5G毫米波終端電磁輻射的測量

在移動終端被廣泛使用的今天，公眾對移動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移動電話的使用會對人體健康造成任何不良后果，但為了避免潛在風(fēng)險，相關(guān)組織對電磁輻射的暴露限值做出了嚴(yán)格的規(guī)定。目前國際上大體采用兩種方案，一類是以國際非電離輻射防護(hù)委員會（ICNIRP）的時變電磁場導(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)。中國的無線通信終端設(shè)備電磁輻射局部暴露限值則屬于 ICNIRP 限值體系。

一、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，也就是通常所說的 5G 毫米波頻段。由于高頻時超過 90%的功率會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估毫米波頻段的電磁暴露強(qiáng)度的參數(shù)。

二、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 版中針對普通公眾且當(dāng)暴露大于 6 分鐘時功率密度限值的規(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 20W/m2；

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

局部暴露的導(dǎo)出限值

美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）對于電磁輻射的評估采用的標(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）以外還對限值做了調(diào)整。

在電磁輻射的暴露場景為非受控環(huán)境時局部暴露限值如下：

DRLs

頻率>6 - 300GHz：上皮功率密度在任意 4cm2 的平均值不得超過 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 40W/m2。

ERLs

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

作為中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會電磁環(huán)境與安全防護(hù)委員會電磁輻射與安全工作組的組長單位，泰爾終端實驗室已對 GB 21288《移動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。目前更新版已報批并計劃在今年正式發(fā)布。

2、測試標(biāo)準(zhǔn)

由于現(xiàn)行的移動終端的電磁輻射評估規(guī)程都是圍繞著 SAR 來制定的，其適用的頻率范圍為 6GHz 以下，所以目前的電磁輻射測試方案并不可用于毫米波頻段。同時，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)的電磁輻射評估方案將會耗費(fèi)巨量的測試時間。為了提高評估效率，國內(nèi)外都計劃在 5G 毫米波電磁輻射評估中增加數(shù)據(jù)仿真這一手段，即在測量功率密度之前先采用電磁輻射數(shù)值計算平臺對人體關(guān)鍵組織或部位的電磁輻射劑量進(jìn)行量化，從而達(dá)到減少實際測試量的目的。

目前 IEC TC106 的 JW11 和 JW12 兩個聯(lián)合工作組正在分別進(jìn)行“靠近頭部和身體使用的無線通信設(shè)備對人體的電磁照射功率密度的評估：測量流程（6GHz - 300 GHz）”和 “靠近頭部和身體使用的無線通信設(shè)備對人體的電磁照射功率密度的評估：仿真技術(shù)（6 GHz - 300 GHz）“兩個標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。泰爾終端實驗室也正在積極參與兩個工作組的相關(guān)工作，并計劃在國內(nèi)開展同類標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

三、實驗室目前對于 5G FR2 頻段的測試能力

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)值評估平臺，可用于移動終端及基站 MIMO 天線輻射安全性評估和空中性能優(yōu)化等；

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

測量

實驗室測量系統(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)合開展了研究項目，完成超過 350 小時的測試。

審核編輯 黃昊宇