终端辐射功率直观显示实现方法

姚红超，宁 梦

（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

0 引言

目前，智能手机已进入到产业发展的成熟期，随着手机产业的大洗牌，国产手机逐渐以其强势反扑，进入到手机产业的第一梯队。并随着无线通信科技的进步，通信技术从2G到3G，再到4G，以及目前逐渐成熟的5G通信技术，为社会的现代化发展提供更有利的保障，未来无线通信技术正在向集成度更高、携带数据量更大的方向发展。

近年来，随着无线电技术的发展和人民生活质量的提高，手机等智能终端设备的安全性问题逐渐被人们关注，在享受无线通信及智能产品给人们带来极大方便的同时，无线电设备带来电磁辐射等安全性问题，尤其是手机信号的功率辐射问题被越来越多的人作为采购一款手机的必要指标。电磁辐射达到一定程度是对人体有危害的，为了能够直观地展示给用户无线电设备终端传输功率，并将结果与国家标准相对照，本文拟设计一套用于智能手机功率检测、数据传输、界面呈现及一站式实现手机辐射功率实时性能的展示平台。

相比于手机射频指标说明书，本平台能够直观地将测量结果以及不可见的射频功率通过软件界面展示给用户，还可以将复杂难懂的无线电通过动画的方式呈现给用户，便于销售人员对终端产品讲解，加深客户对终端辐射的认知，适合用于展厅等。

1 系统设计

手机通过电磁波进行信息传递时产生了电波，关于手机辐射人体有没有害的马拉松式争论从来没有停止过。部分人认为手机辐射对人体健康的危害是客观存在的严重问题，它不会因为手机产业的刻意隐瞒与回避就可以消失。也有人提出手机辐射对人体健康无害论，《破解手机辐射危害健康的流言》分析了手机辐射问题，《基站与健康》分析了基站辐射问题，还特别解释了“若想减轻辐射，应把基站请进小区”的道理。从对人体健康潜在影响的角度来看，国际上对电磁辐射的测量标准有两种，分别是功率密度标准和比吸收率标准，前者属电磁学领域，后者仍与电学相关，但已扩展到生物学领域了。

本文所提及的手机辐射功率测试属于定性测试，不同于专业实验室的定量测试结果，平台的目的是为用户对手机辐射能够产生比较直观的了解，能够对无线通信有更深入的更直观的感受，从而能够理解手机辐射的安全性等问题。

1.1 硬件设计

终端辐射功率直观显示设备主要由功率采集模块、控制模块和显示模块组成：功率采集模块通过天线耦合板实现终端辐射功率耦合进而实现射频功率采集功能；控制单元实现数据传输处理功能；显示单元实现图形显示功能。硬件设计从三个模块分别介绍。图1为终端辐射功率直观显示原理框图。

图1 终端辐射功率直观显示原理框图

1.1.1 功率采集模块

功率采集模块实现射频信号采集并传输数据，其信号传输流程由射频信号经射频采集电路转换为电压信号，电压信号经A/D转换电路最终转化为可记录的数字信号。功率采集模块由天线耦合单元、功率采集单元及稳压单元组成。

（1）天线耦合单元负责射频信号接收。天线耦合板是辐射测试中常用的器件，用于耦合连接测试仪器与被测无线通信设备，进而测试被测无线通信设备的天线性能等。由于手机制式较多，不同制式下手机应用频率不同，我们选择频率范围700 MHz–6000 MHz，可以包含目前所有制式的手机通信频段。

（2）功率采集单元基于AD8318芯片实现，主要对瞬时功率检测。图2为AD8318芯片功能框图，图3为AD8318芯片功能测试曲线。

图2 AD8318芯片功能框图

图3 为AD8318芯片功能测试曲线

（3）稳压单元基准电压的选用ADR421。ADR421

为超精密、第二代外加离子注入场效应管（XFET）基准电压源，具有低噪声、高精度和出色的长期稳定特性，为A/D采集基准电压提供精度保障，减少测量误差，保障采集数据的真实可靠性。

1.1.2 控制模块

控制模块主要是对采集到的数据进行处理、传输。控制模块通过SPI总线接收采集到的数据，而SPI是一种高速的、全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议。表1为功率采集模块测试数据。将接收到的数据通过USB2.0总线传输到上位机。为保证控制单元数据传输的稳定性，对控制模块电路进行铺地设计，减少信号干扰、保障数据的真实可靠性。PC对接收的数据进行处理、传输，通过LCD显示屏直观展示给用户。

表1 功率采集模块测试数据

1.1.3 显示模块

显示模块主要实现数据图形的形象展现功能。考虑到终端辐射性能展示主要应用在展厅等厂景，设备结构设计主要考虑便于移动、安装，屏幕采用19寸显示屏，可以满足图画展示效果，整体尺寸考虑到用户身高等因素和良好的测试体验。图4为终端测试直观显示结构设计图。

图4 终端测试直观显示结构设计图

1.2 软件设计

程序采用C#语言设计，将USB接口接收到的功率数据进行存储，将数据分段，通过冒泡法将最大值筛出，进而得到所在数据段最大值。如果得到辐射功率值大于高门限，则定义为重读；辐射功率值低于高门限但是大于中门限，定义为中度；辐射功率值小于中门限但是大于低门限，定义为轻度；发射功率值小于低门限，定义为低。通过数据与所在功率范围区间比对实现数据分段，将功率分为重度、中度、轻度、低四段。图5为软件流程图。通过动态表盘设计使整体展示活灵活现，实际功率值和动态表盘相统一，进而直观呈现给设备终端使用客户，使客户可以对抽象的概念有一个清晰的认识。

图5 软件流程图

2 终端辐射功率直观显示测试应用

因为手机本身设计的原因，在基站覆盖信号较弱时，为保证通信正常，手机会加大自身天线的功率，辐射也随之增加，耗电量也随之增大。这就是为什么我们坐高铁或在室内信号差时，手机电量掉得很快的原因。表2为基站发射功率与手机发射功率的强度对比。

表2 基站发射功率与手机发射功率的强度对比

测试流程如下：选择相应供应商客服号码，例如移动拨打10086，联通拨打10010，电信拨打10000，将手机放在终端辐射直观显示设备桌面，测试结果如图6所示。

图6 终端辐射直观显示设备测试结果图

综上所述，市场上合格手机均能够保证辐射功率在国家要求范围内，不会对人体产生可见伤害，但是还是建议大家持谨慎态度对待，注意手机的使用方法，不应近距离接触时间过长，保护身体健康。同时随着无线通信及5G技术的发展，智能手机的安全性也会更上一层台阶。

3 结束语

手机安全性问题随着国家标准的不断更新，智能手机产业的不断更新换代，越来越多的人能够搞清楚辐射背后的真相，消除对手机辐射问题的偏见。另一方面，有关机构应尽可能地将深奥无线问题通过简单易懂的方式向社会科普，让更多的人能够了解通信行业。