手機(jī)天線設(shè)計(jì)中降低SAR的研究

四、天線的設(shè)計(jì)和仿真

4.1、天線的設(shè)計(jì)

在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，考慮到天線的空間有限，天線和PCB板的距離較小，采用PIFA天線難以設(shè)計(jì)，因此采用monopole天線來(lái)設(shè)計(jì)，同時(shí)帶來(lái)了天線的SAR問(wèn)題。經(jīng)過(guò)初步的調(diào)試，該天線為如下圖（圖3）：

圖3、設(shè)計(jì)的實(shí)物天線

4.2、降低SAR 值的處理

在設(shè)計(jì)天線后，在SAR 測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)天線的SAR 值不能達(dá)到美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。從測(cè)試結(jié)果可以看出，在手機(jī)鍵盤(pán)一側(cè)對(duì)人腦的輻射較大。因此，我們采用TDK 的磁性片將其貼到手機(jī)鍵盤(pán)和PCB 之間來(lái)抑制該處天線的輻射，從而降低手機(jī)的SAR 值。

4.3、天線的仿真

4.3.1、仿真模型的建立

天線設(shè)計(jì)后，用專(zhuān)門(mén)的3D 繪圖軟件CATIA 畫(huà)出天線的的3D 實(shí)體圖，然后將其天線和手機(jī)結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)入到天線三維電磁場(chǎng)仿真軟件EMPro 中，再導(dǎo)入人頭模型。在導(dǎo)入手機(jī)和人頭模型后，最好移動(dòng)人頭模型來(lái)調(diào)整兩者的相對(duì)位置，這樣便于手機(jī)天線的調(diào)試和導(dǎo)入。

在模型導(dǎo)入后，手機(jī)的放置顯得尤為重要，它將決定仿真后數(shù)據(jù)的精確度。標(biāo)準(zhǔn)的人頭模型的形狀是根據(jù)人體學(xué)研究中成年男子頭部的研究報(bào)告而制定的，模型的耳朵模擬人使用手持設(shè)備時(shí)耳朵的扁平狀態(tài)。

在 測(cè)試SAR 的時(shí)候，根據(jù)手機(jī)的擺放位置不同，分為“貼緊臉頰”和“傾斜15 度”兩種，這是根據(jù)人們?nèi)粘４螂娫挼臅r(shí)候持機(jī)的習(xí)慣不同而定；同時(shí)，測(cè)試的時(shí)候又有左側(cè)和右側(cè)的區(qū)分。同樣在仿真的時(shí)候我們也要嚴(yán)格遵循實(shí)際測(cè)試時(shí)的擺放 方法放置模型（圖4 顯示了建模后的示意圖）。

圖4、手機(jī)S 人頭模型3D 圖

在仿真時(shí)，人頭內(nèi)部組織液的導(dǎo)電率和介電常數(shù)的設(shè)置對(duì)仿真的精確性有很大的影響。在測(cè)試高頻和低頻的時(shí)候所用的組織液的介電常數(shù)是不相同的，測(cè)試高頻時(shí)，組 織液的介電常數(shù)是40，導(dǎo)電率是1.4S/m，而測(cè)試低頻時(shí)，組織液的介電常數(shù)是41.5，導(dǎo)電率是1.4S/m。在仿真的時(shí)候也需對(duì)高、低頻的導(dǎo)電率和 介電常數(shù)分別進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。在對(duì)SAR 值進(jìn)行仿真的時(shí)候要注意選中表面電流這一項(xiàng)，以便于使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。

4.3.2、天線設(shè)計(jì)后仿真優(yōu)化

在 將手機(jī)和人頭模型導(dǎo)入軟件后，進(jìn)行仿真后，可以看出天線的輻射圖（圖3）在在靠向人腦部位有一較強(qiáng)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，且該點(diǎn)的SAR 比較高，因此需要在該方向處加一磁性片從而改變?cè)撎幍碾姶艌?chǎng)，降低SAR值。考慮到仿真后天線近場(chǎng)和SAR 值的Peak位置，再綜合評(píng)估手機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)，我們將該磁性片貼到鍵盤(pán)下，從而減弱天線向人頭方向的輻射。經(jīng)多次仿真優(yōu)化磁性片的大小位置后，得到天線SAR 最優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化后方向圖見(jiàn)圖5。

圖5、天線方向圖