移動(dòng)通信終端SAR值測(cè)試方法研究

馬文華，姚碩，胡曉彥

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

1 引言

目前2G和3G的各種移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了人們的工作和生活當(dāng)中，市場(chǎng)上移動(dòng)通信終端也越發(fā)豐富多彩。面對(duì)制造商和運(yùn)營(yíng)商對(duì)各自產(chǎn)品和服務(wù)的大力宣傳，廣大消費(fèi)者表現(xiàn)出理智的狀態(tài)，不再簡(jiǎn)單的為手機(jī)花哨的樣式、眾多的功能所打動(dòng)，而是關(guān)心某些更深層次的因素，比如：電磁輻射等與人體健康密切相關(guān)的參數(shù)指標(biāo)。根據(jù)國(guó)際通行的做法，移動(dòng)通信終端電磁輻射的大小用SAR（Specific Absorption Rate，比吸收率）值表示。本文根據(jù)前期一些研究課題的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)終端SAR值測(cè)試方法進(jìn)行了研究，以便大家參考借鑒。

2 我國(guó)手機(jī)電磁輻射防護(hù)的規(guī)定

電磁輻射與人類的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，并可能影響人體的健康。CCSA、WHO、3GPP、IEC、ITU、IEEE等國(guó)內(nèi)外組織對(duì)移動(dòng)通信中產(chǎn)生的電磁輻射對(duì)人體的影響進(jìn)行了深入的調(diào)查研究，對(duì)電磁輻射對(duì)人體組織的熱效應(yīng)有了基本明確的認(rèn)識(shí)，并建立了重要的評(píng)估指標(biāo)之一——SAR值。在此基礎(chǔ)上，我國(guó)制定了相應(yīng)的電磁輻射防護(hù)規(guī)定。

我國(guó)在移動(dòng)通信領(lǐng)域，針對(duì)手機(jī)的電磁輻射防護(hù)規(guī)定如下：

（1）限值采用GB 21288-2007，即《移動(dòng)電話電磁輻射局部暴露限值》，規(guī)定任意10 g生物組織、任意連續(xù)6 min平均比吸收率（SAR）值不得超過(guò)2.0 W/kg。

（2）測(cè)量方法采用YD/T 1644.1-2007，即《手持和身體佩戴使用的無(wú)線通信設(shè)備對(duì)人體的電磁照射——人體模型、儀器和規(guī)程第1部分：靠近耳邊使用的手持式無(wú)線通信設(shè)備的SAR評(píng)估規(guī)程（頻率范圍300 MHz～ 3 GHz）》。

3 終端SAR值測(cè)試方法研究

移動(dòng)通信終端SAR值測(cè)試依據(jù)我國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1644.1-2007來(lái)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)室測(cè)量是使用人體頭部模型和軀干模型及各種人體組織模擬液來(lái)模擬人體，并針對(duì)使用者接打電話時(shí)的典型情況，找出手機(jī)終端可能產(chǎn)生的最大SAR值。

3.1 待測(cè)手機(jī)的準(zhǔn)備

測(cè)量中手機(jī)除了空中通信接口外，不能有其他任何外部連接。測(cè)量中使用基站模擬器控制手機(jī)以最大可發(fā)射功率工作?；灸M器天線離手機(jī)的距離應(yīng)大于50 cm，且基站信號(hào)至少比手機(jī)信號(hào)低30 dB。在每次測(cè)試前都要給電池充滿電，測(cè)試中，每測(cè)完一個(gè)項(xiàng)目，都要檢查手機(jī)電池的情況，如果電量不足三分之二，則要更換電池。測(cè)試中不能帶有任何外接電纜，以免影響手機(jī)周圍電磁場(chǎng)的分布進(jìn)而影響SAR值的測(cè)量。在每次測(cè)試前后，如果發(fā)現(xiàn)手機(jī)的功率漂移大于0.4 dB，該項(xiàng)必須重新進(jìn)行測(cè)試。

3.2 待測(cè)手機(jī)相對(duì)于模型的定位

試驗(yàn)中采用如圖1所示的模型來(lái)模擬人體的頭部，為方便使用，將模型適度變形后剖分為左側(cè)和右側(cè)。模型內(nèi)可以充入不同類型的人體組織模擬液來(lái)模擬人體頭部對(duì)不同頻段電磁場(chǎng)的響應(yīng)。手機(jī)可以放在手機(jī)夾具上，通過(guò)調(diào)整夾具，以達(dá)到模擬手機(jī)聽筒位于左耳、右耳位置的效果。

圖1 人體頭部模型結(jié)構(gòu)示意圖

測(cè)試中典型的手機(jī)相對(duì)于人體頭部模型的擺放位置包括四種：（1）手機(jī)位于人體頭部模型左側(cè)且緊貼臉頰位置；（2）手機(jī)位于人體頭部模型左側(cè)且相對(duì)臉頰傾斜15°位置；（3）手機(jī)位于人體頭部模型右側(cè)且緊貼臉頰位置；（4）手機(jī)位于人體頭部模型右側(cè)且相對(duì)臉頰傾斜15°位置。手機(jī)的精確定位依靠專用的手機(jī)夾具來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.3 測(cè)量步驟

（1）參考電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量：在模型內(nèi)表面耳參考點(diǎn)上方10 mm處測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度，作為電場(chǎng)強(qiáng)度參考值。

（2）平面掃描（或區(qū)域粗掃）階段：在模型內(nèi)測(cè)量SAR值的分布。SAR值的分布是沿著模型一側(cè)的內(nèi)表面進(jìn)行掃描的，至少在比手機(jī)和天線的發(fā)射區(qū)更大的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行掃描。空間網(wǎng)格步長(zhǎng)應(yīng)該小于15 mm。如果使用表面掃描，那么探頭偶極子的幾何中心和模型內(nèi)表面之間的距離應(yīng)該是8 mm（±1.0 mm）或更小。在所有測(cè)試點(diǎn)上，建議探頭與表面法線的夾角小于30°。

（3）從平面掃描的SAR值的分布中，確定SAR最大值的位置，同時(shí)也要確定在SAR最大值2 dB以內(nèi)的區(qū)域粗掃的局部最大值。除局部最大值外，對(duì)其他主要峰值，僅當(dāng)其在SAR限值2 dB之內(nèi)時(shí)——對(duì)于美國(guó)使用1.6 W/kg的限值（基于1 g平均）該值是1 W/kg、對(duì)于我國(guó)和歐洲使用的2.0 W/kg的限值（基于10 g平均）該值是1.26 W/kg——才需要測(cè)量其它峰值點(diǎn)。

（4）立體掃描（或局部細(xì)掃）階段：在最小體積為30 mm×30 mm×30 mm內(nèi)以8 mm或更小的網(wǎng)格步長(zhǎng)測(cè)量SAR值。垂直方向上的網(wǎng)格步長(zhǎng)應(yīng)該是5 mm或更小。獨(dú)立的網(wǎng)格應(yīng)把中心定在第（3）步中所找到的每個(gè)局部SAR最大值點(diǎn)。如果模型表面和探頭尖端的距離大于探頭尖端直徑的一半，由液體介質(zhì)邊界和探頭封裝套之間場(chǎng)的扭曲所導(dǎo)致的不確定度就可以減到最小。其它方法也許可以對(duì)這些邊界效應(yīng)采取修正步驟，這使得探頭與模型表面的距離即使小于半個(gè)探頭直徑也能達(dá)到高精度測(cè)量。在所有的測(cè)量點(diǎn)，建議探頭與表面法線的夾角小于30°。

（5）使用內(nèi)插和外推法來(lái)計(jì)算由質(zhì)量平均所需的空間分辨率下的局部SAR值。

在與第（1）步完全一樣的位置再次測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度，確保漂移不要超過(guò)±5%。如果這一要求即使重復(fù)測(cè)試也達(dá)不到，額外的信息（例如局部SAR對(duì)時(shí)間的關(guān)系等一些數(shù)據(jù)）應(yīng)該用來(lái)證明測(cè)試過(guò)程中的輸出功率對(duì)于設(shè)備的測(cè)試是合適的。如果需要進(jìn)行不止一次的局部細(xì)掃的話，可在每次局部細(xì)掃之后進(jìn)行參考功率的測(cè)量。

3.4 試驗(yàn)配置

對(duì)于有些手機(jī)，可能包括多種制式，如GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、cdma2000 1x等兩種的組合等）；即使是同一種制式，也可能會(huì)包含幾個(gè)頻段，如GSM制式包括900 MHz頻段和1800 MHz頻段；也可能包括多種接打模式，如有的滑蓋手機(jī)和翻蓋手機(jī)在滑蓋或翻蓋關(guān)閉和打開的情況下都可以接打；還有的手機(jī)可以更換不同容量和外觀的電池，以及支持天線的伸縮或拉出等。在SAR測(cè)試中，為了能夠更全面的找出最大可能值，就要求對(duì)每種制式、每個(gè)頻段、每種接打模式、每種電池和天線模式等進(jìn)行測(cè)試，并且在每個(gè)頻段，還要針對(duì)高中低三個(gè)信道進(jìn)行測(cè)試。

在測(cè)試過(guò)程中，如果對(duì)每一款手機(jī)終端都只對(duì)單一制式進(jìn)行了測(cè)試，即對(duì)多模手機(jī)，只選擇其中一種制式進(jìn)行測(cè)量。這樣，測(cè)試的結(jié)果可能不能代表手機(jī)實(shí)際的最大SAR值，而是該制式下的最大值。另外，有的手機(jī)支持多模同時(shí)工作（發(fā)射），或者支持與藍(lán)牙等模塊共發(fā)射，對(duì)這樣的情況，尚在研究中。

4 測(cè)試結(jié)果及分析

表1 手機(jī)終端SAR值測(cè)試結(jié)果

我們隨機(jī)選擇了5款手機(jī)終端進(jìn)行了SAR值測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

從測(cè)試結(jié)果可以看出：測(cè)得的SAR值都在國(guó)家規(guī)定的2 W/kg的限值范圍內(nèi)，SAR指標(biāo)都是合格的。如果以此為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義“綠色”手機(jī)的話，可以認(rèn)為這些樣品都是“綠色”的。換言之，我們通過(guò)正規(guī)渠道所購(gòu)買的手機(jī)樣品基本上都能夠保證電磁輻射的指標(biāo)合格。

經(jīng)過(guò)多年反復(fù)的人群試驗(yàn)和健康評(píng)估，美國(guó)、德國(guó)等國(guó)制定出了各自的電磁輻射健康標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的權(quán)威性和準(zhǔn)確性。在我國(guó)為防止環(huán)境污染，嚴(yán)格保障公眾身體健康，采用了比國(guó)外更加嚴(yán)格的電磁輻射健康標(biāo)準(zhǔn)，表2為各國(guó)手機(jī)終端SAR標(biāo)準(zhǔn)比較。

表2 各國(guó)手機(jī)終端SAR標(biāo)準(zhǔn)比較

在我國(guó)，發(fā)布的終端方面的電磁輻射防護(hù)方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，主要包括：

GB 21288 《移動(dòng)電話電磁輻射局部暴露限值》；YD/T 1644.1 《手持和身體佩戴使用的無(wú)線通信設(shè)備對(duì)人體的電磁照射——人體模型、儀器和規(guī)程 第1部分：靠近耳邊使用的手持式無(wú)線通信設(shè)備的SAR評(píng)估規(guī)程（頻率范圍300 MHz～3 GHz）》。

除了這些標(biāo)準(zhǔn)外，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)正在制定或即將發(fā)布一批關(guān)于無(wú)線通信設(shè)備電磁輻射的標(biāo)準(zhǔn)。

5 健康使用手機(jī)初探

通過(guò)科學(xué)的分析，影響手機(jī)SAR值的因素除了功率外，手機(jī)的結(jié)構(gòu)也對(duì)SAR值有著重要的影響。如果通話時(shí)，輻射的大部分不是對(duì)著頭部的，那樣人體所受的影響就會(huì)減少很多。為此，可以在手機(jī)天線和頭部之間加上衰減或屏蔽裝置，使得對(duì)著頭部方向的輻射較小。這可以通過(guò)改善手機(jī)機(jī)殼或者手機(jī)內(nèi)部電路板中的屏蔽層或吸波材料等達(dá)到目的。還可以通過(guò)增加手機(jī)天線與人體頭部之間的距離來(lái)降低頭部所受到的輻射。這可以在手機(jī)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行改善，也可以在使用中多注意來(lái)完成。比如，在設(shè)計(jì)階段，可以將手機(jī)的天線設(shè)計(jì)在手機(jī)的底部；在使用中，盡可能使用耳機(jī)或免提模式接打電話等。

在實(shí)際使用手機(jī)接打電話的時(shí)候，人體受到的電磁輻射還跟周圍的環(huán)境有密切的關(guān)系。如果處于基站信號(hào)較好的區(qū)域，手機(jī)維持正常質(zhì)量的通話所需發(fā)射的功率就會(huì)較?。环粗?，如果基站信號(hào)很差，手機(jī)就必須加大發(fā)射功率以盡量保證通話質(zhì)量，這樣人體受到的手機(jī)的輻射影響就會(huì)加大。因此，為了減少因環(huán)境差異帶來(lái)的影響，建議使用者盡量在信號(hào)比較好的區(qū)域使用手機(jī)，或者選用信號(hào)好的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)所使用的電磁波，我們既需要很好的利用，又要避免它影響我們的健康。合理利用、有效控制，才能使我們的生活環(huán)境更加健康、安全。

[1]GB 21288，移動(dòng)電話電磁輻射局部暴露限值[S].

[2]YD/T 1644.1，手持和身體佩戴使用的無(wú)線通信設(shè)備對(duì)人體的電磁照射——人體模型、儀器和規(guī)程 第1部分：靠近耳邊使用的手持式無(wú)線通信設(shè)備的SAR評(píng)估規(guī)程（頻率范圍300MHz～3GHz)[S].

[3]ICNIRP導(dǎo)則（Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields(up to 300 GHz)[Z]).

[4]美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)第65號(hào)公告，F(xiàn)CC OET65c 01-01[Z].

[5]美國(guó)電氣電子工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE Std 1528TM[S].

[6]李國(guó)慶，安少賡，張夏，鄒東屹. 不同制式手機(jī)SAR值測(cè)試分析[J]. 電信網(wǎng)技術(shù)，2010(1):57-60.