HAC 是 Hearing Aid Compliance的縮寫，用來(lái)衡量手機(jī)和助聽器一起工作的兼容能力。這項(xiàng)指標(biāo)是為了保證有聽力障礙的人也能和普通人一樣使用手機(jī)。

　　以GSM為代表的無(wú)線電話近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。但HAC的要求在近幾年才逐漸浮現(xiàn)。在有些國(guó)家已經(jīng)有了強(qiáng)制性要求，比如美國(guó)。中國(guó)也有了自己的HAC標(biāo)準(zhǔn)，但不是強(qiáng)制要求。相對(duì)于天線和射頻電路的設(shè)計(jì)，HAC的設(shè)計(jì)難度要高出很多。本文將結(jié)合一些批量生產(chǎn)的產(chǎn)品為實(shí)例介紹在設(shè)計(jì)GSM手機(jī)時(shí)如何有效減小電場(chǎng)和磁場(chǎng)在特定區(qū)域的近場(chǎng)輻射從而達(dá)到能與助聽器一起工作的能力。這里介紹的設(shè)計(jì)思路和方法也可以用于其它無(wú)線終端。

　　基本架構(gòu)介紹

　　圖1是一個(gè)簡(jiǎn)化了的手機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，天線的位置在手機(jī)的下端，與手機(jī)的聽筒分置于手機(jī)的兩端。因此，如圖1所示，在測(cè)試區(qū)域的電場(chǎng)和磁場(chǎng)需要降到HAC要求的標(biāo)準(zhǔn)以下。本文要討論的就是一種能夠降低測(cè)試區(qū)域的電場(chǎng)和磁場(chǎng)輻射的同時(shí)，又不降低天線輻射效率的技術(shù)。

　　圖2 是一個(gè)關(guān)于這種技術(shù)的示意圖。在圖2中，金屬片的長(zhǎng)度必須小于印刷電路板1的長(zhǎng)度。就是說(shuō)印刷電路板1的邊緣到測(cè)試區(qū)域必須有足夠的空間。這是本項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。在圖2中，兩塊印刷線路板，包括上面的金屬部件，至少要在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)2同時(shí)連接。這種連接能確保天線的諧振點(diǎn)不會(huì)改變。

　　在實(shí)踐中，圖2中的金屬片有可能根據(jù)實(shí)際情況有所不同。但其基本工作原理是不會(huì)改變的，下面會(huì)詳細(xì)闡述。

　　理論分析

　　下面將結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4來(lái)介紹這種技術(shù)的工作原理。圖3是一個(gè)直板手機(jī)的電流分布圖，圖4是在直板手機(jī)上添加了本技術(shù)之后的電流分布圖。

　　在一般情況下，手機(jī)上的電流分布是從天線饋電到電路板的另一端逐漸減弱的(參見圖3)。在圖3中，電流的大小是變化的， 電流的方向也是變化的。電流強(qiáng)度在電路板的末端減小為零。電流強(qiáng)度降低為零意味著電荷的積累，所以在這里誘導(dǎo)電場(chǎng)起主導(dǎo)作用。同時(shí)，這種變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)。這樣在測(cè)試區(qū)域會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)變化。由于靜磁場(chǎng)和靜電場(chǎng)并不能引起場(chǎng)內(nèi)部的金屬器件產(chǎn)生任何電流。所以，在測(cè)試區(qū)域主要考慮變化的電磁場(chǎng)就足夠了?；谏厦娴姆治?，如果我們能夠把變化的電磁場(chǎng)從測(cè)試區(qū)域移走，我們就達(dá)到了設(shè)計(jì)目的了。

　　在圖2中，印刷電路板被一個(gè)槽分成了兩部分。這兩部分只在連接點(diǎn)1 連接。同時(shí)，在印刷電路板1的正上方平行地增加一塊金屬板。此金屬板和電路板2 在連接點(diǎn)2連接在一起。這樣就可以強(qiáng)行地將原來(lái)在印刷電路板1和2之間流動(dòng)的電流分為兩部分。一部分和原來(lái)一樣流動(dòng)。另一部分變成了在金屬板和印刷電路板2之間流動(dòng)。這樣在印刷電路板1上的電流總量就下降了。如果我們能夠不要讓金屬板的邊緣和印刷電路板1保持一定的距離，那么兩個(gè)相應(yīng)的電磁場(chǎng)就不能線性疊加，從而達(dá)到有效降低測(cè)試區(qū)域電磁場(chǎng)的目的。

　　這種技術(shù)的基本想法是把一部分的末端感應(yīng)電荷從它原來(lái)的位置移走。由于電磁場(chǎng)是三維輻射的，所以電磁場(chǎng)的下降速度比移動(dòng)距離的下降速度快很多。積累電荷一點(diǎn)點(diǎn)空間距離上的移動(dòng)就能在測(cè)試區(qū)域引起很大幅度的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。

　　添加了金屬板之后，由于印刷電路板1和金屬板之間有很強(qiáng)的耦合，兩塊印刷電路板和金屬板一起作為天線的地。地的尺寸并沒有改變。所以天線的諧振和輻射也不會(huì)改變，這樣就有效地達(dá)到了保持天線的性能不變的同時(shí)，有效地降低 了測(cè)試區(qū)域電磁場(chǎng)的目的。

　　計(jì)算機(jī)仿真和測(cè)試結(jié)果

　　這一節(jié)我們主要介紹如何用計(jì)算機(jī)仿真和樣品測(cè)試的辦法來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證我們的設(shè)計(jì)思想。在計(jì)算機(jī)仿真中使用的模型和圖1、圖2一樣。

　　首先，我們?cè)谟?jì)算機(jī)中建立了和圖1一樣的模型，整個(gè)模型的外觀尺寸定為了100mm×40mm，這個(gè)尺寸是典型的手機(jī)的實(shí)際尺寸，所有的金屬材料的特性都使用了銅的特性，天線的諧振點(diǎn)設(shè)在了1GHz，仿真模型和仿真結(jié)果如圖5。

　　模型2是基于模型1建立的。我們使用了一個(gè)38mm×2mm的縫隙把印刷電路板一分為二，同時(shí)增加了一個(gè)40mm×40mm的金屬板(如圖2)，金屬板和印刷電路板之間的間距為4mm。模型和仿真結(jié)果見圖6。

　　圖5和圖6 中的圖是測(cè)試區(qū)域的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度。比較圖5和圖6，可以明顯地看出圖6中的電磁場(chǎng)的值比較低。(請(qǐng)參照表1)

　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證這種技術(shù)的有效性，我們制作了驗(yàn)證用的實(shí)際模型來(lái)驗(yàn)證我們的設(shè)計(jì)思想。圖7是增加了新技術(shù)的驗(yàn)證用模型圖片。表2是電磁場(chǎng)測(cè)試結(jié)果。圖8 是天線諧振點(diǎn)和發(fā)射效率的比較圖。上面是諧振點(diǎn)的比較，下面部分是發(fā)射效率的比較。從測(cè)試結(jié)果中可以看出，這種技術(shù)和我們想像的一樣。比較計(jì)算機(jī)仿真和測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，不同點(diǎn)是：1)計(jì)算機(jī)仿真使用了一個(gè)頻率，而測(cè)試中用了兩個(gè)頻率;2)測(cè)試頻率和仿真頻率不完全一致。但是，從測(cè)試結(jié)果可以看出，這種方案是工作的，而且能同時(shí)降低不同頻段在測(cè)試區(qū)域的電磁場(chǎng)的值，也不影響天線的諧振點(diǎn)和發(fā)射效率，和我們?cè)O(shè)想的完全一致。

　　在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，金屬片的外形和尺寸可以微調(diào)來(lái)達(dá)到最佳的效果。

　　從仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中我們可以得出結(jié)論這種技術(shù)是切實(shí)有效的，上面的理論分析是可信的，可以用來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作。

　　在諾基亞2760種的應(yīng)用

　　像其他技術(shù)的發(fā)展一樣，新技術(shù)的產(chǎn)生是為了滿足實(shí)際工作的需要，發(fā)展這種技術(shù)的目的是為了在實(shí)際工作中間去解決問(wèn)題。

　　N2760是一款折疊機(jī)，如圖9和圖10所示。天線和HAC測(cè)試區(qū)域在手機(jī)的兩端，兩塊印刷電路板被柔性印刷電路板連接在一起。

　　圖10中紅色的部分是金屬板，是用來(lái)降低測(cè)試區(qū)域電磁場(chǎng)的。它通過(guò)折疊機(jī)的連接鎖鏈連到了印刷電路板2上，它的形狀是根據(jù)具體的手機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)境優(yōu)化出來(lái)的。表3是實(shí)測(cè)的結(jié)果。

　　圖11是實(shí)施本技術(shù)前后天線在不同的頻段的輻射效率的對(duì)照?qǐng)D。從圖中可以看出，使用新技術(shù)前后，天線的諧振點(diǎn)和效率沒有明顯的變化。但在地頻段，使用了新技術(shù)后天線的帶寬有所降低。帶寬的變化是由于金屬片的頻率選擇性引起的。這里不再做詳細(xì)的論述。

　　結(jié)語(yǔ)

　　根據(jù)理論分析、計(jì)算機(jī)仿真、模型測(cè)量結(jié)果和實(shí)際產(chǎn)品的測(cè)量結(jié)果，我們可以認(rèn)為這種技術(shù)是切實(shí)有效的。而且我們成功地應(yīng)用了這一技術(shù)在諾基亞N2760上。這款手機(jī)同時(shí)通過(guò)了FCC HAC M3 標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)定和美國(guó)運(yùn)營(yíng)商TMO關(guān)于天線輻射功率和靈敏度的要求。