詳解手機(jī)SAR與OTA測(cè)試技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)要求

由于無(wú)線電設(shè)備(如手機(jī))在世界范圍內(nèi)的廣泛普及，越來(lái)越多的政府部門(mén)、電信法規(guī)機(jī)構(gòu)等要求將電磁波輻射降低至一個(gè)合適的水平。

1、什么是SAR

1.1、SAR是什么意思?

SAR的英文全稱為Specific Absorption Rate，中文一般稱為電磁波吸收比值或比吸收率。 是手機(jī)或無(wú)線產(chǎn)品之電磁波能量吸收比值，其定義為：在外電磁場(chǎng)的作用下，人體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)。由于人體各種器官均為有耗介質(zhì)，因此體內(nèi)電磁場(chǎng)將會(huì)產(chǎn)生電流，導(dǎo)致吸收和耗散電磁能量。生物劑量學(xué)中常用SAR來(lái)表征這一物理過(guò)程。SAR的意義為單位質(zhì)量的人體組織所吸收或消耗的電磁功率，單位為W/kg，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(1.6mw/g，1g平均).

1.2、SAR是怎么進(jìn)行測(cè)試的?

人體模型、測(cè)量?jī)x器、探針對(duì)及機(jī)械臂組成SAR測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)置于屏蔽室中。人體模型的內(nèi)部是液態(tài)物質(zhì)，液體的電磁特性與人體組織的電磁特性一致，探針可在其內(nèi)自由移動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，最后通過(guò)某公式計(jì)算出SAR值。

手機(jī)OTA測(cè)試

1.OTA 測(cè)試介紹

2.1 手機(jī)的無(wú)源測(cè)試和有源測(cè)試

當(dāng)前在手機(jī)射頻性能測(cè)試中越來(lái)越關(guān)注整機(jī)輻射性能的測(cè)試，這種輻射性能反映了手機(jī)的最終發(fā)射和接收性能。目前主要有兩種方法對(duì)手機(jī)的輻射性能進(jìn)行考察：一種是從天線的輻射性能進(jìn)行判定，是目前較為傳統(tǒng)的天線測(cè)試方法，稱為無(wú)源測(cè)試;另一種是在特定微波暗室內(nèi)，測(cè)試手機(jī)的輻射功率和接收靈敏度，稱為有源測(cè)試。OTA(Over The Air)測(cè)試就屬于有源測(cè)試。

無(wú)源測(cè)試側(cè)重從手機(jī)天線的增益、效率、方向圖等天線的輻射參數(shù)方面考察手機(jī)的輻射性能。無(wú)源測(cè)試雖然考慮了整機(jī)環(huán)境(比如天線周?chē)骷?、開(kāi)蓋和閉蓋)對(duì)天線性能的影響，但天線與整機(jī)配合之后最終的輻射發(fā)射功率和接收靈敏度如何，從無(wú)源測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)法直接得知，測(cè)試數(shù)據(jù)不是很直觀。

有源測(cè)試則側(cè)重從手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率和接收靈敏度方面考察手機(jī)的輻射性能。有源測(cè)試是在特定的微波暗室中測(cè)試整機(jī)在三維空間各個(gè)方向的發(fā)射功率和接收靈敏度，更能直接地反映手機(jī)整機(jī)的輻射性能。

CTIA(Cellular Telecommunication and Internet Association)制定了OTA(Over The Air)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。OTA 測(cè)試著重進(jìn)行整機(jī)輻射性能方面的測(cè)試，并逐漸成為手機(jī)廠商重視和認(rèn)可的測(cè)試項(xiàng)目。

OTA測(cè)試全波暗室

2.2 OTA 測(cè)試的目的

目前只有通過(guò)FTA(Full Type Approval)認(rèn)證測(cè)試的手機(jī)型號(hào)才能上市銷售，在FTA 測(cè)試中，射頻性能測(cè)試主要進(jìn)行手機(jī)在電纜連接模式下的射頻性能測(cè)試;至于手機(jī)整機(jī)的輻射發(fā)射和接收性能，在FTA 測(cè)試中沒(méi)有明確的規(guī)定,而OTA 測(cè)試正好彌補(bǔ)FTA 測(cè)試在這方面測(cè)試的不足。同時(shí)，終端生產(chǎn)廠家必須對(duì)所生產(chǎn)手機(jī)的輻射性能有清楚的了解，并通過(guò)各種措施提高手機(jī)輻射的發(fā)射和接收指標(biāo)。如果手機(jī)輻射性能不好，將產(chǎn)生手機(jī)信號(hào)不好、語(yǔ)音通話質(zhì)量差、容易掉線等多方面的問(wèn)題，這也是客戶投訴比較多的問(wèn)題。

在手機(jī)通話時(shí)，由于人腦靠近手機(jī)天線，將降低手機(jī)的發(fā)射和接收性能，手機(jī)整機(jī)輻射的發(fā)射和接收性能都會(huì)降低。在手機(jī)研發(fā)過(guò)程中應(yīng)定量測(cè)量人腦對(duì)手機(jī)的發(fā)射和接收性能的影響，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使發(fā)射和接收性能降低不能太大，即減少人體和天線的電磁耦合效應(yīng)。

為考察手機(jī)的輻射性能，除考察手機(jī)天線的無(wú)源性能之外，整機(jī)的有源性能也是一個(gè)重要的考察方面。當(dāng)前整機(jī)有源性能越來(lái)越受到終端廠商的重視，因此在手機(jī)輻射性能的考察中應(yīng)將兩種輻射性能綜合起來(lái)考慮。目前終端天線廠商在研發(fā)中一般都要求天線供應(yīng)商提供無(wú)源和有源測(cè)試報(bào)告。

3.OTA 測(cè)試及手機(jī)其他的主要參數(shù)

3.1 OTA 測(cè)試中的主要測(cè)試參數(shù)及相關(guān)計(jì)算在OTA 測(cè)試中，輻射性能參數(shù)主要分為兩類：接收參數(shù)和發(fā)射參數(shù)。

發(fā)射參數(shù)有TRP、NHPRP;接收參數(shù)有TIS、NHPIS。

TRP(Total Radiated Power)：通過(guò)對(duì)整個(gè)輻射球面的發(fā)射功率進(jìn)行面積分并取平均得到。它反映手機(jī)整機(jī)的發(fā)射功率情況，跟手機(jī)在傳導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能有關(guān)。

NHPRP(Near Horizon Partial Radiated Power)：反映在手機(jī)的H面附近天線的發(fā)射功率情況的參數(shù)。

TIS(Total Isotropic Sensitivity)：反映在整個(gè)輻射球面手機(jī)接收靈敏度指標(biāo)的情況。它反映了手機(jī)整機(jī)的接收靈敏度情況，跟手機(jī)的傳導(dǎo)靈敏度和天線的輻射性能有關(guān)。

NHPIS(Near Horizon Partial Isotropic Sensitivity)：反映手機(jī)在H面附近天線的接收靈敏度情況的參數(shù)。

對(duì)于手持終端，OTA 測(cè)試中還將考察終端在有模擬人頭情況下的上述參數(shù)，比較在有無(wú)模擬人頭情況下相關(guān)參數(shù)的變化情況。

3.2 其他有關(guān)的天線參數(shù)

在考察天線性能的時(shí)候，還有其他需要了解的參數(shù)如：APIP、Gain、Directivity、EIRP、ERP。

Gain(dBi)：在相同的輸入功率下，天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想無(wú)方向性點(diǎn)源天線在同一點(diǎn)的功率的比值，該增益單位為dBi，手機(jī)天線廠家提供的天線測(cè)試報(bào)告中的增益一般以dBi 為單位。

Gain(dBd)：在相同的輸入功率下，天線在空間某點(diǎn)的輻射功率與理想半波偶極子天線最大輻射方向上功率的比值，該增益的單位為dBd。

Directivity：在相同的輻射功率下，某天線在空間某點(diǎn)產(chǎn)生的功率與理想無(wú)方向點(diǎn)源天線在同一點(diǎn)產(chǎn)生的功率的比值。

Efficiency：天線輻射功率和天線輸入功率的比值。

APIP(Antenna Port Input Power)：加入到天線口的功率大小，是PA 輸出到天線口的功率大小。該功率大小主要跟手機(jī)的傳導(dǎo)發(fā)射功率大小有關(guān)。

EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)：等效全向輻射功率是天線得到的功率與天線以dBi 表示的增益的乘積，反映天線在各個(gè)方向上輻射的功率的大小。

PEIRP(Peak Effective Isotropic Radiated Power)：峰值等效全向輻射功率。

ERP(Effective Radiated Power)的概念與EIRP 相同，但ERP 是天線得到的功率與以dBd 表示的增益的乘積。

4.OTA 測(cè)試中的TRP 和SAR 指標(biāo)的制約關(guān)系

TRP 反映的是天線遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射性能，而SAR 反映是天線的近場(chǎng)輻射性能。對(duì)于OTA 中的TRP 指標(biāo)，一般是希望其TRP 比較大，這樣從PA 出來(lái)進(jìn)入天線的功率才被有效輻射，無(wú)線接口的連接性才比較好。在SAR 測(cè)試中，則希望TRP 數(shù)值比較小，這樣被人腦吸收的功率才比較小，保證能通過(guò)SAR 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。因此，TRP 指標(biāo)與SAR 指標(biāo)是一對(duì)相互矛盾的指標(biāo)，在天線設(shè)計(jì)中如何保證兩個(gè)指標(biāo)都達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，滿足設(shè)計(jì)需要，在天線設(shè)計(jì)的之初就得考慮。

以下是一些解決措施：

(1)選用合適的天線形式，最為重要。比如內(nèi)置天線中的Monopole 具有效率高但SAR 也高的特點(diǎn)，因此在使用之前就應(yīng)該對(duì)此有所認(rèn)識(shí)，即Monopole 和人腦的耦合效應(yīng)較強(qiáng)。PIFA 天線綜合性能較好，由于其靠近人腦的一側(cè)被PCB 的地遮擋，其高頻頻段在人腦方向比最大輻射方向有5-6dB的衰減，因此PIFA 天線的SAR 值比較低，是內(nèi)置天線中比較理想的天線形式。

(2)在天線的設(shè)計(jì)之初就考慮SAR 問(wèn)題，主要在結(jié)構(gòu)問(wèn)題上進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合手機(jī)的結(jié)構(gòu)選用合適形式的天線，保證天線性能的同時(shí)還滿足通過(guò)SAR 指標(biāo)，比如采取將天線放置于PCB 的底部等措施。對(duì)于外置式的螺旋天線一般應(yīng)注意天線與人腦之間的距離，保證滿足SAR 測(cè)試的需要。

(3)在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)SAR 測(cè)試超標(biāo)，可通過(guò)調(diào)低天線性能的方式解決，如使用損耗稍大的材料等方法，這需要與天線廠家配合進(jìn)行。

(4)更改天線走線方式，調(diào)整方向圖等措施。

(5)在標(biāo)準(zhǔn)允許的情況下，降低PA 的輸出功率。

以上方法是在滿足SAR 和TRP 測(cè)試需要的情況下，取得兩者的折中。

5.總結(jié)

CTIA 的OTA 測(cè)試指標(biāo)直接反映了手機(jī)的輻射性能，因此越來(lái)越受到測(cè)試機(jī)構(gòu)和相關(guān)廠商的重視。在手機(jī)天線指標(biāo)判定時(shí)，需要將無(wú)源和有源性能指標(biāo)綜合考慮，對(duì)整機(jī)天線性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

MORAB的OTA天線測(cè)試暗室符合CTIA的OTA測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試系統(tǒng)采用的SG24的近場(chǎng)折算遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量方案，是目前最準(zhǔn)確的天線測(cè)試方法。有重復(fù)性高，準(zhǔn)確度高，解析度高等優(yōu)點(diǎn)。SG24 是全球少數(shù)能完全符合CTIA 要求的測(cè)試系統(tǒng)。能提供CTIA 所需要的TRP/TIS 測(cè)試。測(cè)試適用范圍:CTIA OTA (GSM900,DCS1800,Cellular 850,PCS1900);3D 天線場(chǎng)型測(cè)量、增益、天線效率、方向圖、極化性能。