intTypePromotion=1

Quy trình xác định giá trị SAR lớn nhất của thiết bị vô tuyến nhiều ăng ten sử dụng kỹ thuật bật/tắt nguồn bức xạ

Chia sẻ: Tuong Vi Danh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

0
24
lượt xem
0
download

Quy trình xác định giá trị SAR lớn nhất của thiết bị vô tuyến nhiều ăng ten sử dụng kỹ thuật bật/tắt nguồn bức xạ

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết đề xuất một quy trình đo mới nhằm xác định SAR cực đại của thiết bị nhiều ăng ten phát. Quy trình đo kiểm này dựa trên kỹ thuật bật/tắt lần lượt các ăng ten trong mỗi phép đo để xác định các tham số ước lượng, từ đó, ước lượng cường độ điện trường tại điểm đo đối với các tổ hợp sai pha bất kỳ giữa các ăng ten.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Quy trình xác định giá trị SAR lớn nhất của thiết bị vô tuyến nhiều ăng ten sử dụng kỹ thuật bật/tắt nguồn bức xạ

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1<br /> <br /> 35<br /> <br /> QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ SAR LỚN NHẤT CỦA THIẾT BỊ VÔ TUYẾN<br /> NHIỀU ĂNG TEN SỬ DỤNG KỸ THUẬT BẬT/TẮT NGUỒN BỨC XẠ<br /> A MEASUREMENT PROCEDURE FOR DETERMINING THE MAXIMUM SAR VALUE OF<br /> MULTIPLE ANTENNA RADIO DEVICES USING THE ON/OFF TECHNIQUE<br /> Chu Văn Hải, Nguyễn Huy Hoàng, Lê Đình Thành<br /> Học viện Kỹ thuật Quân sự; chuhait1@gmail.com, hoangnh@mta.edu.vn, le.dinhthanh.vn@ieee.org<br /> Tóm tắt - Trong bài báo này, nhóm tác giả đề xuất một quy trình<br /> đo mới nhằm xác định SAR cực đại của thiết bị nhiều ăng ten phát.<br /> Quy trình đo kiểm này dựa trên kỹ thuật bật/tắt lần lượt các ăng<br /> ten trong mỗi phép đo để xác định các tham số ước lượng, từ đó,<br /> ước lượng cường độ điện trường tại điểm đo đối với các tổ hợp<br /> sai pha bất kỳ giữa các ăng ten. Trên cơ sở đó, chúng ta có thể chỉ<br /> ra tổ hợp sai pha cụ thể ứng với SAR cực đại trong mặt phẳng đo.<br /> Sau khi biết tổ hợp sai pha này, phép đo xác định SAR trung bình<br /> không gian cực đại của thiết bị nhiều ăng ten có thể tiến hành<br /> tương tự như đối với thiết bị đơn ăng ten. Nhóm tác giả phân tích<br /> các vấn đề cơ bản, mô phỏng và kiểm chứng kỹ thuật ước lượng<br /> mới đối với một số cấu hình ăng ten điển hình. Kết quả kiểm chứng<br /> cho thấy kỹ thuật ước lượng và quy trình đo mới đơn giản, chính<br /> xác và tiết kiệm thời gian.<br /> <br /> Abstract - In this paper, theauthors propose a new measurement<br /> procedure for determining the maximum SAR value of multi-antenna<br /> devices. The proposed procedure is based on a new technique which<br /> requires antennas turning ON/OFF alternatively in each<br /> measurement to determine the estimated factors. Then, the E-field<br /> at measured points can be estimated for any combination of relative<br /> phases of the antennas. Thanks to the estimation, we can find out<br /> the combination of relative phases corresponding to the maximum<br /> E-field in the measured plane. By setting the combination to the<br /> antennas, the maximum spatial-averaged SAR of a multiple-antenna<br /> device can be measured similarly to that of a single antenna device.<br /> The authors have analyzed the fundamentals of the new technique,<br /> conducted simulations and validations for some typical antenna<br /> configurations. As a result, it is confirmed that the proposed<br /> technique and procedure is simple, accurate, and time saving.<br /> <br /> Từ khóa - hệ số hấp thụ riêng; thiết bị vô tuyến nhiều ăng ten phát;<br /> đầu dò điện trường véc-tơ; sai pha tương đối; cường độ điện<br /> trường.<br /> <br /> Key words - specific absorption rate - SAR; multiple antenna radio<br /> device; vector field probes; relative phase; E-Field.<br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Thiết bị vô tuyến nhiều ăng ten phát được kỳ vọng sẽ<br /> đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống thông tin vô<br /> tuyến thế hệ tiếp theo. Hiện nay, các thiết bị vô tuyến nhiều<br /> ăng ten, bao gồm kỹ thuật MIMO (Multi-Input MultiOutput), và ăng ten mạng pha, nhận được nhiều quan tâm<br /> về nghiên cứu và phát triển. Tuy nhiên, để đưa các thiết bị<br /> này vào hoạt động trong thực tế, có nhiều vấn đề cần nghiên<br /> cứu, giải quyết như tốc độ truyền dữ liệu, chất lượng tin,<br /> kích thước, cường độ điện trường bức xạ… Trong đó, vấn<br /> đề về tương thích điện từ trường là yêu cầu quan trọng để<br /> đảm bảo các thiết bị cung cấp dịch vụ an toàn và tin cậy,<br /> không gây nhiễu đến thiết bị khác trong hệ thống.<br /> Một tham số đặc trưng để kiểm tra tính tương thích điện<br /> từ trường đó là hệ số hấp thụ riêng SAR (Specific<br /> Absorption Rate) được chỉ ra trong các chuẩn quốc tế về an<br /> toàn bức xạ vô tuyến [1], [2], [3]. Hệ số hấp thụ riêng SAR<br /> được định nghĩa là giá trị đặc trưng cho công suất hấp thụ<br /> trên mỗi đơn vị khối lượng của một cơ thể sinh học khi cơ<br /> thể đó tiếp xúc với trường điện từ. Giá trị SAR tỷ lệ với<br /> bình phương biên độ cường độ điện trường bức xạ, và được<br /> tính theo công thức:<br /> <br /> điện từ trường tương đương với cơ thể con người; (3) đầu<br /> dò điện trường để đo cường độ điện trường bên trong<br /> phantom; và (4) thiết bị cần đo. Tùy thuộc vào các hệ thống<br /> đo khác nhau, có thể có thêm cánh tay robot để điều khiển<br /> đầu dò điện trường đo các điểm khác nhau trong phantom.<br /> Phantom có 2 loại cơ bản là phantom phẳng - dùng để đo<br /> SAR của các thiết bị vô tuyến nói chung và phantom có<br /> dạng đầu người (head phantom) - dùng để đo SAR của điện<br /> thoại di động. Chất lỏng bên trong phantom (liquid) là môi<br /> trường hấp thụ sóng điện từ mạnh. Đầu dò điện trường có<br /> hai loại: đầu dò vô hướng [4] (scalar probes) và đầu dò véctơ [5] (vector probes). Đầu dò vô hướng chỉ có thể cung<br /> cấp thông tin về biên độ điện trường tại điểm đo, trong khi<br /> đó đầu dò véc-tơ cung cấp thông tin cả về pha và biên độ<br /> của điện trường.<br /> Đối với các thiết bị vô tuyến có 1 ăng ten phát (trên một<br /> đường thông tin), các kỹ thuật đo SAR và quy trình tìm giá<br /> trị SAR lớn nhất đã được chỉ rõ trong các chuẩn đo quốc tế<br /> [1], [2]. Tuy nhiên, đối với thiết bị có nhiều ăng ten phát<br /> hoạt động trong cùng một tần số, các kỹ thuật đo và quy<br /> trình xác định SAR hiện nay vẫn chưa rõ ràng, tốn thời gian<br /> và phức tạp. Chẳng hạn, các chuẩn IEEE 1528 [1] và<br /> IEC/TR 62630 [2] hiện tại khuyến nghị thực hiện các phép<br /> đo SAR với các giá trị sai pha của nguồn bức xạ (ăng ten)<br /> thay đổi từ 0 độ đến 360 độ (với một giá trị bước pha xác<br /> định). Theo đó, nếu thiết bị có N ăng ten phát hoạt động<br /> trong cùng một tần số, và bước pha là k độ, thì cần thực<br /> hiện (360 / k ) N −1 phép đo SAR lặp đi lặp lại, và tìm giá trị<br /> SAR lớn nhất trong số kết quả đo. Rõ ràng, đây là một quy<br /> trình tốn nhiều thời gian, thậm chí không khả thi trong thực<br /> tế khi giá trị bước pha nhỏ, hoặc số lượng ăng ten lớn, biết<br /> <br /> SAR =  E<br /> <br /> 2<br /> <br /> <br /> <br />  W / Kg <br /> <br /> (1)<br /> <br /> trong đó,  và  tương ứng là độ dẫn điện ( S / m ) và<br /> 3<br /> mật độ khối lượng riêng ( Kg / m ) của cơ thể sinh học; E<br /> <br /> là cường độ điện trường tại điểm đo ( V / m ).<br /> Hệ thống đo SAR thông thường có các thành phần<br /> chính gồm: (1) một phantom được cấu tạo từ chất điện môi<br /> ít tổn hao; (2) chất lỏng bên trong phantom có tính chất<br /> <br /> 36<br /> <br /> rằng mỗi phép đo SAR thường mất khoảng 30 phút.<br /> Một số nghiên cứu trong [6], [7], với trường hợp 2 ăng<br /> ten phát và giá trị bước pha bằng 45 độ, thực hiện 8 phép đo<br /> để xác định giá trị SAR lớn nhất. Tuy nhiên, do bước pha là<br /> khá lớn nên giá trị SAR lớn nhất tìm được có thể nhỏ hơn rất<br /> nhiều giá trị SAR thực tế (ứng với giá trị sai pha không phải<br /> là bội của bước pha 45 độ). Các nghiên cứu này chỉ dừng lại<br /> với các trường hợp 2 ăng ten phát. Khi số lượng các ăng ten<br /> phát tăng lên, kỹ thuật đo này trở nên khó khả thi vì yêu cầu<br /> số lượng lớn các phép đo SAR trong thực tế.<br /> Để giảm thời gian đo, một kỹ thuật khác đã được giới<br /> thiệu trong [8]. Theo đó, giá trị SAR của thiết bị nhiều ăng<br /> ten phát được xác định bằng cách kết hợp các giá trị SAR<br /> riêng lẻ của từng ăng ten. Tuy vậy, kỹ thuật này chỉ có thể<br /> chỉ ra giá trị cận trên của SAR, và giá trị này thường quá<br /> cao so với SAR thực tế (overestimating).<br /> Ngoài ra, trong [9], đánh giá SAR trên 4 mẫu điện thoại<br /> di động điển hình có 2 ăng ten phát cùng một tần số hoạt<br /> động ở băng tần LTE. Giá trị SAR được tính theo công thức<br /> của FCC [3] và không xem xét đến sự thay đổi sai pha giữa<br /> 2 ăng ten. Vì vậy giá trị SAR thu được có thể thay đổi khi<br /> sai pha thay đổi. Một kỹ thuật ước lượng được giới thiệu<br /> trong [10], phân tích vị trí đặt các ăng ten trong thiết bị di<br /> động với 6 mẫu được khảo sát. Kết quả cho thấy SAR lớn<br /> nhất tại hình a và hình c có thể dự đoán được tương ứng<br /> với sai pha cụ thể là 0° và 180° giúp giảm rất nhiều thời<br /> gian đo. Nghiên cứu cũng đưa ra hướng dẫn thiết kế thiết<br /> bị cầm tay đa ăng ten với SAR thấp. Tuy nhiên, kỹ thuật<br /> ước lượng này có thể không chính xác khi số lượng ăng ten<br /> tăng, vị trí đặt khác và với chủng loại ăng ten khác.<br /> Như vậy, các kỹ thuật đo SAR hiện nay đang gặp thách<br /> thức rất lớn về thời gian đo và tính chính xác trong xác định<br /> SAR của thiết bị. Để giải quyết bài toán này, nhóm nghiên<br /> cứu đã giới thiệu một vài kỹ thuật để ước lượng nhanh SAR<br /> [11], [12]. Các kỹ thuật này được phát triển trên cơ sở phân<br /> tích lý thuyết điện trường tổng tại điểm đo, tính toán các<br /> tham số ước lượng và thực hiện ước lượng SAR với các tổ<br /> hợp sai pha bất kỳ của nguồn bức xạ. Các kiểm chứng cho<br /> một vài mô hình cụ thể đã được tiến hành nhằm minh chứng<br /> cho tính chính xác của kỹ thuật ước lượng.<br /> Trong bài báo này, nhóm tác giả trình bày chi tiết một<br /> kỹ thuật mới để xác định các tham số ước lượng, từ đó đề<br /> xuất quy trình đo đơn giản và hiệu quả nhằm xác định giá<br /> trị SAR cực đại của thiết bị vô tuyến nhiều ăng ten phát.<br /> Kỹ thuật mới được phát triển trên cơ sở ứng dụng hệ thống<br /> đo điện trường sử dụng đầu dò điện trường véc-tơ.<br /> 2. Phân tích điện trường tại điểm đo<br /> Để đơn giản, trước hết ta khảo sát điện trường tại một<br /> điểm đo bên trong chất lỏng của hệ thống đo SAR. Về cơ<br /> bản, môi trường chất lỏng bên trong phantom là môi trường<br /> hấp thụ sóng điện trường mạnh. Vì vậy, điện trường tại điểm<br /> đo bên trong phantom của thiết bị có N ăng ten phát có thể<br /> được biểu diễn là tổng véc-tơ các thành phần điện trường<br /> gây ra bởi mỗi nguồn bức xạ riêng lẻ theo phương các trục<br /> x, y, z. Để đánh giá SAR, ba thành phần điện trường theo<br /> phương các trục x, y, z cần được đo kiểm. Tuy nhiên, dưới<br /> đây, nhóm tác giả chỉ trình bày giải pháp ước lượng cho<br /> thành phần điện trường theo trục x (trường hợp theo<br /> <br /> Chu Văn Hải, Nguyễn Huy Hoàng, Lê Đình Thành<br /> <br /> phương trục y, z ước lượng tương tự). Xét theo phương trục<br /> x, giá trị cường độ điện trường tại điểm đo được tính theo<br /> công thức:<br /> <br /> Etot = a1 + a2ei2 + ... + aN eiN<br /> <br /> (2)<br /> <br /> trong đó an n = 1...N  là các giá trị phức, đặc trưng cho<br /> điện trường tại điểm đo gây ra bởi ăng ten thứ n; và<br />  n ( n = 2...N ) là sai pha tương ứng giữa ăng ten thứ n và<br /> ăng ten 1.<br /> Chúng ta nhận thấy rằng, nếu có thể xác định được các<br /> giá trị an n = 1...N  thông qua một số hữu hạn các phép đo<br /> cho trước, thì cường độ điện trường ứng với tổ hợp sai pha<br /> bất kỳ có thể được ước lượng thông qua công thức (2). Vì<br /> thế, các giá trị an n = 1...N  được gọi là các tham số ước<br /> lượng. Trong các nghiên cứu ước lượng trước đây [11],<br /> [12], các tham số ước lượng an n = 1...N  được xác định<br /> dựa trên dữ liệu đo từ các phép đo đối với các tổ hợp sai<br /> pha biết trước. Tuy nhiên, việc thiết lập các giá trị sai pha<br /> chính xác ở một giá trị nào đó trong quá trình đo là rất khó<br /> khăn và thường gây ra sai số. Nếu việc thiết lập các tổ hợp<br /> sai pha có sai số lớn, thì giá trị SAR ước lượng có thể khác<br /> nhiều so với giá trị SAR thực tế.<br /> Để giải quyết vấn đề này, nhóm tác giả đề xuất trong<br /> bài báo kỹ thuật xác định các tham số ước lượng<br /> an n = 1...N  một cách đơn giản mà không cần thiết phải<br /> thiết lập giá trị sai pha trong các phép đo. Từ công thức (2),<br /> chúng ta thấy rằng các tham số ước lượng an n = 1...N <br /> đặc trưng cho cường độ điện trường tại điểm đo gây ra bởi<br /> từng nguồn bức xạ. Vì thế, bằng cách bật/tắt tuần tự từng<br /> ăng ten và đo cường độ điện trường bức xạ từ ăng ten đang<br /> bật, các tham số này có thể được xác định thông qua các<br /> phép đo sử dụng đầu dò điện trường véc-tơ.<br /> Quy trình cơ bản được thực hiện như sau:<br /> <br />  a1 = E tot (1) Khi ¨ng ten 1 bËt, c¸c ¨ng ten kh¸c t¾t<br />  a = E (2)<br /> Khi ¨ng ten 2 bËt, c¸c ¨ng ten kh¸c t¾t<br />  2<br /> tot<br /> (3)<br /> <br /> <br />  a N = E tot (N) Khi ¨ng ten N bËt, c¸c ¨ng ten kh¸c t¾t<br /> Như vậy, đối với thiết bị có N ăng ten phát, cần thực hiện<br /> N phép đo để xác định các tham số ước lượng an n = 1...N .<br /> So với kỹ thuật ước lượng trong [12] (cùng sử dụng loại đầu<br /> dò điện trường véc-tơ), số lượng phép đo được yêu cầu là<br /> không đổi, song hệ thống đo sẽ phức tạp hơn do phải bật/tắt<br /> nguồn kích thích và khó thực hiện với hệ thống ăng ten được<br /> kích thích đồng thời, ví dụ như ăng ten mảng pha. Tuy nhiên,<br /> kỹ thuật bật/tắt tuần tự từng ăng ten sẽ loại bỏ được sai số<br /> gây ra do việc đặt sai tổ hợp sai pha của các nguồn bức xạ.<br /> Sau khi các tham số ước lượng được xác định, thì cường độ<br /> điện trường tại điểm đo ứng với tổ hợp sai pha bất kỳ đều có<br /> thể được ước lượng dựa vào công thức (2).<br /> 3. Quy trình đo SAR mới<br /> Đối với việc đo SAR theo các chuẩn quốc tế IEEE1528<br /> [1] hay IEC/TR 62630 [2], quy trình đo SAR phải thực hiện<br /> qua 2 bước đo cơ bản: i) đo trong một mặt phẳng xác định<br /> <br /> ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1<br /> <br /> (gọi là area scan), và ii) đo trong một không gian hình lập<br /> phương xung quanh điểm có giá trị SAR lớn nhất trong mặt<br /> phẳng đo ở bước i (được gọi là zoom scan). Giá trị SAR<br /> lớn nhất cần được xác định là giá trị SAR trung bình theo<br /> không gian (spatial-averaged SAR), được tính là trung bình<br /> SAR của các điểm đo trong bước ii.<br /> Cần chú ý rằng, việc ước lượng giá trị cường độ điện<br /> trường ở đây là ước lượng theo từng điểm. Nghĩa là, các<br /> tham số ước lượng ở các điểm đo khác nhau sẽ khác nhau.<br /> Vì thế, việc đo các điểm trong bước đo “area scan” cần<br /> được thực hiện lần lượt trong mỗi lần bật/tắt các ăng ten.<br /> Sau khi thực hiện ước lượng và xác định tổ hợp sai pha của<br /> các nguồn ứng với giá trị cường độ điện trường (hay SAR)<br /> lớn nhất trong mặt phẳng đo, chúng ta có thể thực hiện<br /> bước đo “zoom scan” đối với tổ hợp sai pha đó và xác định<br /> giá trị SAR trung bình không gian lớn nhất.<br /> Trên cơ sở kỹ thuật ước lượng trên, nhóm tác giả đưa<br /> ra quy trình đo mới nhằm xác định giá trị SAR trung bình<br /> không gian cực đại cho các thiết bị vô tuyến có nhiều ăng<br /> ten phát như chỉ ra trên Hình 1. Các phép đo “area scan”<br /> và “zoom scan” được thực hiện tuân thủ theo tiêu chuẩn<br /> quốc tế về đo SAR.<br /> Bắt đầu<br /> <br /> 37<br /> <br /> 10 mm. Kích thước phantom phẳng, vỏ phantom, các thông<br /> số chất lỏng theo các tiêu chuẩn quốc tế được thể hiện ở<br /> Bảng 1. Hình 3 là ví dụ biểu diễn mô hình phantom phẳng<br /> và DUT là ăng ten chữ F ngược. Mặt phẳng đo “area scan”<br /> nhóm tác giả lựa chọn là mặt phẳng XZ phía trong phantom<br /> và cách DUT là 11 mm.<br /> Mô hình phantom phẳng, cấu hình DUT được mô<br /> phỏng bằng phần mềm CST STUDIO SUITE [13]<br /> (Computer Simulation Technology) ... Dữ liệu cường độ<br /> điện trường khi bật/tắt từng ăng ten có được từ mô phỏng<br /> tính toán sẽ được sử dụng thay thế cho dữ liệu đo thực tế.<br /> Để đánh giá sai số ước lượng, nhóm tác giả cũng lấy dữ<br /> liệu mô phỏng tính toán SAR tương ứng với các sai pha từ<br /> 0 độ đến 360 độ (với bước pha là 15 độ) cho trường hợp 2<br /> ăng ten; đối với trường hợp 3 ăng ten, dữ liệu SAR tính<br /> toán tương ứng với 64 tổ hợp sai pha  2 , 3 giữa các nguồn<br /> bức xạ, trong đó  2 , 3 lần lượt nhận các giá trị 0 độ đến<br /> 360 độ (với bước pha là 45 độ). Các dữ liệu mô phỏng này<br /> sẽ được dùng để so sánh với dữ liệu ước lượng SAR theo<br /> quy trình được đề xuất như Hình 1. Tất cả các dữ liệu SAR<br /> được chuẩn hóa theo giá trị SAR lớn nhất trong mặt phẳng<br /> đo “area scan”. Ngoài ra, kỹ thuật ước lượng trong [12]<br /> cũng được sử dụng để so sánh kết quả ước lượng SAR với<br /> kỹ thuật bật/tắt nguồn bức xạ mà nhóm tác giả đề xuất.<br /> 29<br /> <br /> 29<br /> <br /> 5<br /> <br /> 5<br /> <br /> Thiết lập công suất ở mức lớn nhất cho mỗi ăng ten phát<br /> <br /> 50<br /> <br /> 50<br /> <br /> 29<br /> <br /> Lựa chọn hệ thống đo sử dụng đầu dò véc tơ<br /> <br /> Inverted F<br /> antennas<br /> <br /> Inverted F<br /> antennas<br /> <br /> Thực hiện N phép đo “area scan” để xác định:<br /> Etot (1) cho ăng ten thứ 1 bật, (N-1) ăng ten còn lại tắt.<br /> Etot (2) cho ăng ten thứ 2 bật, (N-1) ăng ten còn lại tắt.<br /> …<br /> Etot (N) cho ăng ten thứ N bật, (N-1) ăng ten còn lại tắt.<br /> Tính toán các tham số ước lượng a1 …aN theo (3)<br /> Ước lượng Etot cho (β2 ,β3 ,…,βN) bất kỳ theo công thức (2)<br /> <br /> GND<br /> <br /> GND<br /> <br /> 3<br /> <br /> 3<br /> <br /> 100<br /> <br /> 100<br /> <br /> (b)<br /> (a)<br /> Hình 2. Mô hình và kích thước (mm) ăng ten chữ F ngược:<br /> (a) trường hợp 2 ăng ten; (b) trường hợp 3 ăng ten.<br /> Ăng ten chữ F ngược<br /> Chất lỏng trong phantom<br /> <br /> Xác định bộ giá trị (β2 ,β3 ,…,βN)max tương ứng với (Etot)max<br /> <br /> Mặt phẳng quan sát<br /> <br /> Đo Etot tương ứng với giá trị (β2 ,β3 ,…,βN)max trong “zoom scan”<br /> <br /> Vỏ phantom<br /> Vỏ phantom<br /> <br /> Xác định SAR theo công thức (1) trong “zoom scan”<br /> <br /> 10 mm<br /> DUT<br /> <br /> Tính toán giá trị SAR trung bình không gian theo chuẩn IEEE1528/IEC62209<br /> <br /> Kết thúc<br /> <br /> Hình 1. Quy trình đo SAR của thiết bị có N ăng ten<br /> <br /> 4. Mô hình và kết quả kiểm chứng<br /> 4.1. Mô hình<br /> Để kiểm chứng việc xác định hệ số ước lượng dựa trên<br /> việc bật/tắt tuần tự các ăng ten, nhóm tác giả xây dựng một<br /> số mô hình với 3 trường hợp thiết bị đo kiểm DUT (Device<br /> Under Test) như sau: 2 ăng ten chữ F ngược (IFA: InvertedF Antenna); 3 ăng ten chữ F ngược và 3 ăng ten chấn tử<br /> nửa sóng. Cấu hình ăng ten và các thông số kích thước<br /> được thể hiện trong Hình 2 và Bảng 1. DUT được đặt phía<br /> dưới phantom phẳng và cách chất lỏng trong phantom là<br /> <br /> Hình 3. Mô hình phantom và ăng ten chữ F ngược<br /> Bảng 1. Các thông số của phantom và ăng ten chấn tử nửa sóng<br /> TT<br /> 1<br /> <br /> Tham số<br /> Kích thước phantom<br /> <br /> 2<br /> <br /> 10mm<br /> <br /> 4<br /> <br /> Độ dày vỏ phantom<br /> Khoảng cách giữa chất lỏng<br /> phantom và DUT<br /> Hằng số điện môi của chất lỏng<br /> <br /> 5<br /> <br /> Độ dẫn điện chất lỏng (σ)<br /> <br /> 1,8 S / m<br /> <br /> 6<br /> <br /> Khối lượng riêng chất lỏng (ρ)<br /> <br /> 1000 Kg / m3<br /> <br /> 7<br /> <br /> Tần số<br /> <br /> 2, 45GHz<br /> <br /> 8<br /> 9<br /> 10<br /> <br /> Bán kính lưỡng cực<br /> Chiều dài tổng thể<br /> Khoảng cách giữa 2 ăng ten<br /> <br /> 1,8mm<br /> <br /> 3<br /> <br /> Giá trị<br /> (180  120  150) mm<br /> 2mm<br /> <br /> 39,2<br /> <br /> /2<br /> /4<br /> <br /> Chu Văn Hải, Nguyễn Huy Hoàng, Lê Đình Thành<br /> <br /> 38<br /> <br /> 4.2. Kết quả kiểm chứng<br /> 4.2.1. Trường hợp 2 ăng ten<br /> <br /> Hình 4. Phân bố SAR trên mặt phẳng đo “area scan”:<br /> (a) Ăng ten 1 bật, ăng ten 2 tắt; (b) Ăng ten 2 bật, ăng ten 1 tắt<br /> <br /> Với mô Hình 2 ăng ten chữ F ngược, Hình 4 thể hiện<br /> phân bố SAR khi bặt/tắt ăng ten trên mặt phẳng đo “area<br /> scan”. Dữ liệu SAR này dùng để tính toán các tham số ước<br /> lượng theo (3).<br /> Từ các tham số ước lượng nhanh chóng xác định được<br /> SAR với sai pha bất kỳ thay đổi từ 0 độ đến 360 (với bước<br /> pha là 1 độ). Hình 5 biểu diễn SAR lớn nhất cho tương ứng<br /> với các sai pha khác nhau. Từ Hình 5, nhận thấy đường<br /> biểu diễn SAR lớn nhất cho cả 2 kỹ thuật ước lượng là<br /> tương đối trùng khớp và tại sai pha bằng 175 độ, cả 2 kỹ<br /> thuật SAR ước lượng đều cho kết quả SAR lớn nhất trên<br /> mặt phẳng đo “area scan”, giá trị SAR sai lệch khoảng<br /> 0,28%. Phân bố SAR lớn nhất tại sai pha bằng 175 độ trên<br /> mặt phẳng đo “area scan” được thể hiện trong Hình 6, dễ<br /> thấy các phân bố SAR là khá tương đồng.<br /> <br /> 4.2.2. Trường hợp 3 ăng ten chữ F ngược<br /> <br /> Hình 8. Phân bố SAR cho 3 ăng ten chữ F ngược trên mặt<br /> phẳng đo “area scan”: (a) Ăng ten 1 bật, 2, 3 tắt;<br /> (b) Ăng ten 2 bật, 1, 3 tắt; (c) Ăng ten 3 bật, 1, 2 tắt<br /> <br /> Hình 8 biểu diễn phân bố SAR trên mặt phẳng đo “area<br /> scan” cho trường hợp 3 ăng ten chữ F ngược khi bật/tắt<br /> tuần tự từng ăng ten. Tương tự như trường hợp 2 ăng ten,<br /> nhóm tác giả cũng nhanh chóng xác định được SAR lớn<br /> nhất trên mặt phẳng đo “area scan”. Hình 9a cho biết SAR<br /> lớn nhất xác định tại tổ hợp sai pha (92 độ và 67 độ) theo<br /> kỹ thuật đề xuất và Hình 9b biểu diễn SAR lớn nhất tương<br /> ứng tại tổ hợp sai pha (90 độ và 65 độ) khi sử dụng kỹ thuật<br /> trong [12].<br /> <br /> Hình 5. Giá trị SAR lớn nhất tương ứng với các sai pha<br /> Hình 9. Giá trị SAR lớn nhất tương ứng với các tổ hợp sai pha<br /> cho trường hợp 3 ăng ten chữ F ngược:<br /> (a) Kỹ thuật bật/tắt nguồn bức xạ; (b) Kỹ thuật trong [12]<br /> Hình 6. Phân bố SAR trên mặt phẳng đo “area scan” tại sai<br /> pha bằng 175 độ: (a) Kỹ thuật bật/tắt nguồn bức xạ;<br /> (b) Kỹ thuật trong [12]; (c) Dữ liệu tính toán mô phỏng<br /> <br /> Hình 7. Sai số giữa ước lượng và tính toán SAR<br /> <br /> Hình 7 thể hiện sai số giữa SAR tính toán mô phỏng và<br /> SAR ước lượng cho tất cả các trường hợp kiểm tra, sai số<br /> ước lượng giữa kỹ thuật đề xuất và kỹ thuật trong [12] đều<br /> rất nhỏ (dưới 0,5%).<br /> <br /> Hình 10. Sai số giữa tính toán và ước lượng SAR cho trường<br /> hợp 3 ăng ten chữ F ngược:<br /> (a) Kỹ thuật bật/tắt nguồn bức xạ; (b) Kỹ thuật trong [12]<br /> <br /> Hình 10 thể hiện sai số giữa SAR tính toán mô phỏng<br /> và SAR ước lượng cho tổ hợp 64 bộ sai pha kiểm tra. Với<br /> cả 2 kỹ thuật, ước lượng sai số đều rất nhỏ (dưới 1,6% cho<br /> kỹ thuật đề xuất và dưới 0,8% cho kỹ thuật trong [12]).<br /> <br /> ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1<br /> <br /> 4.2.3. Trường hợp 3 ăng ten chấn tử nửa sóng<br /> <br /> Hình 11. Phân bố SAR cho 3 ăng ten chấn tử nửa sóng trên<br /> mặt phẳng đo “area scan”: (a) Ăng ten 1 bật, 2, 3 tắt;<br /> (b) Ăng ten 2 bật, 1, 3 tắt; (c) Ăng ten 3 bật, 1, 2 tắt<br /> <br /> Tiến hành các bước tính toán tương tự như trường hợp<br /> 3 ăng ten chữ F ngược. Kết quả phân bố SAR tương ứng<br /> với các tham số ước lượng thể hiện trên Hình 11; phân bố<br /> SAR lớn nhất trên mặt phẳng đo “area scan” (Hình 12) và<br /> sai số kiểm tra thể hiện trên Hình 13 cho cả 2 kỹ thuật ước<br /> lượng. Các kết quả đều cho thấy kỹ thuật ước lượng bật/tắt<br /> nguồn bức xạ xác định nhanh chóng SAR lớn nhất và sai<br /> số ước lượng dưới 0,5%. SAR lớn nhất ước lượng theo kỹ<br /> thuật đề xuất tương ứng với tổ hợp sai pha (225 độ và 12<br /> độ) (Hình 12a) và theo kỹ thuật [12] tương ứng với tổ hợp<br /> sai pha (212 độ và 347 độ) (Hình 12b).<br /> <br /> 39<br /> <br /> 5. Kết luận<br /> Trong bài báo này, nhóm tác giả đã phân tích, đề xuất<br /> kỹ thuật ước lượng và quy trình đo mới, cho phép xác định<br /> giá trị SAR lớn nhất của thiết bị vô tuyến có nhiều ăng ten<br /> phát một cách nhanh chóng và chính xác. Kỹ thuật được đề<br /> xuất trong bài báo này cho phép xác định các giá trị ước<br /> lượng thông qua việc đo điện trường tại điểm đo sử dụng<br /> các đầu dò véc-tơ khi các nguồn bức xạ (ăng ten) lần lượt<br /> được bật/tắt. Ưu điểm của kỹ thuật này là tránh được sai số<br /> đo gây ra do việc đặt sai giá trị sai pha của nguồn trong quá<br /> trình đo.<br /> Nhóm tác giả thực hiện một số kiểm chứng trong các<br /> mô hình khác nhau để xác định tính chính xác của kỹ thuật<br /> đề xuất. Kết quả là, giá trị ước lượng SAR và giá trị tính<br /> toán SAR khá phù hợp với nhau. Sai số giữa giá trị ước<br /> lượng và giá trị mô phỏng chỉ nhỏ hơn 1,6% trong hầu hết<br /> các trường hợp.<br /> Với quy trình mới này, việc đo SAR của các thiết bị vô<br /> tuyến nhiều ăng ten trở nên đơn giản hơn, nhanh hơn và<br /> chính xác hơn so với các kỹ thuật hiện tại, góp phần giảm<br /> thời gian và chi phí trong đo kiểm của nhà sản xuất.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> Hình 12. Giá trị SAR lớn nhất tương ứng với các tổ hợp sai pha<br /> cho trường hợp 3 ăng ten chấn tử nửa sóng:<br /> (a) Kỹ thuật bật/tắt nguồn bức xạ; (b) Kỹ thuật trong [12]<br /> <br /> Hình 13. Sai số giữa tính toán và ước lượng SAR cho trường<br /> hợp 3 ăng ten chấn tử nửa sóng:<br /> (a) Kỹ thuật bật/tắt nguồn bức xạ; (b) Kỹ thuật trong [12]<br /> <br /> [1] IEEE 1528, IEEE Recommended Practice for Determining the Peak<br /> Spatial-Average Specific Absorption Rate (SAR) in the Human Head from<br /> Wireless Communications Devices: Measurement Techniques, Ed.2013.<br /> [2] IEC/TR 62630, Guidance for Evaluating Exposure from Multiple<br /> Electromagnetic Sources, Ed. 1.0, 2010.<br /> [3] FCC OET Bulletin 65, Evaluating Compliance with FCC Guidelines for<br /> Human Exposure to Radiofrequency Electromagnetic Fields, Ed. 97-01.<br /> [4] DASY52 by SPEAG, http://www.speag.com/products/dasy/dasysystems/.<br /> [5] ART-MAN by ART-Fi, http://www.art-fi.eu/art-man.<br /> [6] K.-C. Chim, K. C. L. Chan, and R. D. Murch, “Investigating The<br /> Impact of Smart Antennas on SAR”, IEEE Trans. Antennas Propag.,<br /> Vol. 52, No. 5, May 2004, pp. 1370-1374.<br /> [7] J. O. Mattsson, and L. P. De Leon, “SAR Evaluation of A MultiAntenna System”, Proc. IEEE Antennas and Propagation Int.<br /> Symp., Honolulu, Jun. 2007, pp. 1373-1376.<br /> [8] T. Iyama and T. Onishi, “Maximum Average SAR Measurement<br /> Procedure for Multi-Antenna Transmitters”, IEICE Trans. Comm.,<br /> Vol. E93-B, No. 7, Jul 2010, pp. 1821-1825.<br /> [9] K. Zhao, S. Zhang, Z. Ying, T. Bolin, S. He, “SAR Study of<br /> Different MIMO Antenna Designs for LTE Application in Smart<br /> Mobile Handsets”, IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 61, No. 6,<br /> Jun. 2013, pp.3270-3279.<br /> [10] H. Li, A. Tsiaras, B. Lau, “Analysis and Estimation of MIMO-SAR<br /> for Multi-antenna Mobile Handsets”, IEEE Trans. Antennas<br /> Propag., 2017, pp. 1522-1527.<br /> [11] D. T. Le, L. Hamada, and S. Watanabe, “Measurement Procedure to<br /> Determine SAR of Multiple Antenna Transmitters Using Scalar<br /> Electric Field Probes”, Proc. IEEE The International Conference on<br /> Advanced Technologies for Communications 2014 (ATC'14)., Ha<br /> Noi, Oct 2014.<br /> [12] D. T. Le, L. Hamada, S. Watanabe, and T. Onishi, “An Estimation<br /> Method for Vector Probes Used in Determination SAR of MultipleAntenna Transmission Systems”, Proc. IEEE International<br /> Symposium on Electromagnetic Compatibility., Tokyo, May 2014.<br /> [13] https://www.cst.com/products/csts2.<br /> <br /> (BBT nhận bài: 23/01/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 28/05/2018)<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản