第一章 绪论

本文共分五章，各章主要内容安排如下： 第一章是全文的绪言，详细回望了无线通信技术到目前为止的发展历程，各个阶段的技术特点。介绍了当前无线通信终端天线的发展现状，电磁辐射对生物的影响以及当前的研究现状，说明研究天线辐射的重要性以及必要性。最后介绍了本文的主要工作以和内容安排。 第二章的主要内容分为两部分。第一部分主要介绍无线通信终端天线的性能参数，以及环天线、单极子天线、平面倒 F天线，基于复合左右手传输线结构的零阶谐振天线这四种常用的终端天线的基本原理和性能特点；第二部分是 SAR 的概述，详细介绍 SAR 的定义，安全限值以及测量步骤。 第三章对无线通信终端天线的SAR特性进行研究。通过仿真四种天线的SAR分布，基于仿真数据，详细分析了人体组织的存在，对天线辐射性能的影响。从能量的角度出发，提出一种归一化理论，客观地衡量天线SAR 特性的优劣。并基于归一化理论，对四种终端天线在智能手机平台、无线数据卡平台，GSM900、LTE Band 7 频段 SAR 特性进行比较。加工实物进行实测，验证仿真结论。 第四章总结现有的降 SAR 理论及方法。并且基于电磁带隙结构、左手材料和主从天线降 SAR 这三种方法的理论，分别设计三种有效改善天线 SAR 特性且不影响原有天线性能的方案，并进行仿真验证。

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第二章 基本理论

2.1 天线的基本参数

通常天线与收发机之间是由馈线连接的，天线与馈线的连接点即馈点，通常被称为天线的输入端，天线输入端的外加电压与输入电流之比定义为天线的输入阻抗。天线作为整个发射电路的负载部分，其作用是把从发射机传出的能量辐射到空间去。通常负载与传输线会因阻抗不同产生反射，也就是说天线与馈线之间存在阻抗匹配问题，阻抗匹配的好坏直接决定输入天线功率的多少。在无线通信终端设备中，通常选择50作为馈线的标准阻抗，因此在天线设计中，需要最大程度的把天线谐振频点的输入阻抗设计在50，从而确保天线的回波损耗在要求频段内尽可能的小。

2.2 复合左右手传输线理论

单极子天线是从偶极子天线发展演变而来。偶极子天线得名于对称的两个振子[7]。其两个振子上的电流方向相同且近似正弦分布时，也就产生了交变电磁场，形成辐射。半波对称振子，左右两个振子长度均为四分之一波长。左右两振子的电流大小和方向呈对称相同，电流强度分布是在中间馈电点处最大，向两端点方向逐步减小。电流在馈点处最大，而电阻在馈点处最小。对于半波偶极子天线，利用镜像法，引入接地面，可以技巧性地将偶极子天线的长度缩减一半，即四分之一波长的单极子天线，图 2.6 所示是四分之一波长的单极子天线的典型结构。单极子天线由于其结构简单，谐振频率易于调整的特点，广泛应用于移动终端设备。

第三章 归一化理论 ............................... 29

3.1 天线场区的划分 ..................... 29

3.1.1 感应近场区 ............................................ 30

3.1.2 辐射近场区 .................................... 30

3.1.3 辐射远场区 .................. 31

第四章 降 SAR方法的研究 ..................... 51

4.1 加载 EBG 结构 .............. 51

4.1.1 电磁带隙结构概述 ........... 51

4.1.2 电磁带隙结构设计 ............................... 51

4.1.3 仿真分析................ 53

4.1.4 小结 .......................... 55

第五章 总结与展望 ................. 67

第四章 降 SAR方法的研究

4.1 加载 EBG 结构

电磁带隙结构拥有两种带隙特征：表面波带隙和反射相位带隙。利用其表面波带隙可以抑制天线表面的表面波传播，减小天线后向辐射，提高天线增益，改善天线的辐射性能。在天线阵列之间加载 EBG 结构，还可以减小天线单元之间的互耦，消除相控阵的扫描盲区；EBG结构还具有同相反射特性，即可等效为理想磁导体，获得类似“开路面”的效果，对其表面上方入射的平面波具有同相反射的效果，这意味着在其表面的入射波和反射波的相位无变化，而普通金属面常用作天线的反射面时，入射波和反射波的相位存在 180°的相位差。 根据电磁带隙结构的特性，其被广泛应用于微波天线工程的很多领域[47-49]以及高速数字电路领域[50]。将电磁带隙结构运用到手机地板的设计中，可以抑制由天线辐射电磁波在地板激起的表面波以及杂散电磁波，降低天线的后向辐射，从而降低手机天线的 SAR 值[51]。

4.2 加载左手材料

通过将金属细导线周期性排列的结构，可实现负的等效介电常数 [56]，而周期性排列的金属开口环谐振器(Split Ring Resonator， SRR)，其结构能够具有负的等效磁导率 [57]。金属细导线和 SRR 结构均为窄带、有损耗的金属材料。当材料的介质特性为一正一负时，该材料会展现出禁带特性。周期性排列的金属细导线结构和 SRR 结构由于其内部单元之间相互的电容效应和电感效应，两种结构会产生谐振。由于 SRR 结构的尺寸小于工作波长且由低密度金属制作而成，所以SRR 结构可被设计工作在无线通信的频段，并且同时保证其物理尺寸能够应用于手机等终端设备中，来降低终端设备的 SAR 值[58]。本节设计了一种工作在 LTE Band 7(2500MHz-2690MHz)频段的 SRR 结构。该 SRR 单元结构由两个方形环组成，两个环的开口缝隙方向相反，具体结构如图4.10 所示，详细尺寸如表 4.3 所示。

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第五章 总结与展望

基于上述理论基础，本文主要进行了以下几个方面的工作：

1.  详细介绍了电小天线的基础理论，以此为前提，详细分析了三种无线通信终端广泛使用的三种不同形式的天线：环天线、单极子天线、平面倒 F天线，这三种天线的工作原理、结构特点以及发展现状。重点介绍了复合左右手传输线的概念，以及基于复合左右手传输线结构的零阶谐振天线的理论基础，等效电路以及性能特点。

2.  对生物学剂量 SAR，即比吸收率的相关理论进行详细的介绍，包括 SAR的定义，安全限值以及测量步骤。外界电磁场与人体的之间的相互作用难以量化表达，但造成各种生物学效应的直接原因，是进入生物体并且与生物组织发生相互作用的电磁场。因此确定进入生物体内的电磁场分布显得十分重要，而这一任务正是由比吸收率来衡量的。

3.  分析人体组织对四种天线，环天线、单极子天线、平面倒 F 天线和零阶谐振天线的影响，包括回波损耗，辐射效率，方向图的影响，不同介质特性的人体组织液对天线近场的影响。分析不同的天线形式，受到影响的程度不同。

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参考文献（略）