Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu kỹ thuật ước lượng và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (841.89 KB, 30 trang )
BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
CHU VĂN HẢI
NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG
VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH SAR CỦA THIẾT BỊ
VÔ TUYẾN NHIỀU ANTEN PHÁT
Ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 9.52.02.03
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – NĂM 2019
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ BỘ QUỐC PHÒNG
Người hướng dẫn khoa học:
1. TS Nguyễn Huy Hoàng
2. TS Lê Đình Thành
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận
án cấp Học viện theo quyết định số ... /……,
ngày … tháng … năm …… của Giám đốc Học
viện Kỹ thuật quân sự, họp tại Học viện Kỹ
thuật quân sự vào hồi ... giờ ... ngày ... tháng ….
năm ….
Có thể tìm hiểu luận án tại:
Thư viện Học viện Kỹ thuật quân sự
Thư viện Quốc gia
1
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây với sự phát triển của các thiết bị
vô tuyến nhiều anten phát, các dịch vụ được cung cấp rất đa dạng,
kết nối thường xuyên và có xu hướng sử dụng gần cơ thể người
dùng nhiều hơn. Các công nghệ tiêu biểu được sử dụng như kỹ
thuật nhiều đầu vào, nhiều đầu ra MIMO (MIMO: Multi Input and
Multi Output) hay kỹ thuật anten mạng pha được kỳ vọng sẽ là
đặc trưng cơ bản của truyền thông không dây trong giai đoạn tiếp
theo. Một số kỹ thuật anten mới đã được ứng dụng trong thực tế
như: Hệ thống thông tin di động LTE (LTE: Long Term Evolution)
và phiên bản tiên tiến (LTEAdvanced) hay các hệ thống radar dẫn
đường cho máy bay, tàu, các xe tự hành. Ngoài ra, thế hệ thông tin
di động 5G đã được nghiên cứu ở nhiều phòng thí nghiệm trên thế
giới, trong đó có thể kể đến các hệ thống MMIMO (Massive
MIMO), vô tuyến nhận thức và thông tin sóng milimet (mmwave).
Tuy nhiên, để đưa các thiết bị vô tuyến vào ứng dụng trong
thực tế cần xem xét giải quyết tính tương thích điện từ EMC
(EMC: Electro Magnetic Compatibility) để đảm bảo các thiết bị
cung cấp dịch vụ an toàn và tin cậy, không gây nhiễu lẫn nhau và
không gây nhiễu đến thiết bị khác trong hệ thống, không ảnh
hưởng đến sức khoẻ người dùng. Thực tế, khi một thiết bị vô
tuyến được sử dụng gần với cơ thể người như điện thoại di động
hay máy tính xách tay, máy tính bảng có thu/phát wifi,… thì các
phép đo hệ số hấp thụ riêng SAR (SAR: Specific Absorption Rate)
thường được yêu cầu, tham số này phải nhỏ hơn các giới hạn an
toàn cho phép được chỉ ra trong các chuẩn quốc tế về an toàn vô
tuyến [6], [9].
2
Đối với các thiết bị vô tuyến có nhiều anten phát, với những
kỹ thuật đo đã được công bố, khi tiến hành đo SAR còn tồn tại hai
vấn đề khó khăn cần phải nghiên cứu giải quyết, đó là thời gian
đo [6], [9][12] cũng như sai số khi xác định SAR còn lớn [2], [13],
[32], [45], [47], đặc biệt là khi số lượng anten phát lớn.
Để giảm thời gian đo, giải pháp hiệu quả đang được tập
trung nghiên cứu là sử dụng kỹ thuật ước lượng. Một số kỹ thuật
ước lượng tiêu biểu được trình bày trong [20], [21], [28], [30], [47],
đặc biệt là [20], [21] đã giải quyết tốt vấn đề này. Tuy nhiên các
kỹ thuật ước lượng này chủ yếu phân tích, đánh giá, kiểm chứng
với các mô hình cụ thể, số lượng anten hạn chế, số ít chủng loại
anten dẫn đến độ tin cậy, tính thuyết phục của các kỹ thuật ước
lượng chưa cao.
Như vậy, các kỹ thuật đo SAR hiện có vẫn tồn tại rất nhiều
hạn chế cần phải nghiên cứu khắc phục. Các hạn chế đó bao
gồm: Thời gian đo, khối lượng tính toán và sai số đo còn lớn, đặc
biệt là khi số lượng anten phát tăng lên; việc kiểm chứng bằng đo
đạc thực tế còn giới hạn về số lượng cũng như chủng loại anten,
… Ngoài ra, trong các công trình nghiên cứu về kỹ thuật đo SAR đã
được công bố, chưa có công trình nào đề cập đến việc phân tích và
đánh giá các yếu tố ảnh hưởng có thể gây ra sai số, làm sai lệch
kết quả đo so với kỹ thuật ước lượng khi xác định SAR của các
thiết bị vô tuyến.
Những vấn đề về lý thuyết và thực tế kỹ thuật đã trình bày
ở trên là cơ sở chủ yếu để hình thành nội dung luận án: “Nghiên
cứu kỹ thuật ước lượng và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến
việc xác định SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát”.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
3
Nghiên cứu đề xuất kỹ thuật ước lượng và qui trình đo mới
để đo SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát.
Phân tích, đánh giá và kiểm chứng ảnh hưởng của các yếu
tố đến sai số xác định SAR.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng là các thiết bị vô tuyến nhiều anten phát sử dụng
gần cơ thể con người và các hệ thống đo SAR.
Phạm vi là các kỹ thuật ước lượng SAR của thiết bị vô
tuyến nhiều anten phát sử dụng gần cơ thể con người.
Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết; xây dựng mô hình toán học và mô hình
hệ thống đo để tính toán, xác định SAR, kiểm chứng bằng mô
phỏng và thực nghiệm đo đạc trong các phòng đo chuyên dụng.
Cấu trúc của luận án:
Luận án bao gồm: Phần mở đầu; các chương 1, 2, 3; phần
kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án. Cuối cùng là
các công trình khoa học đã công bố và danh mục tài liệu tham
khảo. Luận án được trình bày trong 112 trang giấy khổ A4, 20
bảng biểu, 75 hình vẽ.
Những đóng góp của luận án:
1) Đề xuất một kỹ thuật ước lượng và qui trình đo SAR với
thời gian đo ngắn của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát sử dụng
đầu dò điện trường véctơ dựa trên việc bật/tắt tuần tự các anten
phát.
2) Phân tích, xây dựng mô hình kiểm chứng, thực hiện mô
phỏng kiểm chứng để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố dẫn
đến sai số và làm sai lệch kết quả đo so với các kỹ thuật ước
lượng SAR.
4
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ ĐO SAR CỦA THIẾT BỊ VÔ TUYẾN
1.1. Khái niệm SAR
Hệ số hấp thụ riêng SAR là công suất hấp thụ trên mỗi đơn
vị khối lượng của một cơ thể sinh học khi nó tiếp xúc với trường
điện từ. Giá trị SAR của các thiết bị vô tuyến phải nằm trong giới
hạn cho phép, qui định trong các tiêu chuẩn quốc tế về an toàn
sóng vô tuyến FCC [6], ICRINP [9], IEC/TR 62630 [11], IEC
622092 [10], IEEE 1528 [12]. Giá trị SAR tỷ lệ thuận với bình
phương cường độ điện trường bức xạ tại điểm đo:
SAR = σ E
2
ρ [ W / Kg ]
(1.1)
Trong đó: σ và ρ tương ứng là độ dẫn điện ( S / m ) và mật
3
độ khối lượng riêng ( Kg / m ) của cơ thể sinh học; E là cường độ
điện trường tại điểm đo ( V / m ).
1.2. Các hệ thống đo SAR
1.2.1. Hệ thống đo sử dụng đầu dò điện trường vô hướng
Hệ thống đo SAR cơ bản, sử dụng đầu dò điện trường vô
hướng có sơ đồ khối như hình 1.1.
5
Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống đo SAR
sử dụng đầu dò điện trường vô hướng
1.2.2. Hệ thống đo sử dụng đầu dò điện trường véctơ
Hệ thống đo SAR cơ bản, sử dụng đầu dò điện trường véc
tơ có sơ đồ khối như hình 1.7.
Hình 1.7: Sơ đồ khối của hệ thống đo
sử dụng đầu dò điện trường véctơ
1.3. Quy trình đo SAR
Tiêu chuẩn quốc tế IEC 62 2092 [10] đã trình bày quy trình
đo SAR của thiết bị vô tuyến gồm các bước cơ bản:
Bước 1: Đo SAR lớn nhất tại một điểm đo bất kỳ.
Bước 2: Đo trên mặt phẳng tham chiếu (area scan).
6
Bước 3: Xác định vị trí điểm đo có giá trị SARmax .
Bước 4: Đo trong không gian phóng to (zoom scan).
Bước 5: Tính giá trị SAR trung bình không gian 1g hoặc 10g.
Bước 6: Lặp lại phép đo SAR ở bước 1 để kiểm tra hệ
thống.
1.4. Đánh giá về kỹ thuật đo SAR hiện nay
Các kỹ thuật đo hiện nay còn tồn tại những hạn chế như:
Thời gian đo, khối lượng tính toán và sai số đo còn lớn, đặc biệt là
khi số lượng anten phát tăng lên; việc kiểm chứng bằng đo đạc
thực tế còn giới hạn về số lượng cũng như chủng loại anten.
Ngoài ra, việc xác định chính xác SAR chịu ảnh hưởng của
rất nhiều yếu tố như hệ thống đo, các yếu tố về môi trường…
Tuy nhiên, chưa có công trình nào phân tích, đánh giá các yếu tố
ảnh hưởng đến việc xác định SAR.
1.5. Định hướng nghiên cứu của luận án
Luận án sẽ tập trung nghiên cứu bổ sung hoàn thiện các kỹ
thuật ước lượng đã được đề xuất trong hai công trình [20], [21], từ
đó đề xuất kỹ thuật ước lượng mới với mục tiêu giảm tối đa thời
gian đo, tính toán đơn giản hơn nhưng vẫn đảm bảo kết quả xác
định SAR phải có sai số nằm trong giới hạn tiêu chuẩn đo cho
phép.
Đồng thời, luận án cũng phân tích đánh giá các yếu tố ảnh
hưởng đến việc xác định SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten
phát sử dụng gần cơ thể con người.
1.6. Kết luận chương 1
Chương 1 đã trình bày tổng quan những vấn đề về đo SAR
của thiết bị vô tuyến, bao gồm: Khái niệm về SAR, các hệ thống
đo SAR và quy trình đo SAR hiện nay. Chương này đánh giá ưu
7
điểm và hạn chế của các kỹ thuật đo SAR hiện có, từ đó rút ra
những vấn đề tồn tại cần giải quyết và định hướng nghiên cứu
của luận án.
CHƯƠNG 2:
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG SAR
CỦA THIẾT BỊ VÔ TUYẾN NHIỀU ANTEN PHÁT
2.1. Nghiên cứu bổ sung kỹ thuật ước lượng SAR sử dụng
đầu dò điện trường vô hướng
2.1.1. Cơ sở lý thuyết và quy trình đo SAR sử dụng đầu dò điện
trường vô hướng
Trong công trình [20], công thức toán học ước lượng được
xây dựng trên cơ sở xét bài toán tổng quát, với thiết bị vô tuyến có
N anten phát gần cơ thể sinh học. Giá trị SAR tại một điểm bất kỳ
trên cơ thể đó được xác định theo công thức:
N −1
SAR = A + �
N
�B
n =1 m = 2; m > n
nm
N −1
cos ( β n − β m ) + �
N
�C
n =1 m = 2; m > n
nm
sin ( β n − βm ) (2.11)
Trong đó A, Bnm, Cnm là những tham số được biểu diễn thông
qua anR, amR, anI, amI, bnR, bmR, bnI, bmI, cnR, cmR, cnI, cmI và σ , ρ .
Trường hợp thiết bị có hai anten phát:
SAR = A + Bcos β + Csin β (2.14)
Trường hợp thiết bị có 3 anten phát:
SAR = A + B12 cos β 2 + B13 cos β 3 + B23cos ( β 2 − β 3 )
+ C12 sinβ 2 + C13 sinβ 3 + C23 sin ( β 2 − β 3 ) (2.16)
Từ đó, quy trình đo SAR của thiết bị vô tuyến có hai và ba
anten phát được xây dựng và kiểm chứng bằng mô phỏng CST [4],
kết quả kiểm chứng cho thấy:
* Ưu điểm của kỹ thuật:
Quy trình đã giảm rất nhiều số phép đo, từ đó giảm đáng
kể thời gian đo để xác định SAR lớn nhất tại mỗi điểm đo.
8
Sai số ước lượng SAR rất nhỏ (dưới 1%), thể hiện độ
chính xác cao của của quy trình đo.
* Hạn chế của kỹ thuật:
Số phép đo trên mặt phẳng tham chiếu vẫn rất lớn khi số
lượng anten phát tăng lên.
Sai số có thể rất lớn khi số lượng anten phát tăng thêm.
2.1.2. Kiểm chứng bằng thực nghiệm đo đạc
Mô hình kiểm chứng: Là hệ thống đo DASY52, sử dụng
khuôn mẫu ELI4 [10] và ba anten chấn tử đối xứng.
Kết quả kiểm chứng:
Hình 2.5 cho biết điểm SARmax tại cặp (β2, β3)max = (1500, 70).
Hình 2.5: Giá trị SAR chuẩn hóa lớn nhất trên mặt phẳng đo
Hình 2.7 biểu diễn sai số ước lượng tại 64 cặp ( β2, β3) khảo
sát. Quan sát hình 2.7, nhận thấy giá trị sai số lớn nhất khoảng
5,2% tương ứng với cặp (β2 = 450, β3 = 2700).
9
Hình 2.7: Sai số SAR giữa đo đạc và ước lượng trường hợp ba
anten
Từ kết quả kiểm chứng đo đạc với ba anten phát, có thể
khẳng định rằng kỹ thuật [20] đã giảm thiểu rất nhiều thời gian
xác định giá trị SARmax của thiết bị vô tuyến có ba anten phát. Ngoài
ra, kỹ thuật ước lượng cho kết quả chính xác SAR trong hầu hết
các trường hợp kiểm tra, sai số lớn nhất vào khoảng 5,2%.
2.2. Đề xuất kỹ thuật ước lượng SAR sử dụng đầu dò điện
trường véctơ
Trong mục này, luận án trình bày đề xuất kỹ thuật ước
lượng và qui trình đo SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát
sử dụng đầu dò điện trường véctơ.
2.2.1. Mô hình toán học ước lượng SAR
Tổng điện trường bức xạ bởi N anten tại điểm đo bằng tổng
véctơ điện trường của các nguồn phát riêng lẻ theo phương các
trục x, y, z và bình phương cường độ điện trường được tính:
E
2
= Ex
2
+ Ey
2
+ Ez
2
(2.1)
Xác định các thành phần điện trường theo phương các trục
x, y, z theo (2.19):
Ex = a1 + a2 eiβ2 + ... + aN eiβ N
iβ
E y = b1 + b2 eiβ2 + ... + bN e N (2.19)
Ez = c1 + c2 eiβ2 + ... + cN eiβ N
10
Trong đó: an , bn , cn ( n = 1,..., N ) là các giá trị phức, đặc
trưng cho điện trường tại điểm đo gây ra bởi anten thứ n.
Trong kỹ thuật [21], để xác định các tham số ước lượng
an , bn , cn ( n = 1,..., N ) cần có N phép đo để lập ra hệ N phương
trình từ các biến an , bn , cn ( n = 1,..., N ) . Việc tính toán các tham số
ước lượng theo các hệ phương trình (2.22), (2.23) và (2.24) sẽ
phức tạp, khó khăn khi số lượng anten phát lớn.
2.2.2. Đề xuất kỹ thuật ước lượng và quy trình đo mới để xác
định SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát sử dụng đầu
dò điện trường véctơ
Thực hiện N phép đo khi bật/tắt tuần tự các anten để xác
định các tham số an , bn , cn ( n = 2,..., N ) theo (2.25):
a1 = Ex (1); b1 = Ey (1); c1 = Ez (1)
Chỉ bật anten 1
a2 = Ex (2); b2 = Ey (2); c2 = Ez (2)
Chỉ bật anten 2
...
aN = Ex (N); bN = Ey (N); cN = Ez (N)
(2.25)
Chỉ bật anten N
Qui trình đo SAR mới dựa trên kỹ thuật ước lượng được đề
xuất và qui trình đo SAR theo kỹ thuật [21] gồm các bước như sau:
Bước 1: Trên mặt phẳng tham chiếu, thiết lập số điểm đo
tùy theo từng mô hình khuôn mẫu cụ thể. Với thiết bị có N anten
phát, tại mỗi điểm đo thực hiện N phép đo.
Bước 2: Tính toán các tham số an , bn , cn ( n = 1,..., N ) theo
(2.25) cho kỹ thuật ước lượng đề xuất và theo (2.22), (2.23) và
(2.24) cho kỹ thuật ước lượng trong [21].
Bước 3: Tiến hành tính toán ước lượng Ex , Ey, Ez tương ứng
với các tổ hợp sai pha bất kỳ quét từ 00 đến 3600 (với bước pha là
11
10) theo công thức (2.19) cho cả hai kỹ thuật ước lượng. Qua đó
xác định được |E|2 hay SAR tương ứng theo (2.1) và (1.1).
Bước 4: Từ các giá trị E (hay SAR) trong bước 3, xác định
được giá trị |E|2max (hay SARmax) và tổ hợp sai pha βnmax ( n = 2,..., N )
tương ứng.
Bước 5: Xác định vị trí điểm đo có giá trị |E|2max (hay SARmax)
theo tiêu chuẩn IEC 622092 [10] bằng cách thiết lập tổ hợp sai
pha βnmax ( n = 2,..., N ) và thực hiện một phép đo trên mặt phẳng
tham chiếu trong bước 1, từ các giá trị E đo được sẽ cho biết vị trí
điểm đo có giá trị |E|2max (hay SARmax) cần tìm.
Bước 6: Xác định giá trị SAR trung bình không gian ( giá trị
SAR 1g hoặc SAR 10g, đây là giá trị SAR của thiết bị vô tuyến
cần đo) bằng cách tại điểm |E|2max tìm được, thực hiện phóng to
theo không gian hình lập phương và đo E tại các điểm theo tiêu
chuẩn IEC 622092 [10]. Lấy trung bình cộng các giá trị E đo được
thay vào công thức (1.1) sẽ cho biết SAR của thiết bị.
Nhận xét về ưu điểm và hạn chế của của kỹ thuật ước
lượng đề xuất so với kỹ thuật [21] như sau:
* Ưu điểm của kỹ thuật:
Điểm khác biệt lớn nhất và cũng là ưu điểm nổi trội của
kỹ thuật ước lượng đề xuất so với kỹ thuật [21] chính là giải pháp
xác định các tham số ước lượng. Với kỹ thuật ước lượng đề xuất,
giá trị của từng tham số ước lượng chính là kết quả đo trực tiếp
cường độ điện trường ứng với duy nhất một anten đang bật (chỉ
có một nguồn bức xạ) nên không còn yếu tố sai pha nữa, vì vậy sai
số do việc thiết lập các tổ hợp sai pha không chính xác như trong
kỹ thuật [21] được loại bỏ hoàn toàn.
12
Để xác định các tham số ước lượng thì với kỹ thuật ước
lượng đề xuất không cần phải tính toán mà lấy trực tiếp từ kết
quả đo theo (2.25) trong khi với các kỹ thuật khác như [20], [21] thì
phải tính toán thông qua việc giải hệ phương trình (2.22), (2.23) và
(2.24) khá phức tạp, đặc biệt là khi số lượng anten phát lớn.
* Hạn chế của kỹ thuật:
Với việc phải bật/tắt tuần tự các anten phát trong quá trình
đo nên hệ thống đo của kỹ thuật ước lượng đề xuất cần phải có
thêm các cơ cấu chuyển mạch và vì thế, các thao tác đo cũng sẽ
phức tạp hơn so với kỹ thuật [21].
2.2.3. Mô phỏng kiểm chứng và đánh giá kỹ thuật ước lượng
và qui trình đo SAR đề xuất
Mô hình kiểm chứng: Xây dựng bốn mô hình với khuôn mẫu
phẳng với tham số kích thước, các thông số chất lỏng theo tiêu
chuẩn IEEE 1528 [12] được trình bày trong bảng 2.3 và khuôn mẫu
ELI4 với tham số kích thước, các thông số chất lỏng theo tiêu
chuẩn IEC 622092 [10].
Bảng 2.3: Thông số, kích thước của khuôn mẫu phẳng
(CT_3)
Tham số
Kích thước khuôn
mẫu
Vỏ khuôn mẫu phẳng
Hằng số điện môi ( ε r
)
Độ dẫn điện ( σ )
Khối lượng riêng ( ρ )
Giá trị
L
W
D = (180
120
2 mm
39,2
1,8 S/m
1000 Kg/m3
150) mm
13
* Mô hình 1: Khuôn mẫu phẳng và cấu hình hai anten chấn
tử như trên hình 2.10, tham số kích thước anten theo bảng 2.4 (lưu
ý, tần số phát 2,45 GHz, khoảng cách giữa hai anten là 0,5 λ ).
Hình 2.10: Khuôn mẫu phẳng và vị trí hai anten chấn tử (CT_2)
* Mô hình 2: Khuôn mẫu phẳng và cấu hình hai anten IFA
như trên hình 2.11, tham số kích thước anten như trên hình 2.12
(tần số phát 2,45 GHz).
Hình 2.11: Khuôn mẫu phẳng và vị trí anten IFA (CT_3)
14
* Mô hình 3: Khuôn mẫu phẳng và cấu hình ba anten IFA
như hình 2.11, tham số kích thước anten như trên hình 2.12 (tần số
phát 2,45 GHz).
Hình 2.12: Tham số kích thước hai và ba anten IFA (mm) (CT_3)
Bảng 2.4: Tham số, kích thước của anten chấn tử (CT_3)
Tham số
Giá trị
Bán kính của anten
1,8 mm
Chiều dài tổng thể
0,5 λ
Khoảng cách giữa 2 chấn tử liền kề
0, 25 λ
* Mô hình 4: : Khuôn mẫu ELI4 và cấu hình ba anten chấn tử
như trên hình 2.13, Tham số kích thước anten theo bảng 2.4 (tần số
phát 2,14 GHz).
15
Hình 2.13: Khuôn mẫu ELI4 và vị trí ba anten chấn tử (CT_3)
Kết quả kiểm chứng: Giá trị SARmax nhanh chóng được
xác định và sai số lớn nhất giữa kỹ thuật ước lượng đề xuất
với mô phỏng hay với kỹ thuật [21] cũng được chỉ ra xem
bảng dưới:
Mô
hình
Sai pha tương ứng với
SARmax theo kỹ thuật
ước lượng đề xuất
Sai số lớn nhất giữa
kỹ thuật ước lượng đề xuất
với
Mô phỏng
Kỹ thuật [21]
1
β max = 1660
Khoảng 0,7%
< 0,1%
2
β max = 1750
Khoảng 0,3%
Khoảng 0,28%
3
( β 2 , β 3 ) max = (920, 670)
Khoảng
Khoảng 1,31%
1,54%
( β 2 , β3 ) max = (2130, 00)
4
Khoảng
Khoảng 0,25%
0,71%
2.2.4. Đánh giá chung kỹ thuật ước lượng và qui trình đo SAR
đề xuất
* Về thời gian đo:
Tổng thời gian xác định các tham số ước lượng (và tương
ứng là tổng thời gian xác định SARmax) thì thời gian đo của kỹ thuật
16
ước lượng đề xuất sẽ nhỏ hơn so với kỹ thuật [21] vì khối lượng
tính toán để xác định các tham số ước lượng của kỹ thuật [21] lớn,
đặc biệt là khi số lượng anten N lớn trong khi với kỹ thuật ước
lượng đề xuất thì các tham số ước lượng lấy trực tiếp từ kết quả
đo (xem mục 2.2.2).
* Về độ phức tạp tính toán:
Ở kỹ thuật ước lượng đề xuất, các tham số ước lượng lấy
trực tiếp từ kết quả đo nên không phải tính toán phức tạp như kỹ
thuật [20] phải giải hệ phương trình (2.13) và kỹ thuật [21] phải
giải phương trình (2.22), (2.23), (2.24).
* Về sai số xác định SAR:
Sai số lớn nhất giữa kỹ thuật ước lượng đề xuất và dữ liệu
tính toán mô phỏng rất nhỏ (dưới 1,54%), so với kỹ thuật [21]
cũng rất nhỏ (dưới 1,31%) cho tất cả các mô hình khảo sát.
2.3. Kết luận chương 2
Trong chương 2, luận án đã phân tích cơ sở lý thuyết, quy
trình đo SAR, từ đó đưa ra những nhận xét đánh giá ưu điểm và
hạn chế của kỹ thuật [20]; thực hiện kiểm chứng kỹ thuật [20]
bằng thực nghiệm đo đạc với một mô hình thiết bị có ba anten phát
đã được công bố trong Công trình CT_1.
Đề xuất một kỹ thuật ước lượng và quy trình đo nhanh SAR
của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát sử dụng đầu dò điện trường
véctơ dựa trên việc bật/tắt tuần tự các anten phát đã được công
bố trong Công trình CT_2, CT_3.
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ
ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH SAR
3.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định SAR
17
Các nguyên nhân chủ yếu có thể gây ra sai số khi xác định
SAR theo các kỹ thuật ước lượng bao gồm:
Một là, do các yếu tố từ hệ thống đo, đó là: (1) Thiết bị ghi
và điều khiển dữ liệu, (2) Thiết bị đọc đầu dò điện trường, (3)
Đầu dò điện trường, (4) định vị đầu dò điện trường, (5) Các thành
phần điện trường xung quanh, (6) Vỏ khuôn mẫu và chất lỏng
tương đương mô, (7) Thiết bị kiểm tra (DUT), (8) Thiết bị
giữ/định vị DUT.
Hai là, do quy trình đo SAR theo tiêu chuẩn IEC 622092
[10], IEEE 1528 [12] chưa quy định cụ thể về đo mặt phẳng tham
chiếu nên việc lựa chọn mặt phẳng tham chiếu để xác định điểm
SARmax chưa phù hợp có thể gây ra sai lệch lớn giữa SAR tính toán
và SAR thực tế của thiết bị.
Ba là, Trong ba kỹ thuật ước lượng được nghiên cứu ở
chương 2 thì trong khi xây dựng mô hình toán học ước lượng
cường độ điện trường hay SAR, đều bỏ qua các thành phần điện
trường phản xạ trong khuôn mẫu đến điểm đo (các thành phần này
thường khá nhỏ, không đáng kể). Tuy vậy, khi có các yếu tố nào
đó thay đổi dẫn đến các thành phần này tăng mạnh và cần phải
xem xét đến.
3.2. Kiểm chứng đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác
định SAR
3.2.1. Ảnh hưởng của việc thiết lập sai pha không chính xác
Mô hình kiểm chứng: Sử dụng mô hình và kết quả đo đạc
thực nghiệm với ba anten phát trong mục 2.1.2.
Đánh giá về ảnh hưởng của việc thiết lập sai pha:
Giả sử rằng các sai pha được thiết lập không chính xác là 30,
tiến hành so sánh sự khác biệt giữa SAR lớn nhất tại cặp sai pha
18
( β 2 , β 3 ) = (00, 900) với tổ hợp sai pha ( β 2 , β3 ) = (00 ± 30, 90 0 ± 30).
Kết quả ước lượng SAR cho thấy sai lệch có thể lên tới 3,4%.
Đề xuất kiến nghị: Sử dụng kỹ thuật ước lượng đề xuất để
đo xác định SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát.
3.2.2. Ảnh hưởng của việc xác định mặt phẳng đo tham chiếu
Xây dựng mô hình kiểm chứng: Mô hình kiểm chứng xây
dựng với hai cấu hình anten điển hình là anten chấn tử và anten
IFA, tham số kích thước khuôn mẫu thể hiện trên bảng 3.1.
Bảng 3.1: Tham số của khuôn mẫu phẳng (CT_5)
Tham số
Kích thước khuôn mẫu phẳng
Giá trị
L W D = (180 180 150) mm
Vỏ khuôn mẫu phẳng
Hằng số điện môi ( ε r )
2 mm
Độ dẫn điện ( σ )
Khối lượng riêng ( ρ )
1,8 S / m
39, 2
1000 Kg / m3
Bảng 3.2: Tham số kích thước của anten chấn tử (CT_5)
Tham số
Tần số hoạt động
Giá trị
2,14 GHz
Bán kính của anten
1,8 mm
Chiều dài tổng thể
0,5 λ
Khoảng cách giữa 2 chấn tử liền kề
0,5 λ
Khoảng cách giữa chất lỏng và anten
10 mm
Mô hình 1: Khuôn mẫu phẳng và hai anten chấn tử với cấu
hình làm việc và tham số kích thước (bảng 3.2).
Mô hình 2: Khuôn mẫu phẳng và hai anten IFA với cấu hình
làm việc và tham số kích thước (hình 3.6).
19
Hình 3.6: Cấu trúc và kích thước anten IFA (mm) (CT_5)
Kết quả ước lượng SAR cho hai anten chấn tử:
Hình 3.10: Giá trị SAR chuẩn hóa lớn nhất trên các mặt
phẳng Z1, Z2,…, Z24
Hình 3.10 cho thấy các đường SAR chuẩn hóa lớn nhất
tương ứng với sai pha thay đổi từ 0 0 đến 3600 (bước pha là 10) và
20
các điểm SARmax tương ứng cũng được xác định trên các mặt
phẳng đo khác nhau (các điểm đánh dấu màu đỏ). Đường cong cao
nhất tương ứng với mặt phẳng Z1 là bề mặt bên trong khuôn mẫu
(mặt đáy), điểm SARmax nằm trên đường cong này có giá trị lớn
nhất, trong khi đường cong thấp nhất tương ứng với mặt phẳng
Z24 cách mặt đáy xa nhất và có giá trị SARmax không đáng kể.
Kết quả ước lượng SAR cho hai anten IFA:
Hình 3.13 cho biết các đường biểu diễn SAR lớn nhất tương
ứng với sai pha thay đổi từ 00 đến 3600 (bước pha là 10) và các
điểm SARmax cũng được xác định trên các mặt phẳng đo khác nhau
Z1, Z2,…, Z18 (các điểm đánh dấu mầu đỏ). Giá trị SAR max trên mặt
phẳng Z1 là lớn nhất và giảm dần khi đo ở các mặt phẳng Z 2,…,
Z18.
Hình 3.13: Giá trị SAR chuẩn hóa lớn nhất
trên các mặt phẳng Z1, Z2,…, Z18
Đánh giá ảnh hưởng của việc xác định mặt phẳng đo:
21
Từ kết quả kiểm chứng với hai mô hình khảo sát, nhận thấy
điểm SARmax trên mặt phẳng đo càng gần với đáy của khuôn mẫu
(tức là càng gần với anten) thì có giá trị càng lớn. Tại các mặt
phẳng đo cách xa đáy khuôn mẫu (khoảng 10 mm), giá trị SAR max
tìm được là rất nhỏ.
Đề xuất kiến nghị: Khi đo SAR nên lựa chọn mặt phẳng
tham chiếu ngay trên bề mặt đáy khuôn mẫu (tuy nhiên phải bảo
đảm khoảng cách tối thiểu để đầu dò điện trường có thể di
chuyển thực hiện được phép đo), điều này sẽ giúp cho bước đo
trong không gian phóng to xác định được SAR gần nhất với giá trị
SAR thực tế.
3.2.3. Ảnh hưởng do số lượng anten phát tăng
Mô hình kiểm chứng: Sử dụng mô hình đo của ba anten trong
chương 2. Kết quả sai số giữa giá trị SAR ước lượng và đo đạc
của trường hợp hai anten phát là dưới 1% cho tất cả các điểm đo
khảo sát, chứng tỏ kỹ thuật rất đáng tin cậy với các bài đo có hai
anten phát. Tuy nhiên, khi số lượng anten phát tăng thêm, sai số lớn
nhất khoảng 5,2% cho trường hợp ba anten phát và sai số này có
thể tiếp tục tăng khi số lượng anten tăng thêm nữa.
Đề xuất kiến nghị: Kỹ thuật [20] chỉ nên áp dụng với số
lượng anten hạn chế (khoảng hai đến ba anten). Khi số lượng
anten phát tăng thêm thì nên sử dụng kỹ thuật ước lượng đề xuất
trong chương 2, vì kỹ thuật này cho phép loại bỏ được sai số gây
ra do sai lệch của việc thiết lập sai pha khi số lượng anten tăng
lên.
3.2.4. Ảnh hưởng do thay đổi kích thước của khuôn mẫu hay
tần số phát
22
Xây dựng mô hình kiểm chứng: Xây dựng bốn mô hình kiểm
chứng với anten chấn tử và khuôn mẫu phẳng, thể hiện trên bảng
3.3. Các tham số cấu hình và kích thước anten xem trong bảng 3.4,
tham số của khuôn mẫu phẳng xem trên bảng 3.5.
Bảng 3.3: Các mô hình khảo sát (CT_6)
Kích thước khuôn mẫu
Mô hình
Tần số
Mô hình 1
2,45 GHz
(180
120
150) mm
Mô hình 2
2,45 GHz
(90
80
35) mm
Mô hình 3
1,9 GHz
(180
120
150) mm
Mô hình 4
1,9 GHz
(90
80
35) mm
phẳng
Bảng 3.4: Tham số của anten chấn tử khảo sát (CT_6)
Tham số
Giá trị
Bán kính của anten
1,8 mm
Chiều dài tổng thể
0,5 λ
Khoảng cách giữa 2 chấn tử liền kề
0,25 λ
Khoảng cách giữa chất lỏng và DUT
10 mm
Bảng 3.5: Tham số của khuôn mẫu phẳng khảo sát (CT_6)
Tham số
Kích thước khuôn mẫu phẳng
Vỏ khuôn mẫu phẳng
Hằng số điện môi ( ε r )
Giá trị
Loại 1: (180
120
Loại 2: (90
80
150) mm
35) mm
2 mm
39,2 (với f = 2,45 GHz)
40 (với f = 1,9 GHz)
