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung verantwort
lichen Bereich des Mobilfunk-Endgeräts und dem Kopf des Be
nutzers durch konstruktive Maßnahmen zu vergrößern. Bei
spielsweise kann hierzu eine externe Antenne vorgesehen sein,
welche an der Rückseite des Mobilfunk-Endgeräts angeordnet
und zusätzlich von diesem weg gebogen ist. Allerdings führt
dieser Ansatz nur in begrenztem Maße zu dem gewünschten Er
gebnis, da sich der Abstand zwischen dem Kopf und dem für die
Abgabe elektromagnetischer Strahlung verantwortlichen Bereich
des Mobilfunk-Endgerätes durch die fortschreitende Miniaturi
sierung von Mobilfunk-Endgeräten nur in sehr begrenztem Rah
men vergrößern läßt.
Ein weiterer Ansatz zur Reduzierung der Strahlungsbelastung
für den Benutzer liegt darin, das Mobilfunk-Endgerät derart
auszubilden, daß dessen Abstrahlcharakteristik verändert wird
und eine Abgabe elektromagnetischer Strahlung in Richtung zu
dem Benutzer hin vermieden wird. In diesem Zusammenhang ist
es beispielsweise aus der EP 0 603 081 A1 bekannt, eine e
lektromagnetisch absorbierende Abschirmplatte zwischen der am
stärksten strahlenden Zone des Mobilfunktelefons und dem Kopf
des jeweiligen Benutzers als eine Art strahlungsblockierende
Zwischenwand im Gehäuse des Mobilfunktelefons vorzusehen.
Ferner ist aus der DE 297 15 316 U1 ein Überzug mit elektro
magnetischen Abschirmeigenschaften bekannt, der lediglich auf
der in Richtung zu dem Benutzer hin gewandten Seite die An
tenne und einen Teil der Gehäuseaußenfläche des Mobilfunk-
Endgeräts bedeckt. Die Abschirmwirkung dieses Überzugs kann
dabei durch Erdung verbessert werden. Derartige bekannte
Schutzmaßnahmen stellen lediglich darauf ab, durch bloßes An
bringen eines Abschirmelements zwischen der Quelle, das heißt
dem Entstehungsort der Strahlung und dem Kopf des jeweiligen
Benutzers für diesen eine Abschattungswirkung herbeizuführen.
Diese Art von Präventivmaßnahme ist jedoch nicht mehr ausrei
chend, wenn höhere Anforderungen an den Gesundheitsschutz des
jeweiligen Benutzers gestellt werden, da die Einflußnahme
solcher Abschirmelemente auf die tatsächlich wirksam werdende
elektromagnetische Feldverteilung im Bereich des Kopfes des
jeweiligen Benutzers weitgehend undefiniert oder gar rein zu
fällig bleibt.
Ein weiterer Ansatz zur Verringerung bzw. Homogenisierung der
zum Benutzer abgestrahlten Leistung liegt darin, auf der we
nigstens einen elektrisch leitenden Lage auftretende Hochfre
quenzströme, welche zusammen mit den Mitteln zum Senden o
der/und Empfangen von Mobilfunksignalen eine Abgabe von e
lektromagnetischer Strahlung hervorrufen, zu verringern oder
diese gleichmäßig auf der Leiterplatte zu verteilen. Dies ist
beispielsweise dadurch möglich, daß die Leiterplatte insge
samt vergrößert wird, was zwar zu einer Verringerung der
Stromdichte in der wenigstens einen elektrisch leitenden Lage
und damit auch zu einer Reduzierung des SAR-Wertes führen
kann, was jedoch andererseits unerwünscht ist, da diese Maß
nahme dem allgemeinen Trend einer zunehmenden Miniaturisie
rung von Mobilfunk-Endgeräten gegenläufig ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mobil
funk-Endgerät der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen,
bei welchem mit geringem Aufwand ohne erforderliche Vergröße
rung des Mobilfunk-Endgeräts eine Reduzierung des SAR-Wertes
erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Mobilfunk-Endgerät, insbesondere
ein Mobilfunktelefon, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge
löst.
Durch das Anbringen wenigstens eines Bereichs mit reduzierter
elektrischer Leitfähigkeit innerhalb der elektrisch leitenden
Lage kann die elektrische Stromverteilung auf der elektrisch
leitenden Lage im Sende-/Empfangsmodus derart beeinflußt wer
den, daß eng begrenzte Strommaxima auf der Leiterplatte, bei
spielsweise in der Nähe eines sich mit einer Antennenstruktur
deckenden Bereiches, verlagert und in ihrer Intensität abge
schwächt werden können, und daß insgesamt eine homogenere
Stromverteilung erreicht werden kann. Durch diese Maßnahme
wird zwar die Stromdichte bereichsweise erhöht, jedoch können
einzelne Orte unerwünscht hoher Stromdichte vermieden werden,
so daß eine homogenere Leistungsabstrahlung im Nahfeld er
folgt und eng begrenzte Leistungs-Maxima in der von einem Be
nutzer bei ordnungsgemäßem Gebrauch des Mobilfunk-Endgerätes
eingenommenen Umgebung des Mobilfunk-Endgerätes vermieden
werden können. Dies resultiert in einer deutlichen Reduzie
rung des SAR-Wertes. Mit anderen Worten werden durch die Er
findung "Hot Spots", d. h. konzentrierte Bereiche höchster
Leistungsabsorbtion und damit maximaler thermischer Belastung
innerhalb des Kopfes eines Benutzers, vermieden, wobei sich
aufgrund der von dem Mobilfunk-Endgerät insgesamt unverändert
abgestrahlten Leistung elektromagnetischer Strahlung die
Leistungsabstrahlung ins Fernfeld und damit die Qualität ei
ner Datenübertragung zu einer Basisstation - wenn überhaupt -
allenfalls geringfügig ändert.
Messungen haben gezeigt, daß bei einem bestimmtem Mobilfunk-
Endgerät-Typ allein durch ein Anbringen eines nichtleitenden
Querschlitzes der elektrisch leitenden Lage einer dem Mobil
funk-Endgerät zugeordneten Leiterplatte für eine Reduzierung
des SAR-Wertes um etwa 10% erzielt werden konnte. Weiterfüh
rende Modifikationen des Schlitzes führten sogar zu einer
SAR-Wert-Reduzierung um mehr als 35% gegenüber demselben Mo
bilfunk-Endgerät mit herkömmlicher Leiterplatte.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt dar
in, daß die Reduzierung des SAR-Wertes erreicht wird, ohne
daß zusätzliche elektrische Leistung aufgebracht werden muß.
Dadurch wird eine SAR-Wert-Reduzierung auch nicht durch Ein
bußen bei der Standby-Zeit des Mobilfunk-Endgeräts oder durch
das Erfordernis leistungsfähiger Energiespeicher, z. B. Ac
kus, erkauft.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein,
daß der wenigstens eine Bereich reduzierter elektrischer
Leitfähigkeit elektrisch nicht-leitend ausgebildet ist. So
ist es möglich, den wenigstens einen Bereich reduzierter e
lektrischer Leitfähigkeit als Aussparung in der wenigstens
einen elektrisch leitenden Lage auszubilden. Eine derartige
Aussparung kann bei der Fertigung der Leiterplatte, insbeson
dere der elektrisch leitenden Lage, angebracht werden. Es ist
gleichermaßen möglich, eine derartige Aussparung nachträglich
anzubringen, so daß es grundsätzlich denkbar ist, auch be
reits vorhandene Mobilfunk-Endgeräte entsprechend "nachzurüs
ten", d. h. deren wenigstens eine Leiterplatte mit entspre
chenden Bereichen reduzierter elektrischer Leitfähigkeit
durch Nachbearbeitung zu versehen. Ebenso ist es möglich,
wenngleich aufwendiger, die Leiterplatte auszutauschen, um
somit den SAR-Wert des Mobilfunk-Endgeräts zu reduzieren.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Verteilung des elektromag
netischen Feldes gerätetypabhängig ist und daß je nach Gerä
tetyp die Positionierung und Dimensionierung des wenigstens
einen Bereichs reduzierter elektrischer Leitfähigkeit stark
voneinander divergieren können. Es ist daher erforderlich,
für jeden Gerätetyp gesondert Messungen hinsichtlich der je
weils günstigsten Positionierung und Dimensionierung von Be
reichen reduzierter elektrischer Leitfähigkeit durchzuführen,
um die SAR-Wert-Reduzierung zu optimieren.
Hinsichtlich der Gestaltung des wenigstens einen Bereichs re
duzierter elektrischer Leitfähigkeit gibt es verschieden Mög
lichkeiten. So kann in einem erfindungsgemäßen Ausführungs
beispiel vorgesehen sein, daß der wenigstens eine Bereich re
duzierter elektrischer Leitfähigkeit in Richtung orthogonal
zur Leiterplatte betrachtet, im Wesentlichen rechteckförmige
Gestalt aufweist, wobei die längeren Seiten des Rechtecks je
weils quer zur Längsrichtung der Leiterplatte angeordnet sein
können. Alternativ hierzu ist es möglich, daß der wenigstens
eine Bereich reduzierter elektrischer Leitfähigkeit in Rich
tung orthogonal zur Leiterplatte betrachtet, im Wesentlichen
elliptische Gestalt aufweist. Dabei kann die große Halbachse
der Ellipse quer zur Längsrichtung der Leiterplatte angeord
net sein.
Als weitere Alternative kann es je nach Gerätetyp ebenfalls
von Vorteil sein, wenn der wenigstens eine Bereich reduzier
ter elektrischer Leitfähigkeit in Richtung orthogonal zur
Leiterplatte betrachtet in Form wenigstens eines Schlitzes
ausgebildet ist. Insbesondere bei der Wahl der Geometrie des
Schlitzes gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise
kann der wenigstens eine Schlitz geradlinigen Verlauf aufwei
sen. Ebenso ist es jedoch möglich, daß der wenigstens eine
Schlitz gekrümmten, insbesondere wellenförmigen, Verlauf auf
weist.
Darüber hinaus kann der SAR-Wert auch durch die Gestaltung
der Schlitzenden beeinflußt werden. Hierbei ist es erfin
dungsgemäß möglich, daß an wenigstens einem Ende des wenigs
tens einen Schlitzes sich aufspreizende Schlitzverzweigungen
vorgesehen sind. Zusätzlich oder alternativ kann in diesem
Zusammenhang vorgesehen sein, daß an wenigstens einem Ende
des geradlinigen Schlitzes wenigstens ein den geradlinigen
Schlitz schneidender oder tangierender Querschlitz vorgesehen
ist.
Während die Anbringung lediglich eines Schlitzes, wie vorste
hend dargelegt, bereits eine erhebliche SAR-Wert-Reduzierung
zur Folge haben kann, kann dieser Effekt dadurch weiter ver
stärkt werden, daß eine Mehrzahl von Schlitzen vorgesehen
ist. Sieht man eine Mehrzahl von Schlitzen vor, so können we
nigstens zwei Schlitze auf einer gemeinsamen Geraden im We
sentlichen zueinander fluchtend angeordnet sein. Gleicherma
ßen ist es möglich, daß wenigstens zwei Schlitze zueinander
orthogonal angeordnet sind.
Zur Abschirmung von Bauelementen gegenüber hochfrequenter e
lektromagnetischer Strahlung sind an der Leiterplatte oftmals
Schirmkammern angeordnet, die als Faraday-Käfig wirken. Um
die Wirkung der Schirmkammern hinsichtlich der abzuschirmen
den Bauelemente nicht zu beeinträchtigen, kann in einer Wei
terbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß der Leiterplat
te wenigstens zwei strahlungsabsorbierende Schirmkammern zu
geordnet sind und daß der wenigstens eine Bereich mit redu
zierter elektrischer Leitfähigkeit in Richtung orthogonal zur
Leiterplatte betrachtet, zwischen den Schirmkammern angeord
net ist. Auch diese Einschränkung hinsichtlich der möglichen
Anordnung des wenigstens einen Bereiches mit reduzierter e
lektrischer Leitfähigkeit auf der Leiterplatte läßt erfah
rungsgemäß immer noch hinreichend Spielraum, um den wenigstens
einen Bereich mit reduzierter elektrischer Leitfähigkeit
derart zu positionieren und zu dimensionieren, daß eine er
hebliche SAR-Wert-Reduzierung erreicht werden kann.
Die vorstehend beschriebenen Effekte hinsichtlich der Redu
zierung des SAR-Wertes sind, wie vorstehend bereits darge
legt, abhängig von verschiedenen Faktoren. Einer dieser Fak
toren ist die Frequenz, mit welcher elektromagnetische Strah
lung abgestrahlt wird. So ist es möglich, daß in einem be
stimmten Frequenzband eine Leiterplatte mit elektrisch lei
tender Lage, welche erfindungsgemäß einen Bereich reduzierter
elektrischer Leitfähigkeit aufweist, in Wechselwirkung mit
den Mitteln zum Senden oder/und Empfangen, beispielsweise ei
ner Antenne, zu einer erheblichen Reduzierung des SAR-Wertes
führt. Betreibt man das Mobilfunk-Endgerät mit dieser Leiter
platte jedoch in einem anderen Frequenzbereich, wie dies bei
spielsweise bei Multibandgeräten üblich ist, so kann der we
nigstens eine Bereich reduzierter elektrischer Leitfähigkeit
in diesem Frequenzbereich zu unerwünschten Effekten bei der
Verteilung elektromagnetischer Strahlung im Nahfeld des Mo
bilfunk-Endgerätes führen. Idealerweise müßte die Wirkung des
wenigstens einen Bereiches mit reduzierter elektrischer Leit
fähigkeit also in dem zweiten Frequenzbereich unterbunden
werden, um diese unerwünschten Effekte auszuschließen. Dies
kann in einer Weiterbildung der Erfindung beispielsweise da
durch erreicht werden, daß dem wenigstens einen Bereich redu
zierter elektrischer Leitfähigkeit wenigstens eine elektri
sche Schaltungseinheit zugeordnet ist, mittels welcher der
wenigstens eine Bereich reduzierter elektrischer Leitfähig
keit frequenz-selektiv überbrückbar ist. Dabei kann vorgese
hen sein, daß die wenigstens eine Schaltungseinheit einen
Tiefpass oder einen Bandpass umfaßt.
Durch die Überbrückung des wenigstens einen Bereiches redu
zierter elektrischer Leitfähigkeit mittels der wenigstens ei
nen elektrischen Schaltungseinheit kann beispielsweise ver
hindert werden, daß der wenigstens eine Bereich reduzierter
elektrischer Leitfähigkeit als Schlitzantenne wirkt und da
durch das Nahfeld oder/und Fernfeld des Mobilfunk-Endgerätes
auf unerwünschte Weise, beispielsweise durch Oberwellenbil
dung, beeinflußt. In dem Frequenzbereich, in welchem eine
derartige negative Beeinflussung stattfindet, sollte dann die
elektrische Schaltungseinheit frequenz-selektiv wirksam sein
und somit in diesem Frequenzbereich eine Stromverteilung zu
lassen, wie sie sich im Wesentlichen ohne den wenigstens ei
nen Bereich reduzierter elektrischer Leitfähigkeit auf der
elektrisch leitenden Lage einstellen würde. Außerhalb dieses
Frequenzbereichs sollte die wenigstens eine Schaltungseinheit
jedoch im wesentlichen unwirksam sein, so daß eine Überbrü
ckung des wenigstens einen Bereichs reduzierter elektrischer
Leitfähigkeit unterbleibt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Leiterplatte für ein Mo
bilfunk-Endgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 17.
Mit der Erfindung ist es also möglich die örtliche Verteilung
des resultierenden, elektrischen Stromes auf der Leiterplatte
zu vergleichmäßigen oder/und das jeweilige ursprüngliche
Strommaximum in einen für Benutzer unkritischeren Gerätebe
reich zu verschieben.
Auf diese Weise ist es insbesondere ermöglicht, sogenannte
"hot spots", das heißt Gewebevolumenbereiche höherer thermi
scher Belastung gegenüber Gewebevolumenbereichen geringerer
Erwärmung zu vermeiden, so daß lokale Schwankungen in der
thermischen Belastung von Gewebevolumenbereichen - wie z. B.
im empfindlichen Kopf des jeweiligen Benutzers beim bestim
mungsgemäßen Gebrauch des erfindungsgemäßen Mobilfunkgeräts -
weitgehend unterbunden werden können. Organisches Gewebe im
Kopf des jeweiligen Benutzers wird somit insgesamt betrachtet
zumindest gleichmäßiger oder/und weniger stark thermisch be
lastet.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er
findung anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen
dar:
Fig. 1 eine schematisierte Explosionsansicht eines
Mobilfunk-Endgerätes;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Leiterplatte;
Fig. 3 eine schematische Ansicht der Stromverteilung
einer erfindungsgemäßen Leiterplatte;
Fig. 4-9 verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungs
gemäß gestalteter Leiterplatten;
Fig. 10 eine schematische Ansicht eines ein Mobil
funk-Endgerätes nutzenden Benutzers und
Fig. 11 eine Stromverteilung bei einer Leiterplatte
gemäß dem Stand der Technik.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den
Fig. 1 bis 11 jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeich
net.
Fig. 1 zeigt schematisch in räumlicher Darstellung ein Mo
bilfunkgerät 10, das in drei Hauptkomponenten zerlegt abge
bildet ist, und zwar im einzelnen in die Oberschale 12 und
die Unterschale 14 seines Gehäuses 16, sowie in die darin un
tergebrachte Leiterplatte 18. Das Gehäuse 16 ist hier im vor
liegenden Ausführungsbeispiel also zweiteilig ausgebildet. Es
weist eine im wesentlichen flache quaderförmige Gestalt auf.
Seine Erstreckung in Längsrichtung ist vorzugsweise größer
als seine Erstreckung in Querrichtung. Die im wesentlichen
flache rechteckförmig ausgebildete Leiterplatte 18 ist vor
zugsweise derart passend dimensioniert, daß sie sich im Ge
häuse 16 unterbringen läßt. Die Oberschale 12 sowie die Un
terschale 14 des Gehäuses 16 sind vorzugsweise aus einem e
lektromagnetisch verlustfreien Material, wie z. B. einem
Kunststoff hergestellt. Dadurch ist ein unzulässig hoher
Leistungsverlust der Sendeleistung des Mobilfunkgeräts 10
weitgehend vermieden, wie er z. B. bei einem vollständig me
tallischen oder vollständig metallisierten Gehäuse durch eine
etwaige, dortige Induzierung von elektromagnetischen Gegen
feldern hervorgerufen werden könnte, die dem Abstrahlungsfeld
einer Sende-/Empfangsantenne 20 entgegengerichtet sein könn
ten.
Das Mobilfunk-Endgerät 10 ist als Mobilfunktelefon ausgebil
det, das nach einem geläufigen Mobilfunk-Standard, beispiels
weise dem GSM (Global System for Mobile communication), AMPS
(Advanced Mobile Phone System), DAMPS (Digital Advanced Mobi
le Phone System), CDMA (Code Division Multiple Access) o
der/und UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) -
Standard arbeitet. Es ist derart dimensioniert, daß es für
einen Benutzer portabel ist und sich somit mit dem Benutzer
an wechselnden Orten in den Funkzellen solcher
Funkkommunikationssysteme aufhalten kann. Zusätzlich oder
unabhängig von der Telefoniefunktion eines solchen
Mobilfunkgeräts, kann es gegebenenfalls auch zweckmäßig sein,
mit diesem andere Nachrichten-/Datenübertragungen über Funk,
z. B. Bildübertragungen, Faxübertragungen, E-Mail-
Übertragungen oder dergleichen vorzunehmen.
Zum Empfangen und/oder Senden von Funksignalen weist die Lei
terplatte 18 in der Fig. 1 auf ihrer einen Hälfte eine Hoch
frequenzbaugruppe 22 auf, die strichliert dargestellt ist. An
diese Hochfrequenzbaugruppe 22 ist über einen Kontakt 25 die
Sende-/Empfangsantenne 20 zur Abstrahlung und/oder zum Emp
fangen elektromagnetischer Funkwellen angeschlossen. Die Lei
terplatte 18 wird von einer Energieversorgungseinheit 26,
insbesondere einer Batterie oder einen Akkumulator, mit e
lektrischer Energie versorgt, wobei die Energieversorgungs
einheit 26 in der Unterschale 14 angeordnet ist. Energiever
sorgungsleitungen dieser Energieversorgungseinheit zu den
verschiedenen Komponenten des Mobilfunkgeräts 10 sind dabei
der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.
Um störende einstrahlende oder abstrahlende Einflüsse beim
Funkbetrieb weitgehend auszuschließen, sind die Komponenten
der Hochfrequenzbaugruppe 22 auf der Leiterplatte 18 von
Fig. 1 in einem elektromagnetischen Abschirmgehäuse 24 einge
kapselt, das als eine Art Deckel über der Hochfrequenzbau
gruppe 22 mit der Leiterplatte 18, insbesondere deren Masse
schicht, fest verbunden ist. Auf diese Weise ist eine im we
sentlichen quaderförmige Abschirmkammer für die Hochfrequenz
baugruppe 22 gebildet.
In dem in Fig. 1 unteren Bereich der Leiterplatte 18 sind in
einem weiteren elektromagnetischen Abschirmgehäuse 28 ein o
der mehrere weitere elektrische Baugruppen untergebracht.
Diese dienen dazu, die Ein- und/oder Ausgabeelemente des Mo
bilfunk-Endgeräts 10, wie z. B. dessen Tastatur, Display,
Lautsprecher, zu steuern sowie die Signalverarbeitung von
mittels der Hochfrequenzbaugruppe 22 empfangenen und/oder ü
ber diese abzusendenden Funksignale durchzuführen.
Die Hauptabstrahlungsrichtung der Antenne 20 bzw. der Hoch
frequenzbaugruppe 22 ist derart ausgerichtet, daß sie vom
Kopf 32 des jeweiligen Benutzers 30 weggerichtet ist. Auch
wenn die Gesamtstrahlungsbelastung des jeweiligen Benutzers
30 durch solche Maßnahmen unterhalb der vorgesehenen Grenz
werte liegt, so bleibt es allerdings dabei offen, in welcher
Weise und mit welcher örtlichen Verteilung Strahlungsfelder
auf das organische Gewebe im Kopfbereich des jeweiligen Be
nutzers einwirken. Als ein spezifisches Meßkriterium dafür,
welchen Strahlungsbelastungen der jeweilige Benutzer tatsäch
lich ausgesetzt ist (trotz aller Vorsichtsmaßnahmen), wird
insbesondere der sogenannte SAR-Wert (specific absorption ra
te) verwendet. Dieser gibt die spezifische Absorptionsrate in
Milliwatt pro Gramm an, mit der ein vorgebbarer Gewebevolu
menbereich, z. B. im Kopf des jeweiligen Benutzers, thermisch
belastet wird. Die lokale thermische Aufheizung von einzelnen
Gewebsvolumenbereichen im Kopf des Benutzers kann insofern
kritisch sein, weil in Mobilfunkgeräten oftmals metallische
Abschirmelemente, wie beispielsweise die Abschirmgehäuse 24,
28, eingebaut sind, so daß durch Beugungs- und/oder Resonanz
effekte elektromagnetische Energie auf lokale Gewebevolumen
bereiche im Kopf 32 des jeweiligen Benutzers 30 in uner
wünschter Weise fokussiert werden kann. Zudem sind dann sol
che Elemente in der Regel derart im Gehäuse 16 dem jeweiligen
Benutzer 30 zugewandt positioniert, daß sie beim bestimmungs
gemäßen Gebrauch des jeweiligen Mobilfunkgeräts näher als die
Antenne 20 am Kopf des Benutzers liegen und dadurch stärker
bezüglich ihres Einflusses auf die elektromagnetische Ab
strahlenergie zum Tragen kommen können. Gerade durch solche
Abschirmelemente kann es also zu dem unbeabsichtigten Neben
effekt der lokalen Aufheizung von bestimmten Gewebevolumenbe
reichen im Kopf 32 des jeweiligen Benutzers 30 kommen.
Zur Bestimmung der SAR-Werte von Mobilfunkgeräten als Maß für
die thermische Aufheizung eines bestimmten Gewebevolumenbe
reichs wird vorzugsweise ein Meßverfahren verwendet, das ein
gangs kurz skizziert und detailliert im europäischen Normen
vorschlag EN50361 beschrieben ist. Dabei wird nach dem Ort
der höchsten thermischen Belastung im Kopf des jeweiligen Be
nutzers gesucht. Der SAR-Wert ergibt sich dann aus einer In
tegration über ein bestimmtes Gewebevolumen im Kopfinneren
zwischen der Backe 34 und dem Ohr 36 des jeweiligen Benutzers
30 (siehe Fig. 10), d. h. also ungefähr dort, wo das Mobil
funkgerät 10 bei seinem bestimmungsgemäßen Gebrauch am Kopf
32 des jeweiligen Benutzers 30 angelegt wird. Insbesondere
wird ein Gewebevolumenbereich gewählt, der nach dem europäi
schen Normenvorschlag EN50361 festgelegt ist.
Umfangreiche Tests mit einer Meßsonde in einem Modellkopf mit
einer Glukoselösung haben nun überraschenderweise gezeigt,
daß die thermische Aufheizung des organischen Gewebes im Kopf
örtlich schwankt bzw. variiert, d. h. eine örtliche Verteilung
mit Maxima und Minima aufweist. Diese örtlich variierende
thermische Aufheizung scheint dabei insbesondere auf eine da
zu korrespondierende örtliche Stromverteilung V in einer elektrisch
leitenden Lage 38 der Leiterplatte 18 zurückzuge
hen. Entsprechende elektrische Ströme fließen vorzugsweise
auf der Leiterplatte 18 entlang deren Längserstreckung, wenn
die Sende-/Empfangsantenne 20 als λ/4-Antenne ausgebildet
ist, und zusammen mit der Leiterplatte 18 einen Strahlungsdi
pol bildet. In der Fig. 1 ist die örtliche Verteilung V des
Stromflusses entlang der Längserstreckung der Leiterplatte 18
durch Vektorpfeile angedeutet. Je größer dabei die Länge des
jeweiligen Vektorpfeils gezeichnet ist, desto größer ist die
zugehörige Stromamplitude. Aufgrund der geometrischen Ver
hältnisse der Leiterplatte 18 in Form eines langgestreckten
Rechtecks liegt entlang der Mittenlängsachse A etwa im Zent
rum der Leiterplatte 18, d. h. also im Bereich des Schnitt
punkts deren Diagonalen, die größte Stromamplitude bzw.
Stromdichte vor, während die Stromdichte zu den beiden Längs
rändern (ausgehend von der Mittenlinie A) hin abnimmt. Wei
terhin ist die Stromamplitude an der Breitseite im Bereich
der Speisungsstelle 25 der Antenne 20 maximal, da dort die
λ/4-Antenne mit Strom gespeist wird. Auf der der Antenne 20
gegenüberliegenden Breitseite der Leiterplatte 18 weist hin
gegen die Stromamplitude ein Minimum auf, da dort der
Stromfluß durch die Randbegrenzung unterbrochen wird. Dort
weist hingegen das elektrische Feld ein Maximum auf (korres
pondierend zum elektrischen E-Feld am freien Ende der λ/4-
Antenne). Der elektrische Strom kommt also am stärksten etwa
im Mittenbereich bzw. Zentrum der Leiterplatte 18 zum Flie
ßen, denn die Leiterplatte 18 bildet gegenüber der λ/4-
Antenne 20 gewissermaßen den Gegenpol des Strahlungsdipols.
Im Nahbereich dieser örtlichen Stromverteilung V scheint die
se ein entsprechendes, korrespondierendes elektromagnetisches
Feld im Kopf des jeweiligen Benutzers beim bestimmungsgemäßen
Gebrauch des Mobilfunkgeräts 10 zu erzeugen bzw. zu induzie
ren. Der Nahbereich ist dabei derjenige Ortsbereich, der un
terhalb der Wellenlänge λ/2π liegt.
Beispielsweise liegt im GSM-Funknetz mit einem Frequenzbe
reich zwischen 880 und 960 MHz (Mittenfrequenz 900 MHz) die
Wellenlänge λ ungefähr bei 35 cm. Im PCN (private commercial
network) (E-Netz) mit einem Frequenzband zwischen 1710 und
1800 MHz liegt die Wellenlänge ungefähr bei 17 cm. In einem
UMTS-Kommunikationssystem mit einem Frequenzübertragungsbe
reich zwischen 1920 und 2170 MHz beträgt die Wellenlänge λ
ungefähr 15 cm. Während beim GSM-Funksystem durch die örtli
che Stromverteilung auf der Leiterplatte mit einer Eindring
tiefe des Nahfeldes von ungefähr 6 cm zu rechnen ist, beim
PCN-Netz mit ungefähr 5 cm, liegt bei einem UMTS-
Mobilfunkgerät die Eindringtiefe des Nahfeldes aufgrund der
örtlichen Stromverteilung auf der Hauptplatine 18 ungefähr
bei 2 bis 4 cm. Je geringer dabei die örtliche Eindringtiefe
in das Gehirngewebe ist, desto höher kann bei gleicher ange
nommener Sendeleistung der Antenne der gemessene SAR-Wert
werden, da pro vorgegebenem Gewebevolumen eine höhere elekt
romagnetische Felddichte, damit ein größerer zum Fließen kom
mender Strom und damit eine höhere thermische Aufheizung her
vorgerufen wird. Weiterhin kann ggf. bei manchen Gehäusen
(z. B. bei metallischer Galvanisierung der Oberschale) die
thermische Aufheizung des Gewebes im Kopfinneren des jeweili
gen Benutzers auch direkt durch die örtliche Stromverteilung
V auf der Hauptplatine hervorgerufen werden, da das jeweilige
Mobilfunkgerät 10 an die Außenseite des Kopfes des jeweiligen
Benutzers zwischen dessen Ohr 36 und Backe 34 angelegt wird
(siehe Fig. 10), so daß die im Mobilfunkgerät 10 auftretenden
elektrischen Ströme näher am Kopf des Benutzers fließen und
dadurch der SAR-Wert erhöht werden kann.
Um nun das Nahfeld des Mobilfunk-Endgeräts 10 zu homogenisie
ren wird erfindungsgemäß auf der Leiterplatte 18 in der e
lektrisch leitenden Lage 38 ein elektrisch nicht-leitender
Schlitz eingebracht, wie dies in Fig. 2 für eine Ausfüh
rungsvariante der Leiterplatte 18' dargestellt ist. Auf die
Leiterplatte 18' gemäß Fig. 2 sind ein erstes Abschirmgehäu
se 24', ein zweites Abschirmgehäuse 28' und ein drittes Ab
schirmgehäuse 40' aufgesetzt und an diesem befestigt, um dar
in angeordnete elektrische Bauelemente gegen hochfrequente
Strahlung abzuschirmen. Ferner erkennt man auf der Leiter
platte 18' gemäß Fig. 2 verschiedene gelötete Kontaktstellen
und Bauelemente 42', welche nicht durch ein Abschirmgehäuse
gegen hochfrequente elektromagnetische Strahlung abgeschirmt
sind.
Zwischen den beiden Abschirmgehäusen 24' und 28' ist der vor
stehend angesprochene Schlitz angeordnet, welcher allgemein
mit 44 bezeichnet ist. Dieser Schlitz 44 ist im wesentlichen
quer zur Längsrichtung der Leiterplatte 18' angeordnet. Seine
Auswirkungen auf die elektrische Stromverteilung ist in der
schematischen Darstellung gemäß Fig. 3 verdeutlicht, wo die
Stromverteilung V1 durch gekrümmte Vektorlinien dargestellt
ist. Im oberen und unteren Bereich laufen die Vektorlinien I,
welche repräsentativ die in der leitenden Lage fließenden e
lektrischen Hochfreuquenzströme darstellen sollen, im wesent
lichen parallel zueinander und in gleicher Richtung, d. h. in
Längsrichtung der Leiterplatte 18'. Da die elektrisch leiten
de Lage durch den Schlitz 44' unterbrochen ist, ist in diesem
Bereich kein elektrischer Stromfluß möglich. Auch oberhalb
und unterhalb des Schlitzes 44' treten lediglich hochfrequen
te Ströme geringen Betrags auf.
Betrachtet man im Vergleich eine ungeschlitzte Leiterplatte
118 gemäß Fig. 11, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt
ist, so zeigt sich, daß in einem mit Z bezeichneten Bereich
im Zentrum der Leiterplatte 118 durch die dort gezeigte
Stromverteilung V2 ein Strommaximum ausbildet, welches zu ei
nem hohen SAR-Wert in einer korrespondierenden Region im Kopf
eines mit der Leiterplatte 118 ausgerüsteten Mobilfunkgeräts
führt.
Durch die Anbringung des Schlitzes 44' gemäß Fig. 3 kann die
Stromverteilung V1 im Vergleich zu der Stromverteilung V2
derart verändert werden, daß ein Auftreten eines Strommaxi
mums im Bereich des Zentrums der Leiterplatte 18' verhindert
wird, da die hochfrequenten Ströme durch den Schlitz 44' jeweils
in die Randbereiche R1 und R2 verdrängt werden. Dadurch
nimmt zwar die Stromdichte in der elektrischen Lage an den
Randbereichen R1 und R2 insgesamt zu, jedoch erhält man kein
lokales Strommaximum im Zentrum Z der Leiterplatte 18', so
daß insgesamt die Stromverteilung derart verändert wird, daß
eine homogenere Abstrahlung elektromagnetischer Wellen im
Nahfeld erfolgt und somit eine SAR-Wert-Reduzierung erreicht
wird.
Während der Schlitz 44' gemäß Fig. 2 und 3 im wesentlichen
rechteckförmige Gestalt aufweist, sind je nach Mobilfunkge
rät, sowie je nach Frequenzbereich, in welchem das Mobilfunk
gerät betrieben wird verschiedene Schlitz-Geometrien und -An
ordnungen möglich, um eine gewünschte Reduzierung des SAR-
Wertes zu erhalten. Je nach Mobilfunkgerät-Typ kann die eine
oder andere Schlitz-Geometrie bzw. -Anordnung zu dem ge
wünschten Ergebnis führen.
In den Fig. 4 bis 9 sind verschiedene denkbare Schlitz-
Geometrien und -Anordnungen auf einer schematisch gezeigten
Leiterplatte 18' gezeigt, welche jeweils in Kombination oder
alternativ bei einem Mobilfunkgerät Anwendung finden können.
Fig. 4 zeigt, daß an den beiden freien Enden des Schlitzes
44' jeweils sich in einem Winkel α aufspreizende Schlitzver
zweigungen 46 und 48 angeordnet sind. Die Schlitzverzweigun
gen 46 und 48 können dazu führen, daß die in Längsrichtung
der Leiterplatte 18' fließenden hochfrequenten Ströme weiter
in die zu dem Schlitz 44' benachbarten Randbereiche gedrängt
werden, in welchen dann zwar die Stromdichte erhöht, insge
samt jedoch eine Stromverteilung erreicht werden kann, welche
zu einer homogeneren elektromagnetischen Feldverteilung im
Nahfeld führt.
Betrachtet man Fig. 5 so erkennt man, daß an den beiden
freien Enden des Schlitzes 44' jeweils zwei in Längsrichtung
der Leiterplatte 18' geradlinig verlaufende Querschlitze 50,
52 angeordnet sind. Diese Schlitze 50, 52 beeinflussen die
Stromverteilung auf der Leiterplatte 18' derart, daß in
Längsrichtung betrachtet oberhalb und unterhalb des Schlitzes
44' die hochfrequenten Ströme lediglich einen sehr kleinen
Betrag aufweisen und somit die Stromverteilung oberhalb und
unterhalb des Querschlitzes 44' stark beeinflußt wird.
Fig. 6 zeigt eine weitere mögliche Schlitz-Anordnung, wobei
in dieser Figur eine Vielzahl geradliniger, d. h. im wesent
lichen rechteckiger, Schlitze vorgesehen ist. Im einzelnen
sind zusätzlich zu dem Schlitz 44' in Querrichtung der Lei
terplatte 18' in Längsrichtung verlaufende, d. h. orthogonal
zu dem Schlitz 44' ausgebildete, diesen nicht tangierende
Schlitze 54, 56, 58, 60 vorgesehen.
Fig. 7 zeigt im Gegensatz zu dem bislang vorgestellten
rechteckförmigen Schlitzen einen elliptischen Schlitz 62,
welcher derart auf der Leiterplatte 18' angeordnet ist, daß
seine punktiert verlängerte große Halbachse 64 in Querrich
tung der Leiterplatte 18' verläuft.
Fig. 8 zeigt statt eines langen in Querrichtung der Leiter
platte 18' verlaufenden Schlitzes 3 auf einer gemeinsamen Ge
raden liegende zueinander fluchtende Schlitze 66, 68, 70, wo
bei hochfrequente Ströme lediglich zwischen den Schlitzen 66
und 68 bzw. 68 und 70 sowie in den an die Schlitze 66 und 70
angrenzenden Randbereichen der Leiterplatte 18' fließen kön
nen.
Schließlich zeigt Fig. 9 einen wellenförmigen Schlitz 72 im
Zentrum der Leiterplatte 18'. Die vorstehend mit Bezug auf
die Fig. 2 bis 9 diskutierten Gestaltungen von Leiterplat
ten 18' mit in Form von Schlitzen ausgebildeten elektrisch
nicht leitenden Bereichen zeigen lediglich erfindungsgemäße
Beispiele und sollen nicht als abschließende Aufzählung ver
standen werden. Selbstverständlich ist es möglich verschiede
ne der gezeigten Schlitzformen und Kombinationen wiederum zu
kombinieren oder anderweitig auf der Leiterplatte 18' anzu
ordnen, um eine Stromverteilung in der elektrisch leitenden
Lage derart zu beeinflussen, daß sich eine SAR-Wert-
Reduzierung ergibt.
Allen Lösungen liegt der gemeinsame Gedanke zugrunde, durch
die technisch einfache Maßnahme der Anbringung eines Bereichs
reduzierter elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere eines
nicht leitenden elektrischen Bereichs, auf der elektrisch
leitenden Lage der Leiterplatte die in dieser fließenden
hochfrequenten Ströme derart umzuleiten, daß eine homogene
Leistungsabgabe durch elektromagnetische Strahlung im Nahfeld
erfolgt. Es sei darauf hingewiesen, daß durch diese Maßnahme
die insgesamt durch elektromagnetische Strahlung abgegebene
Leistung nicht beeinflußt wird, so daß die Qualität der Mo
bilfunkübertragung durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
nicht beeinträchtigt wird.
Kehrt man nochmals zu Fig. 7 zurück, so sind dort die beiden
in Längsrichtung der Leiterplatte 18' voneinander am weites
ten entfernt liegenden Punkte auf dem Rand des Schlitzes 62
durch einen Kondensator C miteinander verbunden. Dieser Kon
densator C ist derart ausgelegt, daß er in einem bestimmten
Frequenzbereich hochfrequente Ströme blockiert, jedoch in ei
nem anderen Frequenzbereich den Schlitz 62 überbrückt und die
hochfrequenten Ströme weiterleitet. Diese Maßnahme kann er
findungsgemäß beispielsweise dann Anwendung finden, wenn ein
mit einer solchen Leiterplatte 18' ausgestattetes Mobilfunk
gerät in verschiedenen Frequenzbereichen betrieben werden
soll, wobei der Schlitz 62 in einem ersten Frequenzbereich
die SAR-Wert-reduzierende Wirkung gemäß vorstehender Be
schreibung aufweist, in einem zweiten Betriebsfrequenzbereich
des Mobilfunk-Endgeräts jedoch einen weniger erwünschten Ef
fekt, wie beispielsweise eine Wirkung als Schlitzantenne be
sitzt. Durch den frequenzselektiv wirkenden Kondensator C ist
es also möglich, in dem ersten Frequenzbereich, in welchem
der Schlitz 62 nicht überbrückt wird, dessen nahfeldhomogenisierende
Wirkung auszunützen und in dem zweiten Fre
quenzbereich den Schlitz 62 zu überbrücken und somit eine
Feldverteilung zu erhalten, welche im wesentlichen der einer
herkömmlichen Leiterplatte entspricht.
Selbstverständlich kann in diesem Zusammenhang der Kondensa
tor C durch eine aufwendigere Schaltung ersetzt werden, wel
che den Anforderungen an ein frequenzselektives Verhalten
noch besser gerecht wird. Auch ist es möglich in der wenigs
tens einen leitenden Lage der Leiterplatte mehrere Schlitze
vorzusehen und diesen jeweils gesonderte frequenzselektive
Schaltungseinheiten zuzuordnen, um somit in jedem Betriebs
frequenzbereich erfindungsgemäß die SAR-Wert-reduzierende
Wirkung von Bereichen elektrisch reduzierter Leistung auszu
nützen.
Bezugszeichenliste
10
Mobilfunk-Endgerät
12
Oberschale
14
Unterschale
16
Gehäuse
18
Leiterplatte
20
Antenne
22
Hochfrequenzbaugruppe
24
Hochfrequenz-Abschirmgehäuse
25
Kontakt
26
Akku
28
Hochfrequenz-Abschirmgehäuse
30
Benutzer
32
Kopf
34
Backe
36
Ohr
38
elektrisch leitende Lage
40
' Abschirmgehäuse
42
' Bauelement
44
' Schlitz
46
,
48
Schlitzverzweigung
50
,
52
Querschlitz
54
,
56
,
58
,
60
Schlitz
62
elliptischer Schlitz
64
Verlängerung der großen Halbachse
66
,
68
,
70
Schlitz
72
wellenförmiger Schlitz
V, V1
, V2
;Stromverteilung
Z Zentrum
R1
, R2
;Randbereich