本文我們一起來看看CST自帶案例之一，均勻的頭模型和螺旋天線。Component Library中查詢SAR，然後選Head with Helix Antenna模型，或TLM。查詢到的其它模型也是不錯的SAR學習案例，接下來重點解釋如何設定和計算SAR。 Specific Absorption Rate（SAR）是比吸收率，生物組織單位時間（dt）單位質量（dm或ρdV）所吸收的電磁波能量（dw）。 2017年的SAR標準IEC/IEEE62704-1要求六面體網格，也就是用CST時域T-Solver計算SAR，是FCC（聯邦通訊委員會）認可的軟體結果，CST Studio Suite也是國際SAR標準委員會的成員。 2020發佈的IEC/IEEE 62704-4針對的是四面體FEM。FCC要求1g為單位平均值的max SAR不超過1.6W/kg，EU的標準則是10g平均值的SAR不超過2W/kg。 這兩個案例是用頻域F-Solver四面體和TLM Solver六面體子網路作為比較，展示這些求解器都可以算SAR值，因為都可以計算電場，所以軟體透過以下公式算SAR。 Step 1. 查看模型 頭是均勻材料，名字叫Liquid，介電常數42，通常人頭內部組織液介電常數在40-42左右。類似的生物材料不在CST基本材料庫裡，需要Bio Model 3.1擴充模組。請注意，用來算SAR的材料除了介電常數，一定要定義Density，密度ρ。 手機為簡單PEC機殼加PEC螺旋天線，有一個連接埠： 接下來進行設定，頻率為0-1.2GHz，邊界為Open（Addspace），模擬天線推薦。 Step 2. 功耗監測器 重點來了，模擬SAR值，一定要先加一個Power Loss Density/SAR的場監測器。這裡定義了一個900MHz監測器，因為天線工作頻率為900MHz。SAR是人體吸收電磁波能量，Power Loss Density是電磁波功率在介質材料中的損耗密度，剛好被用來計算SAR值。 接下來進行模擬，我們用三個不同的求解器T、F和TLM，不同的網格類型，在適當加密網格之後，三個S參數結果可以達到非常高的吻合度。 Step 3. 後處理計算SAR 方法一： Post-Processing的SAR選項，這裡可以選取均值或不均值的點SAR值。均值的話單位是10g，1g，或自訂。 然後在Specials裡，可以重新定義連接埠的激勵功率。如果不勾選Userdefined，計算的SAR值就是使用預設的連接埠峰值功率為1W（0.5W RMS），這裡我們用天線接收功率0.25W為例，Accepted Power意思就是不考慮連接埠反射（詳見Help）。 均值方法Averaging Method就用預設的2017年的IEEE/ICE 62704-1，舊版本為IEEE P1528.1。此標準規定了模擬軟體從一點計算SAR平均值時用的能包括周圍組織的正方體，正方體大小是根據被均值的質量，比如1g，和周圍組織的密度。其它舊的標準也可以從該選單中選擇。 這裡選了1g均值，可以估算一下等會算SAR的體積，因為頭模型材料均勻，密度1000kg/m^3，所以頭內部1g就是對應1cm^3。 Subvolume是使用者可以限制計算區域，選一部分體積來算SAR值，可以提高後處理速度，尤其對於是更複雜的模型，例如Voxel高解析度的生物模型加上複雜手機。這裡我們大概知道頭的座標區域，就定義如下X, Y, Z座標區域： 設定好之後，點選OK關閉Specials，並點選Calculate。 方法二： Template Based Post-Processing：2D and 3D Field Results與SAR Result選項 這裡也可以做同樣的設定得到SAR的資料和空間分佈，接收功率一樣為0.25，取樣點設定為2mm，相對於1cm^3的平均值體積已經很精確了。 Step 4. SAR 數據 兩種方法均可產生一個SAR的2D/3D結果。右鍵點擊，選擇Object Information，如下圖： 然後便顯示SAR的數據資訊： 以T-Solver結果為例： 然後我們選幾個參考值，比較一下三個演算法，都是加密網格之後： 可見三種演算法分別以不同的網格可以達到非常一致的SAR結果，當然只有時域六面體SAR結果目前被標準認可。這裡算出來的MaxSAR（1g）是2.6W/kg，超過安全標準，原因一是我們的輸入功率不實際，二是天線還沒優化，例如沒有天線罩。 Step 5. SAR分佈 三維的SAR分佈可以直接點選SAR的2D/3D結果查看。這裡可以看到熱點在天線旁的耳朵後面。這裡面注意的是，這個頭模型三維結構的表面是由三角形稜角的，和網格剖分無關，並不是說我們用的網格是四面體。 也可以利用Macro → Results → 2D 3D Results → Plot AveragingVolume for Maximum SAR Value，自動顯示最大均值SAR的計算體積和位置。 總結與關鍵要點： 生物材料要有密度。 要有Power Loss Density/SAR監測器算三維場。 SAR計算在後處理，取樣很重要。 SAR資料在Objectinformation，新使用者不容易找到。 更多SAR模擬之建議與技巧： 均勻組織液是常用的SAR模型，如本案例中所用的CAD模型。而很多SAR的計算的組織液模型其實只需要球形或方塊就夠了。 如果要比這個頭模型更好的生物模型，CST有業界領先的體積像素Voxel模型和各種組織材料，需要BioModel 3.1擴充模組。 天線附近的空氣和靠近的組織推薦加個空氣盒子，不包括在模擬內，但可用於本地加密網格。 生物組織材料要輸入密度，金屬結構不需要輸入密度，不然SAR也會算金屬區域。 由於生物組織的材料特點，往往需要的網格數會很大，大多數SAR使用者選擇GPU加速。 先定義一個局部區域電場監測器E-Field，再定義功耗Power Loss，會節省場運算時間。 人體的血液流動帶走熱量，年齡也影響新陳代謝，這些因素CST Studio Suite都有功能可以考慮進去。 計算SAR的根本目的是防止電磁波被人體吸收變成熱量，將電磁功耗的結果轉去CST Studio Suite熱求解器來算溫度升高也是非常好的做法，真正意義上的「燒腦」。 系列文章： CST汽車天線SAR模擬（一）：人體模型匯入 CST汽車天線SAR模擬（二）：單WiFi天線SAR模擬 資料來源： 周明 - 模擬實例018：均勻頭模型與天線SAR比吸收率模擬案例 關鍵字：SAR標準、比吸收率、天線