CN110994152A - 模拟终端辐射的天线模块、车内电磁辐射测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种模拟终端辐射的天线模块、车内电磁辐射测试系统及方法。该天线模块包括基板；在基板第一表面上设有辐射微带、与辐射微带连接并向辐射微带输入射频信号的馈线、串接于馈线上的功率调节单元；在基板的第二表面上设有接地层，第一表面和第二表面相背，接地层在第二表面上覆盖全部或部分馈线。该天线模块具有很好的全向性，通过功率调节单元可对辐射微带的辐射功率进行灵活调节，能够高度模拟终端设备在各种工作模式下的电磁辐射情况，解决了直接使用终端设备进行辐射测试时因终端设备厂家、摆放姿势和测试放置位置不同引起的测试数据一致性差的问题。该系统在微波暗室内进行辐射测试，能避免外部信号干扰，指导用户合理放置终端。

Description

模拟终端辐射的天线模块、车内电磁辐射测试系统及方法

技术领域

本发明涉及电磁辐射测试领域，具体涉及一种模拟终端辐射的天线模块、车内电磁辐射测试系统及方法。

背景技术

当前汽车在迎来智能化、网联化、电动化的重大变革中，整车电子零部件的占比越来越大，然而电子设备在增加汽车智能化、便捷化的同时，也带来了一系列电磁兼容和人体电磁辐射问题，驾乘人员携带的可移动终端设备的使用，如手机通话等，会加重车内人体电磁辐射问题。现有人体电磁防护测试技术主要针对车内10Hz至400KHz频段，高频段(如30MHz至3GHz)的测试较少，针对车内手机在通话状态下电磁辐射的测试更少。由于终端设备款式以及摆放姿势、测试放置的车内位置不同，车内终端设备电磁辐射测试结果不能做到较好的可复制性，因此设计可替代方案尤为重要。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种模拟终端辐射的天线模块、车内电磁辐射测试系统及方法。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种模拟终端辐射的天线模块，包括基板；在所述基板第一表面上设有辐射微带、以及与所述辐射微带和射频信号源连接的馈线；在所述基板的第二表面上设有接地层，所述第一表面和第二表面相背，所述接地层在第二表面上覆盖全部或部分馈线；所述辐射微带的辐射功率可调。

上述技术方案的有益效果为：该天线模块采用微带结构作为天线本体辐射射频信号，接地层在第二表面上只覆盖全部或部分馈线，使得该天线模块具有很好的全向性，辐射微带的辐射功率可调节能够高度模拟不同厂家终端设备(如手机)在各种工作模式(如通话、上传数据或下载数据等)下的电磁辐射情况，解决了直接使用终端设备进行辐射测试时因终端设备厂家、摆放姿势和测试放置位置不同所带来的测试数据一致性差的问题；且该天线模块还具有结构简单和容易加工的有益效果。

在本发明的一种优选实施方式中，与所述馈线连接的射频信号源的输出功率可调；和/或在所述馈线上串接有功率调节单元。

上述技术方案的有益效果为：公开了实现辐射微带辐射功率可调的方式，均具有易于实施，便于高度模拟不同终端设备(如手机)在各种工作模式(如通话、上传数据或下载数据等)下的电磁辐射情况的特点。

在本发明的一种优选实施方式中，所述功率调节单元包括调节电阻，所述调节电阻串接于所述馈线上。

上述技术方案的有益效果为：采用调节电阻的阻值来调节辐射微带的辐射功率，电阻阻值越大其吸收的能量越多，辐射微带的辐射功率越小，具有结构简单，成本低，以及辐射功率调节方便快速的特点；以及能够高度保证测试数据的规范性和可重复性。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括射频信号输入接口，所述射频信号输入接口输入端与射频信号源的输出端连接，射频信号输入接口输出端与馈线输入端连接。

上述技术方案的有益效果为：通过射频信号输入接口便于与外部射频信号源连接。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种车内电磁辐射测试系统，包括微波暗室、位于所述微波暗室内的车辆、射频信号源、放置于车辆内部的本发明所述的天线模块、以及至少一个布设于车辆内的电磁检测单元；所述射频信号源设置于所述天线模块上或者与所述天线模块分离设置，射频信号源的输出端与馈线输入端连接；所述电磁检测单元检测车辆内的电磁辐射大小。

上述技术方案的有益效果为：该系统除具有上述天线模块的有益效果外，还具有在微波暗室内通过上述天线模块替代终端设备来进行车内终端设备的电磁辐射分布测试，解决了直接使用终端设备进行辐射测试时因终端设备厂家、摆放姿势和测试放置位置不同所带来的测试数据一致性差的问题，提高了测试的规范性和可重复性；此外便于指导消费者合理放置终端设备，或者为车企在研发阶段安置T-box天线位置提供数据支撑，从而为广大消费者营造一个安全的驾乘环境；且在微波暗室内进行辐射测试，能够避免外部干扰信号对测试结果的影响，提高测试精度和准确性。

在本发明的一种优选实施方式中，当电磁检测单元为多个时，多个电磁检测单元位于车辆内的不同位置。

上述技术方案的有益效果为：多个电磁检测单元可同时检测，便于快速获得终端设备在车内电磁辐射的分布情况。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括分别放置于驾驶位和乘客位的多个假人，在所述假人的不同器官部位以及驾驶位人员手部可接触区域布设有电磁检测单元。

上述技术方案的有益效果为：便于评估人体器官部位以及驾驶位人员手部可接触区域在终端设备工作状态下所承受辐射强度。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种基于本发明所述的车内电磁辐射测试系统进行车内电磁辐射测试的方法，包括：步骤S1，分别在车辆内部全部或部分区域内选定M个放置天线模块的天线位置点和N个布设电磁检测单元的辐射测试点；所述M大于等于1，所述N大于等于1；步骤S2，依次将天线模块放置于M个天线位置点，并在每次放置天线模块后，启动射频信号源，分时或同时获取N个辐射测试点的辐射值。

上述技术方案的有益效果为：该方法能够对车内终端设备的辐射分布情况进行准确测试，解决了直接使用终端设备进行辐射测试时因终端设备厂家、摆放姿势和测试放置位置不同所带来的测试数据一致性差的问题，并且能够给出终端在不同放置点下的车内电磁辐射值，便于指导用户放置终端设备以及车企安置通信设备天线，规避健康风险。

在本发明的一种优选实施方式中，所述步骤S1中，至少在中控区域、座椅底部和扶手区域设置有天线位置点；和/或至少在假人的不同器官部位和驾驶位人员手部可接触区域设置有辐射测试点。

上述技术方案的有益效果为：在用户常用终端设备的区域设置天线位置点，使得该测试方法极具实际指导意义；在假人的不同器官部位和驾驶位人员手部可接触区域设置有辐射测试点便于获取人体重要敏感器官在终端设备工作状态下的电磁辐射强度，便于指导用户放置终端设备以及车企安置通信设备(如T-Box)天线，以规避健康风险，使得该测试方法更具价值。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种优选实施方式中天线模块的结构主视图；

图2是本发明一种优选实施方式中天线模块的结构左侧视图；

图3是本发明一种优选实施方式中天线模块中调节电阻阻值与辐射微带辐射效率曲线图；

图4是本发明一种优选实施方式中天线模块的二维方向图；

图5是本发明一种优选实施方式中车内电磁辐射测试系统的部分系统框图。

附图标记：

1辐射微带；2接地层；3功率调节单元；4基板；5馈线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明公开一种模拟终端辐射的天线模块，在一种优选实施方式中，如图1和图2所示，该天线模块包括基板4；在基板4第一表面上设有辐射微带1、以及与辐射微带1和射频信号源连接的馈线5；在基板4的第二表面上设有接地层2，第一表面和第二表面相背，接地层2在第二表面上覆盖全部或部分馈线5；辐射微带1的辐射功率可调。

在本实施方式中，基板4优选但不限于为FR-4环氧层压玻璃布板；基板4优选但不限于为长方体形状，尺寸优选但不限于为长高厚分别为80mm、50mm、1mm；辐射微带1和接地层2优选但不限于为在基板4上通过覆铜形成或者为金属片。

在本实施方式中，优选的，馈线5为微带结构，也可为覆铜或金属片。

在本实施方式中，辐射微带1优选但不限于为闭合回路结构或开路结构；进一步的，辐射微带1可为闭合的对称弯曲结构，如图1所示，该结构天线模块的二维方向图如图4所示，可见该天线模块具有很好的全向性。辐射微带1的长度可根据射频信号的频率进行调节，辐射微带1的长度与射频信号的频率呈正比。为节省辐射微带1的布局空间，可以将辐射微带1进行弯曲设计。

在本实施方式中，接地层2优选的但不限于为射频信号源的地或大地等连接。

在一种优选实施方式中，与馈线5连接的射频信号源的输出功率可调；和/或在馈线5上串接有功率调节单元3来实现，以实现辐射微带的辐射功率可调。具体的，采用以下三种方式中的一种，方式一：射频信号源的输出功率可调，如可选择输出功率可调的射频信号源；方式二：射频信号源的输出功率不可调，在馈线5上串接有功率调节单元3，如图1和图2所示；方式三：射频信号源的输出功率可调，同时在馈线5上串接有功率调节单元3，实现两级调节，可用射频信号源粗调，用功率调节单元3细调节。

在本实施方式中，射频信号源优选但不限于为现有的输出功率可调的矢量信号源和功率放大器，矢量信号源的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出端于馈线连接；射频信号源还可以选择输出功率可调的射频综测仪(如CMD200或CMW500等)，或者选择输出功率不易调整的现有的GSM、3G射频模块产品等。

在本实施方式中，功率调节单元3优选但不限于为射频功率放大器，或者为功率衰减器，或者为射频功率放大器和功率衰减器串接。射频功率放大器实现功率的放大，使得辐射微带1的辐射功率增大，辐射强度增大；功率衰减器实现功率的减小，使得辐射微带1的辐射功率减小，辐射强度减小。射频功率放大器可采用现有技术中公开的电路结构，如可选择公开号为CN103812463A或CN106533374A的中国专利所公开的技术方案，或者选择网址http://www.elecfans.com/dianlutu/195/20180305643057.html所公开的电路结构，具体电路中器件的选型需要结合射频信号的频段和调制方式，为现有技术在此不再赘述。功率衰减器优选但不限于为T型、π型和桥式功率衰减电阻网络，具体电路结构可参考现有技术https://wenku.baidu.com/view/81468c30777f5acfa1c7aa00b52acfc789eb9f9e.html中所公开的电路结构，在此不再赘述。

在一种优选实施方式中，如图1和图2所示，功率调节单元3包括调节电阻，调节电阻串接于馈线5上。

在本实施方式中，采用简单和容易加工实施的单个调节电阻作为功率调节单元。利用加载不同阻值的调节电阻可灵活调节辐射微带1的辐射效率(该辐射效率为辐射微带1的实际辐射功率与射频信号源输出功率的百分比值，或者为射频信号源输出功率与调节电阻上的功率的差值与射频信号源输出功率的百分比值)，进而达到高度模拟手机等终端设备在通话、上网、视频等过程中向汽车内部自由空间辐射电磁波的目的。

在本实施方式中，电阻加入的目的主要吸收部分能量来降低天线辐射效率，以高度模拟如手机等终端设备在内部功放输出设定功率(如通话时，设置GSM最大发功的33dBm)后，由于终端设备壳件、天线安装等原因导致最终从终端设备辐射出的功率小于设定功率的实际情况。优选的，调节电阻的阻值范围为0到500Ω，调节电阻不同阻值对应的辐射微带1的辐射效率曲线如图3所示，可见阻值越大吸收能量越多，天线的辐射效率就越低。从而可以保证在不同测试场地、不同试验室下测试数据的有效性和一致性。

在本实施方式的一种应用场景中，终端设备为手机，将射频信号源的输出功率设置为手机GSM通话模式下的GSM最大发射功率，如33dBm,在馈线5上串接调节电阻。调节电阻阻值按照事先测好的不同厂家手机的功率衰减比率(对应图3中的辐射效率)在图3所示的辐射效率与调节电阻阻值关系曲线中对应的调节电阻阻值来确定，优选的，可在0到150Ω范围内选择。实现方便快速的对车内手机通话状态下的电磁辐射进行测试和研究。

在一种优选实施方式中，还包括射频信号输入接口，射频信号输入接口输入端与射频信号源的输出端连接，射频信号输入接口输出端与馈线5输入端连接。

在本实施方式中，射频信号输入接口优选但不限于为SMA射频接头，SMA射频接头与射频信号源通过带屏蔽层的射频线缆连接，优选的，接地层2与射频线缆的屏蔽层连接。

本发明还公开了一种车内电磁辐射测试系统，在一种优选实施方式中，该系统包括微波暗室、位于微波暗室内的车辆、射频信号源、放置于车辆内部的上述天线模块、以及至少一个布设于车辆内的电磁检测单元；射频信号源设置于天线模块上或者与天线模块分离设置，射频信号源的输出端与馈线5输入端连接；电磁检测单元检测车辆内的电磁辐射大小。

在本实施方式中，电磁检测单元优选但不限于为电磁辐射检测仪或电磁辐射传感器。电磁辐射检测仪优选但不限于为电磁选频仪SRM3006、TES-92、全频段电磁辐射测量仪套装EMF1(1kHz到6GHz)或者矢量信号源，电磁辐射传感器采用现有的公开号为CN102326255B或CN202421347U公开的结构、霍尔传感器等。优选的，设置有电光转换模块和光电转换模块，电磁检测单元的输出端与电光转换模块的电输入端连接，电光转换模块的光输出端与光电转换模块的光输入端连接，光电转换模块的电输出端与外部控制模块的信号输入端连接。将电磁检测单元检测获得电磁强度信号通过电光转换模块和光电转换模块传输至微波暗室外，以避免该信号干扰微波暗室的电磁场，影响测试精度，电光转换模块和光电转换模块的具体结构和原理和参考现有技术中公开号CN208112812U、CN208614087U的专利公开的技术方案，在此不再赘述。

在本实施方式中，当射频信号源与天线模块分离设置时，可为矢量信号源加功率放大器，此时射频信号源可设于微波暗室内或外，设于微波暗室外时通过射频线缆将射频信号传递至天线模块的馈线5；当射频信号源设置于天线模块上时，射频信号源可为GSM射频模块、3G射频模块，具体电路结构可参照手机等终端设备的射频收发芯片、基带芯片、射频阻抗匹配网络构成的电路等，在此不再赘述。

在一种优选实施方式中，如图5所示，当电磁检测单元为多个时，多个电磁检测单元位于车辆内的不同位置。

在本实施方式中，优选的，电磁检测单元可位于座椅的不同位置。

在一种优选实施方式中，还包括分别放置于驾驶位和乘客位的多个假人，在假人的不同器官部位以及驾驶位人员手部可接触区域布设有电磁检测单元。

在本实施方式中，优选的，在假人上模拟人体的脑部、胸部、肝脏部、裆部、脚部等关键器官部位的位置上以及驾驶位人员手部可接触区域布设电磁检测单元。

在一种优选实施方式中，还包括控制模块，控制模块的第一控制端与射频信号源的控制端连接，控制模块的信号输入端与电磁检测单元的信号输出端连接。

在本实施方式中，控制模块优选但不限于为电脑或嵌入式处理器，其可通过PBIO仪表连接线或串口线与射频信号源连接，控制射频信号源的启动，输出射频信号的频段、功率强度等。控制模块可通过A/D管脚或串口与电磁检测单元连接，接收电磁检测单元检测得到的电磁强度信号。便于实现自动化测试。

本发明还公开了一种基于上述车内电磁辐射测试系统进行车内电磁辐射测试的方法，在一种优选实施方式中，该方法包括：

步骤S1，分别在车辆内部全部或部分区域内选定M个放置天线模块的天线位置点和N个布设电磁检测单元的辐射测试点；M大于等于1，N大于等于1；

步骤S2，依次将天线模块放置于M个天线位置点，并在每次放置天线模块后，启动射频信号源，分时或同时获取N个辐射测试点的辐射值。优选的，还包括：

步骤S3，将N个辐射值组建为一个集合，并将集合与当前天线模块放置的天线位置点关联；

步骤S4，设置第一辐射阈值，对M个集合依次进行如下处理：

判断当前集合中是否存在大于等于第一辐射阈值的辐射值，若存在大于等于第一辐射阈值的辐射值，将集合关联的天线位置点标记为终端禁放点，若不存在大于等于第一辐射阈值的辐射值，对集合进行标记；

步骤S5，设置第二辐射阈值，对所有被标记的集合进行如下处理：计算每个集合的平均值，若平均值小于等于第二辐射阈值，将集合关联的天线位置点标记为终端允许放置点；

第二辐射阈值小于第一辐射阈值。能够在汽车内部给出终端禁放点和终端允许放置点，便于指导用户放置终端设备，规避健康风险。

在本实施方式中，第一辐射阈值可根据GB8702-88组织标准设置的对人体产生危害的电磁辐射强度来设置。优选的，第二辐射阈值为所有被标记的集合平均值中的最小者。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，至少在中控区域、座椅底部和扶手区域设置有天线位置点；和/或至少在假人的不同器官部位和驾驶位人员手部可接触区域设置有辐射测试点。

在用户常用区域设置天线位置点，使得该测试方法极具实际指导意义；在假人的不同器官部位设置有辐射测试点便于获取人体重要敏感器官受终端设备的电磁辐射的强度，便于得出的终端禁放点和终端允许放置点更具价值。

在本实施方式中，中控区域优选但不限于包括驾驶舱的中控区域和扶手区域。在一种优选实施方式中，对终端允许放置点进行标记，或者对终端禁放点进行标记，或者对终端允许放置点和终端禁放点进行区分标记。

在本实施方式中，标记的方式优选但不限于为不同颜色的符号或图形标记或指示灯标记；对终端允许放置点和终端禁放点进行不同颜色符号或图形标记，或者采用不同颜色指示灯标记。便于用户观察、放置终端。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种模拟终端辐射的天线模块，其特征在于，包括基板；

在所述基板第一表面上设有辐射微带、以及与所述辐射微带和射频信号源连接的馈线；

在所述基板的第二表面上设有接地层，所述第一表面和第二表面相背，所述接地层在第二表面上覆盖全部或部分馈线；

所述辐射微带的辐射功率可调。

2.如权利要求1所述的模拟终端辐射的天线模块，其特征在于，与所述馈线连接的射频信号源的输出功率可调；

或者在所述馈线上串接有功率调节单元。

3.如权利要求2所述的模拟终端辐射的天线模块，其特征在于，所述功率调节单元包括调节电阻，所述调节电阻串接于所述馈线上。

4.一种车内电磁辐射测试系统，其特征在于，包括微波暗室、位于所述微波暗室内的车辆、射频信号源、放置于车辆内部的权利要求1-3之一所述的天线模块、以及至少一个布设于车辆内的电磁检测单元；

所述射频信号源设置于所述天线模块上或者与所述天线模块分离设置，射频信号源的输出端与馈线输入端连接；

所述电磁检测单元检测车辆内电磁辐射大小。

5.如权利要求4所述的车内电磁辐射测试系统，其特征在于，当电磁检测单元为多个时，多个电磁检测单元位于车辆内的不同位置。

6.如权利要求4或5所述的车内电磁辐射测试系统，其特征在于，还包括分别放置于驾驶位和乘客位的多个假人，在所述假人的不同器官部位以及驾驶位人员手部可接触区域布设有电磁检测单元。

7.一种基于权利要求4-6之一所述车内电磁辐射测试系统进行车内电磁辐射测试的方法，其特征在于，包括：

步骤S1，分别在车辆内部全部或部分区域内选定M个放置天线模块的天线位置点和N个布设电磁检测单元的辐射测试点；所述M大于等于1，所述N大于等于1；

步骤S2，依次将天线模块放置于M个天线位置点，并在每次放置天线模块后，启动射频信号源，分时或同时获取N个辐射测试点的辐射值。

8.如权利要求7所述的车内电磁辐射测试的方法，其特征在于，所述步骤S1中，至少在中控区域、座椅底部和扶手区域设置有天线位置点；

和/或至少在假人的不同器官部位和驾驶位手部人员可接触区域设置有辐射测试点。

Images