JJF 1843-2020 射频电磁场暴露量比吸收率(SAR)测量仪校准规范

JJF

JJF

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF1843—2020

射频电磁场暴露量比吸收率(SAR)测量仪校准规范

CalibrationSpecificationofSARtestingsystems

2020-07-02发布

国家市场监督管理总局发布

JJF1843—2020

射频电磁场暴露量比吸收率

(SAR)测量仪校准规范

JJF1843—2020

CalibrationSpecificationof

SARtestingsystems

归口单位：

主要起草单位：

参加起草单位：

本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释

II

JJF1843—2020

本规范主要起草人：

参加起草人：

III

JJF1843-2020

目录

引言II

1范围1

2引用文件1

3术语和计量单位1

3.1比吸收率SPECIFICABSORPTIONRATE(SAR)1

3.2空气波导中的转换因子SENSITIVITYINAIR2

3.3介质波导中转换因子SENSITIVITYINMEDIA2

3.4线性度LINEARITY2

4概述2

5计量特性2

6校准条件3

6.1环境条件3

6.2测量标准及其他设备3

7校准项目和校准方法4

7.1校准项目4

7.2校准方法4

8校准结果表达9

9复校时间间隔9

附录A原始记录格式10

附录B校准证书内页格式12

附录C主要项目校准不确定度评定示例13

附录D液体波导中的转换因子和边界条件参数的计算17

附录E空气波导中转换因子的计算19

附录F组织液标准参数列表20

附录G偶极子天线标准尺寸21

JJF1843—2020

引言

本规范依据JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》和JJF1059.1-2012《测

量不确定度评定与表示》中的要求进行编写。

规范中引用了IEC62209-1(2011-02)手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体

的电磁辐射——人体模型、仪器和规程第1部分。

本规范为首次发布。

II

JJF1843—2020

射频电磁场暴露量比吸收率(SAR)测量仪校准规范

1范围

本规范适用于工作频率范围800MHz~5.8GHz，比吸收率测量范围

0.01W/kg~100.0W/kg的比吸收率探头的校准。

2引用文件

GB/T11450.2-1989空心金属波导

IEC62209-1(2011-02)手持和身体佩戴使用的无线通信设备对人体的电磁辐射——人

体模型、仪器和规程第1部分:靠近耳边使用的手持式无线通信设备的SAR评估规程(频率

范围300MHz～6GHz)（Humanexposuretoradiofrequencyfieldsfromhand-heldand

body-mountedwirelesscommunicationdevicesHumanmodels,instrumentation,and

proceduresPart1:Proceduretodeterminethespecificabsorptionrate(SAR)fordevicesused

nexttotheear(frequencyrangeof300MHzto6GHz)）

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡不注日期的引用文件，

其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。

3术语和计量单位

下列术语（和计量单位）适用于本规范

3.1比吸收率specificabsorptionrate(SAR)

给定密度（）的体积微元（dV）内质量微元（dm）所吸收（消耗）的能量微元（dW）

对时间的微分值。符号为SAR。

ddWddW

SAR()()（1）

dtdmdtdV

SAR也可以用下面任意一个式子得到：

E2

SAR（2）

dT

SARc|（3）

ht0

dt

式中：

SAR—比吸收率，W/kg；

—介质导电率，S/m；

E—组织模拟液内电场强度有效值，V/m；

1

JJF1843—2020

—组织密度，kg/m3；

c—组织的比热容，J/（kg·K）；

h

dT

|t0—组织内初始时刻温度对时间的微分，K/s。

dt

3.2空气波导中的转换因子sensitivityinair

2

探头处于空气波导中的探头输出电平与电场场强值平方的比值，μV/(V/m)。

3.3介质波导中转换因子sensitivityinmedia

2

探头处于介质波导中的探头输出电平与电场场强值平方的比值，μV/(V/m)。

3.4线性度linearity

SAR值动态范围在0.01W/kg至100W/kg区间内，一系列测量值与波导场法提供的

计算值之间偏差绝对值的最大值，dB。

4概述

射频电磁场暴露量比吸收率测量仪主要由人体模型、探头、扫描定位系统和被测设

备夹具等组成。根据公式（2）影响测量结果的主要因素是用于测量电场强度的探头。射

频电磁场暴露量比吸收率测量仪采用的是各向同性的探头，在尖端处有三个彼此正交的

小偶极子传感器，传感器空隙处有检波二极管。测量探头在射频场中，会输出与E2成正

比的一个电压值，本规范定义了与探头转换因子有关的参数的校准方法。

5计量特性

a)空气波导中的转换因子

频率范围：800MHz~5.8GHz

转换因子范围：0.6~15

b)介质波导中的转换因子

频率范围：800MHz~5.8GHz

转换因子范围：0.6~15

c)线性度

动态范围：0.01W/kg~100.0W/kg

线性度：±0.5dB

d)轴向各向同性

频率范围：800MHz~5.8GHz

轴向各向同性：0.25dB

e)球向各向同性

2

JJF1843—2020

频率范围：800MHz~5.8GHz

球向各向同性：0.5dB

注：以上技术指标不作合格性判别，仅提供参考。

6校准条件

6.1环境条件

oo

a)环境温度：18C~25C

b)相对湿度：≤70%

c)电源要求：（220±11）V、（50±1）Hz

d)环境底噪：<2mW/kg

e)其它：无影响仪器正常工作的电磁干扰及机械振动

6.2测量标准及其他设备

6.2.1波导

使用矩形金属波导，矩形波导内径尺寸见GB/T11450.2。例如，BJ9(R9)型号的波导可

以用于0.76GHz~1.15GHz的校准。

用于校准的上端开口的直立波导的结构如图1，波导由三部分组成，最下部的波导包

含波导同轴转换器，将同轴输入的射频功率转换为波导中的行波，在距离转换器超过λ位

置是由绝缘平板组成的“匹配窗”，该匹配窗提供空气和液体之间的阻抗匹配（大于

10dB的回波损耗），匹配窗上为装满有组织液的开口波导，液体的深度超过3δ，使液体

上表面吸收的功率足够小。校准过程中，探头沿着z轴（x=y=0）测试z轴上的比吸收率

分布。图中：x,y,z直角坐标轴；a波导横截面的宽度；b波导横截面的高度；

Pf入射功率；Pr反射功率；δ组织液的趋肤深度(计算公式见D.2)。

图1校准用波导结构示意图

3

JJF1843—2020

6.2.2信号发生器

频率范围800MHz~5.8GHz，输出功率≥10dBm，输出功率最高分辨力优于0.1dB。

6.2.3功率放大器

频率范围800MHz~5.8GHz，输出功率≥30W，放大增益≥40dB，校准时段内（至少

2小时）输出功率稳定度优于0.1dB。

6.2.4双定向耦合器

频率范围800MHz~5.8GHz，电压驻波比≤1.1，。

6.2.5功率计

频率范围800MHz~5.8GHz，功率测量最大允许误差±0.1dB

6.2.6扫描定位系统

o

要求对探头的最大定位允许误差为±0.2mm，探头的最大角度允许误差为±0.005。

6.2.7组织液

组织液电导率最大允许误差：±5%

组织液相对介电常数最大允许误差：±5%

（注，标准组织液参数见附录F）

6.2.8偶极子天线

回波损耗≥20dB。

偶极子天线尺寸最大允许误差：±1%

（注，标准偶极子天线尺寸见附录G）

7校准项目和校准方法

7.1校准项目

7.1.1外观及工作正常性检查

7.1.2空气波导中的转换因子

7.1.3介质波导中的转换因子

7.1.4线性度

7.1.5轴向各向同性

7.1.6球向各向同性

7.2校准方法

7.2.1外观及工作正常性检查

检查被校设备外观是否完好，接入校准系统后是否能正常进行测量操作。并将检

查结果记入附录A表A.1中。

4

JJF1843—2020

7.2.2空气波导中的转换因子

1）按图2所示配置连接校准装置，将功率计连接在双定向耦合器发射监控端口；

2）将探头定位于波导的中心；

3）信号发生器输出频率设定为校准频点，信号发生器输出端经过衰减器作为阻抗匹

配连接至放大器，调节信号发生器输出电平使向波导输入24dBm功率；

4）信号发生器按-1dB进行步进，至少40个步进点，记录每一步的电压值V；

i

5）按公式(4)计算该频段的空气波导中转换因子

Sa=ViEi2(4)

2

式中，Sa—传感器i的空气波导中转换因子，μV/(V/m);

Vi—传感器i的电压测量值，V;

E-—电场强度计算值，V/m。

i

6）将得到的数据取平均值计算得到空气波导中的转换因子；

7）将计算结果记录于附录A表A.2中。

扫描定位系统计算机

端接50Ω负载

50Ω信号源

衰减器

电场探头

功率计放大器

反射功率入射功率

图2校准空气波导中的转换因子布置图

7.2.3介质波导中的转换因子

1）按照图3连接波导，将功率计连接在双定向耦合器发射监控端口。

2）信号发生器输出频率设定为校准频点，信号发生器输出端经过衰减器作为阻抗匹

配连接至放大器，调节信号发生器输出电平使向波导输入24dBm功率；

3）在功率计稳定之后，控制探头沿着z轴伸入到液体中，探头尖端距离匹配窗（减

小边界因素的影响）20mm处，以Z轴为轴心旋转探头，每5°测量一次探头各个

传感器的输出电压，直到找到各个轴最大输出的角度。各向同性探头包含三个相互

正交的传感器，最大输出角度也刚好相隔120°。

4）将探头沿着z轴，从z=0mm开始，每隔1mm，至少测量10个z点，测量不同z

时，各个传感器的输出电压V,V,V。得到三个不同角度下，V,V,V和z的关系曲

xyzxyz

线。通过V,V,V按附录D得到U修正后的电压值。

xyzi

5

JJF1843—2020

5）根据计算SAR值（计算公式见附录D中公式D.1），通过公式（5）得到对应场强

值：

2σSARi

Ei=(5)

ρ

式中，E—电场强度计算值，V/m;

i

σ—组织液的介质导电率，S/m;

SAR—介质波导中的理论SAR值，W/kg;

i

3

ρ—组织液的密度，取1000kg/m。

6）该频段的介质波导中的转换因子根据公式(6)计算得出，U为修正后的电压值

i

Sm=Ui/Ei2(6)

2

式中，Sm—传感器i的介质波导中转换因子，μV/(V/m);

U—传感器i的电压测量值，V;

i

E—电场强度计算值，V/m。

i

7）将得到的数据取平均值计算得到介质波导中的转换因子

8）将计算结果记录于附录A表A.3中。

图3校准介质波导中的转换因子布置图

7.2.4线性度

1）按照图3连接波导，将功率计连接在双定向耦合器发射监控端口。

2）将探头尖端定位在距离匹配窗20mm处。

3）将信号发生器频率设定在探头校准频率点，依照一系列功率步进点调节波导入

射功率，使得探头所测位置的SAR值从0.01W/kg至100.0W/kg步进增加。

4）控制计算机记录所测量的电场强度值Ei,meas，测量场强值Ei,meas与波导场法提供

的计算场强值E之间偏差值。

i

L=20lg(E/E)…….（6）

ii,measi

6

JJF1843—2020

式中，L—测量场强值与波导场法提供的计算场强值之间偏差值，dB;

i

Ei,meas—传感器i的电场强度的测量值，V/m;

E—传感器i的电场强度计算值，V/m。

i

5）控制计算机输出L中绝对值最大的结果即为线性度L。

i

6）将L值记录于附录A表A.4中。

7.2.5轴向各向同性

1）按照图3连接波导，将功率计连接在双定向耦合器发射监控端口。

2）将探头尖端定位在距离匹配窗20mm处。

3）信号发生器输出频率设定为校准频点，信号发生器输出端经过衰减器作为阻

抗匹配连接至放大器，调节信号发生器输出电平使向波导输入24dBm功率；

4）计算机控制探头以z轴为轴心旋转探头，在0°到360°上以10°为步进，存

E

储每一步的场强值；

i

5）按公式（7）控制计算机得到该频段的轴向各向同性：

IA=20lg(E/E)…….（7）

imean

max

式中，

IA—轴向各向同性，dB；

E—每一步的场强值，V/m；

i

E—所有记录场强值的平均值，V/m。

mean

IA

6)将得到的值记录到附录A表A.5中。

7.2.6球向各向同性

1）按图4所示配置和连接校准装置，参考偶极子天线及转台定位在平坦模型的

正前方，平坦模型中盛满组织液。

2）将探头定位于平坦模型的中心、参考偶极子天线馈入点正前方，距离平坦模

型位置s，如下选取；

a)频率300MHzf1000MHz时，s=15mm0.2mm

b)频率1000MHz<f6000MHz时，s=10mm0.2mm

3）信号发生器输出频率设定为校准频点，信号发生器输出端经过衰减器作为阻

抗匹配连接至放大器，调节信号发生器输出电平使向波导输入24dBm功率。

4）转台处于初始角度0°。

5）计算机控制探头以z轴为轴心旋转探头，在0°到360°上以10°为步进，存

E

储每一步的场强值。

i

6）将转台角度逐次增加15°重复步骤4）。直至转台角度达到180°。

7）按公式(8)计算该频段的球向各向同性

7

JJF1843—2020

IH=20lg(E/E)…….（8）

imean

max

式中，

IH—球向各向同性，dB；

Ei—每一步的场强值，V/m；

E—所有记录场强值的平均值，V/m。

mean

8）将得到的IH值记录于附录A表A.6中。

扫描定位系统计算机

信号源

衰减器

平坦模型

偶极子天线

放大器

转台功率计

电场探头

反射功率入射功率

图4球向各向同性布置图

8

JJF1843—2020

8校准结果表达

比吸收率探头校准后，出具校准证书，校准证书至少应包含以下信息：

a)标题：“校准证书”；

b)实验室名称和地址；

c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同)；

d)证书的唯一性标识(如编号)，每页及总页数的标识；

e)客户的名称和地址；

f)被校对象的描述和明确标识；

g)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接

收日期；

h)如果与校准结果的有效性应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；

i)校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；

j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；

k)校准环境的描述；

l)校准结果及其测量不确定度的说明；

m)对校准规范的偏离的说明；

n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；

o)校准结果仅对被校对象有效的声明；

p)未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。

9复校时间间隔

复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定，推荐为1年。

9

JJF1843—2020

附录A

原始记录格式

A.1外观及工作正常性检查

外观

工作正常性

A.2空气波导中的转换因子Sensitivityinair

扩展不确定度U(k=2):

X传感器在空气波导中的转换因子SensitivityXsensor

2

S(μV/(V/m))

a

Y传感器在空气波导中的转换因子SensitivityYsensor

2

S(μV/(V/m))

a

Z传感器在空气波导中的转换因子SensitivityZsensor

2

S(μV/(V/m))

a

A.3介质波导中的转换因子Sensitivityinmedia

扩展不确定度U(k=2):

频率f(MHz)

组织模拟液类型TSL

介电常数Permittivity

电导率Conductivity

X传感器在介质波导中的转换因子SensitivityXsensor

2

Sm(μV/(V/m))

Y传感器在介质波导中的转换因子SensitivityYsensor

2

Sm(μV/(V/m))

Z传感器在介质波导中的转换因子SensitivityZsensor

2

Sm(μV/(V/m))

10

JJF1843—2020

A.4线性度Linearity

频率f(MHz)

组织模拟液类型TSL

介电常数Permittivity

电导率Conductivity

线性度L(dB)=

扩展不确定度U(k=2):

A.5轴向各向同性AxialIsotropy

频率f(MHz)

组织模拟液类型TSL

介电常数Permittivity

电导率Conductivity

IA=|20lg(E/E)||=dB

imeanmax

扩展不确定度U(k=2):

A.6球向各向同性HemisphericalIsotropy

频率f(MHz)

组织模拟液类型TSL

介电常数Permittivity

电导率Conductivity

IH=|20lg(E/E)||=dB

imeanmax

扩展不确定度U(k=2):

11

JJF1843—2020

附录B

校准证书内页格式

B.1外观及工作正常性

B.2空气波导中的转换因子（）

Sa

传感器X传感器Y传感器Z扩展不确定度

U(k=2)

2

S(μV/(V/m))

a

B.3液体波导中的转换因子（

Sm)

液体频率介电常导电率Sm扩展不确定

（MHz）数（S/m）度U(k=2)

B.4线性度

图1线性度曲线

B.5探头轴向各向同性

图2轴向各向同性曲线图

轴向各向同性扩展不确定度U(k=2)：

B.6探头球向各向同性

图3球向各向同性曲线图

球向各向同性扩展不确定度U(k=2)：

12

JJF1843—2020

附录C

主要项目校准不确定度评定示例

C.1校准方法

使用分析场（波导）的方法进行探头校准与采用标准场强方法在空气介质波导

中进行场强探头校准的方法类似，通过校准装置精确控制波导入射功率以及介质波导

中组织液的介电参数来控制校准过程的不确定度。

C.2测量模型

由附录D可知液体波导中转换因子可以表述为：

abδσU

S=i2z(C.1)

-

4(P-P)eδ

fr

式中：a,b—波导内壁的宽和高，mm；

P和—入射和反射的功率，dBm；P−PP(1−r2)；

P

frfr1

—电导率，S/m

—液体中的趋肤深度（见式D.2），mm。

由式C.1可知，转换因子的不确定度主要和介电参数(趋肤深度决定于介电参数)、

功率和探头的位置有关系，同时，在考虑和功率的相关性时，分别考虑入射功率、液

体吸收的功率、和场均匀性的不确定度，由于最终结果是拟合得到，需要考虑拟合带

来的不确定度，探头校准是在单个频点校准，使用范围是±50MHz或±100MHz，需

要考虑频率扩展带来的不确定度。

C.3不确定度分量

(1)入射或前向功率的影响u1；

u

(2)液体吸收功率；

2

u

(3)拟合的影响；

3

(4)液体介电常数u4；

u

(5)电场探头定位；

5

u

6

(6)电场均匀性；

u

(7)频率带宽7；

u

8

(8)测量重复性。

13

JJF1843—2020

C.4标准不确定度的评定

根据前列的测量模型，对用波导内分析场法校准探头转换因子的不确定度进行分

析，主要考虑的因素：入射或前向功率，液体吸收功率，拟合误差，液体介电常数，

电场探头定位，电场均匀性，频率带宽等因素的影响。

1）入射或前向功率的影响

前向功率（P）的测量误差是由功率计校准数据所确定的，不确定度a'=1.2%，

f1

'

符合正态概率分布，包含因子，=0.60%。

k2u

11

2）液体吸收功率的影响

液体吸收的功率的不确定度包括了波导装置和衰减器的失配，双定向耦合器的方

向误差，以及输入到波导的功率的不确定度等，最终引起的是液体所吸收的功率的不

''

确定度，不确定度au

=3.5%，符合正态概率分布，包含因子k2，=1.75%。

222

3）拟合的影响

'

探头的转换因子是通过算术方法拟合得到的。不确定度a3=0.8%，符合正态概率

'

u

分布，包含因子k1，=0.4%。

33

4）液体介电常数的影响

液体介电常数的误差是根据使用接触探头法测量步骤而进行评估的。不确定度

''

a=4.0%，符合矩形概率分布，包含因子k3，=2.3%。

u

444

5）电场探头定位的影响

电场探头定位的误差表面机械探