Phương pháp ước lượng giá trị hệ số hấp thụ riêng (SAR) của thiết bị di động có đa ăng-ten phát sử dụng gần cơ thể con người

Chia sẻ: Wang Ziyi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày một phương pháp ước lượng nhanh dùng trong các hệ thống đo sử dụng đầu dò điện trường vô hướng để xác định hệ số hấp thụ riêng (Specific Adsorption Rate - SAR) của thiết bị di động có 2 ăng-ten phát. Đối với thiết bị di động có 2 ăng-ten, 3 phép đo với góc lệch pha xác định trước sẽ được thực hiện. Từ các kết quả đo này, các hệ số ước lượng sẽ được tính, và sau đó, SAR với góc pha bất kỳ nào đó có thể được ước lượng bằng máy tính. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phương pháp ước lượng giá trị hệ số hấp thụ riêng (SAR) của thiết bị di động có đa ăng-ten phát sử dụng gần cơ thể con người

Hội Thảo Quốc Hội Thảo GiaGia Quốc 2015 vềvề 2015 Điện ĐiệnTử, Tử,Truyền TruyềnThông Thôngvà vàCông NghệThông Công Nghệ ThôngTin Tin(ECIT (ECIT2015) 2015) Phương Pháp Ước Lượng Giá Trị Hệ Số Hấp Thụ Riêng (SAR) Của Thiết Bị Di Động Có Đa Ăng-ten Phát Sử Dụng Gần Cơ Thể Con Người Chu Văn Hải và Lê Đình Thành Khoa Vô Tuyến Điện Tử, Đại Học Kỹ Thuật Lê Quý Đôn Email: chuhait1@gmail.com, le.dinhthanh.vn@ieee.org Tóm tắt— Trong bài báo này, chúng tôi trình bày một phương tần số, việc sử dụng các thiết bị đầu dò vô hướng đo SAR trở pháp ước lượng nhanh dùng trong các hệ thống đo sử dụng đầu lên phức tạp hơn và đòi hỏi những kỹ thuật đo đặc biệt. Lý do dò điện trường vô hướng để xác định hệ số hấp thụ riêng là vì tổng cường độ điện trường bức xạ (tương ứng là SAR) là (Specific Adsorption Rate - SAR) của thiết bị di động có 2 ăng-ten tổng véc tơ của các nguồn riêng lẻ, do đó các giá trị SAR tại phát. Đối với thiết bị di động có 2 ăng-ten, 3 phép đo với góc lệch mỗi điểm đo không chỉ phụ thuộc vào độ lớn của cường độ pha xác định trước sẽ được thực hiện. Từ các kết quả đo này, các hệ số ước lượng sẽ được tính, và sau đó, SAR với góc pha bất điện trường tại điểm đo mà còn phụ thuộc vào góc pha tương kỳ nào đó có thể được ước lượng bằng máy tính. Phương pháp đối của các ăng-ten. này cho phép ước lượng chính xác SAR, và có thể xác định được Một phương pháp cơ bản để đo SAR cho thiết bị đa ăng- giá trị SAR lớn nhất tương ứng với độ lệch pha cụ thể nào đó ten phát, được giới thiệu trong [1]-[3], là thực hiện phép đo của các ăng-ten. với mỗi góc pha xác định thay đổi từ 0 đến 360 độ với một bước pha nhất định. Ví dụ, với bước pha bằng 5 độ tương ứng Từ khóa- Hệ số hấp thụ riêng (SAR), nhiều ăng ten phát, đầu sẽ có 72 phép đo được thực hiện để tìm ra giá trị SAR lớn dò điện trường vô hướng. nhất ứng với một góc pha cụ thể nào đó. Tổng quát, nếu có N I. GIỚI THIỆU ăng-ten phát và bước pha là k độ, thì tương ứng có Hệ số hấp thụ riêng (SAR) được định nghĩa là năng lượng  36 0 / k  N  1 phép đo lặp đi lặp lại. Rõ ràng, phương pháp đo hấp thụ trên mỗi đơn vị khối lượng của một cơ thể sinh học thông thường này rất tốn thời gian, thậm chí là không khả thi khi nó tiếp xúc với trường điện từ. SAR được xác định là hệ số khi giá trị bước pha là nhỏ, hoặc số lượng của ăng-ten phát giới hạn trong tiêu chuẩn an toàn quốc tế RF [1]-[3] và giá trị nhiều lên (bởi vì thực tế mỗi phép đo thông thường hiện nay của nó tỷ lệ thuận với bình phương cường độ điện trường bức mất khoảng 30 phút). Ngoài ra còn có các nghiên cứu trong xạ: [6], [7] xét đến trường hợp 2 ăng ten phát, và thực nghiệm đo SAR với giá trị bước pha bằng 45 độ tương ứng có 8 phép đo  W / Kg  2 SAR   E  (1) được tiến hành để xác định giá trị cực đại của SAR. Tuy nhiên, do bước pha là khá lớn nên giá trị SAR cực đại tìm Trong đó: σ và ρ tương ứng là các đại lượng đặc trưng cho được chưa chính xác, chỉ là gần đúng. độ dẫn điện (S/m) và mật độ khối lượng riêng (kg/m3) của cơ Để giảm thời gian đo, một phương pháp khác đã được giới thể sinh học. thiệu cho kiểm tra việc tuân thủ các hướng dẫn an toàn của Hiện nay có hai loại đầu dò điện trường được sử dụng để các thiết bị không dây [1], [8]. Đây là phương pháp đòi hỏi đo SAR trong các hệ thống phòng đo SAR [4], [5] gồm đầu dò phải tắt và mở các ăng-ten phát luôn phiên nhau và tiến hành điện trường vector và đầu dò điện trường vô hướng. Với phạm đo SAR riêng lẻ với ăng-ten đang mở. Sau đó bằng cách kết vi bài báo chúng tôi tập trung nghiên cứu phương pháp ước hợp các giá trị SAR riêng lẻ với nhau ta thu được giá trị SAR lượng sử dụng đầu dò điện trường vô hướng. Khi sử dụng đầu tổng. Tuy vậy, hạn chế của phương pháp này là chỉ có thể chỉ dò vô hướng chỉ có thể cung cấp thông tin về độ lớn của ra giá trị cận trên của SAR, giá trị này quá cao so với SAR cường độ điện trường, không cho biết thông tin về pha của các thực tế. Không những vậy, phương pháp này cũng đòi hỏi có ăng-ten. Tuy nhiên do yếu tố kỹ thuật và đầu tư thiết bị ít tốn các chuyển mạch để bật hoặc tắt các ăng-ten, vì vậy làm cho kém nên đầu dò điện trường vô hướng hiện được sử dụng rộng hệ thống đo phức tạp hơn. rãi hơn trong các phòng thí nghiệm. Trong bài báo này, chúng tôi sẽ đề xuất một phương pháp Trong phép đo SAR hiện nay, với thiết bị đa ăng-ten phát, đơn giản để ước lượng giá trị SAR cho thiết bị đa ăng-ten mỗi ăng-ten sử dụng một tần số khác nhau thì đầu dò vô phát. Phương pháp này sẽ giảm thiểu số lần đo cho một góc hướng thực hiện các phép đo SAR theo phương pháp thông pha tương ứng, và ước lượng giá trị SAR cho các góc pha thường trên mỗi tần số tương ứng với mỗi ăng-ten riêng lẻ. khác nhau. Cụ thể, với một thiết bị có 2 ăng-ten phát chỉ cần 3 Tuy nhiên, đối với thiết bị đa ăng-ten làm việc trên cùng một phép đo là xác định được SAR cho một góc pha bất kỳ. 165 ISBN: 978-604-67-0635-9 165
Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) II. PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT tiêu chuẩn quốc tế về đo đạc bức xạ sóng điện từ [2], [3]. Hai Với thiết bị có 2 ăng-ten phát, tổng cường độ điện trường chấn tử được đặt song song, cách nhau một khoảng một phần bức xạ bởi 2 ăng-ten đo được tại điểm bất kỳ bằng tổng vector tư bước sóng, và cách mô hình SAM Phantom một khoảng 10 cường độ điện trường bức xạ từ từng ăng-ten riêng lẻ. Cường mm như mô tả trong hình 1. độ điện trường tổng được tính như sau: Cấu hình ăng-ten và các thông số kích thước ăng-ten; kích i thước SAM Phantom, độ dày vỏ, các thông số chất lỏng SAM E E1  E 2 e (2) Phantom (hằng số điện môi, độ dẫn điện và mật độ khối trong đó: β là góc pha tương đối của 2 ăng-ten, E1 và E2 là lượng riêng) được quy định trong các tiêu chuẩn quốc tế về các giá trị phức tương ứng của cường độ điện trường bức xạ đo SAR [1]-[3] thể hiện trong Bảng 1. từ ăng-ten 1 và ăng-ten 2. Từ (1) và (2), thông qua một số phép biến đổi toán học, ta BẢNG 1. THÔNG SỐ CỦA SAM PHANTOM có thể biểu diển phép tính SAR như sau: VÀ ĂNG-TEN. SA R  A  B c o s   C s in  (3) Tham số Giá trị trong đó: A, B, C là các giá trị thực được biểu diễn thông qua Tần số 2.4 GHz các thành phần thực và ảo của E1, E2; σ và ρ. Các tham số này Bán kính lưỡng cực 1.8mm không phụ thuộc vào β. Chiều dài tổng thể λ/2 Để ước lượng SAR cho một β tùy ý, chúng tôi tiến hành Khoảng cách giữa 2 ăng-ten λ/4 xác định các giá trị của A, B, C (gọi là các tham số ước SAM (Specific lượng) bằng cách thực hiện ba phép đo SAR với 3 góc pha Kích thước SAM Phantom Anthropomorphic khác nhau. Để đơn giản phép tính ta có thể lựa chọn β với các Mannequin) [3] giá trị: 0, 90 và 180 độ. Từ (3), qua một vài bước biến đổi các tham số A, B, và C được xác định: Khoảng cách giữa SAM Phantom và 10mm DUT  A  SAR0  SAR180  / 2 Hằng số điện môi của chất lỏng bên 42 B  SAR  SAR  / 2 0 180 (4) trong SAM Phantom (εr) Độ dẫn điện chất lỏng (σ) 0.99 S/m C   2 SAR  SAR  SAR  / 2 90 0 180 Khối lượng riêng chất lỏng (ρ) 1000 Kg/m3 trong đó: SAR0 , SAR90 và SAR180 được xác định từ phép đo SAR sử dụng đầu dò vô hướng cho góc pha tương ứng với 0, B. Kết quả 90 và 180 độ. Sau khi xác định được giá trị của các tham số Để kiểm tra tính chính xác và hiệu quả của phương pháp ước lượng A, B, C thay vào (3) và với góc pha bất kỳ ta có thể ước lượng, chúng tôi tiến hành chạy mô phỏng từ mô hình ước lượng được SAR tương ứng. trên với các góc pha: 0; 45; 90; 135; 180; 233; 270 độ. Kết quả thu được thông qua các bước xử lý sẽ cho ra giá trị đo III. MÔ HÌNH KIỂM CHỨNG VÀ KẾT QUẢ SAR chuẩn hóa và giá trị ước lượng SAR. A. Mô hình Để đơn giản, hai ăng-ten chấn tử hoạt động ở tần số 2.4 G được sử dụng như là ăng-ten của thiết bị đo kiểm (devices under test-DUT). Để tính toán SAR bên trong phần đầu cơ thể con người, mô hình SAM Phantom (Specific Anthropomorphic Mannequin) được sử dụng trong chương trình mô phỏng. (a) (b) Hình 1. Mô hình SAM Phantom và 2 ăng-ten phát: (a) góc nhìn tổng quát; (b) Mặt phẳng quan sát SAR . Mô hình đầu người SAM Phantom là kích thước trung Hình 2. Các phân bố SAR tương ứng với giá trị β khác nhau bình của đầu người. Kích thước của nó được chỉ rõ trong các của hai ăng-ten: (a) β =0 độ; (b) β =90 độ; (c) β =180 độ. 166 166
HộiHội Thảo Quốc Thảo QuốcGia Gia2015 2015về vềĐiện Điện Tử, Tử,Truyền Truyền Thông vàCông Thông và CôngNghệ Nghệ Thông Thông TinTin (ECIT (ECIT 2015) 2015) Hình 2 thể hiện phân bố SAR với các góc pha tương đối 0 đến 360 độ. Từ kết quả tính toán này, giá trị SAR lớn nhất khác nhau: 0; 90; và 180 độ trong một mặt phẳng ngang mô được tìm thấy là 1.12 tương ứng với góc pha 233 độ. hình SAM Phantom (xem hình 1.b). Các giá trị SAR được chuẩn hóa bằng một giá trị chuẩn hóa (normalization factor) là giá trị lớn nhất trong mặt phẳng quan sát khi góc pha tương đối của 2 chấn tử là 90 độ. Từ các giá trị này, chúng ta sẽ tính được các hệ số ước lượng theo phương trình (4) và ước lượng được SAR đối với giá trị pha bất kỳ theo phương trình (3). Hình 3; 4; 5 và 6 trình bày kết quả so sánh giá trị SAR tính toán và giá trị SAR ước lượng với góc pha bằng 45; 135; 233 và 270 độ tương ứng. Từ các hình này, ta thấy rằng kết quả ước lượng giá trị SAR và tính toán SAR tại mặt phẳng quan sát bên trong SAM Phantom là khá đồng nhất. Giá trị sai số lớn nhất giữa chúng chỉ khoảng dưới 0,01%. Hình 6. So sánh kết quả với β = 233 độ: (a) chuẩn hóa đo SAR; (b) ước lượng SAR. 1.2 1 M axim um norm alized local S A R 0.8 0.6 Hình 3. So sánh kết quả với β = 45 độ: Peak maximum point SAR 0.4 (a) chuẩn hóa đo SAR; (b) ước lượng SAR. 0.2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Relative phase of the two antennas (deg.) Hình 7. Maximum normalized point SAR IV. KẾT LUẬN Bài báo đã trình bày một phương pháp ước lượng đơn giản để xác định SAR lớn nhất của các thiết bị có 2 ăng-ten Hình 4. So sánh kết quả với β = 135 độ: phát. Phân tích lý thuyết và kiểm chứng bằng chương trình (a) chuẩn hóa đo SAR; (b) ước lượng SAR. mô phỏng đã xác minh tính đúng đắn của kỹ thuật ước lượng. Kết quả mô phỏng (tính toán) và ước lượng khẳng định phương pháp ước lượng hoạt động tốt trong hầu hết các trường hợp kiểm tra, và độ lệch giữa kết quả đo và ước lượng SAR là rất nhỏ, chủ yếu là dưới 0.01%. Nhờ giảm số lượng của các phép đo, phương pháp ước lượng được đề xuất sẽ giảm đáng kể tổng thời gian kiểm định cho một thiết bị có đa ăng-ten phát. Trong các nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi sẽ tập trung xem xét mô hình và kiểm chứng với nhiều ăng-ten hơn, và tính toán với mô hình cơ thể con người phức tạp hơn. LỜI CẢM ƠN Hình 5. So sánh kết quả với β = 270 độ: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và (a) chuẩn hóa đo SAR; (b) ước lượng SAR. công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 102.04-2014.16. Bằng cách áp dụng phương pháp ước lượng cho các giá trị khác nhau của β, thay đổi từ 0 đến 360 độ, chúng ta có thể tìm TÀI LIỆU THAM KHẢO thấy giá trị của β tương ứng với SAR lớn nhất. Hình 7 cho [1] IEC/TR 62630, “Guidance for Evaluating Exposure from thấy giá trị lớn nhất SAR khi thay đổi β trong một khoảng từ Multiple Electromagnetic Sources,” Ed. 1.0, 2010. 167 167
Hội HộiThảo ThảoQuốc Quốc Gia 2015 vềĐiện 2015 về ĐiệnTử, Tử,Truyền TruyềnThông Thôngvàvà Công Công Nghệ Nghệ Thông Thông Tin (ECIT Tin (ECIT 2015) 2015) [2] IEC:62209-2, “Human exposure to radio frequency fields from [6] K.-C. Chim, K. C. L. Chan, and R. D. Murch, hand-held and body-mounted wireless communication devices “Investigating The Impact of Smart Antennas on SAR”, - Human models, instrumentation, and procedures - Part 2: IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 52, no. 5, 1370-1374, Procedure to determine the specific absorption rate (SAR) for May 2004. wireless communication devices used in close proximity to the [7] J.-O. Mattsson, and L.P. De Leon, "SAR Evaluation of A human body (frequency range of 30 MHz to 6 GHz)”, Mar. Multi-Antenna System", in Proc. IEEE Antennas and 2010. Propagation Int. Symp., pp. 1373- 1376, Honolulu, Jun. [3] IEEE 1528, “IEEE Recommended Practice for 2007. Determining the Peak Spatial-Average Specific [8] D. T. Le, T. Iyama, L. Hamada, S. Watanabe, and T. Absorption Rate (SAR) in the Human Head from Wireless Onishi, “Electric Field Measurements for MIMO Wireless Communications Devices: Measurement Techniques”, Ed. Communication Transmitters in Electromagnetic 2013. Exposure Evaluation” in Proc. Of Pan-Pacific EMC Joint [4] DASY52 by SPEAG,http://www.speag.com/products/das Meeting (PPEMC’12), Tokyo, Japan, Nov. 2012. -y /dasy-systems/ [5] ART-MAN by ART-Fi, http://www.art-fi.eu/art-man 168 168