Kỹ thuật [20] Kỹ thuật [21] Kỹ thuật ƣớc lƣợng đề xuất
Số phép đo N(N-1) + 1 N N
Thời gian đo
của 1 phép đo 30 phút 30s 30s
* Về độ phức tạp tính tốn:
Ở kỹ thuật ƣớc lƣợng đề xuất, các tham số ƣớc lƣợng lấy trực tiếp từ kết quả đo nên khơng phải tính tốn phức tạp nhƣ kỹ thuật [20] phải giải hệ phƣơng trình (2.13) và kỹ thuật [21] phải giải phƣơng trình (2.22), (2.23) và (2.24). Nhƣ đã nêu ở trên, khi số lƣợng anten càng lớn thì việc tính tốn các
tham số ƣớc lƣợng với các kỹ thuật [20], [21] càng phức tạp và khối lƣợng tính tốn tăng lên đáng kể, nhất là với kỹ thuật [20].
* Về sai số xác định SAR:
Kết quả kiểm chứng bằng mơ phỏng cho các mơ hình hai và ba anten với hại loại anten chấn tử và anten IFA cho thấy: Phân bố giá trị SAR ƣớc lƣợng và giá trị tính tốn mơ phỏng SAR ở tất cả các mơ hình khảo sát khá đồng nhất, khơng có sự khác biệt nhiều. Sai số lớn nhất giữa kỹ thuật ƣớc lƣợng đề xuất và dữ liệu tính tốn mơ phỏng rất nhỏ (dƣới 1,54%) cho tất cả các mơ hình khảo sát. Sai số lớn nhất của kỹ thuật ƣớc lƣợng đề xuất so với kỹ thuật [21] cũng rất nhỏ (dƣới 1,31%) cho tất cả các mơ hình khảo sát. Số liệu cụ thể với các mơ hình khảo sát nêu trong bảng 2.6. Điều này khẳng định tính chính xác và độ tin cậy của kỹ thuật ƣớc lƣợng và qui trình đo SAR đề xuất.
Bảng 2.6: Sai số ước lượng lớn nhất của các mơ hình khảo sát
Mơ hình khảo sát
Sai số lớn nhất giữa kỹ thuật ƣớc lƣợng đề xuất và dữ liệu mô phỏng
Sai số lớn nhất giữa kỹ thuật ƣớc lƣợng đề xuất và kỹ thuật
[21]
Mơ hình
hai anten chấn tử Khoảng 0,7% Khoảng 0,1%
Mơ hình
hai anten IFA Khoảng 0,3% Khoảng 0,28%
Mơ hình
ba anten IFA Khoảng 1,54% Khoảng 1,31%
Mơ hình
ba anten chấn tử Khoảng 0,71% Khoảng 0,25%
2.3. Kết luận chƣơng 2
Trong chƣơng 2, luận án đã phân tích cơ sở lý thuyết, quy trình đo SAR, từ đó đƣa ra những nhận xét đánh giá ƣu điểm và hạn chế của kỹ thuật [20]; thực hiện kiểm chứng kỹ thuật [20] bằng thực nghiệm đo đạc với một mơ
hình thiết bị có ba anten phát. Kết quả đo đạc thực nghiệm cho kết quả xác định SAR tốt, sai số lớn nhất khoảng 5,2%, điều này khẳng định tính chính xác và độ tin cậy của kỹ thuật ƣớc lƣợng và quy trình đo SAR của kỹ thuật [20]. Mơ hình và kết quả kiểm chứng bằng thực nghiệm kỹ thuật [20] đã đƣợc công bố trong Cơng trình CT_1.
Cũng trong chƣơng này, luận án đã đề xuất một kỹ thuật ƣớc lƣợng và quy trình đo nhanh SAR của thiết bị vơ tuyến nhiều anten phát sử dụng đầu dò điện trƣờng véc-tơ dựa trên việc bật/tắt tuần tự các anten phát. Ƣu điểm nổi trội nhất của kỹ thuật mới đề xuất là loại bỏ hoàn toàn sai số do việc thiết lập các tổ hợp sai pha khơng chính xác có trong các kỹ thuật [20], [21]. Ngoài ra, kỹ thuật mới đề xuất cũng cho phép giảm thiểu thời gian đo và việc tính tốn để xác định các tham số ƣớc lƣợng đơn giản hơn so với các kỹ thuật [20], [21]. Kết quả kiểm chứng bằng mô phỏng cho thấy kỹ thuật ƣớc lƣợng và quy trình đo nhanh SAR đề xuất cho kết quả xác định SAR chính xác, sai số rất nhỏ (dƣới 1,54%) cho tất cả các mơ hình khảo sát. Kết quả kiểm chứng kỹ thuật ƣớc lƣợng và qui trình đo nhanh SAR đề xuất cũng đƣợc so sánh với kỹ thuật [21], sai số cũng rất nhỏ (dƣới 1,31%) cho tất cả các mơ hình khảo sát. Nhƣ vậy có thể khẳng định kỹ thuật ƣớc lƣợng và qui trình đo nhanh SAR đề xuất cho phép xác định SAR chính xác và đủ độ tin cậy. Các kết quả nghiên cứu của phần này đã đƣợc cơng bố trong Cơng trình CT_2, CT_3.
CHƢƠNG 3:
PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH SAR
Trong chƣơng 3, luận án tập trung phân tích các yếu tố ảnh hƣởng có thể gây ra sai số xác định SAR; xây dựng các mơ hình kiểm chứng và thực hiện mô phỏng kiểm chứng để đánh giá ảnh hƣởng của một số yếu tố gây ra sai số xác định SAR. Các yếu tố ảnh hƣởng đƣợc xem xét bao gồm: Ảnh hƣởng của việc thiết lập sai pha khơng chính xác; ảnh hƣởng của xác định mặt phẳng đo; ảnh hƣởng của việc đơn giản hoá các giả thiết ƣớc lƣợng khi xây dựng mơ hình tốn học ƣớc lƣợng SAR đối với: Số lƣợng anten phát, kích thƣớc khn mẫu, tần số phát.
Trên cơ sở các kết quả đánh giá có đƣợc, luận án cũng đƣa ra một số đề xuất kiến nghị áp dụng, lựa chọn các kỹ thuật ƣớc lƣợng và quy trình đo SAR phù hợp với yêu cầu của các bài đo SAR cụ thể trong thực tế.
3.1. Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến việc xác định SAR
Trong chƣơng 2, luận án đã trình bày nội dung nghiên cứu bổ sung hồn thiện và phát triển các kỹ thuật [20], [21]; đồng thời đề xuất kỹ thuật ƣớc lƣợng và qui trình đo SAR mới dùng cho thiết bị vơ tuyến có nhiều anten phát. Kiểm chứng bằng thực nghiệm đo đạc và mơ phỏng cho mơ hình khn mẫu phẳng và khuôn mẫu ELI4 với DUT là các cấu hình anten điển hình gồm: Anten chấn tử, anten IFA. Kết quả cho thấy, sai số xác định SAR khá nhỏ trong tất cả các trƣờng hợp kiểm chứng (cụ thể đã chỉ ra trong chƣơng 2), chứng tỏ tính chính xác của các kỹ thuật nêu trên. Tuy nhiên, để có thể đƣa vào ứng dụng trong thực tế, cần phải có các đánh giá đầy đủ hơn về ƣu nhƣợc điểm của các kỹ thuật [20], [21] và kỹ thuật ƣớc lƣợng đề xuất. Một trong những vấn đề quan trọng cần nghiên cứu phát triển thêm để hoàn thiện các kỹ
thuật trên, đó là đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng gây sai lệch kết quả xác định SAR so với đo đạc thực tế khi sử dụng các kỹ thuật ƣớc lƣợng. Các nguyên nhân chủ yếu có thể gây ra sai số khi xác định SAR theo các kỹ thuật ƣớc lƣợng bao gồm:
Một là, do các yếu tố từ hệ thống đo, ví dụ hệ thống đo sử dụng đầu dị
điện trƣờng vơ hƣớng đƣợc chỉ ra trên hình 3.1, đó là: (1) Thiết bị ghi và điều khiển dữ liệu, (2) Thiết bị đọc đầu dò điện trƣờng, (3) Đầu dò điện trƣờng, (4) định vị đầu dò điện trƣờng, (5) Các thành phần điện trƣờng xung quanh, (6) Vỏ khuôn mẫu và chất lỏng tƣơng đƣơng mô, (7) Thiết bị kiểm tra (DUT), (8) Thiết bị giữ/định vị DUT. Các thành phần gây sai lệch này đã đƣợc chỉ ra trong tiêu chuẩn IEEE 1528 [12]. Đối với hệ thống đo cho thiết bị nhiều anten phát mà luận án nghiên cứu, yêu cầu đo SAR với từng tổ hợp sai pha và ta biết rằng việc thiết lập chính xác sai pha là rất khó khăn. Đây cũng là yếu tố gia tăng sai lệch kết quả đo SAR cần đƣợc phân tích, đánh giá.
Hình 3.1: Mơ tả các thành phần gây sai lệch kết quả đo trong một hệ thống
Hai là, do quy trình đo SAR theo tiêu chuẩn IEC 62209-2 [10], IEEE
1528 [12] chƣa quy định cụ thể về đo mặt phẳng tham chiếu nên việc lựa chọn mặt phẳng tham chiếu để xác định điểm SARmax chƣa phù hợp có thể gây ra sai lệch lớn giữa SAR tính tốn và SAR thực tế của thiết bị.
Ba là, khi xây dựng mơ hình tốn học của các kỹ thuật ƣớc lƣợng đã đơn
giản hóa và bỏ qua một số thành phần điện trƣờng thứ yếu. Thực tế thì khi có các yếu tố nào đó thay đổi dẫn đến các thành phần thứ yếu tăng đáng kể, lúc này nếu bỏ qua các thành phần trên có thể gây sai số lớn. Nhận thấy, trong ba kỹ thuật ƣớc lƣợng đƣợc nghiên cứu bổ sung và đề xuất ở chƣơng 2 thì trong khi xây dựng mơ hình tốn học ƣớc lƣợng cƣờng độ điện trƣờng hay SAR, đều bỏ qua các thành phần điện trƣờng phản xạ trong khuôn mẫu đến điểm đo (do môi trƣờng chất lỏng trong khuôn mẫu hấp thụ điện trƣờng rất mạnh nên các thành phần phản xạ là khá nhỏ so với điện trƣờng từ các nguồn phát trực tiếp) và trong một số trƣờng hợp cụ thể có thể bỏ qua thành phần này mà không ảnh hƣởng đến kết quả xác định SAR.
Tuy vậy, các thành phần điện trƣờng phản xạ này có thể tăng đáng kể khi có một trong các yếu tố sau thay đổi: 1) Kích thƣớc khn mẫu giảm, khi đó các thành phần phản xạ từ bề mặt khuôn mẫu đến điểm đo sẽ tăng mạnh; 2) Tần số phát giảm (khi tần số phát cao thì suy hao trong mơi trƣờng chất lỏng khuôn mẫu là rất lớn và ngƣợc lại); 3) Số lƣợng anten phát tăng (khi đó tổng các thành phần điện trƣờng tại các điểm đo đều tăng tỷ lệ thuận với số lƣợng anten).
Từ những phân tích trên, trong phần tiếp theo luận án tiến hành xây dựng các mơ hình khảo sát, mơ phỏng kiểm chứng kết quả ƣớc lƣợng để đánh giá ảnh hƣởng của các yếu tố kể trên đến việc xác định SAR theo cả ba kỹ thuật [20], [21] và kỹ thuật ƣớc lƣợng đề xuất. Luận án tập trung phân tích ảnh hƣởng của ba nhóm yếu tố ảnh hƣởng chính, bao gồm: Ảnh hƣởng của việc
thiết lập các tham số của hệ thống đo SAR nhƣ: Thiết lập sai pha khơng chính xác; ảnh hƣởng của xác định mặt phẳng đo; ảnh hƣởng của việc đơn giản hoá các giả thiết ƣớc lƣợng khi xây dựng mơ hình tốn học ƣớc lƣợng SAR đối với: Số lƣợng anten phát, kích thƣớc khn mẫu và tần số phát.
3.2. Kiểm chứng đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng đến việc xác định SAR
3.2.1. Ảnh hưởng của việc thiết lập sai pha khơng chính xác
3.2.1.1. Mơ hình kiểm chứng
Kiểm chứng sử dụng mơ hình và kết quả đo đạc thực nghiệm với ba anten phát trong mục 2.1.2 để phân tích, đánh giá ảnh hƣởng của sự khơng chính xác khi thiết lập sai pha của hệ thống đo. Quy trình đo đƣợc thực hiện theo kỹ thuật [20], và yêu cầu thiết lập sai pha để đo đạc tính tốn các tham số ƣớc lƣợng cũng nhƣ so sánh kết quả đo đạc với lý thuyết ƣớc lƣợng. Kết quả đo đạc cho thấy sai lệch SAR lớn nhất so với kỹ thuật [20] là 5,2%. Sai số này có thể do nhiều yếu tố khác nhau gây ra, trong mục này luận án đánh giá ảnh hƣởng của yếu tố sai lệch sai pha của nguồn phát khi thiết lập trong hệ thống đo thực tế. Đây là một yếu tố ảnh hƣởng quan trọng và chƣa khắc phục đƣợc khi sử dụng các kỹ thuật đo hiện nay.
3.2.1.2. Đánh giá ảnh hưởng của yếu tố thiết lập sai pha khơng chính xác
Điểm chung của các kỹ thuật ƣớc lƣợng là tính tốn các tham số ƣớc lƣợng dựa trên kết quả đo SAR đối với một số tổ hợp sai pha nhất định. Trong các phép đo, yêu cầu sai pha của các tín hiệu phải đƣợc cố định tại một giá trị đã cho. Ví dụ, trong mơ hình đo đạc thực tế với ba anten chấn tử, khi đo SAR tại cặp sai pha ( 2, 3) = (00, 900), sai pha tƣơng đối giữa tín hiệu một và hai phải đƣợc cố định ở 00, và pha tƣơng đối giữa tín hiệu một và ba phải đƣợc cố định tại 900
trong khi đo. Tuy nhiên, việc thiết lập các sai pha của các tín hiệu khơng đơn giản vì nó có thể bị dịch chuyển vài độ trong khi thực hiện.
Hình 3.2: Tín hiệu thứ hai, ba và tổng hai tín hiệu trong thực nghiệm
Hình 3.2 mơ tả ảnh chụp màn hình của máy phân tích tín hiệu khi đo thực nghiệm với các tín hiệu ở cổng 2 (màu xanh lá) và cổng 3 (màu xanh nƣớc biển). Các tín hiệu này đƣợc thiết lập với giá trị sai pha 900
. Từ hình này, ta thấy rằng hai tín hiệu trơng giống nhƣ bị dịch chuyển 900. Tuy nhiên, khi nhìn vào phân bố sai pha ở phía dƣới (histogram) thì ta thấy sai pha tƣơng đối thực tế là một giá trị ngẫu nhiên phân bố dạng Gauss xung quanh giá trị trung bình 90,60, độ lệch khoảng 1,5%. Giá trị tối thiểu và tối đa của pha tƣơng đối là 840
và 970, tƣơng ứng độ lệch (2σ) có thể lên tới khoảng 30 .
Bây giờ, giả sử rằng các sai pha đƣợc thiết lập khơng chính xác là 30, tiến hành so sánh sự khác biệt giữa SAR lớn nhất tại cặp sai pha ( 2, 3) = (00, 900) với tổ hợp sai pha ( 2, 3) = (00 30, 900 30). Dựa trên dữ liệu mô phỏng, kết quả cho thấy sai lệch có thể lên tới 3,4%. Hình 3.3 là một ví dụ cụ thể, cho thấy phân bố SAR ƣớc lƣợng cho các sai pha tƣơng đối ( 2, 3) = (00, 900) và ( 2, 3) = (-30, -930). Chênh lệch giữa hai điểm cao nhất đƣợc xác định là 1,8%.
Hình 3.3: Ước lượng SAR tại các cặp sai pha:
a) ( 2, 3) = (00, 900) và b) ( 2, 3) = (-30, -930)
Ngoài ra, cần lƣu ý rằng các sai pha tƣơng đối của các tín hiệu có thể khác nhau khi kiểm tra tín hiệu ở các giá trị cơng suất đầu ra khác nhau. Có thể quan sát một vài mức dịch chuyển pha khi thay đổi cơng suất đầu ra của tín hiệu từ mức thấp đến cao. Điều này là do tính chất phi tuyến của các bộ khuếch đại tín hiệu.
Các kết quả phân tích trên cho thấy, với kỹ thuật [20] nói riêng và các kỹ thuật đo hiện nay nói chung đều yêu cầu phải thiết lập sai pha giữa các nguồn phát, do vậy sai số xác định SAR là không thể tránh đƣợc.
3.2.1.3. Đề xuất kiến nghị
Luận án kiến nghị sử dụng kỹ thuật ƣớc lƣợng đề xuất để đo xác định SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát. Nhƣ đã trình bày, trong kỹ thuật ƣớc lƣợng đề xuất, bằng việc bật/tắt tuần tự các anten phát thì yếu tố ảnh hƣởng do việc thiết lập sai pha khơng chính xác đã đƣợc loại bỏ hồn tồn. Lý do ở đây là vì hệ thống chỉ đo với một anten đang hoạt động nên khơng cịn yếu tố sai pha nữa. Đây là ƣu điểm nổi trội và cũng là điểm đặc biệt của kỹ thuật ƣớc lƣợng đề xuất so với các kỹ thuật ƣớc lƣợng SAR khác.
3.2.2. Ảnh hưởng của việc xác định mặt phẳng đo tham chiếu
3.2.2.1. Xây dựng mơ hình kiểm chứng
Mơ hình kiểm chứng đo SAR cho thiết bị có hai anten phát đặt phía dƣới khn mẫu phẳng. Tham số kích thƣớc khn mẫu thể hiện trên bảng 3.1.
Bảng 3.1: Tham số của khuôn mẫu phẳng (CT_5)
Tham số Giá trị
Kích thƣớc khn mẫu phẳng: (dài rộng sâu) L W D (180 180 150) mm
Vỏ khuôn mẫu phẳng 2mm
Hằng số điện môi tƣơng đối của chất lỏng (r) 39, 2
Độ dẫn điện chất lỏng ( ) 1,8 S m/
Khối lƣợng riêng chất lỏng () 3
1000Kg m/
Mơ hình kiểm chứng xây dựng với hai cấu hình anten điển hình là anten chấn tử và anten IFA, nhƣ sau:
Mơ hình 1: Khn mẫu phẳng và hai anten chấn tử nhƣ hình 3.4 với cấu hình làm việc và tham số kích thƣớc trong bảng 3.2.
Mơ hình 2: Khuôn mẫu phẳng và hai anten IFA nhƣ hình 3.5 với cấu hình làm việc và tham số kích thƣớc đƣợc thể hiện trên hình 3.6.
Chất lỏng trong khuôn mẫu phẳng Vỏ khuôn mẫu phẳng z y x 180 mm 1 5 0 m m 180 mm 2 mm
Mặt phẳng đo tham chiếu
Chấn tử 1 Chấn tử 2
Bảng 3.2: Tham số kích thước của anten chấn tử (CT_5)
Tham số Giá trị
Tần số hoạt động 2,14GHz
Bán kính của anten 1,8mm
Chiều dài tổng thể 0,5
Khoảng cách giữa 2 chấn tử liền kề 0,5
Khoảng cách giữa chất lỏng và anten 10mm
Anten IFA
Quan sát phía trƣớc Quan sát phía dƣới
10 mm
Chất lỏng trong khuôn mẫu phẳng
Mặt phẳng quan sát DUT Anten IFA Vỏ khn mẫu phẳng Vỏ khn mẫu phẳng Anten 1 Anten 2
Hình 3.5: Mơ hình khn mẫu phẳng và hai anten IFA (CT_5)
50
29
3
5
100
Hai anten IFA
Anten 1
Anten 2
Từ hai mơ hình trên, thực hiện mơ phỏng bằng phần mềm CST [4], dữ liệu mô phỏng đo SAR tại các sai pha là: 00, 900 và 1800 đƣợc sử dụng thay thế cho các phép đo thực tế. Sử dụng quy trình đo trên mặt phẳng tham chiếu theo [20], để xác định các điểm SARmax trên các mặt phẳng Z1, Z2,…, Zn của