測(cè)量5G毫米波終端的電磁輻射

來(lái)源：RF技術(shù)社區(qū)

本文來(lái)自君鑒科技

在移動(dòng)終端被廣泛使用的今天，公眾對(duì)移動(dòng)終端引起的電磁輻射健康效應(yīng)一直有著極高的關(guān)注。雖然WHO明確表示迄今為止尚不能證實(shí)移動(dòng)電話的使用會(huì)對(duì)人體健康造成任何不良后果，但為了避免潛在風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)組織對(duì)電磁輻射的暴露限值做出了嚴(yán)格的規(guī)定。目前國(guó)際上大體采用兩種方案，一類是以國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）的時(shí)變電磁場(chǎng)導(dǎo)則作為電磁輻射安全防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，另一類則是采用ANSI/IEEE C95.1為標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)的無(wú)線通信終端設(shè)備電磁輻射局部暴露限值則屬于ICNIRP限值體系。

電磁輻射劑量指標(biāo)的變化

根據(jù) 3GPP 的協(xié)議， 5G 頻段被分為了兩個(gè)范圍：FR1 與 FR2。其中 FR1 為 450 -7125MHz, 被稱作 Sub-6GHz。目前絕大部分的 Sub-6GHz 終端和 2/3/4G 終端的工作頻率都在 6GHz 以下，在電磁輻射評(píng)估中所采用的物理量也是一致的，即比吸收率（SAR）。FR2 的范圍則是從 24250MHz 到 52600MHz，也就是通常所說(shuō)的 5G 毫米波頻段。由于高頻時(shí)超過(guò) 90%的功率會(huì)被皮膚的表皮層或者真皮層吸收，因此各標(biāo)準(zhǔn)中通常使用吸收功率密度作為評(píng)估毫米波頻段的電磁暴露強(qiáng)度的參數(shù)。

電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展

1、 限值

ICNIRP 導(dǎo)則根據(jù)不同的頻率范圍制定了不同的基本照射限值。最新修訂的 2020 版中針對(duì)普通公眾且當(dāng)暴露大于 6 分鐘時(shí)功率密度限值的規(guī)定如下:

局部暴露的基本限值

頻率＞6 - 300GHz：吸收功率密度（Sab）在任意 4cm2 正方形表面上的平均值不得超過(guò) 20W/m2；

頻率＞30GHz：需增加額外的約束條件，即在平均區(qū)域?yàn)?1cm2 時(shí)，Sab 同時(shí)還不應(yīng)超過(guò) 40 W/m2。

局部暴露的導(dǎo)出限值

美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）對(duì)于電磁輻射的評(píng)估采用的標(biāo)準(zhǔn)則是 IEEE C95.1。最新的 C95.1-2019 除了將舊版中基本限值的叫法改為了 dosimetric reference limit（DRL）、用 exposure reference level（ERL）替代了最大容許暴露（MPE）以外還對(duì)限值做了調(diào)整。

在電磁輻射的暴露場(chǎng)景為非受控環(huán)境時(shí)局部暴露限值如下：

DRLs

頻率>6 - 300GHz：上皮功率密度在任意 4cm2 的平均值不得超過(guò) 20 W/m2；

頻率>30 - 300GHz：如身體表面的暴露區(qū)域小于 1cm2，上皮功率密度在任意 1cm2 的平均值不得超過(guò) 40W/m2。

ERLs

但是目前 FCC 并沒(méi)有明確表示會(huì)采用 C95.1-2019，所以在毫米波移動(dòng)終端電磁輻射的符合性測(cè)試中功率密度的限值仍繼續(xù)使用 C95.1-1992 中的 10W/m2。

作為中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)電磁環(huán)境與安全防護(hù)委員會(huì)電磁輻射與安全工作組的組長(zhǎng)單位，泰爾終端實(shí)驗(yàn)室已對(duì) GB 21288《移動(dòng)電話電磁輻射暴露限值》進(jìn)行了一系列修訂，如增加了毫米波頻段的電磁輻射限值。目前更新版已報(bào)批并計(jì)劃在今年正式發(fā)布。

2、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

由于現(xiàn)行的移動(dòng)終端的電磁輻射評(píng)估規(guī)程都是圍繞著 SAR 來(lái)制定的，其適用的頻率范圍為 6GHz 以下，所以目前的電磁輻射測(cè)試方案并不可用于毫米波頻段。同時(shí)，受限于毫米波自身的輻射特性，毫米波終端通常采用大規(guī)模 MIMO 天線技術(shù)，這也表示使用傳統(tǒng)的電磁輻射評(píng)估方案將會(huì)耗費(fèi)巨量的測(cè)試時(shí)間。為了提高評(píng)估效率，國(guó)內(nèi)外都計(jì)劃在 5G 毫米波電磁輻射評(píng)估中增加數(shù)據(jù)仿真這一手段，即在測(cè)量功率密度之前先采用電磁輻射數(shù)值計(jì)算平臺(tái)對(duì)人體關(guān)鍵組織或部位的電磁輻射劑量進(jìn)行量化，從而達(dá)到減少實(shí)際測(cè)試量的目的。

目前 IEC TC106 的 JW11 和 JW12 兩個(gè)聯(lián)合工作組正在分別進(jìn)行“靠近頭部和身體使用的無(wú)線通信設(shè)備對(duì)人體的電磁照射功率密度的評(píng)估：測(cè)量流程（6GHz - 300 GHz）”和 “靠近頭部和身體使用的無(wú)線通信設(shè)備對(duì)人體的電磁照射功率密度的評(píng)估：仿真技術(shù)（6 GHz - 300 GHz）“兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。泰爾終端實(shí)驗(yàn)室也正在積極參與兩個(gè)工作組的相關(guān)工作，并計(jì)劃在國(guó)內(nèi)開(kāi)展同類標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

實(shí)驗(yàn)室目前對(duì)于 5G FR2 頻段的測(cè)試能力

仿真

已建成適用于毫米波終端和基站 MIMO 天線輻射性能的數(shù)值評(píng)估平臺(tái)，可用于移動(dòng)終端及基站 MIMO 天線輻射安全性評(píng)估和空中性能優(yōu)化等；

構(gòu)建了可融合多種通信場(chǎng)景的無(wú)線信道傳播模型仿真平臺(tái)，可用于車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信仿真、5G 基站布局優(yōu)化等。

測(cè)量

實(shí)驗(yàn)室測(cè)量系統(tǒng)適用于工作在 750 MHz - 110 GHz 的毫米波終端產(chǎn)品；

與各廠商聯(lián)合開(kāi)展了研究項(xiàng)目，完成超過(guò) 350 小時(shí)的測(cè)試。

審核編輯 黃昊宇