手机天线设计中降低SAR的研究

4.1、天线的设计

在本项目的设计中，考虑到天线的空间有限，天线和PCB板的距离较小，采用PIFA天线难以设计，因此采用monopole天线来设计，同时带来了天线的SAR问题。经过初步的调试，该天线为如下图（图3）：

图3、设计的实物天线

4.2、降低SAR 值的处理

在设计天线后，在SAR 测试后，发现天线的SAR 值不能达到美国标准。从测试结果可以看出，在手机键盘一侧对人脑的辐射较大。因此，我们采用TDK 的磁性片将其贴到手机键盘和PCB 之间来抑制该处天线的辐射，从而降低手机的SAR 值。

4.3、天线的仿真

4.3.1、仿真模型的建立

天线设计后，用专门的3D 绘图软件CATIA 画出天线的的3D 实体图，然后将其天线和手机结构图导入到天线三维电磁场仿真软件EMPro 中，再导入人头模型。在导入手机和人头模型后，最好移动人头模型来调整两者的相对位置，这样便于手机天线的调试和导入。

在模型导入后，手机的放置显得尤为重要，它将决定仿真后数据的精确度。标准的人头模型的形状是根据人体学研究中成年男子头部的研究报告而制定的，模型的耳朵模拟人使用手持设备时耳朵的扁平状态。

在测试SAR 的时候，根据手机的摆放位置不同，分为“贴紧脸颊”和“倾斜15 度”两种，这是根据人们日常打电话的时候持机的习惯不同而定；同时，测试的时候又有左侧和右侧的区分。同样在仿真的时候我们也要严格遵循实际测试时的摆放方法放置模型（图4 显示了建模后的示意图）。

图4、手机&S 人头模型3D 图

在仿真时，人头内部组织液的导电率和介电常数的设置对仿真的精确性有很大的影响。在测试高频和低频的时候所用的组织液的介电常数是不相同的，测试高频时，组织液的介电常数是40，导电率是1.4S/m，而测试低频时，组织液的介电常数是41.5，导电率是1.4S/m。在仿真的时候也需对高、低频的导电率和介电常数分别进行相应的设置。在对SAR 值进行仿真的时候要注意选中表面电流这一项，以便于使计算结果更加准确。

4.3.2、天线设计后仿真优化

在将手机和人头模型导入软件后，进行仿真后，可以看出天线的辐射图（图3）在在靠向人脑部位有一较强的电磁场强度，且该点的SAR 比较高，因此需要在该方向处加一磁性片从而改变该处的电磁场，降低SAR值。考虑到仿真后天线近场和SAR 值的Peak位置，再综合评估手机内结构，我们将该磁性片贴到键盘下，从而减弱天线向人头方向的辐射。经多次仿真优化磁性片的大小位置后，得到天线SAR 最优点，优化后方向图见图5。

图5、天线方向图