終端輻射功率直觀顯示實現方法

姚紅超，寧 夢

（國家無線電監測中心檢測中心，北京 100041）

0 引言

目前，智能手機已進入到產業發展的成熟期，隨著手機產業的大洗牌，國產手機逐漸以其強勢反撲，進入到手機產業的第一梯隊。并隨著無線通信科技的進步，通信技術從2G到3G，再到4G，以及目前逐漸成熟的5G通信技術，為社會的現代化發展提供更有利的保障，未來無線通信技術正在向集成度更高、攜帶數據量更大的方向發展。

近年來，隨著無線電技術的發展和人民生活質量的提高，手機等智能終端設備的安全性問題逐漸被人們關注，在享受無線通信及智能產品給人們帶來極大方便的同時，無線電設備帶來電磁輻射等安全性問題，尤其是手機信號的功率輻射問題被越來越多的人作為采購一款手機的必要指標。電磁輻射達到一定程度是對人體有危害的，為了能夠直觀地展示給用戶無線電設備終端傳輸功率，并將結果與國家標準相對照，本文擬設計一套用于智能手機功率檢測、數據傳輸、界面呈現及一站式實現手機輻射功率實時性能的展示平臺。

相比于手機射頻指標說明書，本平臺能夠直觀地將測量結果以及不可見的射頻功率通過軟件界面展示給用戶，還可以將復雜難懂的無線電通過動畫的方式呈現給用戶，便于銷售人員對終端產品講解，加深客戶對終端輻射的認知，適合用于展廳等。

1 系統設計

手機通過電磁波進行信息傳遞時產生了電波，關于手機輻射人體有沒有害的馬拉松式爭論從來沒有停止過。部分人認為手機輻射對人體健康的危害是客觀存在的嚴重問題，它不會因為手機產業的刻意隱瞞與回避就可以消失。也有人提出手機輻射對人體健康無害論，《破解手機輻射危害健康的流言》分析了手機輻射問題，《基站與健康》分析了基站輻射問題，還特別解釋了“若想減輕輻射，應把基站請進小區”的道理。從對人體健康潛在影響的角度來看，國際上對電磁輻射的測量標準有兩種，分別是功率密度標準和比吸收率標準，前者屬電磁學領域，后者仍與電學相關，但已擴展到生物學領域了。

本文所提及的手機輻射功率測試屬于定性測試，不同于專業實驗室的定量測試結果，平臺的目的是為用戶對手機輻射能夠產生比較直觀的了解，能夠對無線通信有更深入的更直觀的感受，從而能夠理解手機輻射的安全性等問題。

1.1 硬件設計

終端輻射功率直觀顯示設備主要由功率采集模塊、控制模塊和顯示模塊組成：功率采集模塊通過天線耦合板實現終端輻射功率耦合進而實現射頻功率采集功能；控制單元實現數據傳輸處理功能；顯示單元實現圖形顯示功能。硬件設計從三個模塊分別介紹。圖1為終端輻射功率直觀顯示原理框圖。

圖1 終端輻射功率直觀顯示原理框圖

1.1.1 功率采集模塊

功率采集模塊實現射頻信號采集并傳輸數據，其信號傳輸流程由射頻信號經射頻采集電路轉換為電壓信號，電壓信號經A/D轉換電路最終轉化為可記錄的數字信號。功率采集模塊由天線耦合單元、功率采集單元及穩壓單元組成。

（1）天線耦合單元負責射頻信號接收。天線耦合板是輻射測試中常用的器件，用于耦合連接測試儀器與被測無線通信設備，進而測試被測無線通信設備的天線性能等。由于手機制式較多，不同制式下手機應用頻率不同，我們選擇頻率范圍700 MHz–6000 MHz，可以包含目前所有制式的手機通信頻段。

（2）功率采集單元基于AD8318芯片實現，主要對瞬時功率檢測。圖2為AD8318芯片功能框圖，圖3為AD8318芯片功能測試曲線。

圖2 AD8318芯片功能框圖

圖3 為AD8318芯片功能測試曲線

（3）穩壓單元基準電壓的選用ADR421。ADR421

為超精密、第二代外加離子注入場效應管（XFET）基準電壓源，具有低噪聲、高精度和出色的長期穩定特性，為A/D采集基準電壓提供精度保障，減少測量誤差，保障采集數據的真實可靠性。

1.1.2 控制模塊

控制模塊主要是對采集到的數據進行處理、傳輸。控制模塊通過SPI總線接收采集到的數據，而SPI是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節省空間提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，如今越來越多的芯片集成了這種通信協議。表1為功率采集模塊測試數據。將接收到的數據通過USB2.0總線傳輸到上位機。為保證控制單元數據傳輸的穩定性，對控制模塊電路進行鋪地設計，減少信號干擾、保障數據的真實可靠性。PC對接收的數據進行處理、傳輸，通過LCD顯示屏直觀展示給用戶。

表1 功率采集模塊測試數據

1.1.3 顯示模塊

顯示模塊主要實現數據圖形的形象展現功能。考慮到終端輻射性能展示主要應用在展廳等廠景，設備結構設計主要考慮便于移動、安裝，屏幕采用19寸顯示屏，可以滿足圖畫展示效果，整體尺寸考慮到用戶身高等因素和良好的測試體驗。圖4為終端測試直觀顯示結構設計圖。

圖4 終端測試直觀顯示結構設計圖

1.2 軟件設計

程序采用C#語言設計，將USB接口接收到的功率數據進行存儲，將數據分段，通過冒泡法將最大值篩出，進而得到所在數據段最大值。如果得到輻射功率值大于高門限，則定義為重讀；輻射功率值低于高門限但是大于中門限，定義為中度；輻射功率值小于中門限但是大于低門限，定義為輕度；發射功率值小于低門限，定義為低。通過數據與所在功率范圍區間比對實現數據分段，將功率分為重度、中度、輕度、低四段。圖5為軟件流程圖。通過動態表盤設計使整體展示活靈活現，實際功率值和動態表盤相統一，進而直觀呈現給設備終端使用客戶，使客戶可以對抽象的概念有一個清晰的認識。

圖5 軟件流程圖

2 終端輻射功率直觀顯示測試應用

因為手機本身設計的原因，在基站覆蓋信號較弱時，為保證通信正常，手機會加大自身天線的功率，輻射也隨之增加，耗電量也隨之增大。這就是為什么我們坐高鐵或在室內信號差時，手機電量掉得很快的原因。表2為基站發射功率與手機發射功率的強度對比。

表2 基站發射功率與手機發射功率的強度對比

測試流程如下：選擇相應供應商客服號碼，例如移動撥打10086，聯通撥打10010，電信撥打10000，將手機放在終端輻射直觀顯示設備桌面，測試結果如圖6所示。

圖6 終端輻射直觀顯示設備測試結果圖

綜上所述，市場上合格手機均能夠保證輻射功率在國家要求范圍內，不會對人體產生可見傷害，但是還是建議大家持謹慎態度對待，注意手機的使用方法，不應近距離接觸時間過長，保護身體健康。同時隨著無線通信及5G技術的發展，智能手機的安全性也會更上一層臺階。

3 結束語

手機安全性問題隨著國家標準的不斷更新，智能手機產業的不斷更新換代，越來越多的人能夠搞清楚輻射背后的真相，消除對手機輻射問題的偏見。另一方面，有關機構應盡可能地將深奧無線問題通過簡單易懂的方式向社會科普，讓更多的人能夠了解通信行業。