Innovation der Mobilantenne zur Maximierung der Benutzersicherheit und der Geräteleistung

Fortschritt und Verantwortung Teil 1

Radiofrequenz-Strahlung, auch “Handystrahlung” genannt, ist einer der häufigsten Umwelteinflüsse, der bei Konsumenten Angst und Spekulationen auslöst. Angesichts dieser Bedenken arbeitet Samsung Electronics intensiv daran, die Belastung durch Smartphone- und Wearable-Technologien so gering wie möglich zu gestalten.

Mit der Einführung interner SAR-Standards (Spezifische Absorptionsrate) und der Verbesserung des Antennendesigns entwickelte Samsung eine Reihe von Mobilgeräten mit den niedrigsten SAR-Werten auf dem Markt.

Was genau ist SAR?

Wenn elektromagnetische Wellen empfangen und von einem drahtlosen Gerät wie einem Smartphone übertragen werden, wird ein Teil der Energie von der Umgebung absorbiert, sogar von der Person, die das Produkt in der Hand hält. SAR (Spezifische Absorptionsrate) ist die Menge, die das menschliche biologische Gewebe – wie z. B. Körper und Kopf – von der zu messenden Quelle absorbiert.

SAR bietet eine unkomplizierte Methode zur Messung der Frequenzbelastung durch mobile Geräte, um sicherzustellen, dass sie innerhalb der jeweiligen Sicherheitsrichtlinien liegen. Die Standards wurden von unabhängigen Organisationen durch eine umfassende Auswertung wissenschaftlicher Studien entwickelt.

Die Federal Communications Commission (FCC) schreibt in den USA vor, dass alle verkauften Telefone einen SAR-Wert von maximal 1,6 Watt pro Kilogramm (W/kg) haben, der über ein Gramm tatsächliches Gewebe gemittelt ist. Ebenso folgen Japan, China und die meisten europäischen Länder den Richtlinien der International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP), die den SAR-Grenzwert auf 2 W/kg, gemittelt über 10 Gramm tatsächliches Gewebe, festlegt.

Die in dieser Tabelle angegebenen SAR-Werte basieren auf deutschen Geräten. Die SAR-Werte können je nach Modell und Region variieren. Weitere Informationen finden Sie unter: https://www.samsung.com/sar/

SAR Levels von Samsung Smartphones 2017

Da die Sicherheit seiner Benutzer Samsung äußerst wichtig ist, ist der interne SAR-Höchstwert nur halb so hoch wie in internationalen Standards vorgegeben. Dies wird in der obigen Grafik verdeutlicht, in der die im Jahr 2017 eingeführten Smartphones des Unternehmens mit ihren jeweiligen SAR-Werten aufgelistet sind.

Um diese niedrigen SAR-Werte zu erreichen, wendet Samsung viele Ressourcen für Forschung und Entwicklung auf, insbesondere im Bereich des Antennendesigns. Die hochfrequenten Wellen werden von der Antenne der Mobiltelefone ausgestrahlt. Je näher die Antenne am Körper liegt, desto größer ist die Exposition einer Person gegenüber Hochfrequenz-Energie.

Das Ziel: Die Führungsrolle bei Antenneninnovationen

Zur Reduzierung der Frequenzbelastung stellte Samsung 2006 ein innovatives Antennensystem vor, das die SAR-Werte im Vergleich zu vielen anderen damaligen Produkten deutlich reduzierte und gleichzeitig die Hochfrequenz-Leistung verbesserte.

„Die Platzierung der Antenne ist unglaublich wichtig und muss schon in der Planung bedacht werden. Ein Standortunterschied von einem Millimeter kann das SAR-Niveau deutlich reduzieren“, bemerkt Yoonjae Lee, Antennengruppe, Mobile R&D Office, Samsung Electronics.

Bei heutigen Geräten werden die äußeren Metallrahmen des Telefongehäuses zur Antenne selbst. Daher muss die Antennenplatzierung und das allgemeine Telefondesign gleichzeitig berücksichtigt werden, was die enge Zusammenarbeit mehrerer Teams erfordert. Um diesen Prozess bei sich zu vereinfachen, führt Samsung eine Reihe von Simulationen mit eigener Software und Tools durch, um basierend auf dem Design des Telefons den besten Standort für die Antenne zu ermitteln, ohne einen physischen Prototyp des Geräts verwenden zu müssen.

Seit einigen Jahren bemüht sich Samsung zudem die TX-Antennen – die Antennen, die am engsten mit höheren SAR-Raten verbunden sind – am unteren Ende der Telefonzelle zu integrieren. Dabei wird die Mobilfunkstrahlung vom Kopf des Benutzers weggeleitet, wo das Telefon typischerweise während der Telefonate gehalten wird.

Zusätzlich zur Platzierung der Antenne können bestimmte Gerätematerialien und sogar Materialien in der Farbbeschichtung des Smartphones die SAR-Werte sowie die Leistung der Antenne beeinflussen und so eine weitere Herausforderung im Entwicklungsprozess darstellen. Daher arbeitet die Antenna Group von Samsung eng mit verschiedenen Designteams bei Samsung zusammen, darunter das CMF-Team (Color, Material and Finish).

„Wenn das CMF-Team die Verwendung eines neuen Materials vorschlägt – wie beispielsweise beim Galaxy Note8 – beauftragt das Designteam eine detaillierte Analyse des Materials“, sagt Lee. „Die Antennengruppe führt dann verschiedene Tests durch, um verschiedene Möglichkeiten zu ermitteln, wie das Material das Verhalten der Antenne beeinflussen könnte.“

Samsung testet die SAR-Werte in jedem Stadium der Entwicklung und berücksichtigt dabei die Leistung, wenn der Körper des Geräts und der Kopf des Benutzers in engem Kontakt stehen. Sollten die zu erwartenden SAR-Werte eines Produkts die Standards von Samsung nicht erfüllen, wird der Prozess gestoppt und Modifikationen vorgenommen, bis die SAR-Werte zufriedenstellend sind.

Um den SAR-Wert eines mobilen Geräts zu testen, führt Samsung 2D- und 3D-Scans mit einem speziellen Flüssigformmaterial durch, das ähnliche Leitfähigkeitswerte aufweist wie menschliches Körpergewebe. Die Messungen werden bei verschiedenen Frequenzen durchgeführt, die die Frequenzbänder repräsentieren, in denen das Gerät senden kann. Auch Samsung Wearables profitieren von diesen Prozessen. Die beobachteten SAR-Werte sind sehr niedrig, häufig niedriger als bei vergleichbaren Wettbewerbsprodukten.

„Viele Hersteller kämpfen mit SAR-Werten. Selbst wenn sie versuchen, die geeigneten Materialien und Platzierungen für die Antenne zu verwenden, fehlt es ihnen an den passenden Technologiepatenten. Das Antennendesign von Samsung unterscheidet sich grundlegend von dem anderer Marken. Dadurch sind wir in der Lage niedrige SAR-Werte aufrechtzuerhalten und gleichzeitig eine hohe Antennenleistung zu ermöglichen.“ sagt Inyoung Lee, Antenna Group, Mobile R&D Office, Samsung Electronics.

Ständiges Bestreben

Das Unternehmen ist bestrebt, die Smartphone-Industrie bei der Antennenentwicklung anzuführen und mobile Geräte mit den geringsten SAR-Werten zu produzieren.

Um die Dynamik der Antenneninnovation weiter voranzutreiben, gründete Samsung Anfang des Jahres 2017 das Antenna Design Studio. Samsung erwartet, dass damit die Antennendesignphase durch die Integration vielen unterschiedlichen Untersuchungen, inklusive Softwaresimulation und Hardwaretests, systematisiert und so die effizienteste Leistung ermittelt werden kann.

Zur Optimierung des Antennendesigns und damit zur weiteren Senkung der SAR-Werte werden außerdem kontinuierlich hochqualifizierte Antennentechniker und Materialexperten hinzugezogen