詳解手機SAR與OTA測試技術及標準要求

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。 是手機或無線產(chǎn)品之電磁波能量吸收比值，其定義為：在外電磁場的作用下，人體內(nèi)將產(chǎn)生感應電磁場。由于人體各種器官均為有耗介質(zhì)，因此體內(nèi)電磁場將會產(chǎn)生電流，導致吸收和耗散電磁能量。生物劑量學中常用SAR來表征這一物理過程。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，美國標準（1.6mw/g，1g平均）.

1.2、SAR是怎么進行測試的？
人體模型、測量儀器、探針對及機械臂組成SAR測量系統(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)自由移動進行測試，最后通過某公式計算出SAR值。

手機OTA測試

1.OTA 測試介紹
2.1 手機的無源測試和有源測試
當前在手機射頻性能測試中越來越關注整機輻射性能的測試，這種輻射性能反映了手機的最終發(fā)射和接收性能。目前主要有兩種方法對手機的輻射性能進行考察：一種是從天線的輻射性能進行判定，是目前較為傳統(tǒng)的天線測試方法，稱為無源測試；另一種是在特定微波暗室內(nèi)，測試手機的輻射功率和接收靈敏度，稱為有源測試。OTA(Over The Air)測試就屬于有源測試。

無源測試側重從手機天線的增益、效率、方向圖等天線的輻射參數(shù)方面考察手機的輻射性能。無源測試雖然考慮了整機環(huán)境(比如天線周圍器件、開蓋和閉蓋)對天線性能的影響，但天線與整機配合之后最終的輻射發(fā)射功率和接收靈敏度如何，從無源測試數(shù)據(jù)無法直接得知，測試數(shù)據(jù)不是很直觀。

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

CTIA(Cellular Telecommunication and Internet Association)制定了OTA(Over The Air)的相關標準。OTA 測試著重進行整機輻射性能方面的測試，并逐漸成為手機廠商重視和認可的測試項目。

OTA測試全波暗室

2.2 OTA 測試的目的

目前只有通過FTA(Full Type Approval)認證測試的手機型號才能上市銷售，在FTA 測試中，射頻性能測試主要進行手機在電纜連接模式下的射頻性能測試；至于手機整機的輻射發(fā)射和接收性能，在FTA 測試中沒有明確的規(guī)定,而OTA 測試正好彌補FTA 測試在這方面測試的不足。同時，終端生產(chǎn)廠家必須對所生產(chǎn)手機的輻射性能有清楚的了解，并通過各種措施提高手機輻射的發(fā)射和接收指標。如果手機輻射性能不好，將產(chǎn)生手機信號不好、語音通話質(zhì)量差、容易掉線等多方面的問題，這也是客戶投訴比較多的問題。

在手機通話時，由于人腦靠近手機天線，將降低手機的發(fā)射和接收性能，手機整機輻射的發(fā)射和接收性能都會降低。在手機研發(fā)過程中應定量測量人腦對手機的發(fā)射和接收性能的影響，進行優(yōu)化設計，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。

為考察手機的輻射性能，除考察手機天線的無源性能之外，整機的有源性能也是一個重要的考察方面。當前整機有源性能越來越受到終端廠商的重視，因此在手機輻射性能的考察中應將兩種輻射性能綜合起來考慮。目前終端天線廠商在研發(fā)中一般都要求天線供應商提供無源和有源測試報告。

3.OTA 測試及手機其他的主要參數(shù)

3.1 OTA 測試中的主要測試參數(shù)及相關計算在OTA 測試中，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)：通過對整個輻射球面的發(fā)射功率進行面積分并取平均得到。它反映手機整機的發(fā)射功率情況，跟手機在傳導情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能有關。

NHPRP(Near Horizon Partial Radiated Power)：反映在手機的H面附近天線的發(fā)射功率情況的參數(shù)。
TIS(Total Isotropic Sensitivity)：反映在整個輻射球面手機接收靈敏度指標的情況。它反映了手機整機的接收靈敏度情況，跟手機的傳導靈敏度和天線的輻射性能有關。

NHPIS(Near Horizon Partial Isotropic Sensitivity)：反映手機在H面附近天線的接收靈敏度情況的參數(shù)。
對于手持終端，OTA 測試中還將考察終端在有模擬人頭情況下的上述參數(shù)，比較在有無模擬人頭情況下相關參數(shù)的變化情況。

3.2 其他有關的天線參數(shù)

在考察天線性能的時候，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，天線在空間某點的輻射功率與理想無方向性點源天線在同一點的功率的比值，該增益單位為dBi，手機天線廠家提供的天線測試報告中的增益一般以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，某天線在空間某點產(chǎn)生的功率與理想無方向點源天線在同一點產(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的傳導發(fā)射功率大小有關。
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 測試中的TRP 和SAR 指標的制約關系

TRP 反映的是天線遠場的輻射性能，而SAR 反映是天線的近場輻射性能。對于OTA 中的TRP 指標，一般是希望其TRP 比較大，這樣從PA 出來進入天線的功率才被有效輻射，無線接口的連接性才比較好。在SAR 測試中，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SAR 測試標準。因此，TRP 指標與SAR 指標是一對相互矛盾的指標，在天線設計中如何保證兩個指標都達到相關的標準，滿足設計需要，在天線設計的之初就得考慮。

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，因此在使用之前就應該對此有所認識，即Monopole 和人腦的耦合效應較強。PIFA 天線綜合性能較好，由于其靠近人腦的一側被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)在天線的設計之初就考慮SAR 問題，主要在結構問題上進行設計，結合手機的結構選用合適形式的天線，保證天線性能的同時還滿足通過SAR 指標，比如采取將天線放置于PCB 的底部等措施。對于外置式的螺旋天線一般應注意天線與人腦之間的距離，保證滿足SAR 測試的需要。
(3)在設計后期發(fā)現(xiàn)SAR 測試超標，可通過調(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行。
(4)更改天線走線方式，調(diào)整方向圖等措施。
(5)在標準允許的情況下，降低PA 的輸出功率。
以上方法是在滿足SAR 和TRP 測試需要的情況下，取得兩者的折中。

5.總結

CTIA 的OTA 測試指標直接反映了手機的輻射性能，因此越來越受到測試機構和相關廠商的重視。在手機天線指標判定時，需要將無源和有源性能指標綜合考慮，對整機天線性能進行綜合評價。

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