原创 利用波导技术验证波吸收率测量系统的有效性(一)

利用波导技术验证波吸收率测量系统的有效性(一)

作者：Dr. Stuart J. Porter，Dr. Mike I. Manning

在3GHz以内的工作频段，人们已经设定了可接受的非电离辐射水平的安全标准。尽管这些标准覆盖了很宽范围内的无线设备，但是使用工作在5到6GHz无线设备用户在不断增长。在这一频段，甚至缺乏国际性的测试标准。用来估计靠近人体的无线设备的辐射水平的主要量度就是吸收率(SAR)，这种量度单位为W/kg表示，对此现在只有300MHz到3GHz频段内才有吸收率限制标准。

随着频率升高，人体对波的吸收更强，但是对人体的浅层影响与这种媒质中的传播波长有关。在300MHz，穿透深度通常是50mm。在6GHz，大约是5mm。对SAR测量，最近的注意力集中在835到1900MHz的蜂窝频率范围。探针直径在5到8mm的SAR探测器在这些频率上相对于这些频率对人体的辐射范围来说足够小，并且适于检测靠近人体表面的电磁场变化。但是在应用于IEEE 802.11无线局域网(WLAN)的5.8GHz，穿透深度只有几mm，这样当前这一代的SAR探测器对于辐射范围来说就不再是足够小了。尽管已经估计并校正了在场梯度中由于使用大探针而引起的误差，改进的主要手段还是为5到6GHz的测量生产更小尺寸的SAR探针。在使用测量3GHz以上频率的复杂设备时，会发生另外一些问题，这些问题存在于为在SAR探针的校正和确保测量中得到正确结果而采用的方法上。

在3GHz以下的频率，确保SAR测量系统有效的推荐程序包括使用平衡耦极子，安装在扁平(盒型)人体仿真模型下固定距离处。但是，据报道由于要求制造尺寸降低，而又需要放置准确度增加，从而在5到6GHz频段使用平衡偶极子变得很困难。有人建议在人体模型一定距离处使用开端波导作为可选辐射源，但是我们发现很难得到符合推荐参考值的测量结果。

这个研究建议修改波导确认技术，其中使用了为SAR探针校正所推荐的同样的波导。波导采用一个介质匹配窗口和盒形人体模型直连，这减少了由于泄漏和反射引起的损失，并提供可再现的几何区域，使未对准损失最小。

已经使用扁平人体模型和基于具有介质匹配窗口的波导装置的源定义了一个确认过程。这种配置已经在York大学用Falcon FDTD程序包建模，从而为主要场参数设定了参考值，这包括为系统确认而通过测量应获得的最大1g或者10g平均SAR值。

确认程序使用的模型尺寸根据和SAR估计有关标准的要求预先定好。在超过3GHz的测试频率上，模型的尺寸不需要根据频率确定，而是根据被测试设备的尺寸确定(或者它们的有源部分)。这个研究采用的配置见图1。矩形盒剖面的尺寸对于测试频率来说是足够用的。不同数量的匹配窗口可以用于图1所示频段中的不同频率，但是在本文报道的测试中选用了一个单独的厚度为5.2mm匹配窗口。

这个研究使用了York大学Falcon FDTD软件包的1.6版本。这个软件包已经针对COST 244进行了验证，结果落在中间范围。这个模型以前已经用于几个和当前应用密切相关的研究。波导和c模型根据图1进行配置。

2mm厚的剖面基使用值为2.56的相对介电常数。使用了一个具有间隔为0.5mm的(小于有损流体中波长的10分之一)均匀栅格尺寸。计算的覆盖范围是深度35mm，横向85×65mm。行波波导壁被认为是有损的，使用实际电导率值。采用一个长度变化的“单极”激励源来和50Ω的源阻抗匹配。时间步长由栅格尺寸和稳定条件确定。这里，采用8.34ns的持续时间和0.834ps的时间步长。在安装Windows 2000操作系统的个人电脑上，计算通常花费两个小时。

由于波导尺寸和频率成反比，波导尺寸在300MHz大得不切实际，在5GHz以上时和探针尺寸相比起来还太小。在以前5GHz以上的SAR探针校正和验证工作中采用了两种不同的波导类型。参考资料5种中的脊状波导WR187的优点是具有稍微大点的线性尺寸。在底侧，不推荐用于还没有公开的5到6GHz的SAR探针校正和匹配窗口设计。各种波导尺寸见表1。

这个研究采用的波导是较小的WG13类型，在推荐用于较高频率探针校正的推荐列表中，并且也给出了匹配窗口参数。这里的目的就是通过对探针校正和系统验证采用同样的元件，来降低SAR估计需要的元件数目。