基于近场或甚近场电场阵列测量的快速SAR技术
基于近场或甚近场电场阵列测量的快速SAR技术
来源: 泰尔终端实验室 发布时间: 2017-07-06

     长久以来,SAR的测量使用的是机器手臂控制的电场探头在开放的组织模拟液中测量移动设备工作时的电场幅值[1,2]。这种方法的优点是结构和维护相对简单,采用的是纺织和电子等行业中大规模使用的六自由度工业机器人,因此易于编程,性价比较好。但随着移动终端技术的发展,这种测量设备也出现了一些弊端。首先,依赖机器手臂移动电场探头,进行的上百个网格点的电场测量十分耗时;其次,机器人手臂的测量方法对于目前多模、多频同时工作的终端需要逐一模式进行测量;再次,开放的组织模拟液易蒸发,需要经常验证和更换液体;最后,这种设备多用于单频连续波测量,对于特殊调制波形,需要逐一信号的进行校准工作。为此,世界上多个厂家都在研制快速测量设备替代原有以机器人手臂为主的SAR测量设备。

 
(图1:用于SAR测量的DASY 6系统)
 
    从现有技术上说,基于近场或甚近场的探头阵列测量法目前被使用得最为广泛。利用微型电场正交偶极子(可以是2-D或3-D的探头),在多个平面上形成测量节点的网格。利用射频切换开关,控制对各个节点测量的数据的读取。各个节点通过高阻线,数模转换等记录电场强度和相位数据,获得平面上的电场分布。利用测量得到的2-D切向电场值,通过惠更斯原理[3],就可以重建3-D空间电场分布[4]。同时也可通过对于场分布和幅度的近似,来估计3-D空间电场分布,在牺牲一定精度和效率的条件下,能够省去对幅度值的测量[5]。这些探头在经过防腐蚀处理后也可以封装于密闭的液体仓内。此类快速测量方法的难点在于,一是探头阵列的制造和集成,这涉及较高的公差水平和器件的防腐蚀性;二是探头阵列的逻辑控制和数据采集以及相位的可靠检出;三是电气部分的封装和材料防腐蚀等。这类设备从原理上说具有下列优点,一是通过记录相位能记录完整的信号频谱和包络;二是对于不同调制的信号,不需要逐模态的进行校准;三是能够测量多频同时发射形成的SAR。从理论上说,这些特点使得该类型设备能够以节约数十倍的时间更准确的测量SAR。
 
(图2:用于SAR快速测量的CSAR3D系统 )
 
    从国际标准化层面上说,这类设备尚未完全正式被FCC认可。但在欧盟已经认可使用该类型设备进行CE测试的报告。日本和加拿大也将在今年底或者明年初承认该设备进行的测试结果。FCC有望在明年以KDB形式对于使用该类型设备进行的测试加以规范。从上可看出,虽然快速SAR设备在被广泛认可过程中存在很多代表商业利益和政治性的因素,但是由于其具有的无可比拟的优势,其代替机器手臂测量SAR的趋势是明显和急迫的。
 
    对于测试实验室来说,采用该技术的优点是大幅度提高劳产率,也降低了对液体维护等的劳动强度。对制造商来说,使用该技术也意味着能更快的拿到测试结果,缩短产品面世周期。不利之处在于对于精细的电气组件的维护难度和对其设备可靠性的担忧。相比之下,机器人手臂已经被广泛使用于劳动密集型制造业,在SAR测量领域也具有数万机时的无故障记录。而快速SAR测量设备从第一台商用产品问世到现在也不过3年,只有上千机时的无故障记录,而且装机量也较少。因此设备的可靠性和耐用性仍需观察。
 
    近场或者甚近场阵列用于测量空气中的电场,在EMC的发射测量和研发中有广泛用途。目前已经出现了相关商用产品。这种测试理念在未来的电磁场测量中将占有重要地位。
 
 
 
参考文献
 
 
 
[1] IEEEStandards Coordinating Committee. Recommended Practice for Determining the PeakSpatial-Average Specific Absorption Rate (SAR) in the Human Head from WirelessCommunications Devices: Measurement Techniques. IEEE. IEEE Std 1528TM-2003,(2003).
 
[2] International Electro technical Commission. Human Exposure to Radio FrequencyFields From Hand-Held and Body-Mounted Wireless Communication Devices—Human Models, Instrumentation, and Procedures—Part 1: Procedure to Determine the Specific Ab-sorption Rate (SAR)for Hand-Held Devices Used in Close Proximity to the Ear (Frequency Range of300 MHz to 3 GHz).  IEC. IEC 62209-1,(2005).
 
[3] Taflove,A. and Hagness, S. C. Computational electrodynamics: the finite-differencetime-domain method 3rd  ed. Norwood, MA: Artech House( 2005).
 
[4] ART-MANSAR measurement system, online: http://www.art-fi.eu/art-man
 
[5] CSAR3D,online: http://www.speag.com/products/csar3d/csar3d-overview/
 

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