手機天線設(shè)計中降低SAR的研究

一、引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大眾在享受無線通信設(shè)備帶來的各種便利之時，也日益關(guān)注無線通信終端的電磁輻射對人體健康的影響。在手機天線的研發(fā)以及測試領(lǐng)域，天線工程師除了關(guān)注TRP（全向輻射功率），TIS（總?cè)蜢`敏度），RL（回波損耗），Efficiency（效率）以外，還很非常注重另一指標(biāo)---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。在手機天線的設(shè)計中，主要關(guān)注的是無線通信終端的電磁輻射對人類頭部的影響。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(shè)計中，TRP 和SAR 本身就是一對矛盾，因此，在設(shè)計中，需很好地平衡兩者的關(guān)系。

二、SAR 概述與測試簡介

SAR 定義是生物體單位時間（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(biāo)準(zhǔn)，美國是1g的標(biāo)準(zhǔn)，歐洲是10克的 標(biāo)準(zhǔn)，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(nèi)電場強度的值，單位是伏每米；
σ——介質(zhì)導(dǎo)電率，單位是西門子每米；
ρ——組織密度，單位是千克每立方米；
C——組織的比熱容；
——組織內(nèi)初始時刻溫度對時間的微分，單位開爾文每秒。

SAR 測量系統(tǒng)主要由人體模型、電子測量儀器、掃描定位系統(tǒng)和被測設(shè)備夾具等組成。測量通過自動定位的迷你小型場強探頭測量模型內(nèi)部的電場分布來進行。根據(jù)測得 的場強值可以計算出SAR的分布以及峰值空間平均SAR。在對手機進行SAR測試的時候，如果天線可以伸縮，兩個位置都要測試，也就是全伸出和全收縮的位 置；可翻（滑）蓋移動電話，如果開蓋和合蓋時均能打電話，則兩種狀態(tài)都要進行測試。

圖1、SAR 實驗室

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(biāo)，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(shè)計中SAR 是一個綜合的問題，在設(shè)計手機天線時既要要求高的TRP 又要有低的SAR 值，這需要在手機整機設(shè)計初期對天線有很好的評估，尤其是PCB 布板、天線位置和周圍器件的放置對天線都有較大的影響。

在手機設(shè)計中，有很多方法可以降低SAR 值。在設(shè)計初期，首先要求布板工程師、結(jié)構(gòu)工程師充分考慮PCB 的設(shè)計、天線的位置、speaker、micro、vibrator、battery等對天線影響大的器件的合理放置，在設(shè)計過程中可以通過調(diào)試PCB 上的熱點來降低SAR 值；在設(shè)計天線時一般采用PIFA 天線，它具有較低的SAR 值，這是因為PIFA 天線和PCB 之間有較大的區(qū)域并且和PCB 地構(gòu)成回路，電流能較均勻地分布，這樣SAR 便不會產(chǎn)生較強的Peak 值；在設(shè)計后期，可以通過降低發(fā)射功率來降低SAR 值，從理論分析看，手機的發(fā)射功率降低1dB，SAR 數(shù)值大約會降低0.3W/Kg，他們是成正比的，但是在降低發(fā)射功率后，會影響手機的發(fā)射效率，因此在手機設(shè)計中要權(quán)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脂制成的電磁屏蔽材料。該材料具有高磁導(dǎo)率，高電阻率等特點。將這種材料貼到手機鍵盤和PCB之間，有效地改變了天線的近場，改 變天線的輻射強度。本文通過仿真優(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