手机天线电磁兼容性sarhac研究

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1、苏州大学 硕士学位论文 手机天线电磁兼容性（SARSAR1g(W/Kg)=0.63 图 3-4 测试天线的高频 SAR 热点分布图 手机天线电磁兼容性（SAR SAR 1g (W/Kg)=1.17 图 3-7 测试天线的高频 SAR 热点分布图 通过对 SAR 的研究发现，发现印刷天线因为有地层的保护，SAR 数值相对于单 手机天线电磁兼容性（SAR&HAC）研究 第三章 SAR&HAC 的重点介绍 19 极子天线会小很多。第四章中，我们会介绍如何通过贴铜箔法、开口窗法、手机天 线走线法来提高手机天线的电磁兼容性。接下来本文讨论 HAC 参数 3.3 HAC 分析 HAC 测试与传统 OTA

2、测试不一样，简单讲，测试不同的场需要有不同的探头。 试磁场指标使用磁场专用探头，测试电场时候使用电场专用探头。测试方法是以手 机的接收机为中心，探头与手机的接收机为 15mm 高度的一个区域进行扫描。请见 图 3.8）然后通过计算，再取其数值，因为目前只有北美是把 HAC 指标作为强制性 指标的。而北美的工作频率为 850MHz 频段和 1900MHz 频段。所以目前只需要测试 这二个频段的电场数值和磁场数值，经过长期的研究证明。850MHz 的 HAC 几乎不会 有什么大的问题，往往都是高频的 HAC 会有很大的问题，因为高频的要求相对比较 严格。图 3-8 是法国 Satimo 公司设计研

3、发的 HAC 测试设备，能精确的测试手机天 线 HAC 指标，首先让综测仪模拟基站与手机建立通话过程，磁场探头和电场探头分 别模拟助听器的电场和磁场，然后让探头在距离手机接收机为 15mm 高度的地方进 行一个九宫格的扫描。扫描顺序为 1-2-3-4-5-6-7-8-9。参照图 3-9 12。 图 3-8 法国 Satimo 公司 HAC 测试设备 第三章 SAR&HAC 的重点介绍 手机天线电磁兼容性（SAR&HAC）研究 20 图 3-9 HAC 测试区域 表 3-1 介绍 HAC 的测试标准， 分别有低频和高频的电场和磁场指标， M1 和 M2 都是不合格指标，M3 和 M4 为合格指标

4、，并且 M4 为最理想。 表 3-1 HAC 测试标准 10 图 3-10 为某手机低频的 HAC 热点分别图， 左图为电场热点分布图， 右图为磁场 热点分布图；图 3-11 为某手机低频的 HAC 热点分别图，左图为电场热点分布图， 右图为磁场热点分布图， 从图中可以对比看出， 低频和高频的热点均在不同的区域， 并且电场和磁场呈现出不同的特性。电场的热点比较集中，而磁场相对比较分散。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 手机天线电磁兼容性（SAR&HAC）研究 第三章 SAR&HAC 的重点介绍 21 图 3-10 某手机低频电场和磁场热点分布图（左图为电场，右图为磁场） 第三章 SAR&H

5、AC 的重点介绍 手机天线电磁兼容性（SAR&HAC）研究 22 图 3-11 某手机高频电场和磁场热点分布图（左图为电场，右图为磁场） 3.4 本章小结 从前面的内容可以看出，TRP 功率反映的是手机天线远场的辐射性能，而 SAR 和 HAC 反映的天线的近场辐射性能。对于国际认证标准中的功率指标，要求低频部 分的 TRP 能达到 28dBm 上，高频部分的 TRP 能达到 26dBm 上，这样天线的功率输入 功率才最大化的转化为天线的全向辐射功率，天线的匹配性能才最理想。在 SAR 和 HAC 的测试中，则希望功率 数值比较小，这样被人脑吸收的功率才比较小，保证能 通过 SAR 测试标准，

6、 以及对助听器的影响也比较小。 因此， 功率 指标与 SAR 和 HAC 指标是一对相互矛盾的指标，在天线设计中如何保证两个指标都达到相关的标准， 满足设计需要，在天线设计的之初就得考虑。 这一章节主要介绍了电磁兼容性 SAR 和 HAC 的基础知识，下一章节中会选取一 款阿尔卡特的手机作为研究对象，选取印刷电路天线，然后通过贴铜箔法、开口窗 法、手机天线调试法来逐步深层次研究电磁兼容性。最终设计出一款天线，使功率 指标符合国际标准，又能有非常不错的电磁兼容性。 手机天线电磁兼容性（SAR&HAC）研究 第四章 印刷电路天线的电磁兼容性(SAR&HAC)研究 23 第四章 印刷电路天线的电磁兼

7、容性(SAR&HAC)研究 4.1 介绍 前面讨论了手机天线的电磁兼容性（SAR&HAC）的基础理论和测试标准，也简 单讨论手机天线的部分无源参数和有源参数。本章重点就印刷电路天线的电磁兼容 性(SAR&HAC)做深入的研究，提高印刷天线的电磁兼容性主要有以下的解决方法： (1)选用合适的天线形式，最为重要。比如内置天线中的单极子天线 具有效 率高但 SAR 也高的特点，因此在使用之前就应该对此有所认识，即单极子天线 和 人脑的耦合效应较强。印刷电路天线 天线综合性能较好，由于其靠近人脑的一侧 被 PCB 的地遮挡，其高频频段在人脑方向比最大辐射方向有 5-6dB 的衰减，因此印 刷电路天线

8、天线的 SAR 值和 HAC 数值比较低，是内置天线中比较理想的天线形式。 (2)在天线的设计之初就考虑 SAR 和 HAC 问题，主要在结构问题上进行设计， 结合手机的结构选用合适形式的天线，保证天线性能的同时还满足通过 SAR 和 HAC 指标，比如采取将天线放置于 PCB 的底部等措施。 (3)在设计后期发现 SAR 测试超标，可通过调低天线性能的方式解决，如使用 损耗稍大的材料等方法。 (4)更改天线走线方式，调整方向图等措施 14。 本章中将选取阿尔卡特的一款手机作为研究对象，手机的工作频段为 GSM850,DCS1800 和 PCS1900，分别用贴铜箔法、开口窗法、手机天线调整法

9、进行研 究，在此基础上讨论积累解决手机天线的电磁兼容性的设计准则，最后在阿尔卡特 的手机样机基础上，设计出一款符合电磁兼容性的标准，并且天线的有源和无源电 参数都能达标的天线。 4.2 研究手机天线的无源和有源性能 本文选取了一部阿尔卡特的直板机作为研究样机，图 4.1 为手机与天线的原始 照片，图 4.2 为原始手机天线的 S11，图 4.3 为原始手机天线的 Smith Chart，图 4.4 到图 4.6 为天线的 H plane,E1 plane,E2 plane 方向图。此款手机的天线形式 为印刷电路天线，因为高频是需要做双频的，所以在天线低频处，增加一条寄生单 第四章 印刷电路天线

10、的电磁兼容性(SAR&HAC)研究 手机天线电磁兼容性（SAR&HAC）研究 24 元，用来在高频产生另一个谐振，这样在图 4-2 看到的高频谐振就是二个谐振。 表 4-1 Jade US version FreMHz TRPdBm FreMHz TISdBm 824.2 28.6 869.2 -107.12 836.6 29.1 881.6 -106.54 848.8 29.61 893.8 -106.01 1710.2 26.87 1805.2 -105.45 1747.4 27.12 1842.4 -105.21 1784.8 26.66 1879.8 -104.98 1850.2 26

11、.58 1930.2 -105.99 1880 26.57 1960 -104.7 1909.8 26.97 1989.8 -104.41 图 4-1 测试样机照片和原始天线照片 图 4-2 原始天线的 S11 手机天线电磁兼容性（SAR&HAC）研究 第四章 印刷电路天线的电磁兼容性(SAR&HAC)研究 25 图 4-3 原始天线的 smith chart 图 4-4 原始天线的 H 面方向图 图 4-5 原始天线的 E1 面方向图 第四章 印刷电路天线的电磁兼容性(SAR&HAC)研究 手机天线电磁兼容性（SAR&HAC）研究 26 图 4-6 原始天线的 E2 面方向图 紧接着进行了手

12、机的 SAR 和 HAC 测试，发现 SAR 的性能虽然在规格范围内，但 是希望能通过下列实验获取更大的余量。HAC 的性能在未做任何调整的基础，测试 的原始数据为 M2，是不合格的。表 4-2 列出了 SAR 的性能，分右脑和左脑的数据： 表 4-2 Right Head SAR Left Head SAR Band ChannelSAR(10g) SAR(1g)Band Channel SAR(10g) SAR(1g) GSM850 Ch124 0.63 0.87 GSM850Ch975 0.7 0.95 GSM850 Ch198 0.71 0.98 GSM850Ch37 0.76 1.0

13、5 GSM850 Ch251 0.62 0.88 GSM850Ch124 0.67 0.92 DCS1800 Ch512 0.48 0.84 DCS1800Ch512 0.39 0.66 DCS1800 Ch698 0.47 0.83 DCS1800Ch698 0.37 0.64 DCS1800 Ch885 0.36 0.61 DCS1800Ch885 0.33 0.57 PCS1850 Ch512 0.39 0.69 PCS1850Ch512 0.37 0.65 PCS1850 Ch661 0.39 0.67 PCS1850Ch661 0.37 0.61 PCS1850 Ch810 0.33

14、 0.58 PCS1850Ch810 0.32 0.55 表 4-3 列出了 HAC 测试数据，HAC 的低频测试结果为 M3，HAC 的高频测试结果 为 M2。高频测试不通过，并且都超过标准达到 20v/m,详细数据见下： 手机天线电磁兼容性（SAR&HAC）研究 第四章 印刷电路天线的电磁兼容性(SAR&HAC)研究 27 表 4-3 Test Case of E-field Band Channel E-field (A/m) Category High/128 227.440 M3 Middle/190 217.920 M3 GSM 850 Low/251 208.950 M3 Ban

15、d Channel H-field (A/m) Category High/128 0.370 M3 Middle/190 0.380 M3 GSM 850 Low/251 0.360 M3 Test Case of E-field Band Channel E-field (A/m) Category High/512 102.549 M2 Middle/661 105.550 M2 GSM 1900 Low/810 110.156 M2 Test Case of H-field Band Channel H-field (A/m) Category High/512 0.266 M2 Middle/661 0.267 M2 GSM 1900 Low/810 0.266 M2 图 4.6 和图 4.7 为 PCS 的 E 场和 H 场的热点分布图，通过分析高频的电场热点 可以发现，在图示的右下角区域，电场的热点分布最为集中。分析高频的磁场热点 可以发现，在图示的左中片区域，磁场的热点分布最为集中。本文下面通过在热点 最集中的区域做出改变，让高频段的 HAC 达到 M3 的要求。 第四章 印刷电路天线的电磁兼容性(SAR&HAC)研究 手机天线电磁兼容