一部手机的检测历程
——UL.IoT.SSL高科技实验室见闻
□ 本刊记者 张鹏/文 李滨／摄
目前，智能设备正越来越多地出现在我们的生活中，小到智能手环、智能眼镜，大到机器人、无人机，说智能时代日益逼近毫不过分。但是，越是智能的东西，安全的涵盖面就越广泛。我们的网上交易是否安全、我们的快速充电器是否有爆炸危险、我们的车载娱乐系统能不能和手机匹配……这一切，都需要经过严格检测，消除所有安全隐患后，我们才能放心使用。
3月23日，记者来到U L.IoT.SSL高科技实验室，体验高科技产品的检测过程，了解物联网科技。一进大厅，黑色大理石地面上巨大的红色“ U L”标志与天花板上同样大小的白色“ U L”标志交相辉映；走廊的墙上，一幅幅圆形的图片，生动地讲述着U L的发展历程。简约、时尚的设计气息扑面而来。
UL电子科技产业部首席工程师江志翔和UL大中华区业务协理黄武宗向记者介绍了实验室的业务概况及发展愿景。在实验室众多可检测的产品中，记者选择了一个我们每个人几乎每天都离不开的物品——手机，看一部手机在这个高科技实验室里，究竟要经过哪些检测关口。
SAR值，告诉你辐射是否超标
室内显眼处是一个特殊的台面。台面上，是凹陷人体模型，台面下，是凸起的人体模型。靠墙的柜子上，排成排的塑料桶里，装着叫不上名字的液体。这里，就是SAR实验室，即测量
手机等各种移动终端设备辐射是否超标的实验室。
根据记者前期所做的功课，SAR是Specific Absorption Rate的缩写，中文通常称为电磁波吸收比值或比吸收率。在外力磁场的作用下，人体内会产生感应电磁场。由于人体各种器官均为有耗介质，体内电磁场将会产生电流，吸收和耗散电磁能量。 SAR表征的就是这一物理过程。 SAR的意义即手机等无线产品的电磁波能量吸收比值，即单位质量的人体组织所吸收或消耗的电磁功率，单位为W/kg。
通俗地说，当人们使用手机时，手机会向发射基站传送无线电波，而任何一种无线电波或多或少地会被人体吸收，SAR值就是对手机辐射进行量化和测量。由于手机等无线电设备在世界范围内的广泛普及，越来越多的
国家要求将SAR值降。到一个合适的水平。“这套测量系统由人体模型、测量仪器、探头以及机械臂组成。”UL测试工程师一边将手机固定在机械臂上，一边向记者介绍，“做测试前，要先进行系统验证。首先要根据手机的频段，选择合适的液体，虽然液体的电磁性与人体组织的电磁性是一致的，但不同的手机频段使用的液体也不同。我们根据这部要检测的手机频段选了相匹配的液体。”他将液体倒入人体模型并介绍：“首先我们会设定一个
24dBm（ 250mW）的信号，输入到偶极子天线（ dipole），然后去测量这个信号按dipole后产生的SAR值，测出的结果需要推算到1W，测出的结果与dipole校准报告里的基准值做比较，正负若在10%之间，那么系统就是正常的。此后，才可以进行SAR值的检测。”
测试工程师蹲下来，弯腰将支架放在台面下凸起的人体模型旁边，手机以倾斜15度的角度贴近模型左耳，然后启动开关，开始测试。“我们将控制手机保持在最大功率下连续发射信号，安装在液体里的探头可
以在里面自由移动，会采集手机发射出的电场，并上传到服务器。我们就可以在电脑上看到一个由服务器通过某公式计算出的SAR值 。”UL测试工程师介绍得很专业，但在记者的想象里，这些液体就如人的血肉，放在人形的模型里，接收手机辐射的电流。只不过，这些电流被复杂的换算方法变成了数据而已。
据介绍，对于手机等移动通信设备来说，SAR值是一个重要的指标，它代表辐射对人体的影响，也是衡量手机近距离（20cm）辐射量的指标。同一部手机，靠近人体头部、躯干、四肢等不同部位去测量，得到的SAR值各不相同。SAR值越低，辐射被吸收的量越少。目前，关于SAR的标准，欧洲和美国是不同的。欧洲标准中，SAR限值为2.0w/kg(对10g组织液平均)，美国标准中为1.6w/kg(对1g组织液平均，约相当于欧标中的1.0w/kg)。
OTA测试，判断信号好不好
随着一扇厚重大门的开启，OTA实验室展现在眼前。“哇，这是一个深蓝色的、四周墙上安装了细长齿状物的密室。”据介绍，这些齿状物叫做吸波棉，可以吸收室内一切信号甚至声音。而这个不算太大的房间，拥有全金属外墙，是一个屏蔽外部电磁信号的微波暗室。
“OTA即Over The Air的缩写，翻译成汉语为‘空中下载技术’，主要检测无线通讯设备的各种信号。如果手机信号不好，就会产生语音通话质量不好、容易掉线等多种状况，这也是消费者投诉比较多的问题。要检测手机信号好不好，首先要将手机固定在这个人体模型上，模拟出人打电话的真实场景。”UL测试工程师一边介绍情况，一边拿出了一个“小黄人”——黄颜色的人体头部模型。用夹子将手机固定在“小黄人”的耳边，测试工程师便离开这个神秘的齿状房间，厚重的大门重新合上。工程师回到隔壁电脑前，用鼠标操控着测试并告诉记者： “ 在这个微波暗室中，必须测试手机在三维空间各个方向的发射功率和接收灵敏度，才能直接反映手机整机的辐射性能。”我们在电脑屏幕上清晰地看到，小黄人耳边的手机以一定的速度旋转着。
据介绍，测量手机信号有两个性能参数，一个是总辐射功率（ Total Radiated Power，简称TRP），另一个是总接收灵敏度（ Total Isotropic Sensitivity简称TIS），前者反映手机整机的发射功率情况，后者反映了手机整机的接收灵敏度情况。
“这个，是接收天线。 ” 指着屏幕上屋子角落的小喇叭，测试工程师力求介绍得通俗易懂：“测总辐射功率，是在手机发射信号后，天线将接收到的信号传到信号功率测试仪器上，再传到电脑上显示出来。测总接收灵敏度，就是这个过程的反向进行。”
“检测出一部手机信号好不好需要多长时间？”看着电脑屏幕上那一条条波纹，记者心中的神秘感消散不少。“那要看手机使用频段的多少。一个手机可能会在不同的国家和地区使用，而不同国家和地区频段是不一样的，检测的频段越多，所用时间就越多。加上左右手分别持机、左右耳分别接听，手机靠近身体的各个部位，信号都是不一样的，比如手机靠近人脑时，由于人脑靠近天线，会降低手机的发射和接收性能，手机的信号会变弱一些。总之各种可能发生的情况，都要模拟实景检测，加上各国的标准不同，要出具不同的检测报告。这样，检测一部手机可能需要一个月或者更长的时间。当然，假如就测一个使用频段，一天就够了。”测试工程师解释道。
据了解，美国无线通信和互联网协会(CTIA)制定了OTA的相关标准。根据目前的趋势来看，OTA测试不仅越来越成为手机终端厂商看重的测试数据，手机信号的好坏也直接影响了消费者的使用体验，所以越来越受到人们的重视。
全电波暗室，检出电波噪音有多大
这是一个天花板和四面墙体都安装了白色专业吸波尖劈材料的房间。暗室一侧的正中是个长方形的台子，台子上面安装着可固定样品的旋转支架。距离台子约3米远处，是两个用于场强测量的天线。据介绍，这个外径尺寸为10米×5米×5米的房间为全电波暗室，白色的专业吸波尖劈是由铁氧体结合电波吸收体制成的混合型吸波材料，这种材料可以阻挡外面电磁波的进入，衰减里面电磁波的反射。关上门，便是一个无任何磁波干扰的“真空环境”。
“由于电子产品辐射出的电磁波噪音越来越多地影响到其他电子产品，电磁波噪音问题日趋严重，IEC、CISPR等国际标准化组织作出规定，电子产品所辐射的干扰电磁波不能超出其相关规定值。这个密闭的全电波暗室，要检测的就是无线产品，如手机、WIFI、蓝牙在工作主频传输有用信号时带出的杂波、谐波是否在标准之内。这种杂波、谐波也叫辐射杂散。”说话间，UL测试工程师已经利落地把一部黑色手机固定在旋转支架上。
据了解，辐射杂散测试是衡量无线移动终端射频性能的重要指标。这是因为手机是一种大功率发射的便携设备，正常工作的手机而言，除有用信号以外的杂散骚扰信号越少，手机对外界可能造成的干扰就越少。人们接打电话的时候，如果信号中杂波、谐波比较大，就会影响通话质量，有时候耳机里会传出“吱吱”的声响 。
随后，测试工程师来到旁边的房间。其实，这个房间才是控制室，里面摆放的频谱分析仪是测试的主要设备。据介绍，测量的准确性很大程度上依赖于仪表设置的精度，为了能在测量过程中有效地抓住所有的信号，在开始测试前设置频谱分析仪时，需要对扫描时间、扫频宽度、测量带宽、手机的旋转速率和角度进行缜密的综合考虑。更主要的是，频谱分析仪里装有高通滤波器，这是一种用来消除干扰杂讯的器件，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。通过滤波器，可以把手机有用的主频滤掉，留下杂波、谐波，滤波器前面还装有放大器，又会把杂波、谐波放大，便于计算、比较。在电脑屏幕上，可以清晰地看到屏蔽室里的一切。在工程师的控制下，转台上的手机开始360度旋转。紧接着，接收干扰电磁波的两个天线也在移动，先是上下升降，接着由垂直变为水平。据介绍，手机360度旋转，和天线的上下扫描及改变天线的水平和垂直极化，就能获得手机可能辐射的最大电磁强度，从而计算出干扰电磁波的最大值。
“完整的杂散测试要覆盖手机的所有状态，比如滑盖、翻盖时，或者开机闲置、接听电话时，只有通过大量的实际测量，对所有模式都进行测试，才能确定手机在不同待机或使用状态下的最大杂散信号，从而确认手机发射的杂波、谐波是不是在标准规定的范围内。其实，这个测试项目要保证的是消费者愉悦的使用体验。”工程师最后解释道。
射频实验室，看射频是否在标准范围内
走进射频实验室的时候，UL测试工程师正在里面忙碌着。这个实验室看起来比较普通，没有前面几个实验室那么“炫”，屋子不大，靠墙摆放着无线射频通信综合测试系统。据介绍，这个实室主要检测蓝牙、WIFI、手机等无线设备的功率、带宽、射频参数、频谱、自适应性等项目。
对于记者感到茫然的“手机射频”到底是啥的问题，UL工程师作了详细解答：“手机电波要发射出去，必须频率高到一定程度才行，频率很低的信号是无法直接发射的，必须将其调制到高频上也就是射频上才能发射，就是射频的意思。当手机距离基站比较近时，较小功率的射频就可以保持我们正常通话，当手机距离基站比较远时，就需要手机发射的射频必须有足够的强度才可以维持良好的通讯水平。而这个射频功率的大和小是手机自动调节的。射频实验室就是针对此项指标进行测试。”在这里，要检测一部手机的射频，要用到的测试设备包括：综合测试仪、网络分析仪、频谱分析仪、信号发生、示波器、屏蔽箱、陷波滤波器、衰减器等。据介绍，民用设备比如普通消费者使用的手机，一般在正常条件下进行测试，如有特殊要求时，也可在极限进行测试。即便是正常测试条件下进行射频测试，也需要模拟出使用手机的各种环境条件。
“手机射频受环境温度、湿度、电压等因素的影响，这就需要我们尽可能地模拟手机多种使用状况。比如用恒温恒湿箱模拟出手机在不同温度、湿度下的状态，用信号发生器模拟不同的雷达波，用4根天线同时测试，这样等同于多通道发声，用频谱分析仪分析、计算出相关数据。”工程师指着电脑上的一连串的数据，尽量用通俗的语言解释实验过程。或许，普通消费者购买手机时不会过度关注射频的问题。但是，在目前，手机射频问题仍然是一个影响手机质量、开发进度和生产效率的重要因素。对于手机生产商而言，让手机的射频问题尽可能在研发阶段暴露出来并在量产前解决，是一件莫大的幸事。
判定一部手机是否合格还有其他诸多检测项目。但在几个实验室“探秘”过程中，虽然是走马观花，一知半解 ，记者也不得不感叹高科技的神奇。采访中，充斥在耳边的是音频、波段、辐射，连通性、互通性、兼容性等等“摸不到看不着”的东西。然而，这些无形的或是虚拟的东西，在这个实验室中，最终都成为物化的数据或图形呈现在记者面前。而这些数据或图形，就是判断一件产品质量优劣的“铁证”。
记者当日看到的仅仅是UL.IoT.SSL高科技实验室的一角。这里，不仅仅是物联网行业的检测中心，还是助力前沿企业创新产品的研发中心，也是现代物联网行业前沿标准的开发中心。期待这个高科技实验室捷报频传、凯歌高奏，为我们未来的美好智能生活保驾护航。
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