智能手机、智能手表、无线耳机等终端设备在工作时通常在人头手附近，设备上的天线与人体相互影响。一方面，天线对人体产生电磁辐射，IEEE、ICNIRP等组织定义比吸收率（Specific Absorption Rate，SAR）来衡量单位质量人体组织在单位时间内吸收电磁能量情况，各个国家和地区对终端设备的SAR值都有明确的法规要求，以避免终端设备的电磁辐射对人体造成危害；另一方面，人体对天线辐射能量的吸收反过来又会影响天线的OTA性能，降低天线的辐射效率。因此，研究终端天线与人体的相互作用机理，探索低SAR与高头手效率终端天线设计规律，对终端天线技术发展具有重要意义。
现有大量关于终端天线的研究集中在宽带化、小型化、小净空、高自由空间效率、高隔离等方面，而对天线与人体相互影响研究较少。近年来，有部分学者逐渐在低SAR终端天线、高头手效率终端天线方面分别开展了一定研究，但由于降低天线SAR值和提高天线头手效率之间常常存在矛盾，如何同时实现高头手效率和低SAR天线设计是一个难题。
西安电子科技大学雷达探测感知全国重点实验室刘英教授、张欢欢副教授等人提出了一种基于同向均匀电流分布的高头手效率低SAR手机天线设计方法。该方法通过对天线辐射效率和空间平均SAR与天线表面电流的关系进行分析，发现同向、均匀分布的电流模式能够同时实现高头手效率和低SAR值，在此思想指导下设计了一款双环天线，该天线由差分馈电1λ外环、耦合馈电0.5λ内环和寄生结构组成，在高频谐振点，外环通过1λ环电流模式、差分馈电、引入寄生结构等手段实现同向均匀电流分布，在低频谐振点，内环通过外环耦合馈电形成Ω形环-偶极子电流模式实现同向均匀电流分布。最终加工的天线实测-6dB带宽可覆盖1710 MHz–2690 MHz，带内平均头手模效率可达−5.3 dB (29.5%)，仿真归一化峰值空间平均头SAR和身体SAR均小于1.0 W/kg。
相关研究成果以“High Head–Hand Efficiency and Low-SAR Mobile Phone Antenna Design Based on Unidirectional and Uniform Current Distribution”为题，发表于IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2024，72(7)，5560-5568，DOI：10.1109/TAP.2024.3407347。西安电子科技大学研究生梁孟毅为学生第一作者，张欢欢副教授为论文的通信作者。
近年来，西安电子科技大学西安电子科技大学雷达探测感知全国重点实验室刘英教授、张欢欢副教授等人围绕“终端天线与人体相互作用”方向开展了深入研究，形成了一系列基于天线表面电流调控的低SAR与高头手效率终端天线设计方案，并开发了具有自主知识产权的天线-人体联合特征模分析代码，相关工作有力支撑了与华为、vivo、传音等单位的校企合作项目，并在vivo X Fold3、 vivo X100pro、vivo S18、 vivo Y100、传音 Smart 8等产品中得到应用。
图1 天线结构
图2 测试环境
图3 仿测S11及头手效率曲线
图4 左右头1g空间平均SAR仿真结果：(a) 1.7475 GHz, (b) 2.535 GHz.
图5 应用证明
