楊彥彰，林 斌，劉 暉，吳飛云，王育亮

（深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院，廣東 深圳 518055）

0 引 言

移動電話與基站之間保持聯(lián)系是通過高頻電磁波來進(jìn)行，高頻電磁波作用于物體后，一部分被反射，一部分被吸收，被吸收的輻射能量會使組織體內(nèi)的分子和電介質(zhì)產(chǎn)生振動，引起媒質(zhì)的磨擦，把動能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使組織體溫度升高[1]，這種溫度升高對人體產(chǎn)生的效應(yīng)稱為熱效應(yīng)[2]。除了熱效應(yīng)外，高頻電磁波輻射對人體的影響還有非熱效應(yīng)[2]。非熱效應(yīng)是指當(dāng)人體暴露在強(qiáng)度不大的輻射環(huán)境中，體溫雖然沒有明顯增高，但往往會出現(xiàn)一些反應(yīng)，這些反應(yīng)主要表現(xiàn)在破壞腦組織細(xì)胞并引起血液內(nèi)白細(xì)胞和紅細(xì)胞變化。高頻電磁波與生物組織的相互作用，是多種參數(shù)相互作用的復(fù)雜函數(shù)，人們對其的認(rèn)知還在不斷的研究和探索中，但是對于移動電話輻射的熱效應(yīng)，在科學(xué)界已經(jīng)有一套比較完備的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，就是比吸收率（specific absorption rate，SAR）值。

1 比吸收率

1.1 SAR定義

在外電場的作用下，人體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電磁場。由于人體各種器官均為有耗介質(zhì)，所以人體內(nèi)的電磁場將會產(chǎn)生電流，同時吸收和耗散電磁波能量。

SAR的定義為單位時間單位質(zhì)量的生物組織所吸收的電磁波能量，其定義式[3]為

式中：SAR——比吸收率，單位是W/kg；

dW——機(jī)體組織吸收的電磁波能量，單位是J；

dm——表示無窮小集體組織的質(zhì)量，單位是kg。

經(jīng)過換算，SAR值測量可轉(zhuǎn)換成對機(jī)體組織模擬液中的電場測試來進(jìn)行計(jì)算，表達(dá)式[4]為：

即給定物質(zhì)密度（ρ）下的一體積單元（dV）中單位物質(zhì)（dm）吸收（耗損）的單位電磁能量（dW）相對于時間的導(dǎo)數(shù)。

式中：E——細(xì)胞組織中的電場強(qiáng)度有效值，V/m；

σ——人體組織的電導(dǎo)率，S/m；

ρ——人體組織密度，kg/m3。

現(xiàn)有的SAR測量系統(tǒng)通常是根據(jù)式（2），利用測試的電場值、測試液體的電導(dǎo)率和密度來計(jì)算單位質(zhì)量的SAR，最終選取單位質(zhì)量體平均SAR的最大值，即最大空間平均SAR為整體的SAR。

1.2 SAR的測試

一般情況下，移動電話暴露的SAR測定利用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人進(jìn)行，機(jī)器人可對置于充滿組織模擬液體的人體模型中的探頭進(jìn)行定位，并通過探頭測量移動電話的輻射量，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行記錄和分析，最終形成測試結(jié)果。SAR測試系統(tǒng)主要由機(jī)器人及數(shù)據(jù)記錄器、機(jī)器人、探頭寄讀數(shù)裝置、人體模型、設(shè)備夾具等組成，具體測試系統(tǒng)如圖1[5]所示。

圖1 典型SAR測試系統(tǒng)

1.3 SAR限值

目前世界上許多國家和地區(qū)以及國際組織都制定出移動電話的SAR限值，這些限值都是在對人體產(chǎn)生危害的輻射量基礎(chǔ)上，考慮安全因素而制定出來。由于考慮的因素不完全一樣，各個國家、地區(qū)和國際組織制定出的SAR限值也不一樣。我國在2007年也制定出了移動電話的限值。表1列出主要國家和組織的移動電話SAR限值。

表1 主要國家和組織移動電話SAR限值

2 影響SAR值的因素

移動電話輻射大小，主要取決于其天線、外觀設(shè)計(jì)等因素，也就是說和移動電話本身的設(shè)計(jì)緊密相關(guān)的，不同的設(shè)計(jì)會產(chǎn)生不同的輻射。除此之外影響移動電話SAR值的因素還有很多，圖2給出了移動電話SAR測試結(jié)果的主要影響因素。

從圖2可以看出，移動電話本身的設(shè)計(jì)、測試設(shè)備的特性以及設(shè)備布置等因素都會影響被測移動電話的場分布，最終影響SAR測量值。在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)移動電話的外部連線對SAR值有很大的影響，本文僅對外部連線中的充電器進(jìn)行研究。

3 外部連線等效天線模型

一般而言，移動電話都需要外部連接線。外部連接線包括數(shù)據(jù)線、耳機(jī)、充電器輸出線等。當(dāng)移動電話等效成共模騷擾源時，這些外部連接線就等效成共模源的發(fā)射天線。本來起屏蔽作用的機(jī)殼（金屬材質(zhì)），此時也變成了天線的一部分，一起參與輻射發(fā)射。其原理如圖3所示。

圖3 外接電纜和機(jī)殼等效成發(fā)射天線

等效天線是由共模騷擾源驅(qū)動的。該騷擾源在電路原理圖上并不存在，它是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中由于沒有充分考慮電磁兼容設(shè)計(jì)原則而產(chǎn)生的。另一方面，有用信號源可以通過電流驅(qū)動模式或電壓驅(qū)動模式產(chǎn)生共模騷擾源。

4 基于等效天線模型的對比試驗(yàn)

為驗(yàn)證外部連線等效天線模型理論，本研究選用某品牌的GSM移動電話，在DASY 5系統(tǒng)上通過對比試驗(yàn)加以驗(yàn)證。試驗(yàn)按照GB21288-2007《移動電話電磁輻射局部暴露限值》進(jìn)行，其標(biāo)準(zhǔn)限值為任意10g生物組織、任意連續(xù)6min平均SAR值不得超過2.0W/kg[3]。試驗(yàn)在移動電話不接充電器和連接充電器充電兩種情況下進(jìn)行。為了確認(rèn)充電器是否產(chǎn)生較高的電磁輻射，也對充電器連接負(fù)載的狀態(tài)下進(jìn)行測試。試驗(yàn)所得結(jié)果如表2所示。

表2 測試結(jié)果

從結(jié)果中可以看出，充電器本身對SAR值并不產(chǎn)生影響，SAR值僅為0.0015W/kg。而移動電話連接充電器（充電）的SAR值為13.1W/kg，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過2.0W/kg的限值要求。

5 應(yīng)對措施

本實(shí)驗(yàn)得出等效天線效應(yīng)對移動電話的SAR值會產(chǎn)生一定的影響。由于等效天線效應(yīng)是由共模騷擾源產(chǎn)生的，而共模騷擾源在移動電話中無法避免，為了減少等效天線效應(yīng)的影響，建議主要圍繞以下3點(diǎn)采取相應(yīng)的措施：（1）抑制電磁干擾源；（2）切斷電磁干擾耦合路徑；（3）降低電磁敏感裝置的敏感性。對于移動電話產(chǎn)品，應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段考慮等效天線效應(yīng)，盡量降低該效應(yīng)的影響。一般來說主要的抑制方法有3種：（1）在PCB板上增加地層，這樣可以讓板層間的信號層實(shí)現(xiàn)局部隔離，同時也可以減少不同區(qū)域間地電勢差。但是移動電話產(chǎn)品由于市場的競爭激烈，有的生產(chǎn)廠家為了降低成本，在實(shí)現(xiàn)功能的情況下，盡可能少地采用地層，導(dǎo)致PCB板上不同區(qū)域的地電勢差別比較明顯，形成較強(qiáng)的共模干擾。另外由于接地層的減少，電路在工作時，差模信號也會因?yàn)榫€路的走線不合理轉(zhuǎn)變成共模干擾。因此在設(shè)計(jì)時，盡量采用增加地層、線路等走線嚴(yán)格按照高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)原則，將共模騷擾降低到最低。（2）在PCB板上安裝射頻模塊區(qū)域，增加屏蔽罩，實(shí)現(xiàn)局部的屏蔽，從而切斷干擾路徑，減少共模干擾的形成。（3）采用尺寸比較短的線纜或屏蔽線纜，可以減低由于線纜較長而充當(dāng)了發(fā)射天線的情況，從而減少共模干擾的形成。

6 結(jié)束語

移動電話是否連接充電器對移動電話的SAR值產(chǎn)生較大影響。雖然目前在符合性評定過程中SAR測試僅在不連接充電器即電池供電的配置下進(jìn)行，但建議移動電話制造商在移動電話設(shè)計(jì)階段應(yīng)該考慮到充電器的影響，以彌補(bǔ)測試標(biāo)準(zhǔn)的缺失；另一方面，考慮到在移動電話充電時，移動電話的輻射會增加，使用者應(yīng)盡量避免在充電時進(jìn)行通話，以減少移動電話輻射對人體的影響。

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