原创 利用波导技术验证波吸收率测量系统的有效性(三)

利用波导技术验证波吸收率测量系统的有效性(三)

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

吸收率测量对于理解非电离辐射，比如蜂窝电话和蜂窝基站对人类和生物体的影响来说非常重要。如上月所述，一种改进的波导源技术在5到6GHz之间能够帮助用于SAR测量的测试系统。本文的第2部分将会阐述这种技术是怎样帮助减少由于泄漏和探针位置不正确引起的测量误差的。

和分析得出的深度曲线相比，在规则波导中当靠近表面的时候，测量得到的曲线相对高一些。在用平直端探头对着扁平人体模型平面，吸收流体仿佛从探头表面和吸收液体的低损耗区之间的缝隙中“挤出来”一样，这时就会发生上面所说的测量曲线较高的情况。在参考10中给出了一种至少在对着波导匹配窗口时足以校准这一影响的简单方法，这和使用薄的且具有较低相对介电常数的壳壁暴露情况下是不一样的。

在探头校准中所用的校准方法所确定的一些因数，同样也需要用于测量的结果。然而，当“壁”材料相差很大的情况下，使用同样的修正因数，其合理性是值得疑问的，并肯定会引入一些不确定性。在本研究所报导的测量中，在波导探头校准过程中，边界校准根据参考10来确定，并用该边界校准来校准测量数据。

图1中来自用于验证测试几何结构的模型的结果是以下面两种形式得到的，一种是预测得到的中心衰减曲线(图4和图5)，另一种是按照每瓦输入功率正对着模型表面作用于1g的立方体平均体积上所产生的最大平均吸收率所得到的。采用对适当数量的立方进行平均后得到的最大值。

使用适于外推的指数曲线，对从0到10mm的中心线扫描所得的集合进行平均，以便对1-gSAR的最大可能值提供检查。这个参数和计算得到的1g SAR值(表5)的比值给出流体中SAR域横向扩散的推断，并提供了一个可以用来检查用于测量结果的后处理容量平均的因数。

用于测量1g SAR的扫描宽度和尺寸是10mm，所有维度上步进为10。在横向上扫描是在最大区域的中心位置。对深度扫描来说，开始点在距离探头和模型内表面1mm处。对波导源输入一个0.25W的前向功率，表6中给出了已归一化到的1W结果。

除了三维(3D)扫描(图6)，从探针和表面接触点开始直到25mm长度的中心线也被记录下来，其中步长为0.5mm。最坏情况下的SAR就是根据上面所述的中心线扫描得到的数据推断出来的。3D1-gSAR值和中心线扫描值的比值见表5。

甚至在GSM频率的SAR测试中涉及到的过程包含了高达±30%不确定性，而且这些不确定性有可能在较高的频率上直线上升。显然，控制5到6GHz波段的测试不确定性很重要，而且需要采取一系列减少不确定性的方法。这将包括降低测量探头的尺寸，校正传感器偏移量，控制3D扫描测量参数。最重要的是，采用可靠的系统确认技术。

在目前使用的这些频率上，采用平衡偶极子的困难已有报导。这种偶极子具有小的物理尺寸并且很难以要求的精度放置在距离流体表面特定间隔处。尽管提出一种波导源来进行系统验证，但是“开路”模式的波导并将其放置在距离反射面和吸收流体8到10mm的时候似乎会引入额外的不确定性。

在这个研究中，波导方法仍然是首选的，但是一个匹配窗口被用来提高向模型液体中注入前向功率的效率，并将波导的终端和模型壳壁接触在一起，以避免源和模型之间的间隔引起的潜在错误。

采用这些步骤，测量和计算评估接近了10到15个百分点，并且采用过程优化该相差范围有可能减小――尤其是对3D测量使用的扫描参数和相应的用来确定最大平均体积SAR值的后处理。

总之，一个带匹配窗口的WR137(WG13)波导源和一个用于5到6GHz频段SAR测试的矩形模型联系在一起，避免了许多由于RF泄漏和位置错误引起的不确定性。推荐的测试配置已经用FDTD建模，并用来为应该从验证测量(图7)中得到的1g体积平均提供“参考值”(图7)。该验证装置同样也被用来进行实验测量，而且发现，在计算参考值和实验值之间有很好的相关性。和以前推荐的使用双极子或者与模型的吸收材料远离的不匹配波导装置相比，匹配的波导源为常规的系统验证过程提供了更好的性能。

使用5mm或者更小直径的探头的实际SAR系统的常规验证就会获得和参考值非常一致的结果(误差在±15％之内)。当探头校准过程和3DSAR扫描所用的参数被更加准确定义的时候，这个误差范围可以大幅减小。