无线通信终端天线的SAR研究

摘要

随着信息时代的来临,无线通信技术快速发展并且得到广泛应用。天线作为无线通信系统中重要的一环,其工作性能的好坏将直接影响整个系统的通信质量。伴随着移动通信技术不断升级换代,对无线通信终端天线也提出更高的要求。小型化,多频段,高性能等要求已经成为终端天线发展的趋势。与此同时,无线通信设备的普及,导致公众周围的电磁环境日益复杂。虽然手机和便携无线通信设备工作时发射电磁能量的量级很低,但是这些手持设备在正常工作时距离人体组织非常近,有对人体局部造成高能量电磁暴露照射的潜在危险。射频微波辐射对人体产生热效应和非热效应,会对人体的健康产生不良影响。电磁安全问题已经收到越来越多人的关注。比吸收率(Specific Absorption Rate,SAR)作为衡量终端设备天线对人体影响程度的生物学剂量,用来表征人体吸收电磁能量的多少。
　　本文首先针对人体组织对天线性能的影响进行研究。对比分析环形天线、单极子天线、平面倒F天线以及基于复合左右手传输线结构的零阶谐振天线,这四种终端天线在智能手机平台和无线数据卡平台下,分别工作在 GSM900和 LTE Band7频段时,在自由空间辐射和有人体组织存在这两种情况下,天线回波损耗、辐射效率、方向图的变化以及不同介质特性的人体组织对天线近场的影响。基于软件仿真的数据,人体组织的存在,会导致天线的谐振频率向低频偏移,辐射效率大幅下降,同时还会导致天线在人体组织方向的辐射强度产生衰减,在方向图中产生凹陷。此外,人体组织液电导率的增大,会大幅减弱天线近场人体组织方向的电场强度;天线近场人体组织方向的电场强度,也会随着人体组织液相对介电常数的增大而减弱,但减弱程度较小。
　　由于不同形式的天线其结构不同,以及不同的工作环境导致天线的辐射效率、方向系数等参数不同,继而天线的SAR特性也不同。因此为了客观地比较不同形式天线SAR的优劣,本文提出一种新的关于无线通信终端天线SAR的归一化评价方法,对环形天线、单极子天线、平面倒F天线以及零阶谐振天线在GSM900和LTE Band7频段,分别在智能手机平台和无线数据卡平台时的SAR进行对比分析。通过将馈入到终端天线的输入功率按照回波损耗和辐射效率进行归一,从而更加客观地评价这四种天线在智能手机和无线数据卡终端两种平台上的 SAR特性。
　　根据现有理论和思路,基于电磁带隙结构、左手材料和主从天线理论,分别设计三种降SAR方案。首先利用EBG结构表面波带隙的特性,设计一种阻带在1.8GHz附近的EBG结构,将周期型排列的EBG结构加载于PIFA天线的地板,有效降低天线的SAR值。然后根据左手材料具有负磁导率的特性,设计一种周期性的 SRR结构,加载于天线和人体组织之间,从而降低天线的SAR。第三,通过加载辅助天线,合理设计辅助天线激励的幅值和相位,使辅助天线产生的辐射场能够抵消主天线原有的辐射场,从而降低整个天线系统的SAR值。基于HFSS软件的建模仿真,证明这三种方法在改善天线SAR特性方面具备有效性。

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第一章 绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文内容安排

第二章 基本理论

2.1天线的基本参数

2.2 复合左右手传输线理论

2.3 四种终端天线的基本理论

2.4 SAR概述

1.6（1g）

第三章 归一化理论

3.1 天线场区的划分

3.2 人体模型的建立

3.3 人体组织对天线的影响

3.4 SAR归一化研究

3.5 实测数据分析

第四章 降SAR方法的研究

4.1 加载EBG结构

4.2 加载左手材料

4.3 采用主从天线形式

4.4 其他方案

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

研究成果