林曉軍 中國信息通信研究研究泰爾終端實(shí)驗(yàn)室工程師

陳迎建 中國信息通信研究研究泰爾終端實(shí)驗(yàn)室工程師

1 引言

隨著移動(dòng)通信設(shè)備在生活中的應(yīng)用越來越多，人們對(duì)于移動(dòng)設(shè)備對(duì)人體健康的影響也越來越關(guān)注，各國對(duì)于移動(dòng)產(chǎn)品電磁輻射SAR測(cè)試的規(guī)定也越來越完善和嚴(yán)格。由于目前的通信頻段的頻率范圍很廣，無法使用一種人體組織模擬液對(duì)電介質(zhì)參數(shù)進(jìn)行約束，因此國際上的相關(guān)組織都對(duì)SAR測(cè)試制定了相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，特別是對(duì)于不同的頻段制訂了不同的空間分辨率以便對(duì)SAR值進(jìn)行約束。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，特別是4G技術(shù)以及802.11ac等技術(shù)的應(yīng)用，使得通信產(chǎn)品所擁有的制式也越來越多，通信產(chǎn)品的傳導(dǎo)功率隨著使用模式改變而變化的情況越來越普遍，這些都造成了通信產(chǎn)品在SAR測(cè)試中花費(fèi)的測(cè)試時(shí)間大大增加。為了應(yīng)對(duì)這種情況減少測(cè)試的時(shí)間，通過快速掃描從而減少測(cè)試時(shí)間的方法得到了認(rèn)證組織的認(rèn)可。

在本文中將對(duì)國際標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于SAR測(cè)試的空間分辨率信息進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)一個(gè)比對(duì)試驗(yàn)，對(duì)使用不同空間分辨率的情況下對(duì)于SAR測(cè)試值的影響進(jìn)行分析。

2 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于SAR測(cè)試空間分辨率的介紹

2.1 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)空間分辨率的步長(zhǎng)的描述

目前，國際上對(duì)于SAR測(cè)試空間分辨率的設(shè)置主要遵從以下標(biāo)準(zhǔn)：IEC62209、KDB865664D01。

在KDB865664D01中，是通過圖表的方式給出了SAR測(cè)試的空間分辨率的設(shè)置要求：對(duì)于最大區(qū)域掃描空間分辨率ΔxArea和ΔyArea：在≤2GHz的情況，分辨率使用要≤15mm；在2～4GHz的情況，分辨率使用要≤12mm；在4～6GHz的情況，分辨率使用要≤10mm。

對(duì)于最大局部掃描空間分辨率ΔxZoom和ΔyZoom:在≤2GHz的情況，分辨率使用要≤8mm；在2～4GHz的情況，分辨率使用要≤5mm；在4～6GHz的情況，分辨率使用要≤4mm。

在IEC62209的6.3章節(jié)的b)和d)中對(duì)于SAR測(cè)試的空間分辨率的設(shè)置給出了要求：在模型內(nèi)部測(cè)試二維SAR分布（區(qū)域掃描空間分辨率），對(duì)于頻率在3GHz以下的情況，推薦的最大網(wǎng)格間距為20mm；對(duì)于頻率在3GHz或3GHz以上的情況，推薦的最大網(wǎng)格間距為（60/f[GHz]）mm。

當(dāng)在確定的局部最大值位置上測(cè)試三維SAR分布（局部掃描空間分辨率）。水平網(wǎng)格步長(zhǎng)應(yīng)該為（24/f[GHz]）mm或更小，但不應(yīng)超過8mm。

通過上面的標(biāo)準(zhǔn)敘述可以看出，目前這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于空間分辨率的要求還是有些分歧的，特別是在2GHz～3GHz這個(gè)區(qū)間內(nèi)，KDB的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于步長(zhǎng)的設(shè)置更加細(xì)化。

但是，目前暫無法得知IEC和FCC對(duì)于SAR測(cè)試按照頻率劃分網(wǎng)格大小的依據(jù)，特別是最新KDB的設(shè)置。同時(shí)，不同的步長(zhǎng)設(shè)置對(duì)于SAR測(cè)試數(shù)據(jù)的具體影響暫時(shí)也沒有在相關(guān)文獻(xiàn)中有說明。因此，本文打算使用固定信號(hào)源分析不同的空間分辨率對(duì)于SAR測(cè)試值的實(shí)際影響。

由于目前通信產(chǎn)品使用的技術(shù)越來越多，應(yīng)用的頻段也相應(yīng)增多。這對(duì)于目前應(yīng)用的電子照射測(cè)量系統(tǒng)而言將越來越多的時(shí)間。因此，為了縮短測(cè)試的時(shí)間，目前國際上的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC 62209-2和KDB 447498 D01都對(duì)快速掃描進(jìn)行了描述。其中KDB 447498D01中特別對(duì)快速掃描的測(cè)試適用范圍進(jìn)行了明確。

在KDB 447498中規(guī)定快速掃描只能對(duì)于3GHz以下的頻率進(jìn)行測(cè)試，在正式測(cè)試前對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)檢查，當(dāng)系統(tǒng)檢查的區(qū)域掃描和局部掃描的1g的SAR值偏差在3%以內(nèi)，則可以通過只使用區(qū)域掃描的方式來快速測(cè)試SAR，減少測(cè)試的時(shí)間。而對(duì)于IEC62209-2而言，雖然在附錄中對(duì)快速掃描進(jìn)行了說明，但是并沒有像KDB447498一樣對(duì)于測(cè)試方案提出建議。

在本文中，將通過固定信號(hào)源的方式，對(duì)目前常用的通信頻段進(jìn)行區(qū)域掃描和局部掃描，分析不同的頻段對(duì)于掃描結(jié)果的影響。

3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.1 試驗(yàn)設(shè)備介紹

3.1.1 電磁輻射測(cè)量系統(tǒng)

本次試驗(yàn)使用的電磁輻射測(cè)量系統(tǒng)為SPEAG公司的DASY5系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由人體模型、電場(chǎng)探頭、掃描定位系統(tǒng)和被測(cè)設(shè)備夾具等組成，可在空間內(nèi)進(jìn)行靈活的掃描和評(píng)估，能夠搭配不同的測(cè)試模型，可以預(yù)定義掃描參數(shù)，具有自動(dòng)化測(cè)試程序，完全符合目前對(duì)通信產(chǎn)品電磁輻射相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。為了保證試驗(yàn)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，本次試驗(yàn)使用的DASY52軟件為最新的52.8.8.1222版本。

3.1.2 被測(cè)設(shè)備（DUT）規(guī)格

為了更加準(zhǔn)確地驗(yàn)證空間分辨率與SAR測(cè)試值之間的關(guān)系，同時(shí)為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，選擇的偶極子天線都是在校準(zhǔn)周期內(nèi)的設(shè)備。

3.1.3 組織模擬液特性

由于SAR測(cè)試需要將液體探頭插入組織模擬液中進(jìn)行電場(chǎng)測(cè)量計(jì)算，因此在相關(guān)的IEC及OET標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各個(gè)頻段頭部及身體的組織模擬液參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定。為了使測(cè)試的數(shù)據(jù)多樣性，本次測(cè)試使用了835MHz、2000MHz的頭部組織模擬液，1750MHz、2600MHz和5GHz的身體組織模擬液。為了使測(cè)試的數(shù)據(jù)盡可能準(zhǔn)確同時(shí)降低試驗(yàn)過程中的不確定度，本次試驗(yàn)中所有試驗(yàn)的組織模擬液導(dǎo)電率和介電常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)值偏差在3%以內(nèi)。

3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了使發(fā)射信號(hào)功率穩(wěn)定，本次試驗(yàn)使用偶極子天線作為固定信號(hào)發(fā)射源，按照國際標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行配置。偶極子饋入點(diǎn)在3G以下頻段的輸入功率為250mW，在5G頻段的輸入功率為100mW。

完成上述的試驗(yàn)準(zhǔn)備后，開始進(jìn)行本次試驗(yàn)。本次試驗(yàn)遵循以下的步驟進(jìn)行：

將偶極子放置在盛滿組織模擬液的模型底部中心位置，其間隔大小要滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。按照DASY5系統(tǒng)檢查的要求，向被測(cè)偶極子提供穩(wěn)定的入射功率。

在DASY5的軟件平臺(tái)分別創(chuàng)建3個(gè)測(cè)試文件，每個(gè)測(cè)試文件中首先設(shè)置區(qū)域掃描（AreaScan），要求掃描的區(qū)域完全覆蓋偶極子天線，3個(gè)測(cè)試文件的區(qū)域掃描的空間分辨率按照標(biāo)準(zhǔn)定義，分別設(shè)置為10×10mm、12×12mm和15×15mm。

3個(gè)測(cè)試文件的區(qū)域掃描設(shè)置完成后，進(jìn)行局部掃描的空間分辨率設(shè)置8×8×5mm和5×5×5mm，在進(jìn)行5800MHz偶極子的局部掃描時(shí)還包含了4×4×1.4mm的步長(zhǎng)設(shè)置。

按照SAR測(cè)試的要求，每個(gè)測(cè)試文件在測(cè)試開始和結(jié)束添加場(chǎng)強(qiáng)漂移值的測(cè)量，以保證整個(gè)試驗(yàn)的過程中輸入功率的穩(wěn)定。按照IEC6209及KDB447498的要求，試驗(yàn)過程中的漂移值不能超過±0.2dB。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸一化

在SPEAG提供的偶極子校準(zhǔn)證書中，偶極子的基準(zhǔn)SAR值是通過組織模擬液的試驗(yàn)測(cè)量值歸一化到標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)值得到的，因此本次試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)為了精確，也將進(jìn)行歸一化處理。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于1g的平均SAR值，Cε和Cσ根據(jù)公式（1）、（2）可得：

對(duì)于10g的平均SAR值，Cε和Cσ根據(jù)公式（3）、（4）可得：

歸一化的SAR值則根據(jù)公式（5）得到：

其中：Cε為組織模擬液介電常數(shù)的系數(shù)表示，Δε為介電常數(shù)的變化百分比，Cσ為組織模擬液的導(dǎo)電率系數(shù)表示，Δσ為導(dǎo)電率的變化百分比，f為以GHz表示的頻率。

根據(jù)上面的公式，可以得到本次試驗(yàn)的歸一化后的SAR值（表1～表4），這些表格體現(xiàn)了對(duì)于不同空間解析度的步長(zhǎng)與偶極子基準(zhǔn)SAR值之間的關(guān)系。

4.2 區(qū)域掃描空間分辨率對(duì)于SAR值的影響

通過分析上面的數(shù)據(jù)表格，在835MHz、1750MHz、2000MHz和2000MHz的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，區(qū)域掃描擴(kuò)展歸一化后得到的1g和10g的SAR值同基準(zhǔn)偶極子的SAR值偏差都在3%以內(nèi)，同時(shí)區(qū)域掃描的1g和10g的SAR值同其后面的各個(gè)不同空間分辨率的局部掃描的1g和10g的SAR值也都在3%以內(nèi)，這些數(shù)據(jù)滿足標(biāo)準(zhǔn)KDB447498的4.3.4章節(jié)對(duì)于使用快速掃描的依據(jù)。

不過通過上面的數(shù)據(jù)可以看出，除了5800MHz的情況，其他情況有明顯的規(guī)律可以證明隨著空間分辨率的步長(zhǎng)縮小，所得到的SAR值與基準(zhǔn)或者區(qū)域掃描得到的SAR值越接近的趨勢(shì)。特別是在FCC的KDB特別劃出的2G到3G的區(qū)間內(nèi)，區(qū)域掃描在12×12mm的步長(zhǎng)數(shù)據(jù)無法看出明顯的差異。

表1 區(qū)域掃描數(shù)據(jù)匯總表

表2 15×15mm區(qū)域掃描后各個(gè)狀態(tài)局部掃描的數(shù)據(jù)匯總表

表3 12×12mm區(qū)域掃描后各個(gè)狀態(tài)局部掃描的數(shù)據(jù)匯總表

表4 10×10mm區(qū)域掃描后各個(gè)狀態(tài)局部掃描的數(shù)據(jù)匯總表

但是對(duì)于5800MHz的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，區(qū)域掃描擴(kuò)展歸一化后得到的SAR值同基準(zhǔn)偶極子的SAR值偏差在6%～20%之間，已經(jīng)不符合KDB447498對(duì)于快速掃描的要求。特別是在15×15mm的步長(zhǎng)中，其測(cè)得的數(shù)據(jù)與另外2種步長(zhǎng)模式相比，偏差明顯。說明在較高的頻率區(qū)間，隨著空間分辨率的步長(zhǎng)越小，得到的SAR值數(shù)據(jù)偏差也越來越小。

4.3 局部掃描空間分辨率對(duì)于SAR值的影響

通過上述的數(shù)據(jù)表格，在各個(gè)偶極子完成了區(qū)域掃描確定最大SAR區(qū)域后進(jìn)行了不同空間分辨率的局部掃描，所有的1g和10g的SAR值同基準(zhǔn)偶極子的SAR值偏差都在5%以內(nèi)，滿足了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于系統(tǒng)檢查的要求。對(duì)于除5800MHz的試驗(yàn)的局部掃描8×8×5mm的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)偏差較大外（不過也沒有超過標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于系統(tǒng)檢查5%的偏差上限），其他的測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果也都未發(fā)現(xiàn)不同的空間分辨率步長(zhǎng)同SAR值之間的明確比例趨勢(shì)。

從上述的試驗(yàn)結(jié)果可知：

對(duì)于區(qū)域掃描的空間分辨率步長(zhǎng)的設(shè)置，在3GHz以下的時(shí)候，各種步長(zhǎng)對(duì)SAR值的影響符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限值要求，但是有一定的隨著頻率增大而誤差變大的趨勢(shì)，可以按照KDB的要求使用快速掃描進(jìn)行測(cè)試，以減少測(cè)試時(shí)間。對(duì)于3GHz，特別是5GHz以上的頻段，可以很明顯地看出步長(zhǎng)對(duì)SAR測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響，因此在3GHz以上頻段時(shí)不能使用快速掃描。

對(duì)于局部掃描的空間分辨率步長(zhǎng)的設(shè)置，步長(zhǎng)的大小在本次的幾個(gè)試驗(yàn)中并沒有對(duì)SAR值產(chǎn)生明顯影響，甚至出現(xiàn)了步長(zhǎng)的減小反而偏差有所增大的情況。

5 結(jié)束語

對(duì)于SAR測(cè)試的空間分辨率的步長(zhǎng)設(shè)置而言，對(duì)于3G以下的頻段，空間解析度步長(zhǎng)對(duì)于SAR值的影響并沒有預(yù)估的那么明顯，但是在較高的頻段，例如試驗(yàn)中設(shè)計(jì)的5G頻段，影響還是非常明顯的。

由于本次試驗(yàn)只是簡(jiǎn)單地選取了幾個(gè)有代表性的頻段的偶極子天線進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)的數(shù)據(jù)也較少，筆者在今后將進(jìn)行更多的試驗(yàn)，收集更多的數(shù)據(jù)，同時(shí)在理論上分析標(biāo)準(zhǔn)的空間分辨率的步長(zhǎng)選取的依據(jù)，以得到更加有說服力的結(jié)論。