姚紅超，寧 夢

（國家無線電監(jiān)測中心檢測中心，北京 100041）

0 引言

目前，智能手機(jī)已進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的成熟期，隨著手機(jī)產(chǎn)業(yè)的大洗牌，國產(chǎn)手機(jī)逐漸以其強(qiáng)勢反撲，進(jìn)入到手機(jī)產(chǎn)業(yè)的第一梯隊(duì)。并隨著無線通信科技的進(jìn)步，通信技術(shù)從2G到3G，再到4G，以及目前逐漸成熟的5G通信技術(shù)，為社會(huì)的現(xiàn)代化發(fā)展提供更有利的保障，未來無線通信技術(shù)正在向集成度更高、攜帶數(shù)據(jù)量更大的方向發(fā)展。

近年來，隨著無線電技術(shù)的發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，手機(jī)等智能終端設(shè)備的安全性問題逐漸被人們關(guān)注，在享受無線通信及智能產(chǎn)品給人們帶來極大方便的同時(shí)，無線電設(shè)備帶來電磁輻射等安全性問題，尤其是手機(jī)信號的功率輻射問題被越來越多的人作為采購一款手機(jī)的必要指標(biāo)。電磁輻射達(dá)到一定程度是對人體有危害的，為了能夠直觀地展示給用戶無線電設(shè)備終端傳輸功率，并將結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)相對照，本文擬設(shè)計(jì)一套用于智能手機(jī)功率檢測、數(shù)據(jù)傳輸、界面呈現(xiàn)及一站式實(shí)現(xiàn)手機(jī)輻射功率實(shí)時(shí)性能的展示平臺。

相比于手機(jī)射頻指標(biāo)說明書，本平臺能夠直觀地將測量結(jié)果以及不可見的射頻功率通過軟件界面展示給用戶，還可以將復(fù)雜難懂的無線電通過動(dòng)畫的方式呈現(xiàn)給用戶，便于銷售人員對終端產(chǎn)品講解，加深客戶對終端輻射的認(rèn)知，適合用于展廳等。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

手機(jī)通過電磁波進(jìn)行信息傳遞時(shí)產(chǎn)生了電波，關(guān)于手機(jī)輻射人體有沒有害的馬拉松式爭論從來沒有停止過。部分人認(rèn)為手機(jī)輻射對人體健康的危害是客觀存在的嚴(yán)重問題，它不會(huì)因?yàn)槭謾C(jī)產(chǎn)業(yè)的刻意隱瞞與回避就可以消失。也有人提出手機(jī)輻射對人體健康無害論，《破解手機(jī)輻射危害健康的流言》分析了手機(jī)輻射問題，《基站與健康》分析了基站輻射問題，還特別解釋了“若想減輕輻射，應(yīng)把基站請進(jìn)小區(qū)”的道理。從對人體健康潛在影響的角度來看，國際上對電磁輻射的測量標(biāo)準(zhǔn)有兩種，分別是功率密度標(biāo)準(zhǔn)和比吸收率標(biāo)準(zhǔn)，前者屬電磁學(xué)領(lǐng)域，后者仍與電學(xué)相關(guān)，但已擴(kuò)展到生物學(xué)領(lǐng)域了。

本文所提及的手機(jī)輻射功率測試屬于定性測試，不同于專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的定量測試結(jié)果，平臺的目的是為用戶對手機(jī)輻射能夠產(chǎn)生比較直觀的了解，能夠?qū)o線通信有更深入的更直觀的感受，從而能夠理解手機(jī)輻射的安全性等問題。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

終端輻射功率直觀顯示設(shè)備主要由功率采集模塊、控制模塊和顯示模塊組成：功率采集模塊通過天線耦合板實(shí)現(xiàn)終端輻射功率耦合進(jìn)而實(shí)現(xiàn)射頻功率采集功能；控制單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸處理功能；顯示單元實(shí)現(xiàn)圖形顯示功能。硬件設(shè)計(jì)從三個(gè)模塊分別介紹。圖1為終端輻射功率直觀顯示原理框圖。

圖1 終端輻射功率直觀顯示原理框圖

1.1.1 功率采集模塊

功率采集模塊實(shí)現(xiàn)射頻信號采集并傳輸數(shù)據(jù)，其信號傳輸流程由射頻信號經(jīng)射頻采集電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路最終轉(zhuǎn)化為可記錄的數(shù)字信號。功率采集模塊由天線耦合單元、功率采集單元及穩(wěn)壓單元組成。

（1）天線耦合單元負(fù)責(zé)射頻信號接收。天線耦合板是輻射測試中常用的器件，用于耦合連接測試儀器與被測無線通信設(shè)備，進(jìn)而測試被測無線通信設(shè)備的天線性能等。由于手機(jī)制式較多，不同制式下手機(jī)應(yīng)用頻率不同，我們選擇頻率范圍700 MHz–6000 MHz，可以包含目前所有制式的手機(jī)通信頻段。

（2）功率采集單元基于AD8318芯片實(shí)現(xiàn)，主要對瞬時(shí)功率檢測。圖2為AD8318芯片功能框圖，圖3為AD8318芯片功能測試曲線。

圖2 AD8318芯片功能框圖

圖3 為AD8318芯片功能測試曲線

（3）穩(wěn)壓單元基準(zhǔn)電壓的選用ADR421。ADR421

為超精密、第二代外加離子注入場效應(yīng)管（XFET）基準(zhǔn)電壓源，具有低噪聲、高精度和出色的長期穩(wěn)定特性，為A/D采集基準(zhǔn)電壓提供精度保障，減少測量誤差，保障采集數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性。

1.1.2 控制模塊

控制模塊主要是對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、傳輸?？刂颇K通過SPI總線接收采集到的數(shù)據(jù)，而SPI是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，如今越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議。表1為功率采集模塊測試數(shù)據(jù)。將接收到的數(shù)據(jù)通過USB2.0總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。為保證控制單元數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，對控制模塊電路進(jìn)行鋪地設(shè)計(jì)，減少信號干擾、保障數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性。PC對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、傳輸，通過LCD顯示屏直觀展示給用戶。

表1 功率采集模塊測試數(shù)據(jù)

1.1.3 顯示模塊

顯示模塊主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖形的形象展現(xiàn)功能?？紤]到終端輻射性能展示主要應(yīng)用在展廳等廠景，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮便于移動(dòng)、安裝，屏幕采用19寸顯示屏，可以滿足圖畫展示效果，整體尺寸考慮到用戶身高等因素和良好的測試體驗(yàn)。圖4為終端測試直觀顯示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

圖4 終端測試直觀顯示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

1.2 軟件設(shè)計(jì)

程序采用C#語言設(shè)計(jì)，將USB接口接收到的功率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，將數(shù)據(jù)分段，通過冒泡法將最大值篩出，進(jìn)而得到所在數(shù)據(jù)段最大值。如果得到輻射功率值大于高門限，則定義為重讀；輻射功率值低于高門限但是大于中門限，定義為中度；輻射功率值小于中門限但是大于低門限，定義為輕度；發(fā)射功率值小于低門限，定義為低。通過數(shù)據(jù)與所在功率范圍區(qū)間比對實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分段，將功率分為重度、中度、輕度、低四段。圖5為軟件流程圖。通過動(dòng)態(tài)表盤設(shè)計(jì)使整體展示活靈活現(xiàn)，實(shí)際功率值和動(dòng)態(tài)表盤相統(tǒng)一，進(jìn)而直觀呈現(xiàn)給設(shè)備終端使用客戶，使客戶可以對抽象的概念有一個(gè)清晰的認(rèn)識。

圖5 軟件流程圖

2 終端輻射功率直觀顯示測試應(yīng)用

因?yàn)槭謾C(jī)本身設(shè)計(jì)的原因，在基站覆蓋信號較弱時(shí)，為保證通信正常，手機(jī)會(huì)加大自身天線的功率，輻射也隨之增加，耗電量也隨之增大。這就是為什么我們坐高鐵或在室內(nèi)信號差時(shí)，手機(jī)電量掉得很快的原因。表2為基站發(fā)射功率與手機(jī)發(fā)射功率的強(qiáng)度對比。

表2 基站發(fā)射功率與手機(jī)發(fā)射功率的強(qiáng)度對比

測試流程如下：選擇相應(yīng)供應(yīng)商客服號碼，例如移動(dòng)撥打10086，聯(lián)通撥打10010，電信撥打10000，將手機(jī)放在終端輻射直觀顯示設(shè)備桌面，測試結(jié)果如圖6所示。

圖6 終端輻射直觀顯示設(shè)備測試結(jié)果圖

綜上所述，市場上合格手機(jī)均能夠保證輻射功率在國家要求范圍內(nèi)，不會(huì)對人體產(chǎn)生可見傷害，但是還是建議大家持謹(jǐn)慎態(tài)度對待，注意手機(jī)的使用方法，不應(yīng)近距離接觸時(shí)間過長，保護(hù)身體健康。同時(shí)隨著無線通信及5G技術(shù)的發(fā)展，智能手機(jī)的安全性也會(huì)更上一層臺階。

3 結(jié)束語

手機(jī)安全性問題隨著國家標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)的不斷更新?lián)Q代，越來越多的人能夠搞清楚輻射背后的真相，消除對手機(jī)輻射問題的偏見。另一方面，有關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)盡可能地將深?yuàn)W無線問題通過簡單易懂的方式向社會(huì)科普，讓更多的人能夠了解通信行業(yè)。