新穎創(chuàng)新的SAR（電磁波能量比吸收率）快速測量系統(tǒng)于近期進入了市場。SAR測量系統(tǒng)被用來確認無線設(shè)備，如移動電話使用者的電磁波輻射狀態(tài)。測量所得的SAR值則與國際標準或行業(yè)標準進行比較，使受測的無線設(shè)備可以被批準于一般公眾使用。

SAR測量新技術(shù)大大地減少了監(jiān)管機構(gòu)批準無線設(shè)備所需要進行的完整測試時間。這些技術(shù)正在推動IEC和其他組織更新其SAR測量標準。這些標準的改進正在持續(xù)的進行中，用以實現(xiàn)更快的進行系統(tǒng)量測，但同時更要確保結(jié)果的一致性及測量時較低的不確定度，以及具備足夠的可信性且對廣大用戶測得SAR值是保守估計的輻射值。這項工作將使無線設(shè)備制造商、測試實驗室、監(jiān)管機構(gòu)和公眾大大受益。

本文介紹快速SAR測量系統(tǒng)的優(yōu)勢和功能，并就SPEAG公司的兩個主要系統(tǒng)提出具體說明。本文也描述了相關(guān)標準和規(guī)范采用這些設(shè)備的情形，并介紹了可加強對于新快速SAR值測試系統(tǒng)的新驗證（系統(tǒng)確認）方法。

無線技術(shù)的快速進步

由于無線設(shè)備技術(shù)的快速發(fā)展，要求SAR測試及SAR監(jiān)管部門批準的申請數(shù)量在近幾年大幅增長?，F(xiàn)今的無線設(shè)備可能有2G、3G和4G通信系統(tǒng)的整合于數(shù)個頻帶同時運作的組合?？梢园ǘ?a target="_blank">天線與多重輸入/多重輸出(MIMO)或切換分集。它們可能還包括接近傳感器，以降低某些使用條件下的射頻輻射。法規(guī)將不斷增長的設(shè)備復(fù)雜性納入測試要求，并造成了取得SAR測試監(jiān)管機構(gòu)的批復(fù)可能需要數(shù)周的結(jié)果。

新的SAR測試系統(tǒng)使用了幾種不同的技術(shù)，以大幅降低評估SAR所需的時間。我們的目標不僅是要減少掃描時間，同時也減少測試工程師的操作時間。新系統(tǒng)采用了智能掃描方案和數(shù)組探針以最大程度地縮短掃描時間。新系統(tǒng)也具備兼容舊系統(tǒng)、加入寬頻組織液用以減少測試方案來縮短處理操作的時間。

快速SAR測量系統(tǒng)

瑞士SPEAG公司針對新的SAR的量測系統(tǒng)有兩款:DASY6和cSAR3D。SPEAG與ITIS基金會和其他領(lǐng)先的科研機構(gòu)共同提供其儀表和算法的科學(xué)依據(jù)。

DASY6

DASY6(圖1)是最新的SAR量測系統(tǒng)，它是建立在業(yè)界領(lǐng)先的DASY產(chǎn)品系列搭配許多優(yōu)化，與DASY5相比，SAR的量測時間明顯減少。DASY6完全符合IEC62209-1, IEC62209-2, IEEE 1528的標準及所有國際規(guī)范(包含了中國，澳洲，印度，歐洲與美國)。它運用小型化的3D電場探頭去掃描模型中的場型，使得DASY6可以廣泛適用于不同的模型?？紤]已知的測量不確定性，此系統(tǒng)在組織模型中的任何位置都非常的精準，使用者可以獨立的進行驗證。各種模型可供選擇，包含了標準的SAM TWIN Phantom(測試用于耳邊的裝置)，ELI Phantom(測試配戴于身體的裝置)，基地臺(評估大型基地臺天線)。最近，其他的模型已經(jīng)被引進以精確的評估新技術(shù)。這些都是根據(jù)SAM的頭模型或CTIA手部模型以及Face Down, Head Stand, 手腕及Torso模型?？椭苹哪Ｐ鸵部梢钥焖俚匕l(fā)展去滿足變化的需求。透過保持探棒在掃描中與模型表面垂直，來降低探棒的同向性錯誤。

圖1：DASY6設(shè)備

DASY6整合了新的快速測SAR量測功能，包含了智能化的掃描協(xié)議以及用于頻帶30MHz到6 GHz的速度最大化探棒移動。目前正在進行帶寬拓寬從5MHz到80GHz以上。在信心區(qū)間中智能化掃描協(xié)議減少了量測點來測定空間平均化的SAR峰值。傳統(tǒng)的體積掃描也可以應(yīng)用。DASY6避免了組織液的交換麻煩，因為它利用了一種新型寬帶組織仿真液，頻率范圍從600 MHz至6GHz。一個整合的專業(yè)系統(tǒng)符合基于現(xiàn)有通信系統(tǒng)和無線設(shè)備使用條件的最優(yōu)化評估測試方法。這符合國際標準適用的測試減少協(xié)議。基地臺仿真軟件可以控制在測試期間的撥號自動化。與前版的機器掃描手臂系統(tǒng)比較起來，新版設(shè)備為全球市場上復(fù)雜的無線產(chǎn)品驗證只需不到五分之一的時間。DASY系統(tǒng)是大家公認為最佳的SAR評估的標準并由全球的監(jiān)管機構(gòu)和政府單位使用。

cSAR3D

cSAR3D(圖2)最新的數(shù)組系統(tǒng)用于最新標準IEC62209-3，此標準目前正在發(fā)展當中。此系統(tǒng)運用向量數(shù)組用不到一秒的時間去獲取完全SAR的分布。電場的傳感器被放置在身體和頭部模型中的固定位置以進行非?？焖俚牧繙y。cSAR3D的傳感器數(shù)組通過設(shè)計對無線設(shè)備場的干擾達到最小化。這使得傳感器可以被放置在非?？拷Ｐ偷谋砻孢M行測試，以實現(xiàn)在有電感耦合和電容耦合情況下的高精度。高精度傳感器的分辨率減少抽樣誤差。最先進的3D場重建算法被用來測定模型上的SAR分布。

圖2: cSAR3D 設(shè)備

cSAR3D包含了四種人體模型。Flat模型有超過1000個的傳感器組成，適用于測試配戴于身體的裝置。頭部的模型(左頭與右頭)使用了特定的擬人形狀(SAM)，是經(jīng)由國際標準制定且適用于使用在頭部的裝置。Quad用于測量高分辨率的大型設(shè)備，例如平板和筆電。寬帶組織液密封于每個模型中，以實現(xiàn)從300MHz到6GHz的SAR測量。

圖3: cSAR3D 軟件接口

cSAR3D所使用的軟件接口是特別為無線裝置符合性測試所設(shè)計的。這讓使用者可以創(chuàng)造出多個測試環(huán)境，包含了調(diào)變、頻帶、頻道、模型和裝置位置。用戶接口允許所有測試環(huán)境可以在屏幕上顯示。使用者可以通過新增或移除測試（例如調(diào)制）或測試類別（例如設(shè)備位置）來動態(tài)調(diào)整測試方案。透過上面的相機紀錄測試期間的裝置影像和它的位置，SAR的峰值可以被精準的定位在裝置的對應(yīng)位置。

國際標準

國際標準機構(gòu)和國際監(jiān)管組織已經(jīng)接納了快速測SAR技術(shù)的使用。接受快速測SAR方法的詳細過程首次被引入IEEE1528在2013和IEC62209-1，預(yù)計在2016公布協(xié)調(diào)過程。IEC機構(gòu)已經(jīng)開始在發(fā)展法規(guī)62209-3的向量基礎(chǔ)的量測系統(tǒng)，新的發(fā)布預(yù)期會在2017年之。SAR的量測標準基礎(chǔ)建構(gòu)在四個原則下：

·? 為大多數(shù)用戶提供輻射值的保守評估
·? 實驗室內(nèi)優(yōu)越的可再現(xiàn)重復(fù)性
·? 驗證測試系統(tǒng)使用獨立能量來源的絕對精度
·? 測量不確定性的穩(wěn)定廣泛的量化

監(jiān)管機構(gòu)在追求進步的同時，亦采取措施確認新的快速測SAR技術(shù)與現(xiàn)有方式具備相同的準確性、可靠性和保守性。在IEC的指導(dǎo)下，不同法規(guī)單位、實驗室、無線裝置制造商及SAR量測系統(tǒng)制造商已展開了一個跨實驗室比較研究。

快速量測SAR的系統(tǒng)驗證

根據(jù)IEEE1528-2013、IEC62209-1 和IEC62209-2法規(guī)要求，單一探棒SAR測試系統(tǒng)例如DASY6是由單一能量來驗證的。這些系統(tǒng)的探棒必須要遵從法規(guī)上的描述并且藉由目前已知的場型分布來做校準。同時，探棒的移動允許在任何位置的測量以及精確性的自檢。

像cSAR3D一般的矩陣系統(tǒng)在進行校準時則需要投入更多資源。矩陣系統(tǒng)的探棒通常都是被密封在人體模型內(nèi)。目前的單一探棒校正無法用在這種設(shè)備，取而代之為轉(zhuǎn)換校正。探棒間的相互耦合、采樣空間的不足、反向散射及矩陣內(nèi)散射皆會增加量測的不確定性。由于部分不確定性因素是相互關(guān)聯(lián)的，因此不能獨立分開處理。然而IEC62209-3目前是要允許不同的裝置進行測試，為確保一致、準確、可靠的測試結(jié)果，更嚴格的驗證乃為當務(wù)之急。

本文作者建議在IEC62209-3規(guī)范下的驗證來源滿足峰值空間平均SAR，其中包括以下最低要求：

1.）在模型測量面積的峰值位置;

2.）具有單次/多次峰值分布;

3.）具有尖銳和廣泛的空間梯度分布;

4.）功率強度覆蓋系統(tǒng)的動態(tài)范圍;

5.）覆蓋系統(tǒng)頻率范圍內(nèi)的頻帶。

此外，我們亦提出驗證標準，其中95％的結(jié)果滿足測量系統(tǒng)和驗證源組合擴展的不確定度（兩個標準偏差），并且沒有任何測試結(jié)果大于99.7％的信心區(qū)間（三個標準偏差）。為確保與既有的SAR測量程序之一致性，整體不確定性標準必須相同：數(shù)組和基于向量的SAR測量系統(tǒng)的擴展不確定度若小于±30％，則適用于全SAR測試。

cSAR3D和DASY6用flat 的模型來做的校正結(jié)果比對如下圖四，使用了超過490種頻率組合來測量(從750到2450 MHz)，并且用了兩種不同能量源。和各式各樣的模塊(CW, WiFi, Bluetooth, LTE-FDD and LTE-TDD)，天線擺放位置、旋轉(zhuǎn)天線角度（0°，25°，45°，67.5°和90°）來和不同的量測距離來進行比對測試數(shù)據(jù)。在每個頻率下計算對比結(jié)果的平均誤差和標準偏差。

從下圖四的比對結(jié)果，呈現(xiàn)出相當驚人的高度吻合(包括高梯度磁場訊號)。藉由這個比對測試出來的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以為測試實驗室、無線產(chǎn)品通訊制造商和政府機構(gòu)單位建立對于快速測SAR系統(tǒng)信準確度的信心。

圖4：cSAR3D Flat (軟件版本v2.4)? 和DASY6 (上方圖為1g, 在下面為10g) 在超過490次以不同的天線在不同頻率、電源功率、頻帶、位置和定向的測試都顯示分布在95th區(qū)間的精確性. i.e.，所有數(shù)值都在±12% 內(nèi)，750MHz 頻段除外。

結(jié)論

快速測SAR系統(tǒng)已經(jīng)被研發(fā)用來滿足目前無線設(shè)備快速RF輻射值評估的要求。DASY6和cSAR3D的特征已經(jīng)在上文中進行描述。這兩種系統(tǒng)的產(chǎn)生主要是為了減少量測SAR的時間，優(yōu)化硬件結(jié)構(gòu)和自動化的測試。本文提出以嚴格評估數(shù)組系統(tǒng)準確性為目的的驗證協(xié)議和信息。藉由此確保新數(shù)組系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)具備同樣保守可靠的量測結(jié)果，可建立對于新數(shù)組系統(tǒng)的信心，并進而加速通過監(jiān)管機構(gòu)正式認證。
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