利用波導技術驗證波吸收率測量系統(tǒng)的有效性(一)

在3GHz以內(nèi)的工作頻段，人們已經(jīng)設定了可接受的非電離輻射水平的安全標準。盡管這些標準覆蓋了很寬范圍內(nèi)的無線設備，但是使用工作在5到6GHz無線設備用戶在不斷增長。在這一頻段，甚至缺乏國際性的測試標準。用來估計靠近人體的無線設備的輻射水平的主要量度就是吸收率(SAR)，這種量度單位為W/kg表示，對此現(xiàn)在只有300MHz到3GHz頻段內(nèi)才有吸收率限制標準。

隨著頻率升高，人體對波的吸收更強，但是對人體的淺層影響與這種媒質中的傳播波長有關。在300MHz，穿透深度通常是50mm。在6GHz，大約是5mm。對SAR測量，最近的注意力集中在835到1900MHz的蜂窩頻率范圍。探針直徑在5到8mm的SAR探測器在這些頻率上相對于這些頻率對人體的輻射范圍來說足夠小，并且適于檢測靠近人體表面的電磁場變化。但是在應用于IEEE 802.11無線局域網(wǎng)(WLAN)的5.8GHz，穿透深度只有幾mm，這樣當前這一代的SAR探測器對于輻射范圍來說就不再是足夠小了。盡管已經(jīng)估計并校正了在場梯度中由于使用大探針而引起的誤差，改進的主要手段還是為5到6GHz的測量生產(chǎn)更小尺寸的SAR探針。在使用測量3GHz以上頻率的復雜設備時，會發(fā)生另外一些問題，這些問題存在于為在SAR探針的校正和確保測量中得到正確結果而采用的方法上。

在3GHz以下的頻率，確保SAR測量系統(tǒng)有效的推薦程序包括使用平衡耦極子，安裝在扁平(盒型)人體仿真模型下固定距離處。但是，據(jù)報道由于要求制造尺寸降低，而又需要放置準確度增加，從而在5到6GHz頻段使用平衡偶極子變得很困難。有人建議在人體模型一定距離處使用開端波導作為可選輻射源，但是我們發(fā)現(xiàn)很難得到符合推薦參考值的測量結果。

這個研究建議修改波導確認技術，其中使用了為SAR探針校正所推薦的同樣的波導。波導采用一個介質匹配窗口和盒形人體模型直連，這減少了由于泄漏和反射引起的損失，并提供可再現(xiàn)的幾何區(qū)域，使未對準損失最小。

已經(jīng)使用扁平人體模型和基于具有介質匹配窗口的波導裝置的源定義了一個確認過程。這種配置已經(jīng)在York大學用Falcon FDTD程序包建模，從而為主要場參數(shù)設定了參考值，這包括為系統(tǒng)確認而通過測量應獲得的最大1g或者10g平均SAR值。

確認程序使用的模型尺寸根據(jù)和SAR估計有關標準的要求預先定好。在超過3GHz的測試頻率上，模型的尺寸不需要根據(jù)頻率確定，而是根據(jù)被測試設備的尺寸確定(或者它們的有源部分)。這個研究采用的配置見圖1。矩形盒剖面的尺寸對于測試頻率來說是足夠用的。不同數(shù)量的匹配窗口可以用于圖1所示頻段中的不同頻率，但是在本文報道的測試中選用了一個單獨的厚度為5.2mm匹配窗口。

這個研究使用了York大學Falcon FDTD軟件包的1.6版本。這個軟件包已經(jīng)針對COST 244進行了驗證，結果落在中間范圍。這個模型以前已經(jīng)用于幾個和當前應用密切相關的研究。波導和c模型根據(jù)圖1進行配置。

2mm厚的剖面基使用值為2.56的相對介電常數(shù)。使用了一個具有間隔為0.5mm的(小于有損流體中波長的10分之一)均勻柵格尺寸。計算的覆蓋范圍是深度35mm，橫向85×65mm。行波波導壁被認為是有損的，使用實際電導率值。采用一個長度變化的“單極”激勵源來和50Ω的源阻抗匹配。時間步長由柵格尺寸和穩(wěn)定條件確定。這里，采用8.34ns的持續(xù)時間和0.834ps的時間步長。在安裝Windows 2000操作系統(tǒng)的個人電腦上，計算通常花費兩個小時。

由于波導尺寸和頻率成反比，波導尺寸在300MHz大得不切實際，在5GHz以上時和探針尺寸相比起來還太小。在以前5GHz以上的SAR探針校正和驗證工作中采用了兩種不同的波導類型。參考資料5種中的脊狀波導WR187的優(yōu)點是具有稍微大點的線性尺寸。在底側，不推薦用于還沒有公開的5到6GHz的SAR探針校正和匹配窗口設計。各種波導尺寸見表1。

這個研究采用的波導是較小的WG13類型，在推薦用于較高頻率探針校正的推薦列表中，并且也給出了匹配窗口參數(shù)。這里的目的就是通過對探針校正和系統(tǒng)驗證采用同樣的元件，來降低SAR估計需要的元件數(shù)目。