终端进网测试项目-电磁 辐射(SAR)

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1、电磁辐射 SAR 测试说明 工业和信息化部电信研究院周镒 手机的电磁辐射问题一直是公众密切关注的问题 欧洲和北美地区早在上个世纪90年代就分别制定强制要求开展相关检测 国际上的限值标准有分歧欧洲 10g平均2 0W kg北美 1g平均1 6W kg 国内自2001年起有关部门就展开相关的研究和调查工作 限值标准的制订是一大难题制订松了不能有效的保护人民群众的健康制订严了又会限制行业的发展 另外大多数国产手机企业根本没有电磁辐射 SAR 的相关概念 更遑论进行这方面的技术储备 如果开展强制性检测的话 在当时的条件下无论采用何种标准都会给国内企业带来很大的压力 信息产业部决定自2005年正式开展手

2、机电磁辐射入网检测 要求 检测同时给出1g平均和10g平均的电磁辐射 SAR 值并不作出合格与否的判定 国内标准进展情况 为配合入网测试工作的开展 2004年发布了YD C 无线通信终端电磁辐射测量方法 2007年信息产业部发布行业标准YD T1644 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300MHz 3GHz 该标准是目前电磁辐射 SAR 进网检测的方法标准2007年年底 由中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所等多个部门历时五年制订的国家强制标准GB21288 移动电话电磁辐射局

3、部暴露限值 由国家质检总局正式发布 国内标准进展情况 2 标准中明确规定 暴露限值任意10克生物组织 任意连续6min平均比吸收率 SAR 值不得超过2 0W kg 标识要求所有提供公众靠近人体头部使用的移动电话应标识下列内容 在产品说明书中应以黑体字表示 本产品电磁辐射比吸收率 SAR 最大值为X XW kg 符合国家标准GB21288 2007的要求 并鼓励在产品外包装上标明电磁辐射比吸收率 SAR 最大值 在产品说明书上应标明心脏起搏器 助听器 植入耳涡等使用者在使用本产品时需注意的事项 入网开展情况 工信部电信研究院作为检测单位 自2005年起至2011年6月已经检测手机一万五千多部

4、表12005年至今入网检测手机数量以及不合格率情况 注 1g平均结果 表22005年至今入网检测手机数量以及不合格率情况 注 10g平均结果 图1历年入网检测手机数量以及不合格率情况 注 1g平均结果 图2历年入网检测手机数量以及不合格率情况 注 10g平均结果 不判定 判定 目前国内标准已经到位 测试技术已经成熟 从上述数据可以看到 历年来随着国内研发和生产制造水平的不断提高 国产手机的电磁辐射合格率也越来越高 通过后期整改改善电磁辐射 SAR 值的手段有限 而且会影响到手机的通话质量 电磁辐射问题需要自手机设计阶段开始考虑 进行整体优化设计 这必然导致生产企业的成本增加 在现阶段电磁辐射

5、SAR 值不作为强制指标的情况下 也不排除极少数企业为了降低成本而牺牲电磁辐射指标的情形出现 本次项目调整后按照GB21288的要求执行 作为判定项 没有过渡期 限值 所有检验项目中 给出最大的峰值空间平均SAR值 10g体积平均 作为检测的总结果 该值小于2 0W kg 判为合格 否则判为不合格 测试项目介绍 电磁辐射性能测试目的 通过SAR 比吸收率 测试评定手机的电磁辐射大小 测试意义 保护了人民群众的健康提高了手机产品的质量增强了手机产品的出口竞争力 执行标准 标准GB21288 2007移动电话电磁辐射局部暴露限值YD T1644 1 2007手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体的

6、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300MHz 3GHz SAR的定义 比吸收率 SAR specificabsorptionrate给定密度 的体积微元 dV 内质量微元 dm 所吸收 消散 的能量微元 dW 对时间的微分值就是SAR SAR也可以用下面任意一个式子得到 式中 SAR 比吸收率 单位是瓦特每千克 E 组织内电场强度的rms值 单位是伏每米 介质导电率 单位是西门子每米 组织密度 单位是千克每立方米 ch 组织的比热容 单位是焦尔每千克和开尔文 组织内初始时刻温度对时间的微分 单位开尔文每秒 测量系统一般性说明 S

7、AR测量系统主要由人体模型 电子测量仪器 扫描定位系统和被测设备夹具等组成 测量应通过自动定位的迷你小型场强探头测量模型内部的电场分布来进行 根据测得的场强值可以计算出SAR的分布以及峰值空间平均SAR 进行测量的实验室应该满足以下环境条件 环境温度在18 到25 之间 测量过程中液体温度变化不能超过 2 环境电磁噪声不能超过0 012W kg 下检出限0 4W kg的3 被测无线通信设备不能连接到本地公众通信网 反射 辅助射频发射机等的影响应该小于测得SAR值的3 测量设备的制造商必须声明其产品符合标准 当新系统投入使用或者对系统作出任何修改时 例如 新的软件版本 使用了不同的数据采集器 或

8、者使用了不同的探头等等 至少一年要执行一次按照标准的附录D进行的系统验证 人体模型 1 标准的模型形状是根据人体学研究中90 成年男子头部的研究报告而制定的 模型的耳朵模拟人使用手持设备时耳朵的扁平状态 点M是嘴部参考点 LE是左耳参考点 ERP RE是右耳参考点 ERP 这些必须标注在模型的外表面上便于根据模型进行无线设备的重复定位 人体模型 2 模型的外壳材料应该对于组织模拟液配方中用到的化学成分具有抵抗力 包括耳朵间隔在内的人体模型的外壳应该由低介电常数 低损耗材料制成 tan 0 05 5 与SAM标准模型的CAD文件相比 人体模型的形状制造公差应小于 0 2mm 除了耳朵及其延伸部分

9、外 在手机投影内的任何区域 壳体的厚度为 2 0 2 mm 低损耗的耳朵间隔器 与头部模型相同的材料 应该在ERP和组织模拟液边界之间提供6mm的间隔 且公差为 0 2mm 在头部正中间从前到后平面的 1 0cm带状区 制作公差应该是 1 0mm 人体组织模拟液 盛放于人体模型内的组织模拟液的电介质特性如右表所示 头部液体 在频率范围内的其它未给出的频点 特性参数可通过内部插值得到 SAR测量设备规格 测量设备作为一个完整的系统进行校准 探头与相同的或技术上相当的放大器 测量设备和数据采集器一起校准 最小检出限应低于0 02W kg 最大检出限应高于100W kg 在0 01W kg到100W

10、 kg的SAR范围内 线性度应该在 0 5dB以内 灵敏度和各向同性应在组织模拟液中确定 应给出响应时间的指标 建议在探头的偶极子单元附近其封装套的外直径不要超过8mm 扫描系统规格 一般要求为了评估三维SAR分布 装有探头的扫描定位系统应可以扫描模型的整个暴露体积 扫描定位系统的机械结构不应干扰SAR测量 扫描定位系统应该至少通过三个参考点和模型相关联 这些点由使用者或系统制造商定义 技术要求定位准确度探头尖端在测量区域内的定位准确度应优于 0 2mm 定位分辨率定位分辨率是每一个测量系统能在其上执行测量的增量 定位分辨率应该是1毫米或者更小 设备夹具规格 必须特别注意避免环境 例如地板 设

11、备夹具 液体表面 的反射和吸收对于SAR测量所造成的重大影响 设备夹具必须保证设备能够根据标准要求进行定位 并保证在倾斜位置下角度公差在 10 夹具必须由低损耗和低介电常数的材料制成 损耗正切 0 05 相对介电常数 5 测量设备 CALISAR DASY5 IndexSAR 测量准备 1 基本准备在SAR测量前24小时内必须对组织模拟液的电介质特性进行测量 测量电介质特性时 组织模拟液的温度应与SAR测量过程中相同 且温度变化不能超过 2 1 对于300MHz 2GHz之间的频率 测得的导电率和介电常数应在表1目标值的 5 以内 2 对于2GHz 3GHz之间的频率 测得的导电率应在表1目标

12、值的 5 以内 对测得的相对介电常数的允许公差可放宽至不超过表1目标值的 10 但是必须采用可获得的配方尽可能地接近表1目标值 介电常数与目标值的偏差对SAR的影响应包含在不确定度评定中 对于水平布置的人体模型 装入其中的组织模拟液深度至少应在ERP之上15cm 测量前应仔细搅拌液体 并保证没有气泡 应注意避免液体表面的反射 在300MHz 3GHz频率范围内这是靠15cm的液体深度来实现的 液体的粘性不应妨碍探头的移动 测量准备 2 系统检查在SAR测量前必须对系统进行检查 系统检查的目的在于确保系统工作时满足其规格要求 系统检查是一项可再现的测量 以保证系统在进行符合性测量时可以正常工作

13、执行系统检查旨在用于检查短期内可能存在的漂移和系统其它的不确定度 例如 液体参数的变化 组件故障 组件漂移 设置中的操作失误或软件参数的错误 系统中的不利条件 例如射频干扰 系统检查是一项完整的1g或10g平均SAR测量 将1g或10g平均SAR测量值归一化至标准场源的输入功率目标值 并和相应测量频率 标准场源以及特定的平坦模型下的1g或10g平均SAR目标值进行比较 确定各次系统检查的误差 必须在系统检查目标值的 10 之内 进行系统检查时测量频率应该在被测设备中间频率的 10 之内 系统检查框图 测量准备 3 待测无线设备的准备应该使用被测无线设备自身内部的发射机 天线 电池和附件都应是制

14、造商指定的 测量前电池应充满电 测量过程中不应有其它外部电缆连接 使用内部测试程序或适当的测试设备 接着天线的基站模拟器 来控制设备的输出功率和工作频率 频道 对靠近耳边使用的情况 无线设备应被设置在最高功率电平发射 电磁照射测试应基于被测设备的功能和照射特性来进行 例如 工作模式 天线配置等 对于最终商业版本的产品应在所有的正常工作配置 没有连接任何电缆 下进行测试 在产品上连接线缆很有可能改变产品上的金属和导电部分的射频电流分布 此外 如果使用原型样机进行测试 那么必须证实其商业版本有完全相同的机械和电特性 如果这一点得不到保证 就必须重新对未修改的商业版产品进行抽样测试 如果被测设备不能

15、在最高的时间平均功率电平上工作 那么可以在较低的功率上进行测试 然后把测试结果按比例换算到最大输出功率对应的值 前提条件是被测设备的SAR响应是线性的 被测设备相对于人体模型的定位 标准规定了手机在头部模型上的两种测试位置 贴脸 和 倾斜 手机应在这两种位置下分别在SAM模型的左侧和右侧进行测试 如果手机结构特殊 按照标准描述的正常使用位置不能实现 比如不对称的手机 应当将手机定位于代表手机正常使用状态的位置 并在报告中对此进行详细记录 被测设备参考线的定义 典型翻盖手机 典型直板手机 贴脸 位置 倾斜 位置 贴脸 和 倾斜 位置的定义 测量频率被测设备应当在所有的发射频道都符合照射标准的要求

16、 但是 在每一频道下进行测试不切实际也没有必要 对于手机的每一工作模式 应当在最靠近中心发射频率的频道进行测试 如果发射频段的带宽超过了其中心频率的1 那么在发射频段的低端频率和高端频率的频道也应当进行测试 如果发射带宽超过了其中心频率的10 应按照下述公式确定测试频道的数目 测量频点的选择 测试程序 注1 对于单模式 单频段移动电话 依据上表进行测试 对于多模式 多频段移动电话 应分别在不同模式的不同频段下依据上表进行测试 注2 对于多模式同时发射的移动电话 需考虑移动电话的实际使用场景后依据上表进行测试以寻找最大电磁辐射值 注意事项 电磁辐射问题需要自手机设计阶段开始考虑 进行整体优化设计 通过后期整改改善电磁辐射 SAR 值的手段有限 降低功率 但有可能影响手机的通信性能 谢谢