移动通信终端SAR值测试方法研究

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本文摘自《电信工程技术与标准化》2013年5期。作者：马文华，姚硕，胡晓彦。作者单位：中国移动通信集团设计院有限公司

1 引言

目前2G和3G的各种移动通信技术已经进人了人们的工作和生活当中，市场上移动通信终端也越发丰富多彩.面对制造商和运营商对各自产品和服务的大力宣传，广大消费者表现出理智的状态，不再简单的为手机花哨的样式、众多的功能所打动，而是关心某些更深层次的因素，比如:电磁辐射等与人体健康密切相关的参数指标.根据国际通行的做法，移动通信终端电磁辐射的大小用SAR (Specific Absorption Rate，比吸收率)值表示.本文根据前期一些研究课题的体会和经验，对终端SAR值测试方法进行了研究，以便大家参考借鉴。

2我国手机电磁辐射防护的规定
    电磁辐射与人类的生产生活息息相关，并可能影响人体的健康。CCSA, WHO, 3GPP. IEC, ITU,IEEE等国内外组织对移动通信中产生的电磁辐射对人体的影响进行了深人的调查研究，对电磁辐射对人体组织的热效应有了基本明确的认识，并建立了重要的评估指标之—SAR值。在此基础上，我国制定了相应的电磁辐射防护规定.
    我国在移动通信领域，针对手机的电磁辐射防护规定如下:
    (1)限值采用GB 21288-2007，即((移动电话电磁辐射局部暴露限值》.规定任意10g生物组织、任意连续6 min平均比吸收率(SAR)值不得超过2.0 W/kg。
    (2)测量方法采用YD/T 1644.1-2007，即((手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体的电磁照射—人体模型、仪器和规程第1部分:靠近耳边使用的手持式无线通信设备的SAR评估规程(频率范围300 MHz~3 GHz))).

3 终端SAR值测试方法研究
    移动通信终端SAR值测试依据我国的行业标准YD/T 1644.1-2007来进行。实验室测量是使用人体头部模型和躯干模型及各种人体组织模拟液来模拟人体，并针对使用者接打电话时的典型情况，找出手机终端可能产生的最大SAR值。

3.1待测手机的准备
    测量中手机除了空中通信接口外，不能有其他任何外部连接。侧量中使用基站模拟器控制手机以最大可发射功率工作。基站模拟器天线离手机的距离应大于50 cm，且基站信号至少比手机信号低30 dB.在每次测试前都要给电池充满电，测试中，每测完一个项目，都要检查手机电池的情况，如果电量不足三分之二，则要更换电池。测试中不能带有任何外接电缆，以免影响手机周围电磁场的分布进而影响SAR值的测量。在每次测试前后，如果发现手机的功率漂移大于0.4 dB，该项必须重新进行测试。

3.2待测手机相对干模型的定位
    试验中采用如图1所示的模型来模拟人体的头部，为方便使用，将模型适度变形后剖分为左侧和右侧。模型内可以充人不同类型的人体组织模拟液来模拟人体头部对不同频段电磁场的响应。手机可以放在手机夹具上，通过调整夹具，以达到模拟手机听筒位于左耳、右耳位置的效果。

    测试中典型的手机相对于人体头部模型的摆放位置包括四种1)手机位于人体头部模型左侧且紧贴脸颊位置。(2)手机位于人体头部模型左侧且相对脸颊倾斜15°位置;(3)手机位于人体头部模型右侧且紧贴脸颊位置。(4)手机位于人体头部模型右侧且相对脸颊倾斜15°位置.手机的精确定位依靠专用的手机夹具来实现。

3.3测量步骤
    (1)参考电场强度测量:在模型内表面耳参考点上方10 mm处测量电场强度，作为电场强度参考值。
    (2)平面扫描(或区域粗扫)阶段:在模型内测量SAR值的分布。SAR值的分布是沿着模型一侧的内表面进行扫描的，至少在比手机和天线的发射区更大的区域内进行扫描。空间网格步长应该小于15 mm。如果使用表面扫描，那么探头偶极子的几何中心和模型内表面之间的距离应该是8 mm(土1.0 mm)或更小。在所有测试点上，建议探头与表面法线的夹角小于30'。
    (3)从平面扫描的SAR值的分布中，确定SAR最大值的位置，同时也要确定在SAR最大值2 dB以内的区域粗扫的局部最大值。除局部最大值外，对其他主要峰值，仅当其在SAR限值2 dB之内时—对于美国使用1.6 W/kg的限值(基于lg平均)该值是1 W/kg、对于我国和欧洲使用的2.0 W/kg的限值(基于log平均)该值是1.26 W/kg—才需要测量其它峰值点。

(4)立体扫描(或局部细扫)阶段:在最小体积为30 mmx 30 mmx 30 mm内以8 mm或更小的网格步长测量SAR值.垂直方向上的网格步长应该是5 mm或更小。独立的网格应把中心定在第(3)步中所找到的每个局部SAR最大值点.如果模型表面和探头尖端的距离大于探头尖端直径的一半，由液体介质边界和探头封装套之间场的扭曲所导致的不确定度就可以减到最小。其它方法也许可以对这些边界效应采取修正步骤，这使得探头与模型表面的距离即使小于半个探头直径也能达到高精度测量。在所有的测量点，建议探头与表面法线的夹角小于300.
    (5)使用内插和外推法来计算由质量平均所需的空间分辨率下的局部SAR值。
    在与第(1)步完全一样的位置再次测量电场强度，确保漂移不要超过土5%.如果这一要求即使重复测试也达不到，额外的信息(例如局部SAR对时间的关系等一些数据)应该用来证明测试过程中的输出功率对于设备的测试是合适的。如果需要进行不止一次的局部细扫的话，可在每次局部细扫之后进行参考功率的测量.

3.4 试验配置

对于有些手机，可能包括多种制式，如GSM,CDMA. TD-SCDMA, WCDMA, cdma2000 1x等两种的组合等).即使是同一种制式，也可能会包含几个频段，如GSM制式包括900 MHz频段和1800 MHz频段.也可能包括多种接打模式，如有的滑盖手机和翻盖手机在滑盖或翻盖关闭和打开的情况下都可以接打。还有的手机可以更换不同容量和外观的电池，以及支持天线的伸缩或拉出等。在SAR测试中，为了能够更全面的找出最大可能值，就要求对每种制式、每个频段、每种接打模式、每种电池和天线模式等进行测试，并且在每个频段.还要针对高中低三个信道进行测试.
    在测试过程中，如果对每一款手机终端都只对单一制式进行了测试，即对多模手机，只选择其中一种制式进行测量。这样，测试的结果可能不能代表手机实际的最大SAR值，而是该制式下的最大值。另外，有的手机支持多模同时工作(发射)，或者支持与蓝牙等模块共发射，对这样的情况，尚在研究中。

4 测试结果及分析
    我们随机选择了5款手机终端进行了SAR值测试，测试结果如表1所示。

   

从测试结果可以看出:测得的SAR值都在国家规定的2 W/kg的限值范围内，SAR指标都是合格的。如果以此为标准来定义“绿色”手机的话，可以认为这些样品都是“绿色’的。换言之，我们通过正规渠道所购买的手机样品基本上都能够保证电磁辐射的指标合格.
    经过多年反复的人群试验和健康评估，美国、德国等国制定出了各自的电磁辐射健康标准，具有一定的权威性和准确性。在我国为防止环境污染，严格保障公众身体健康，采用了比国外更加严格的电磁辐射健康标准，表2为各国手机终端SAR标准比较。

在我国，发布的终端方面的电磁辐射防护方面的国家标准，主要包括:
    GB 21288《移动电话电磁辐射局部暴露限值》。YD/T 1644.1《手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体的电磁照射—人体模型、仪器和规程第1部分:靠近耳边使用的手持式无线通信设备的SAR评估规程(频率范围300 MHz一3 GHz)).
    除了这些标准外，中国通信标准化协会正在制定或即将发布一批关于无线通信设备电磁辐射的标准.

5 健康使用手机初探

通过科学的分析，影响手机SAR值的因素除了功率外，手机的结构也对SAR值有着重要的影响。如果通话时，辐射的大部分不是对着头部的，那样人体所受的影响就会减少很多。为此，可以在手机天线和头部之间加上衰减或屏蔽装置，使得对着头部方向的辐射较小。这可以通过改善手机机壳或者手机内部电路板中的屏蔽层或吸波材料等达到目的。还可以通过增加手机天线与人体头部之间的距离来降低头部所受到的辐射。这可以在手机设计阶段进行改善，也可以在使用中多注意来完成。比如，在设计阶段，可以将手机的天线设计在手机的底部;在使用中，尽可能使用耳机或免提模式接打电话等。
    在实际使用手机接打电话的时候，人体受到的电磁辐射还跟周围的环境有密切的关系。如果处于基站信号较好的区域，手机维持正常质量的通话所需发射的功率就会较小。反之，如果基站信号很差，手机就必须加大发射功率以尽量保证通话质量，这样人体受到的手机的辐射影响就会加大.因此，为了减少因环境差异带来的影响，建议使用者尽量在信号比较好的区域使用手机，或者选用信号好的网络.对于移动通信系统所使用的电磁波，我们既需要很好的利用，又要避免它影响我们的健康。合理利用、有效控制，才能使我们的生活环境更加健康、安全。