手机天线研发流程及SAR测试介绍.ppt

1、 page 2 2021-5-13 张宪华张宪华 huizhou hwd 手机天线研发流程手机天线研发流程及及sar测试介绍测试介绍 page 3 2021-5-13 手机天线研发流程 page 4 2021-5-13 天线主要参数 q 辐射方向图 q 方向性 q 增益 q 效率 q 极化 q 阻抗 q 带宽 q vswr q return loss page 5 2021-5-13 手机常用内置天线装配方式 1）stamping+support 2）单个stamping page 6 2021-5-13 手机常用内置天线装配方式 3）单个fpc 4）support+fpc page 7 20

2、21-5-13 手机常用内置天线装配方式 6）support+fpc+弹片触角 page 8 2021-5-13 手机天线测试 q passive: 1,vswr 2,return loss 3,效率 q active: 1，ota（over the air） 2，sar（specific absorption rate） 3，hac (hearing aid compatibility) page 9 2021-5-13 天线辐射能力 q 天线辐射能力=总输 入功率-s11-s21 q 如果要让天线辐射能 力高，我们需要s11 越小越好，即匹配越 好，越接近50 ohm. q s21越小越好

3、，即金 属内部损耗小。 page 10 2021-5-13 page 11 2021-5-13 手机天线研发流程 q 可行性评估阶段（15-30天） q mockup阶段（30-40天） q proto阶段（30-40天） q pio阶段(14天左右) q lot0（7天） q lot1（7天） page 12 2021-5-13 手机天线研发流程 q 可行性评估阶段 1，id和med的配合 2，天线空间，环境的评估 3，无源测试报告的提供（2-3天） 1）vswr 2）return loss 3）效率 4，3d图纸的提供（2-3天） page 13 2021-5-13 手机天线研发流程 q

4、mockup阶段 1，调试样机的准备工作（1天） 2，快递调试样机到供应商（1-2天） 3，提供有源测试报告，包括ota，sar,hac（14-15天） 4，pk，确定供应商（2天） 4，支架软模（8-11天）+修模（3-4天） 5，供应商外发弹片样品（4-5天） 6，热熔装配（2-3天） 7，送样（2天） page 14 2021-5-13 手机天线研发流程 q proto阶段 1，调试样机的准备工作（1天） 2，快递调试样机到供应商（1-2天） 3，有源测试报告，包括ota，sar,hac（14-15天） 4，弹片硬模（8-12天）+修模（3-4天） 5，支架硬模（10-15天） 6，热熔

5、装配（2-3天） 7，送货（2天） page 15 2021-5-13 手机天线研发流程 q pio阶段 1，天线验证（1周） 2，弹片修模（4-5天） 3，天线验证（2-3天） page 16 2021-5-13 手机天线研发流程 q lot0阶段 天线验证(1周) page 17 2021-5-13 三家供应商的模具时间 page 18 2021-5-13 sar测试介绍 page 19 2021-5-13 什么是sar？ sar是英文specific absorption rate的缩写，是计量多少无线 电频率辐射能量被身体所实际 吸收的表示单位，称作特殊吸 收比率或者sar。 sar的

6、表示单位：瓦特每千克 （w/kg）或者毫瓦每克 （mw/g）。 sar的准确定义：给定密度（） 的体积微元（dv）内质量微元 （dm）所吸收（消散）的能量 微元（dw）对时间的微分值就 是sar： )()( dv dw dt d dm dw dt d sar page 20 2021-5-13 sar也可用下面任何一个式子得到： 2 e sar 0 | th dt dt csar 式中： sar比吸收率，单位是瓦特每千克； e组织内电场强度的rms值，单位是伏每米； 介质导电率，单位是西门子每米； 组织密度，单位是千克每立方米； ch组织的比热容，单位是焦尔每千克和开尔文； 0 | t dt

7、dt 组织内初始时刻温度对时间的微分，单位开尔文每秒。 page 21 2021-5-13 移动电话电磁辐射的危害性？ 在手机电磁辐射是否会给人体健康带来确定性危害方面，存在 着彼此矛盾的各种报告，尤其是由于可能存在非热效应，而这 些效应是否会对人体健康带来危险目前还不明确，因此还需要 进一步的和长时间的科学研究。 目前并没有令人信服的证据证明各种收发信机，尤其是移动电 话的电磁辐射会对人体健康造成影响，但是从人体安全的角度 出发，世界各个国家和地区都基于现有的研究成果纷纷制定电 磁辐射指令和标准 page 22 2021-5-13 sar限值（北美、韩国、台湾） 全身平均 局部特 定部位 手

8、、手腕、足、足踝 职业0.48.020.0 公众0.081.64.0 单位：w/kg； “局部”是以1 g人体组织的平均值； “手、手腕、足、足踝”是以10 g人体组织的平均值 “全身” 是以主要测量区域的平均值计算。 page 23 2021-5-13 sar的限值（欧洲、澳洲、日本） 全身平均 局部特 定部位 手、手腕、足、足踝 职业 0.410.020.0 公众 0.082.04.0 单位：w/kg； “局部”是以10 g人体组织的平均值； “手、手腕、足、足踝”是以10 g人体组织的平均值 “全身” 是以主要测量区域的平均值计算。 page 24 2021-5-13 国际sar限值标准

9、的提出依据 : 在美国，1985年fcc就已经实施了有关无线电对环境辐 射的安全指南，fcc关于人类暴露于rf电磁场的危害的指南 主要源于两个专业组织的建议书(辐射保护与测量委员 会)ncrp与（电气与电子工程师研究院）ieee 。 欧洲和其他地方的国家采用“国际非电离无线电保护委员 会” (icnirp)制定的辐射指南。 page 25 2021-5-13 基本限值（icnirp限值） 直接根据已确定的健康效应而制定的暴露在时变电场、磁场和电 磁场下的限值； 根据场的频率的不同，用来表示此类限值的物理量有电流密度 （j）、比吸收率（sar）和功率密度（s）； 只有被暴露者体外空气中的功率密度

10、可以迅速轻易地测量； page 26 2021-5-13 参考限值（icnirp限值） 参考限值是从相关的基本限值用测量和/或计算技术导出的，个别 是基于暴露在电磁场中的感觉和不利的间接影响提出来的； 导出的物理量是电场强度(e)、磁场强度(h)、磁通量密度(b)、功 率密度(s)和流过肢体的电流(il)。反映感觉和其他间接效应的物 理量是接触电流(ic)和用于脉冲场的“比吸收能”(sa)； 遵守参考限值可以保证遵守对应的基本限值。如果测量或计算值 超过参考限值，并不意味着基本限值一定被超过。但是，一旦超 过参考限值，则必须检验其与基本限值的符合性，并决定是否有 必要采取额外的保护措施。 pa

11、ge 27 2021-5-13 icnirp导则基本限值 暴露特性暴露特性 频率范围频率范围 头部和躯干电流密头部和躯干电流密 度（度（ma/m2） （rms） 全身平均全身平均 sar （w/kg） 局部暴露局部暴露sar （头部和躯干）（头部和躯干） （w/kg） 局部暴露局部暴露sar （肢体）（肢体） （w/kg） 职业暴露职业暴露 1 hz以内40 1 4 hz40/f 4 hz1 khz10 1100 khzf/100 100 khz10 mhzf/1000.4 10 20 10 mhz10 ghz0.4 10 20 公众暴露公众暴露 1 hz以内8 1 4 hz8/f 4 hz1

12、 khz2 1100 khzf/500 100 khz10 mhzf/5000.08 2 4 10 mhz10 ghz 0.08 2 4 page 28 2021-5-13 基本限值：比吸收率 q 比吸收率：specific absorption rate （sar） 定义为生物体单位时间(s)，单位质量(kg)所吸收的电磁能量， 其单位是w/kg。 q icnirp导则中基本限值的根据 4 w/kg(全身平均值)是热效应的基本限值，当sar达到4w/kg 时会对人体产生显著的不良效应； 在该基本限值的基础上，采用10倍的安全系数作为职业人群 接受照射的限值：0.4w/kg(全身平均) ； 在

13、该基本限值的基础上，采用50倍的安全系数作为普通人群 接受照射的限值：0.08w/kg (全身平均) 。 page 29 2021-5-13 基本限值：比吸收率 q 比吸收率：specific absorption rate （sar） 定义为生物体单位时间(s)，单位质量(kg)所吸收的电磁能量， 其单位是w/kg。 q icnirp导则中基本限值的根据 4 w/kg(全身平均值)是热效应的基本限值，当sar达到4w/kg 时会对人体产生显著的不良效应； 在该基本限值的基础上，采用10倍的安全系数作为职业人群 接受照射的限值：0.4w/kg(全身平均) ； 在该基本限值的基础上，采用50倍的

14、安全系数作为普通人群 接受照射的限值：0.08w/kg (全身平均) 。 page 30 2021-5-13 移动电话sar适用标准 q 标准（限值） 国际：icnirp导则，3g tr 34.925 美国：ansi c95.1，1.6 w/kg (1g) 欧洲：en 50360(2001)，etsi tr 134.925，2.0 w/kg (10g) q 标准（测量方法） 美国：ieee std 1528-2003 欧洲：en 50361(2001) 中国：yd-t 1644.1-2007 page 31 2021-5-13 对sar测量系统的总体要求 q 基本构成 人体模型（含人体组织模拟

15、 液） 被测物夹具 扫描定位系统 sar测量装置 page 32 2021-5-13 测试系统环境的要求 环境温度18-25，温度的变化不超过2； 避免射频噪声、elf噪声（照明系统、探头定位系统、实验室电源接 地等等）、静电效应（探头移动、人的走动等等）对sar测试值的影 响； 环境噪声（eut不发射信号时）小于0.4w/kg的3%，也就是12 mw/kg ； 如果测量在射频受控环境中进行，比如电波暗室，可以一年进行一次 射频检查。 避免环境反射对sar测试值的影响（例如线缆、地板、墙壁、被测物 定位器等），反射信号应小于eut的sar的3%； page 33 2021-5-13 人体模型

16、标准的模型形状是根据人体学研究中90成年男子头部的研究报告 而制定的，模型的耳朵模拟人使用手持设备时耳朵的扁平状态。 点m是嘴部参考点，le是左耳参考点（erp），re是右耳参考点 （erp）。这些必须标注在模型的外表面上便于根据模型进行无线 设备的重复定位。 page 34 2021-5-13 人体模型 模型的外壳材料应该对于组织模拟液配方中用到的化学成 分具有抵抗力。包括耳朵间隔在内的人体模型的外壳应该 由低介电常数、低损耗材料制成（ tan()0.05,5 ）。与 sam标准模型的cad文件相比，人体模型的形状制造公差 应小于0.2mm。除了耳朵及其延伸部分外，在手机投影 内的任何区域，

17、壳体的厚度为(20.2)mm。低损耗的耳朵 间隔器（与头部模型相同的材料）应该在erp和组织模拟 液边界之间提供6mm的间隔，且公差为0.2mm。在头部 正中间从前到后平面的1.0cm带状区，制作公差应该是 1.0mm。 page 35 2021-5-13 人体组织模拟液 频率（mhz） 相对介电常数 （r） 导电率（）s/m 30045.30.87 45043.50.87 83541.50.90 90041.50.97 145040.51.20 180040.01.40 190040.01.40 195040.01.40 200040.01.40 245039.21.80 300038.52

18、.40 盛放于人体模型内的组织 模拟液的电介质特性如右 表所示（头部液体）。在 频率范围内的其它未给出 的频点，特性参数可通过 内部插值得到。 page 36 2021-5-13 组织模拟液组成成分 纯度98 %的蔗糖（降低相对介电常数） 纯度99%的盐（nacl，增加电导率） 电阻不小于16 m欧姆的去离子水； 纤维素（hec）（增加粘滞度和保持蔗糖的溶解状态） 防腐剂（防止细菌和微生物的影响） 二亚甲基乙二醇丁基醚(dgbe) 、丙二醇、乙醇或乙二醇（降低相对 介电常数） page 37 2021-5-13 测量准备 q基本准备 在sar测量前24小时内必须对组织模拟液的电介质特性进行测

19、量。测量电介质特性时，组织模拟液的温度应与sar测量过程 中相同，且温度变化不能超过2。 （1）对于300mhz2ghz之间的频率，测得的导电率和介 电常数应在表1目标值的5以内。 （2）对于2ghz3ghz之间的频率，测得的导电率应在表1 目标值的5以内，对测得的相对介电常数的允许公差可 放宽至不超过表1目标值的10，但是必须采用可获得的 配方尽可能地接近表1目标值。介电常数与目标值的偏差对 sar的影响应包含在不确定度评定中。 对于水平布置的人体模型，装入其中的组织模拟液深度至少应 在erp之上15cm。测量前应仔细搅拌液体，并保证没有气泡。 应注意避免液体表面的反射，在300mhz3gh

20、z频率范围内这 是靠15cm的液体深度来实现的。液体的粘性不应妨碍探头的 移动。 page 38 2021-5-13 测量准备 系统检查 q在sar测量前必须对系统进行检查。系统检查的目的在于确保系 统工作时满足其规格要求。系统检查是一项可再现的测量，以保 证系统在进行符合性测量时可以正常工作。执行系统检查旨在用 于检查短期内可能存在的漂移和系统其它的不确定度，例如： 液体参数的变化； 组件故障； 组件漂移； 设置中的操作失误或软件参数的错误； 系统中的不利条件，例如射频干扰。 q系统检查是一项完整的1g或10g平均sar测量。将1g或10g平均 sar测量值归一化至标准场源的输入功率目标值，

21、并和相应测量 频率、标准场源以及特定的平坦模型下的1g或10g平均sar目标值 进行比较。确定各次系统检查的误差，必须在系统检查目标值的 10之内。进行系统检查时测量频率应该在被测设备中间频率 的10之内。 page 39 2021-5-13 测量准备 q待测无线设备的准备 应该使用被测无线设备自身内部的发射机。天线、电池和附件 都应是制造商指定的。测量前电池应充满电，测量过程中不应 有其它外部电缆连接。 使用内部测试程序或适当的测试设备（接着天线的基站模拟器） 来控制设备的输出功率和工作频率（频道）。对靠近耳边使用 的情况，无线设备应被设置在最高功率电平发射。电磁照射测 试应基于被测设备的功

22、能和照射特性来进行。例如：工作模式、 天线配置等。 对于最终商业版本的产品应在所有的正常工作配置（没有连接 任何电缆）下进行测试。在产品上连接线缆很有可能改变产品 上的金属和导电部分的射频电流分布。此外，如果使用原型样 机进行测试，那么必须证实其商业版本有完全相同的机械和电 特性。如果这一点得不到保证，就必须重新对未修改的商业版 产品进行抽样测试。 如果被测设备不能在最高的时间平均功率电平上工作，那么可 以在较低的功率上进行测试，然后把测试结果按比例换算到最 大输出功率对应的值，前提条件是被测设备的sar响应是线性 的。 page 40 2021-5-13 测量准备 q无线设备相对于模型的定位

23、 标准规定了手机在头部模型上的两种测试位置 “贴脸”和“倾 斜”。手机应在这两种位置下分别在sam模型的左侧和右侧进 行测试。如果手机结构特殊，按照标准描述的正常使用位置不 能实现，比如不对称的手机，应当将手机定位于代表手机正常 使用状态的位置，并在报告中对此进行详细记录。 page 41 2021-5-13 测量准备 典型直板手机 典型翻盖手机 page 42 2021-5-13 测量准备 “贴脸”位置 “倾斜”位置 page 43 2021-5-13 测量准备 q测量频率 被测设备应当在所有的发射频道都符合照射标准的要求。但是， 在每一频道下进行测试不切实际也没有必要。 对于手机的每一工作

24、模式，应当在最靠近中心发射频率的频道 进行测试。如果发射频段的带宽超过了其中心频率的1%，那 么在发射频段的低端频率和高端频率的频道也应当进行测试。 如果发射带宽超过了其中心频率的10%，应按照下述公式确定 测试频道的数目， 1/ )(*10*2 clowhighc fffroundupn page 44 2021-5-13 测量步骤 page 45 2021-5-13 测量步骤 1、从模型内表面起在其法线方向上10mm或更小范围之内测量局 部sar。测量点可以贴近耳朵； 2、在模型内（区域粗扫阶段）测量sar的分布。sar的分布是沿 着模型一侧的内表面进行扫描的，至少在比手机和天线的发射区

25、更大的区域内进行扫描。空间网格步长应该小于20mm。如果使用 表面扫描，那么探头偶极子的几何中心和模型内表面之间的距离 应该是8mm（1.0mm）或更小。在所有测试点上，建议（但不 是必须的）探头与表面法线的夹角小于30。如果夹角大于30 并且测量距离接近一个探头尖端直径，那么边界效应就会变得很 大且与极化有关，因此需要考虑这个附加的不确定度。 page 46 2021-5-13 测量步骤 3、从所扫描的sar的分布中，确定sar最大值的位置，同时也要 确定在sar最大值2db以内的区域粗扫的局部最大值。仅当主要峰 值在sar限值2db之内时（对于1g平均的1.6w/kg的限值是1w/kg，

26、对于10g平均的2.0w/kg的限值是1.26w/kg），才需要测量其它峰 值点。 4、在最小体积为30mm*30mm*30mm（局部细扫阶段）内以8mm 或更小的网格步长测量sar值。垂直方向上的网格步长应该是 5mm或更小。独立的网格应把中心定在3)步中所找到的每个局部 sar最大点。 5、在与1)步完全一样的位置再次测量局部sar。建议漂移不要超 过5。 page 47 2021-5-13 sar测量数据的后处理 q内插法 如果测量网格的分辨率达不到用于计算给定质量内的平均sar 值所需的要求，就要在测量点之间进行内插。 q外推法 用于测量sar的电场探头通常包括三个非常接近的、相互正交

27、 的偶极子，并且封装在保护套中。测量（校准）点位于离探头 尖端几毫米的地方，并且当需要明确sar测量点的位置时，我 们就要考虑这个偏移。 page 48 2021-5-13 sar测量数据的后处理 q平均体积的定义 平均体积应该在一个能构建1g或10g质量的立方体。 1000kg/m3的密度可表示头部组织的密度（不用模型中液体的 实际密度）。1g立方体的边长应该是10mm，10g的应该是 21.5mm。 如果立方体与模型相交，应使它朝向接触模型表面的三个至高 点，或表面中心正切的一个正面。应修正立方体最接近于模型 表面的一个面，使其与表面相吻合，并且所增加的体积要从立 方体的相对面减去。 q找寻最大值 为了寻找最大值，平均立方体应该在局部最大sar值附近靠近 模型内表面的局部细扫体积内移动。有最高的局部最大sar值 的立方体不应该在局部细扫体积的边缘/周边。如果发生这种情