手機(jī)天線設(shè)計(jì)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(wú)線通信設(shè)備帶來(lái)的各種便利之時(shí)，也日益關(guān)注無(wú)線通信終端的電磁輻射對(duì)人體健康的影響。在手機(jī)天線的研發(fā)以及測(cè)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(jī)電磁輻射對(duì)人體健康影響的大小。在手機(jī)天線的設(shè)計(jì)中，主要關(guān)注的是無(wú)線通信終端的電磁輻射對(duì)人類頭部的影響。SAR 值的大小和手機(jī)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(jì)中，TRP 和SAR 本身就是一對(duì)矛盾，因此，在設(shè)計(jì)中，需很好地平衡兩者的關(guān)系。

二、SAR 概述與測(cè)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(guó)和歐洲關(guān)于SAR有不同的標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)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(dá)方法：

E ——組織內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)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(shí)刻溫度對(duì)時(shí)間的微分，單位開爾文每秒。

SAR 測(cè)量系統(tǒng)主要由人體模型、電子測(cè)量?jī)x器、掃描定位系統(tǒng)和被測(cè)設(shè)備夾具等組成。測(cè)量通過(guò)自動(dòng)定位的迷你小型場(chǎng)強(qiáng)探頭測(cè)量模型內(nèi)部的電場(chǎng)分布來(lái)進(jìn)行。根據(jù)測(cè)得 的場(chǎng)強(qiáng)值可以計(jì)算出SAR的分布以及峰值空間平均SAR。在對(duì)手機(jī)進(jìn)行SAR測(cè)試的時(shí)候，如果天線可以伸縮，兩個(gè)位置都要測(cè)試，也就是全伸出和全收縮的位 置；可翻（滑）蓋移動(dòng)電話，如果開蓋和合蓋時(shí)均能打電話，則兩種狀態(tài)都要進(jìn)行測(cè)試。

圖1、SAR 實(shí)驗(yàn)室

三、降低SAR的方法

在 工程測(cè)試中，手機(jī)SAR 值主要是測(cè)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(jī)設(shè)計(jì)中SAR 是一個(gè)綜合的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)手機(jī)天線時(shí)既要要求高的TRP 又要有低的SAR 值，這需要在手機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)初期對(duì)天線有很好的評(píng)估，尤其是PCB 布板、天線位置和周圍器件的放置對(duì)天線都有較大的影響。

在手機(jī)設(shè)計(jì)中，有很多方法可以降低SAR 值。在設(shè)計(jì)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(jì)、天線的位置、speaker、micro、vibrator、battery等對(duì)天線影響大的器件的合理放置，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以通過(guò)調(diào)試PCB 上的熱點(diǎn)來(lái)降低SAR 值；在設(shè)計(jì)天線時(shí)一般采用PIFA 天線，它具有較低的SAR 值，這是因?yàn)镻IFA 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(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的Peak 值；在設(shè)計(jì)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(jī)的發(fā)射功率降低1dB，SAR 數(shù)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(jī)的發(fā)射效率，因此在手機(jī)設(shè)計(jì)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(dá)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(diǎn)。將這種材料貼到手機(jī)鍵盤和PCB之間，有效地改變了天線的近場(chǎng)，改 變天線的輻射強(qiáng)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(jī)面向頭部的電磁輻射，達(dá)到降低SAR 值目的。

圖2、磁性片樣品