手機天線(xiàn)設計中降低SAR的研究

一、引言

隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，大眾在享受無(wú)線(xiàn)通信設備帶來(lái)的各種便利之時(shí)，也日益關(guān)注無(wú)線(xiàn)通信終端的電磁輻射對人體健康的影響。在手機天線(xiàn)的研發(fā)以及測試領(lǐng)域，天線(xiàn)工程師除了關(guān)注TRP（全向輻射功率），TIS（總全向靈敏度），RL（回波損耗），Efficiency（效率）以外，還很非常注重另一指標---SAR（Specific Absorption Rate）。

SAR 的大小表明了手機電磁輻射對人體健康影響的大小。在手機天線(xiàn)的設計中，主要關(guān)注的是無(wú)線(xiàn)通信終端的電磁輻射對人類(lèi)頭部的影響。SAR 值的大小和手機的輻射功率密切相關(guān)，通常SAR 值的大小與TRP 成正比，在設計中，TRP 和SAR 本身就是一對矛盾，因此，在設計中，需很好地平衡兩者的關(guān)系。

二、SAR 概述與測試簡(jiǎn)介

SAR 定義是生物體單位時(shí)間（s）、單位質(zhì)量（kg）所吸收的電磁輻射（照射）能量，它在美國和歐洲關(guān)于SAR有不同的標準，美國是1g的標準，歐洲是10克的 標準，單位均是W/Kg或mw/g。SAR分為局部SAR和平均SAR。由于我們主要關(guān)注的是局部SAR，在這里給出局部SAR的相關(guān)表達方法：

E ——組織內電場(chǎng)強度的值，單位是伏每米；
σ——介質(zhì)導電率，單位是西門(mén)子每米；
ρ——組織密度，單位是千克每立方米；
C——組織的比熱容；
——組織內初始時(shí)刻溫度對時(shí)間的微分，單位開(kāi)爾文每秒。

SAR 測量系統主要由人體模型、電子測量?jì)x器、掃描定位系統和被測設備夾具等組成。測量通過(guò)自動(dòng)定位的迷你小型場(chǎng)強探頭測量模型內部的電場(chǎng)分布來(lái)進(jìn)行。根據測得 的場(chǎng)強值可以計算出SAR的分布以及峰值空間平均SAR。在對手機進(jìn)行SAR測試的時(shí)候，如果天線(xiàn)可以伸縮，兩個(gè)位置都要測試，也就是全伸出和全收縮的位 置；可翻（滑）蓋移動(dòng)電話(huà)，如果開(kāi)蓋和合蓋時(shí)均能打電話(huà)，則兩種狀態(tài)都要進(jìn)行測試。

圖1、SAR 實(shí)驗室

三、降低SAR的方法

在 工程測試中，手機SAR 值主要是測試它的峰值是否超標，因此減小SAR 值的原理是在于如何把電流分布均勻化。在手機設計中SAR 是一個(gè)綜合的問(wèn)題，在設計手機天線(xiàn)時(shí)既要要求高的TRP 又要有低的SAR 值，這需要在手機整機設計初期對天線(xiàn)有很好的評估，尤其是PCB 布板、天線(xiàn)位置和周?chē)骷姆胖脤μ炀€(xiàn)都有較大的影響。

在手機設計中，有很多方法可以降低SAR 值。在設計初期，首先要求布板工程師、結構工程師充分考慮PCB 的設計、天線(xiàn)的位置、speaker、micro、vibrator、battery等對天線(xiàn)影響大的器件的合理放置，在設計過(guò)程中可以通過(guò)調試PCB 上的熱點(diǎn)來(lái)降低SAR 值；在設計天線(xiàn)時(shí)一般采用PIFA 天線(xiàn)，它具有較低的SAR 值，這是因為PIFA 天線(xiàn)和PCB 之間有較大的區域并且和PCB 地構成回路，電流能較均勻地分布，這樣SAR 便不會(huì )產(chǎn)生較強的Peak 值；在設計后期，可以通過(guò)降低發(fā)射功率來(lái)降低SAR 值，從理論分析看，手機的發(fā)射功率降低1dB，SAR 數值大約會(huì )降低0.3W/Kg，他們是成正比的，但是在降低發(fā)射功率后，會(huì )影響手機的發(fā)射效率，因此在手機設計中要權衡利弊。

降低SAR 值的的最好的方向是：保證其發(fā)射功率，改變天線(xiàn)的方向圖，減小面向人頭部峰值。本文采用TDK 公司的一種叫軟磁性片的材料可以很容易地達到這種目的，如圖2 所示，它是由磁性材料和樹(shù)脂制成的電磁屏蔽材料。該材料具有高磁導率，高電阻率等特點(diǎn)。將這種材料貼到手機鍵盤(pán)和PCB之間，有效地改變了天線(xiàn)的近場(chǎng)，改 變天線(xiàn)的輻射強度。本文通過(guò)仿真優(yōu)化，找出該磁性片最佳的尺寸和放置位置，從而降低手機面向頭部的電磁輻射，達到降低SAR 值目的。

圖2、磁性片樣品