Vezeték nélküli eszközök numerikus modelljének validációja

A telekommunikáció gyors fejlődésével a vezeték nélküli hordozható eszközök (PWD) száma is drasztikusan növekszik. Ezen eszközökre vonatkozó rádiófrekvenciás (RF) szabványok mérése költséges és időigényes. A készülékek piacra kerüléséhez elengedhetetlen az RF dozimetriai előírások betartása, melyet a fajlagos elnyelési tényezővel (SAR) jellemeznek. A SAR származtatható az elektromos térerősség abszolút értékének a négyzetéből [1]. Egyre nagyobb a törekvés arra, hogy a SAR meghatározásához szükséges komplikált mérések egy részét szoftveres szimulációval, numerikus térszámítással váltsák ki. Ehhez szükséges ugyanakkor a mérés alatt álló eszköz numerikus modelljének validációja egyszerűbb mérések által. Az erre vonatkozó irányelveket az IEEE/IEC 62704 szabvány határozza meg. A jelenleg érvényben lévő validációs eljárás az elektromos térerősség mérésével történik, speciálisan erre a célra kialakított árnyékolt és reflexiómentes mérőszobákban. Ugyanakkor a frekvencia növelésével még ezen egyszerűsített mérések is egyre költségesebbek és nagyobb komplexitásúak, emiatt szükségessé válhat más módszerek alkalmazása. Egy másik szempont a költségcsökkentés mellett, hogy már a készülékek tervezési fázisában is lehetőség adódjon ellenőrizni a szabványok előírásainak megfelelését, így az esetleges tervezési hibák gyorsabban és könnyebben beazonosíthatóak, javíthatóak.

Egy költséghatékony alternatíva az elektromos térerősség közvetlen mérése helyett a PWD antenna bemeneti impedanciája mint egykapu-karakterisztika vizsgálata [2]. A mérés során az antenna közelében egy kontroll objektum kerül elhelyezésre, ami perturbálja a teret, és megváltoztatja az eszköz bemeneti impedanciáját. Ezen megváltozás az elsőrendű Born-approximációt alkalmazva arányos lesz a kontroll objektum nélküli elektromos térerősség abszolút értékének négyzetével, amiből a SAR-t származtatjuk. A térerősség abszolút értékének négyzete dekonvolúció alkalmazásával visszaállítható az impedanciaváltozásból, így közvetett módon végrehajtható a validálás. Az ismertetett módszer jóval kisebb eszközigényű és bizonyos esetekben akár pontosabb eredményhez is vezethet mint a jelenleg alkalmazott eljárások.

Dolgozatomban bemutatom az újfajta validációs módszer alapjául szolgáló általános érvényű formulákat. Ezt követően elvégzem egy konkrét (planáris invertált F) antenna numerikus szimulációját és megvizsgálom egy kontroll objektum helyzetének függvényében annak impedanciaváltozását. A kiszámított eredmények alapján elvégzem a dekonvolúciós visszaállítási eljárást, mely segítségével közelítőleg meghatározom az antenna által (a kontroll objektum jelenléte nélkül) létrehozott elektromos térerősség abszolút értékének négyzetét.

[1] IEC/IEEE International Standard for Determining the Peak Spatial Average Specific Absorption Rate (SAR) in the Human Body from Wireless Communications Devices, 30 MHz - 6 GHz. Part 1: General Requirements for using the Finite Difference Time Domain (FDTD) Method for SAR Calculations, 2017

[2] B. Horváth, Zs. Badics and J. Pávó and P. Horváth, "Validation of Numerical Models of Portable Wireless Devices for Near-Field Simulation", IEEE Transactions on Magnetics 2017.

szerző

• 
  Horváth Péter
  Villamosmérnöki szak, mesterképzés
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

• 
  Dr. Horváth Bálint
  Adjunktus, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék

helyezés