課題名稱  基于近場的手機天線測試與sar測試  

 

一、立論依據

課題來源、選題依據和背景情況、課題研究目的、工程應用價值

 隨著手機等移動通信終端設備的越來越普及，手機用戶對移動通信設備工作時產生的電磁輻射對人體健康的影響也越來越重視。通過多年的研究與實踐，人們發現手機通信對人體的最直接影響就是：會造成人體局部組織的溫度升高，國際上專門定義了一個物理名詞sar（中文翻譯為比吸收率）來表征手機輻射對人體健康的影響。目前，為了降低手機輻射對人體的影響，美國、歐盟、中國等許多國家都制定了相應的sar標準與測試方法。作為一家手機制造企業，為了讓自己的產品能順利進入上述國家的市場，減少手機輻射對人體造成的影響，提高自身產品的品質，自然需要在研發或生產階段進行sar測試與監控，保證公司生產的sar值符合國家、國際標準。但是，按照國際標準組織定義的sar測試方法與設備要求，sar測試時間太長（完整測試每臺手機的sar值需要近4個小時）、設備太貴（每套sar測試設備需要100百多萬美元），根本不適合應用于大批量生產手機的生產制造企業，特別是一直缺少資金的中國的廣大手機制造企業。因此，尋找一種既能快速完成測試，又較少的費用投入，適用于生產線大量生產的，無需非常精確的相對sar測試方法是廣大手機生產企業的一直以來渴求的。本課題將根據手機天線輻射原理，研究根據ieee標準規定測試出來的手機sar值、在天線3d暗室中測試出來的遠場的trp值以及手機在生產線天線測試臺中測試出來的近場的tx值，三者數據之間的關系與相關性，建立一個大概的數學模型，然后再根據這個數學模型，根據用儀器測試出來的手機近場tx值，大概的估算出手機的sar值；然后再用相應的統計學知識，保證用這種方法測試出來的sar值有一定的準確性與一致性。用此方法，手機制造企業無需大量的資金與設備投入，只需在現有的手機生產測試工序的天線測試工位中，加入sar測試項就能完成sar測試與監控，因此既方便省時間、又簡單省成本，是一種比較合理、符合當下國內手機制造企業實際情況的sar測試方法。但由于測試手機的sar值、trp值、tx值時，手機天線的工作狀態不一樣，天線工作時所處的環境也不一樣，從理論上講三者數據之間也沒有必然的聯系，更沒有一一對應的關系，因此用此種方法測試出來的sar值只是個大概的預估值，不是該臺手機的真正sar值。不過由于影響手機sar值的一些關鍵因素如天線型號、天線位置、手機結構件、手機屏幕、pcb形狀與尺寸等在手機研發階段就已經確定下來后，因此每款手機sar值在手機的研發階段，我們就可將其詳細的精確的測出，這樣就不會影響大批量生產時由于測sar導致影響生產效率。但由于每臺手機上的配件有一定的差異性，另外不同批次的配件之間也有差異性，有時這種差異性還很大，因此會造成同一型號的不同手機之間的sar值不太一樣。因此，在手機量產階段對手機天線的sar進行快速的、不是非常精確的測試與監控，防止某一批次的手機天線sar值突然出現大幅度的變化與超標，在手機生產線的測試工位中加入sar測試與監控非常有必要性。

 

二、文獻綜述

國內外研究現狀、發展動態

隨著移動通信產品在人們日常生活中越來越流行與普及，人們對移動通信終端工作時產生的輻射對人體的影響也越來越重視。目前，國際上有很多專家學者投入到此領域中，進行研究、分析。由于目前根據ctia組織定義的sar測試方法與標準，其自身的測試誤差較大，達到20%左右，因此其改進的余地有很多。另外，在移動通信終端產品在大批量生產階段，完成快速、準確的sar測試，國內外有很多專家、學者對快速sar測試進行研究與實驗，目前大體形成三種方法：

第一種方案:根據ctia組織定義的標準，簡化sar測試設備，將sar測試所有的模擬人體組織液放在一個小得密封的暗室，組織液上放一個移動終端天線。測試時，將移動通信終端放到天線上方。然后用傳動器測試人體組織液溫度的變化，從而計算出移動通信終端的sar值。用此方法雖然比ctia規定的標準，測試時間要短很多，但是在大批量生產時，相對投入設備較貴，測試時間也較長，不是非常經濟。

第二種方案:測量移動通信終端產品在自由空間的條件下與在正常通話位置的條件下，移動通信產品天線的trp值，假設兩種條件下測試出來的trp差值全部被人體所吸收，然后在根據這個差值，根據一定的數學公式與計算方法，演算處移動通信終端的大體sar值。根據學者的400臺手機的實驗驗證，用此方法計算出來的手機sar值與真實sar值之間大約有10-15%之間的誤差。用此方法快速估算手機sar值相對投入設備較少，有一定的可行性。

第三種方案是按照本論文所寫的sar快速計算方法。先在量產手機中，代表性的抽出10臺手機，先在生產線中測試出其近場天線的tx值，然后用ctia標準測試其sar值。然后，計算tx值與sar值之間的線性關系，假如其線性關系大于60%，就認為其tx值與sar值之間有較強相關性，然后再根據近場天線測試出來的sar值大體估算出其sar值。此方法雖然精度不是非常高，但是方法簡單，投入設備較少，測試時間也很短，但又能實現進行大批量的sar值變動趨勢的監控，因此很適合生產線大批量測試。

 

三、研究內容

1．主要研究內容及擬關鍵技術

1）手機的天線形狀對手機sar值的影響

2）手機近場天線的發射功率值與手機遠場的trp值，及手機的sar之間的相關性

3）手機的其他部件與結構件對手機天線sar值的影響。

4)  手機天線測試系統的開發與建立

2．擬采取的研究方法、技術路線、實施方案及可行性分析

本方案首先先用ads工具仿真研究影響手機天線sar值的關鍵因素與部件，然后根據手機的形狀與類型，選擇合適的手機天線類型與布局，盡量降低手機的sar值。定完手機初步天線類型與布局后，根據ctia的標準測試手機的sar值，以及選擇手機最大sar值的那個通信信道與通信位置；然后再在手機生產線中，選擇sar值最高的那個信道，進行手機天線近場tx測試。定好手機的最大sar值的通信信道后，在生產線天線測試工位上生產測試500臺手機，然后根據此500臺手機的tx值分布，根據高中低選擇10臺手機。由于tx值的測試要求較高，因此要求測試tx的天線測試臺的精度要求也較高，至少測試值在3個西格瑪以內。選擇處10臺手機后，送到實驗室，根據ctia標準測試其sar值，然后對比此十臺手機的sar值與在天線測試臺上測試出來的tx值之間的線性關系與相關性，計算出兩者之際的關系isar；然后再在此10臺手機中，選出一臺最接近isar值的一臺手機作為sar測試金機，最后根據此金機作為標準計算出該型號手機的最大sar值，所有超過此sar值的手機都作為sar fail的手機打下，從而實現對手機sar值的監控與測試。最后將估算出來的手機sar送到實驗室，根據ctia標準進行測試，計算出其真正sar值。比較估算出來的sar值與實際sar值之際的誤差，再用統計學的方法，確認此方法是否有效以及精確度。

3．預期目標

1）保證手機量產階段，手機天線sar值批量超標時，能發現并監控改進

2）保證在正常量產階段中的手機，有3%以上的sar值超標手機被發現

3）實現在手機進行天線測試時，完成手機天線的sar測試

 

四、研究基礎

1．所需工程技術、研究條件

1）需要3d暗室與手機天線測試儀器 一套

2)  需要手機sar測試系統  一套

3)  需要手機天線測試系統  一套

2．所需經費，包含經費來源、開支預算（工程設備、材料須填寫名稱、規格、數量）

1)  手機天線trp測試與3d暗室 一套   費用大約100萬人民幣

2）手機sar測試系統 一套  費用大約50萬美元

3） 手機近場天線測試系統一套 費用大約30萬人民幣

上述設備與系統，公司目前已有采購，無需另外在投入與購買。

 

基于近場的手機天線測試與sar測試

 

一  概述

隨著手機等移動通信終端設備的越來越普及，手機用戶對移動通信設備工作時產生的電磁輻射對人體健康的影響也越來越重視。通過多年的研究與實踐，人們發現手機通信對人體的最直接影響就是：會造成人體局部組織的溫度升高，國際上專門定義了一個物理名詞sar（中文翻譯為比吸收率）來表征手機輻射對人體健康的影響。目前，為了降低手機輻射對人體的影響，美國、歐盟、中國等許多國家都制定了相應的sar標準與測試方法。作為一家手機制造企業，為了讓自己的產品能順利進入上述國家的市場，減少手機輻射對人體造成的影響，提高自身產品的品質，自然需要在研發或生產階段進行sar測試與監控，保證公司生產的sar值符合國家、國際標準。但是，按照國際標準組織定義的sar測試方法與設備要求，sar測試時間太長（完整測試每臺手機的sar值需要近4個小時）、設備太貴（每套sar測試設備需要100百多萬美元），根本不適合應用于大批量生產手機的生產制造企業，特別是一直缺少資金的中國的廣大手機制造企業。因此，尋找一種既能快速完成測試，又較少的費用投入，適用于生產線大量生產的，無需非常精確的相對sar測試方法是廣大手機生產企業的一直以來渴求的。本課題將根據手機天線輻射原理，研究根據ieee標準規定測試出來的手機sar值、在天線3d暗室中測試出來的遠場的trp值以及手機在生產線天線測試臺中測試出來的近場的tx值，三者數據之間的關系與相關性，建立一個大概的數學模型，然后再根據這個數學模型，根據用儀器測試出來的手機近場tx值，大概的估算出手機的sar值；然后再用相應的統計學知識，保證用這種方法測試出來的sar值有一定的準確性與一致性。用此方法，手機制造企業無需大量的資金與設備投入，只需在現有的手機生產測試工序的天線測試工位中，加入sar測試項就能完成sar測試與監控，因此既方便省時間、又簡單省成本，是一種比較合理、符合當下國內手機制造企業實際情況的sar測試方法。但由于測試手機的sar值、trp值、tx值時，手機天線的工作狀態不一樣，天線工作時所處的環境也不一樣，從理論上講三者數據之間也沒有必然的聯系，更沒有一一對應的關系，因此用此種方法測試出來的sar值只是個大概的預估值，不是該臺手機的真正sar值。不過由于影響手機sar值的一些關鍵因素如天線型號、天線位置、手機結構件、手機屏幕、pcb形狀與尺寸等在手機研發階段就已經確定下來后，因此每款手機sar值在手機的研發階段，我們就可將其詳細的精確的測出，這樣就不會影響大批量生產時由于測sar導致影響生產效率。但由于每臺手機上的配件有一定的差異性，另外不同批次的配件之間也有差異性，有時這種差異性還很大，因此會造成同一型號的不同手機之間的sar值不太一樣。因此，在手機量產階段對手機天線的sar進行快速的、不是非常精確的測試與監控，防止某一批次的手機天線sar值突然出現大幅度的變化與超標，在手機生產線的測試工位中加入sar測試與監控非常有必要性。

隨著移動通信產品在人們日常生活中越來越流行與普及，人們對移動通信終端工作時產生的輻射對人體的影響也越來越重視。目前，國際上有很多專家學者投入到此領域中，進行研究、分析。由于目前根據ctia組織定義的sar測試方法與標準，其自身的測試誤差較大，達到20%左右，因此其改進的余地有很多。另外，在移動通信終端產品在大批量生產階段，完成快速、準確的sar測試，國內外有很多專家、學者對快速sar測試進行研究與實驗，目前大體形成三種方法：

第一種方案:根據ctia組織定義的標準，簡化sar測試設備，將sar測試所有的模擬人體組織液放在一個小得密封的暗室，組織液上放一個移動終端天線。測試時，將移動通信終端放到天線上方。然后用傳動器測試人體組織液溫度的變化，從而計算出移動通信終端的sar值。用此方法雖然比ctia規定的標準，測試時間要短很多，但是在大批量生產時，相對投入設備較貴，測試時間也較長，不是非常經濟。

第二種方案:測量移動通信終端產品在自由空間的條件下與在正常通話位置的條件下，移動通信產品天線的trp值，假設兩種條件下測試出來的trp差值全部被人體所吸收，然后在根據這個差值，根據一定的數學公式與計算方法，演算處移動通信終端的大體sar值。根據學者的400臺手機的實驗驗證，用此方法計算出來的手機sar值與真實sar值之間大約有10-15%之間的誤差。用此方法快速估算手機sar值相對投入設備較少，有一定的可行性。

第三種方案是按照本論文所寫的sar快速計算方法。先在量產手機中，代表性的抽出10臺手機，先在生產線中測試出其近場天線的tx值，然后用ctia標準測試其sar值。然后，計算tx值與sar值之間的線性關系，假如其線性關系大于60%，就認為其tx值與sar值之間有較強相關性，然后再根據近場天線測試出來的sar值大體估算出其sar值。此方法雖然精度不是非常高，但是方法簡單，投入設備較少，測試時間也很短，又能實現進行大批量的sar值變動趨勢的監控，因此很適合生產線大批量測試。

 

二  手機天線介紹與生產近場測試系統

   

1.1 手機的天線類型與性能指標

 

1.1.1 手機的天線類型

 

1.1.2 手機的天線性能指標

 

1.2 手機天線的無源測試與有源測試

 

1.2.1 手機天線的無源測試

 

1.2.2 手機天線的有源測試

 

1.3 手機天線生產線近場測試系統介紹

 

1.3.1 手機天線近場測試系統的儀器介紹

 

1.3.2 手機天線近場測試系統的總線介紹

           

1.3.3 手機天線測試測試系統的軟件開發

 

1.4 手機天線生產線近場測試項目與原理

 

1.4.1 移動通信協議與關鍵技術

 

1.4.2 根據通信協議設定的測試項目與指標

 

三  手機天線的sar測試與流程介紹

    

1.1  手機天線sar測試介紹與測試原理

 

1.2  手機天線sar測試方法與流程介紹

     

1.3  影響手機天線sar值的一些原因與控制方法

      

四  如何在手機生產線天線測試系統中加入sar測試

    

1.1  在天線測試工位加入sar測試項目的理論依據

 

1.2  在天線測試工位加入sar測試流程與監控方法

     

1.3  在sar測試結果與數據對比、總結

      

五  總結與結論

      

 

同濟大學工程碩士學位論文選題報告評分表

評審項目 權重 評 分 標 準 得分

(百分制)

一、選題依據

（a） 30% 80-100分 直接來源于生產實際或具有明確具體的工程背景，研究內容有較好的實際應用價值

60-80分 一定程度上來源于生產實際或具有一定的工程背景，研究內容有一定的實際應用價值

60分以下 脫離生產實際，無實際應用價值

二、理論基礎和專門知識

（b） 20% 80-100分 較好的掌握本專業的基礎理論和系統的專門知識

60-80分 基本掌握基礎理論和專門知識

60分以下 未能掌握基礎理論和專門知識

三、選題難度及先進性

（c） 30% 80-100分 研究課題具有較高的技術難度、先進性和工作量，充分體現出綜合運用科學理論、技術、方法和手段解決工程實際問題的能力

60-80分 研究課題具有一定的技術難度、先進性和工作量

60分以下 研究課題不符合本領域的發展方向，先進性不明顯，難度不大

四、文字表達

（d） 10% 80-100分 條理清晰，分析嚴謹，文筆流暢

60-80分 條理較好，層次分明，文筆較流暢

60分以下 寫作能力較差

五、口頭報告

（e） 10% 80-100分 思路清晰、邏輯性強、表述清楚

60-80分 基本概念清晰、層次分明、表述較清楚

60分以下 表述較差

總分 總分=0.3a+0.2b+0.3c+0.1d+0.1e

備注：評審專家只對五項指標每一項的最后一欄內打分（百分制），并計算總分。

評審小組組成：

組成 姓名 職稱 單位 簽字

導師

成員