【摘 要】
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目前,Sub-6GHz（低于6GHz频段）和毫米波（mm Wave,30GHz-100GHz）已经被纳入5G NR频段范围内,由于Sub-6G频谱的传播范围广,毫米波与其相差很大,技术须不断改进。在毫米波最终确定之前,Sub-6GHz仍然是近期5G技术的首选,新频段的出现,天线结构也必然会做出调整。各大手机厂商掀起了研发金属边框手机天线的热潮,手机天线对人体辐射的影响不容忽视,需要深入研究。本文运
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目前,Sub-6GHz（低于6GHz频段）和毫米波（mm Wave,30GHz-100GHz）已经被纳入5G NR频段范围内,由于Sub-6G频谱的传播范围广,毫米波与其相差很大,技术须不断改进。在毫米波最终确定之前,Sub-6GHz仍然是近期5G技术的首选,新频段的出现,天线结构也必然会做出调整。各大手机厂商掀起了研发金属边框手机天线的热潮,手机天线对人体辐射的影响不容忽视,需要深入研究。本文运用基于FEM（有限元）法的电磁仿真软件Ansoft HFSS,对Sub-6G手机天线对人体头部的电磁辐射进行计量学分析。首先建立人体头部三层球形模型和单极子天线模型对HFSS有限元法和人头模型的准确性进行验证;其次借助天线理论基础和天线的小型化和多频化技术设计了一款金属边框四单元天线,理想情况时,在Sub-6G频段范围内对天线辐射性能以及人体头部比吸收率进行计算分析;考虑实际情况天线加工工艺中,天线辐射贴片的厚度为0.15mm和0.2mm,故研究在这两种贴片厚度下天线的差异性;最后研究人头与手机天线在相同和不同距离时的头部SAR值变化规律。在计算有效性验证中,误差为2.1%,在误差允许的范围内。理想情况下,金属边框天线在满足-6d B回波损耗的情况下可覆盖GSM-850/900、DCS-1800、PCS-1900、UMTS-2000、WLAN2400、LTE2300/2500、n79等多个频段;辐射性能良好,可满足现行的移动通信频段。频率为900MHz、1800MHz、3500MHz、4800MHz时,大脑SAR10g值分别为0.49664W/kg、0.67527W/kg、0.67018W/kg、0.14288W/kg,均低于ICNIRP标准2W/kg。辐射贴片厚度为0.15mm时,谐振点发生了右移,在3.5GHz-6GHz频段为有6个谐振点,1GHz-3GHz有4个谐振点,占总频段的40%;贴片厚度为0.2mm时天线各端口的反射能力未发生大的改善。通过对比两种厚度下,频率为3500MHz和4800MHz时各组织层的SAR10g分布情况,得出0.15mm比0.2mm天线对头部的辐射影响要小;手机与头部的距离越近,吸收的平均SAR10g值越多,并且靠近天线越近的部位SAR10g值越集中,在距离为7.5mm和10mm处,大脑的SAR值很相近,分别为0.062W/kg和0.043W/kg,说明该天线与人头模型距离相对较远的情况下,人体头部对辐射能量的吸收越来越少,对人体的辐射危害也变得越来越弱。随着移动通信事业的不断发展,本文以上工作为手机对人体电磁辐射影响提供一定的依据和参考价值。
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