在这一小节，讨论了有关手机天线设计的几个方面的问题。首先，讨论手机底座的长度和一些重要的参数。其次，讨论了天线使用的材料的影响。再次，给出了基于双反馈的PIFA的天线概念。然后讨论了SAR相关的研究。最后，引入自适应配套系统，评估它们的性能。

1.天线设计

移动手机的天线的电学特性很大程度上取决于天线设置在设备的底部的长度（底座）和天线在上面的位置（见参考文献［TaTs87］），这个底座的参数是手机天线设计的一个重要的参数。参考文献［TaTs87］，［VOKK02］等先前的结果，表明天线底座的总的辐射带宽部分由底座电流的偶极子类型的辐射定义，其水平进一步取决于底座是否共振（见参考文献［VOKK02］）。基于此，可以预料底座尺寸的影响，从手机用户互动的角度来看影响也很明显。但是，在这个问题上的资料很少。参考文献［KOLV04］中，使用仿真研究了底座长度对内置移动手机天线和手机底座的带宽、辐射效率、吸收率（SAR）的影响。当手机模型位于一个结构学上均匀介质的头部模型旁边时确定SAR和辐射效率。一般来说，当一个共振的底座贡献增加时，带宽达到最小值，出现了SAR的增长和辐射效率的降低，如图5.12所示。特别感兴趣的是研究模型的性能对底座长度的依赖性，以及新信息对阻抗带宽、SAR和辐射效率间的联系的依赖性。

图5.12 900MHz下SAR和辐射效率与底座长度的关系（距离头部模型的距离是7mm，P_in=1W）（见参考文献［KOLV04］）

在一个传统的双频天线和射频前端架构中，一个具有单级馈电的双频段天线和一个折中考虑的两个频带的回路相匹配。通常这个可以用离散的、有相对较低品质的元件实现，比如，使用一个简单的电感和电容组成的网络，其中电感Q不太可能大于50。该天线可以自行匹配，但是两个频带的折中仍然存在。然后这个天线连接到一个断路开关或者频带开关。断路开关的主要功能是提供回路的低频和高频之间的隔离（比如GSM、DCS），经常在离散元件和多层电路技术（如LTX）中使用。商业设备通常带来0.5～0.7dB的损耗。开关消耗功率，增加了非线性度，典型损耗为0.3～0.5dB。这些数据是根据50Ω系统测量得来的。由于损耗和负载电阻有关，如果不匹配，连接到天线会带来更大的损失。移动手机天线一般设计的回波损耗在-6dB以内。

参考文献［BUGL04］中使用的方法最优化了匹配，修改了双波段馈源结构的PIFA。这个天线有两个馈源，一个用于低频段（GSM），另一个用于高频段（DCS）。有两个馈源可以使每个带宽独立，使匹配最佳。它还可以使每个带宽扩大。文献［Whee75］中，利用双调谐在回波损耗为-6dB的环境下，每条频带的带宽可增加一倍。

测量这个设计的平均总效率（包括不匹配的影响），包括天线、双工设备和发送/接收开关，GSM下是81％，DCS下是72％。在发送频带下，到RF调制设备的回波损耗非常小，GSM时小于16dB，DCS下为11dB。同样尺寸的传统天线测量的回波损耗只有6dB。由于电路模块的累积损耗依靠匹配的质量，可以预计提高匹配可以提高随后的射频链的效率。性能的提高可以用带宽或者天线尺寸来折中。使用这个技术带宽近似增大到两倍（回波损耗约-6dB），而平均效率损失很小。这个效率的损失比表面声波滤波器引入的频带外阻抗的高效双工天线要高，或者，考虑到传统天线和射频前端，一个或者两个因素导致天线在尺寸上减小，而不带来性能的损失。

最后，在论文［Mikk03］中，评估了一些材料和在便携式手机（DECT手机）中的可用性。本书概述了一种用贴片天线的测量方法，构建了贴片天线，不同测试材料的模块（100mm×40mm×3mm）嵌入到天线元素和地平面之间。使用这种设置的主要原因是当这个小的损失不好测量时找出一种测量小损失的方法。使用这些嵌入的未知材料的天线在一间暗室进行测试，损失用远场集成功率和输入功率比较来计算。建议的测量方法显示了0.8～4.3dB之间的材料的损耗值有明显的区别。进行的测量表明排名是根据期望得到的。

2.吸收率

移动手机的实验电磁测量这些年有了很大的发展。现有的大部分测量设施利用自动定位系统移动电场探头，借助机器手臂的帮助（见参考文献［ScEK96］），或者三轴位移系统来进行SAR测量。欧洲标准prEN50361（见参考文献［CENE00］）给出了用头部模型测量SAR的细节。根据欧洲标准，双频带手机需要考虑12个不同的配置（频率、手机模型等）。这样，一个完整的手机测试一般持续大约半天。但这个持续时间完全不适合新的移动手机的设计和预先一致性测试或者生产线上的采摘控制系统。

在参考文献［MeBF04］中描述的SAR的参数化重构（PARSAR）技术已经发展到克服了标准程序的缺陷的同时保持了良好的精确性。它基于以下简单的观察结果:(www.daowen.com)

1）测量的持续时间主要来自标准方法的采样点数（大约300）。

2）这个数字大大地超出了考虑均匀介质中的场分布的范围（因子为10）。

3）1～10g组织里平均SAR不需要一个“精确”的场分布的描述。

就球形模型来说，均匀介质模型中的场分布并非如此复杂地解释在1～10g组织里SAR的峰值相关到平均值的成功。这样的相关带来的结果是快速的SAR测量，因为采用机械导引头，其中SAR的峰值可以快速找到。更根本地，在一个均匀介质中扩展电场，作为有限数量的模型的叠加，使得测量的次数明显降低（见参考文献［Hans88］）。

2001年起在法国高等电力学院开发的PARSAR技术，现在在不同的模型和测量设备中被验证，利用上文考虑的内容（见参考文献［MeFB01］）。PARSAR算法的准确度用解析测试函数（见参考文献［IEEE03］）评估，用数值模拟的方法呈现出典型的SAR分布。使用标准SAR测量的全球对比对不同的模型形状和非常多种类的商业移动手机进行了评价，最初是在法国高等电力学院，然后就在多中心评价活动的框架里，包括SAGEM、AMC Centurion和FTR＆D。参数化重建技术在3个模型下使用:截断的球形、SAM半头或者全部头部模型。另外，这个方法的准确度评估，使用了不同的SAR测量设置，在不同的系统进行，如Supélec（自制的和SARA2）、SAGEM（COMSAR）、AMCCenturion（DASY3）和Indexsar（SARA2）。这个评估活动确认了PARSAR算法提供的准确度，确定了解析函数的工作。这个算法在SARA2系统上实施，有效观察到的测量时间大约为60s，电场数据的数量减小到约为30个采样，使得测量的时间（需要的和后处理的）减小到约为1min。同样地，简单的指数外堆技术（见参考文献［KBDG03］）也表明，标准程序要求的采样数和严格需要的相差很远。

3.自适应匹配系统

移动手机经常在人体或者其他物体附近使用。这种条件下手机的天线阻抗易于改变给定的位置，带来发射或接收信号功率可观的改变。这样，就需要一些快速且简单的技术来重建这种阻抗不匹配。在参考文献［ITTO04a］，［ITTO04b］，［ITTO04c］中，对建议的自适应阻抗匹配系统和先前一些相关的工作进行了细节的比较。原型的一些实验结果在参考文献［ITTO04d］中给出。图5.13a给出了系统的配置。该系统拟在传播路径中使用。它的组成部分有匹配回路、失配测量回路（定向耦合器）、开关、自适应控制回路、时间常数发生器（RC低通滤波）。在匹配回路中的控制单元使用变容二极管。在这个配置中，我们利用了测试信号，或者微扰法来确定控制的方向，因为由失配测量回路测量功率得来的相位信息不可用。该自适应匹配算法流程图是在参考文献［ITTO04d］给出的。这个算法的主要规则如下:用检测回路失配测量回路测量失配的最新值。打开开关后，加正电压（或者测试信号）到VC1后再次测量失配。这样，和前次测量结果比较，如果失配提高了，系统就给VC1负电压，反之亦然。VC1的控制帧结束后，用这个样本给出VC2的控制电压，然后VC2的帧开始进行。

图5.13 建议使用的自适应匹配系统的配置和典型结果（见参考文献［ITTO04d］）

建议使用的自适应匹配系统的原型已经制造出来并对其进行了测量。试验中一个小环形天线与这个原型连接。射频源使用网络分析仪，同时也可以测量匹配部分和50Ω传输线之间的反射系数。测量频率是2.45GHz。变容二极管是Toshiba 1SV239（正常范围的电容:1.5～5pF）。匹配部分的电感是1.2nH。在这个试验中，3dB的耦合器来作为反射测量设备，如图5.13a所示。

该自适应控制原型的典型响应如图5.13b所示。在t≈0s，反射非常小。然后在t≈1.5s，天线被一个手指触及（见（A））。这之后，阻抗匹配开始恶化。这样，失配损失增长了大约2dB。RF源到天线的功率降低了2dB。然而自适应匹配系统，很快检测到这种阻抗失配，并在t≈2.2s（B）时重建。然后，t≈4.8s（C）时从天线移开手指。这样，阻抗匹配再一次恶化，在t≈5.3s（D）的时候重建。这里如果反射小于-8.0dB系统将保持。自适应控制的采用常常能提高系统的性能（见参考文献［ITTO04b］，［ITTO04c］）。注意到自适应控制在一帧结束前不会起作用，即使在相关帧内反射变得比-8.0dB小。从11次测试平均来看，（A）和（B）之间的反应时间需要大约0.6s。同样，11次测试平均得到的（C）到（D）之间的时间是0.6s。两种情况下，抽样的标准差大约是0.1s。就补偿由人身体移动产生的阻抗失配来说，这个反应时间是相当快的。但是，这个反应时间，可以在系统中使用更快的时钟定位进一步减小。