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

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!

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