充电器对移动电话比吸收率影响的研究

杨彦彰，林 斌，刘 晖，吴飞云，王育亮

（深圳市计量质量检测研究院，广东 深圳 518055）

0 引 言

移动电话与基站之间保持联系是通过高频电磁波来进行，高频电磁波作用于物体后，一部分被反射，一部分被吸收，被吸收的辐射能量会使组织体内的分子和电介质产生振动，引起媒质的磨擦，把动能转化为热能，从而使组织体温度升高[1]，这种温度升高对人体产生的效应称为热效应[2]。除了热效应外，高频电磁波辐射对人体的影响还有非热效应[2]。非热效应是指当人体暴露在强度不大的辐射环境中，体温虽然没有明显增高，但往往会出现一些反应，这些反应主要表现在破坏脑组织细胞并引起血液内白细胞和红细胞变化。高频电磁波与生物组织的相互作用，是多种参数相互作用的复杂函数，人们对其的认知还在不断的研究和探索中，但是对于移动电话辐射的热效应，在科学界已经有一套比较完备的计量标准，就是比吸收率（specific absorption rate，SAR）值。

1 比吸收率

1.1 SAR定义

在外电场的作用下，人体内将产生感应电磁场。由于人体各种器官均为有耗介质，所以人体内的电磁场将会产生电流，同时吸收和耗散电磁波能量。

SAR的定义为单位时间单位质量的生物组织所吸收的电磁波能量，其定义式[3]为

式中：SAR——比吸收率，单位是W/kg；

dW——机体组织吸收的电磁波能量，单位是J；

dm——表示无穷小集体组织的质量，单位是kg。

经过换算，SAR值测量可转换成对机体组织模拟液中的电场测试来进行计算，表达式[4]为：

即给定物质密度（ρ）下的一体积单元（dV）中单位物质（dm）吸收（耗损）的单位电磁能量（dW）相对于时间的导数。

式中：E——细胞组织中的电场强度有效值，V/m；

σ——人体组织的电导率，S/m；

ρ——人体组织密度，kg/m3。

现有的SAR测量系统通常是根据式（2），利用测试的电场值、测试液体的电导率和密度来计算单位质量的SAR，最终选取单位质量体平均SAR的最大值，即最大空间平均SAR为整体的SAR。

1.2 SAR的测试

一般情况下，移动电话暴露的SAR测定利用计算机控制的机器人进行，机器人可对置于充满组织模拟液体的人体模型中的探头进行定位，并通过探头测量移动电话的辐射量，用计算机进行记录和分析，最终形成测试结果。SAR测试系统主要由机器人及数据记录器、机器人、探头寄读数装置、人体模型、设备夹具等组成，具体测试系统如图1[5]所示。

图1 典型SAR测试系统

1.3 SAR限值

目前世界上许多国家和地区以及国际组织都制定出移动电话的SAR限值，这些限值都是在对人体产生危害的辐射量基础上，考虑安全因素而制定出来。由于考虑的因素不完全一样，各个国家、地区和国际组织制定出的SAR限值也不一样。我国在2007年也制定出了移动电话的限值。表1列出主要国家和组织的移动电话SAR限值。

表1 主要国家和组织移动电话SAR限值

2 影响SAR值的因素

移动电话辐射大小，主要取决于其天线、外观设计等因素，也就是说和移动电话本身的设计紧密相关的，不同的设计会产生不同的辐射。除此之外影响移动电话SAR值的因素还有很多，图2给出了移动电话SAR测试结果的主要影响因素。

从图2可以看出，移动电话本身的设计、测试设备的特性以及设备布置等因素都会影响被测移动电话的场分布，最终影响SAR测量值。在实际工作中发现移动电话的外部连线对SAR值有很大的影响，本文仅对外部连线中的充电器进行研究。

3 外部连线等效天线模型

一般而言，移动电话都需要外部连接线。外部连接线包括数据线、耳机、充电器输出线等。当移动电话等效成共模骚扰源时，这些外部连接线就等效成共模源的发射天线。本来起屏蔽作用的机壳（金属材质），此时也变成了天线的一部分，一起参与辐射发射。其原理如图3所示。

图3 外接电缆和机壳等效成发射天线

等效天线是由共模骚扰源驱动的。该骚扰源在电路原理图上并不存在，它是在产品设计过程中由于没有充分考虑电磁兼容设计原则而产生的。另一方面，有用信号源可以通过电流驱动模式或电压驱动模式产生共模骚扰源。

4 基于等效天线模型的对比试验

为验证外部连线等效天线模型理论，本研究选用某品牌的GSM移动电话，在DASY 5系统上通过对比试验加以验证。试验按照GB21288-2007《移动电话电磁辐射局部暴露限值》进行，其标准限值为任意10g生物组织、任意连续6min平均SAR值不得超过2.0W/kg[3]。试验在移动电话不接充电器和连接充电器充电两种情况下进行。为了确认充电器是否产生较高的电磁辐射，也对充电器连接负载的状态下进行测试。试验所得结果如表2所示。

表2 测试结果

从结果中可以看出，充电器本身对SAR值并不产生影响，SAR值仅为0.0015W/kg。而移动电话连接充电器（充电）的SAR值为13.1W/kg，已远远超过2.0W/kg的限值要求。

5 应对措施

本实验得出等效天线效应对移动电话的SAR值会产生一定的影响。由于等效天线效应是由共模骚扰源产生的，而共模骚扰源在移动电话中无法避免，为了减少等效天线效应的影响，建议主要围绕以下3点采取相应的措施：（1）抑制电磁干扰源；（2）切断电磁干扰耦合路径；（3）降低电磁敏感装置的敏感性。对于移动电话产品，应该在设计阶段考虑等效天线效应，尽量降低该效应的影响。一般来说主要的抑制方法有3种：（1）在PCB板上增加地层，这样可以让板层间的信号层实现局部隔离，同时也可以减少不同区域间地电势差。但是移动电话产品由于市场的竞争激烈，有的生产厂家为了降低成本，在实现功能的情况下，尽可能少地采用地层，导致PCB板上不同区域的地电势差别比较明显，形成较强的共模干扰。另外由于接地层的减少，电路在工作时，差模信号也会因为线路的走线不合理转变成共模干扰。因此在设计时，尽量采用增加地层、线路等走线严格按照高速数字电路的设计原则，将共模骚扰降低到最低。（2）在PCB板上安装射频模块区域，增加屏蔽罩，实现局部的屏蔽，从而切断干扰路径，减少共模干扰的形成。（3）采用尺寸比较短的线缆或屏蔽线缆，可以减低由于线缆较长而充当了发射天线的情况，从而减少共模干扰的形成。

6 结束语

移动电话是否连接充电器对移动电话的SAR值产生较大影响。虽然目前在符合性评定过程中SAR测试仅在不连接充电器即电池供电的配置下进行，但建议移动电话制造商在移动电话设计阶段应该考虑到充电器的影响，以弥补测试标准的缺失；另一方面，考虑到在移动电话充电时，移动电话的辐射会增加，使用者应尽量避免在充电时进行通话，以减少移动电话辐射对人体的影响。

[1]李忻，李方伟.手机辐射问题研究[J].移动通信，2001（6）：21-24.

[2]高攸纲.谈高频场电磁污染[C]∥第二届电磁辐射与健康国际研讨会论文集.北京：中国生物医学工程学会，2000.

[3]GB 21288—2007移动电话电磁辐射局部暴露限值[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4]Chou C K，Ph D.手持移动电话射频计量方法 [C]∥99北京电磁辐射与健康国际研讨会论文集.北京：卫生部卫生法制与监督司，1999.

[5]IEEE Std 1528TM—2003，IEEE recommended practice for determining the peak spatial-average specific absorption rate（SAR）in the Human Head from wireless communicationsdevices：measurementtechniques [S].New York：The Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc，2003.

[6]IEC.IEC62209-1 First Edition 2005-02 Human exposure to radio frequency fieldsfrom hand-held and body-mounted wireless communication devices-human models，instrumentation,and procedures-Part 1：Procedure to determine the specific absorption rate（SAR）for hand-held devices used in close proximity to the ear（frequency range of 300 MHz to 3 GHz）[S].Geneva,Switzerland:IEC Central Office，2005.

[7]FCC.Supplement C（Edition 01-01）to OET Bulletin 65（Edition 97-01），Additional Information for Evaluating Compliance of Mobile and Portable Devices with FCC Limits for Human Exposure to Radiofrequency Emissions[S].Washington:Office of Engineering and Technology Federal Communications Commission，2001.

[8]ICNIRP.Guidelines for limiting exposure to time-varying electric，magnetic，and electromagnetic fields（up to 300GHz）[J].International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection （ICNIRP）， Health Physics，1998，74（4）：494-522.