Tóm tắt Luận án 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

Nội dung tài liệu: Tóm tắt Luận án 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

1. 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
2. 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
3. 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 (LTE-Advanced) 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 M-MIMO (Massive MIMO), vô tuyến nhận thức và thông tin sóng milimet (mm-wave). 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]. 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
4. 2 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: 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.
5. 3 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 véc-tơ 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. 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
6. 4 phép, qui định trong các tiêu chuẩn quốc tế về an toàn sóng vô tuyến FCC [6], ICRINP [9], IEC/TR 62630 [11], IEC 62209-2 [10], IEEE 1528 [12]. Giá trị SAR tỷ lệ thuận với bình phương cường độ điện trường bức xạ tại điểm đo: 2 SAR  E W / Kg (1.1) Trong đó:  và tương ứng là độ dẫn điện ( S / m ) và mật độ khối lượng riêng ( Kg / m 3 ) 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. Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống đo SAR sử dụng đầu dò điện trường vô hướng
7. 5 1.2.2. Hệ thống đo sử dụng đầu dò điện trường véc-tơ 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 véc-tơ 1.3. Quy trình đo SAR Tiêu chuẩn quốc tế IEC 62209-2 [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). 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
8. 6 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 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
9. 7 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 N N 1 N SAR A   Bnmcos n m   Cnm sin n m (2.11) n 1 m 2;m n n 1 m 2;m n Trong đó A, B nm, Cnm là những tham số được biểu diễn thông qua anR, amR, anI, amI, bnR, bmR, bnI, bmI, cnR, cmR, cnI, cmI và  , . Trường hợp thiết bị có hai anten phát: SAR A Bcos Csin (2.14) Trường hợp thiết bị có 3 anten phát: SAR A B12cos2 B13cos3 B23cos 2 3 C12sin2 C13sin3 C23sin 2 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. - 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:
10. 8 0 0 Hình 2.5 cho biết điểm SARmax tại cặp (β2, β3)max = (150 , 7 ). 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 (β 2, β 3) khảo sát. Quan sát hình 2.7, nhận thấy giá trị sai số lớn nhất khoảng 5,2% 0 0 tương ứng với cặp (β2 = 45 , β3 = 270 ). 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%.