毫米波频段可溯源吸收功率密度测量系统的开发与验证：面向5G移动通信设备的生物电磁安全评估

这篇综述系统介绍了针对10 GHz以上频段（特别是24-30 GHz 5G频段）的可溯源吸收功率密度（APD）测量方法创新。研究团队开发了包含复合体模（composite phantom）、剂量探头（dosimetric probe）、场重构算法等核心组件的完整测量系统，通过皮肤分层模型验证实现了<1.6 dB的低不确定度测量。该工作解决了毫米波频段伪剂量学指标IPD的局限性，为5G设备合规性测试提供了首个支持空间平均APD（psAPD）测量的标准化解决方案。

　　

毫米波频段吸收功率密度测量技术突破

1 研究背景

随着5G通信向24-30 GHz毫米波频段扩展，传统比吸收率（SAR）测量方法面临挑战。国际标准组织ICNIRP和IEEE在2020年新指南中引入吸收功率密度（APD）作为核心限制指标，要求对1 cm²和4 cm²区域进行空间平均测量（psAPD）。本研究针对该需求开发了首个覆盖10-45 GHz的可溯源APD测量系统。

2 创新方法体系

研究团队提出五维技术框架：

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  复合体模设计：采用三层结构模拟皮肤电磁特性，包含2 mm泡沫间隔层（ε_r=1.05）、1.08 mm介电外壳（ε_r=11.9）和皮肤模拟液（SSL，ε_r=6.9，σ=1.95 S/m），在k_r/k₀≤2范围内精确复现皮肤反射特性

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  微型化探头：1.6 mm直径双偶极探头实现0.5 mm³空间分辨率，各向异性误差<0.1 dB，动态范围覆盖0.1-1000 W/m²

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  双平面重构算法：通过z=1 mm和z=1.2 mm两平面测量数据，结合平面波展开技术重建表面场分布

3 系统验证

通过六类辐射源验证系统性能：

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  开槽喇叭天线在30 GHz下实现psAPD 1 cm²测量误差仅0.2 dB

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  腔馈偶极阵列验证了多热点场景下0.4 dB的不确定度

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  调制信号测试显示100 MHz带宽π/2-BPSK信号测量偏差<0.5 dB

4 技术优势

相比热成像法10 W/m²的灵敏度局限，本系统将检测下限推至0.1 W/m²。通过欧洲计量研究计划MEWS资助，系统扩展不确定度达1.57 dB（pAPD）和1.34 dB（psAPD 4 cm²），满足IEC/IEEE 63195-2:2022标准要求。

5 应用前景

该技术已成功应用于5G FR2设备认证测试，未来可扩展至45 GHz频段。研究揭示在d=2 mm测量距离时，96%的场功率集中在k_r/k₀<2范围内，为简化工业检测方案提供了理论依据。