CN115021839B - 一种基于5g信号的无线设备sar值修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G信号的无线设备SAR值修正方法，包括以下步骤：S1、信号发生器产生5G信号，输出至功率放大器，功率放大器输出信号输入至定向耦合器，定向耦合器将信号分为旁路与直通路，旁路接入功率计，直通路输入至波导；S2、波导上设置有探棒，探棒将获取的电压经模数转化装置传输至计算单元，得到实测SAR值；S3、基于波导理论，计算SAR理论值；S4、基于实测SAR值与SAR理论值获得误差修正方程。通过从多方面计算得到波导内的SAR值，且调节波导输入功率分析输入功率和SAR值之间的关系，向波导注入5G通信信号，分析5G信号波形对SAR值计算方法中转化系数的影响。

Description

一种基于5G信号的无线设备SAR值修正方法

技术领域

本发明涉及无线技术领域，更具体的说是涉及一种基于5G信号的无线设备SAR值修正方法。

背景技术

目前，随着无线技术的应用越来越广泛，电磁波对人体健康的影响及其评价方法成为了各国政府、标准化组织和群众十分关心的重大民生问题。SAR(Specific AbsorptionRate，比吸收率)是国际上通行的专门描述电磁辐射人体照射量的测试参数。从人体健康考虑，无线设备的电磁辐射也就是SAR值越小越好，国际规范中规定了无线设备的最大允许SAR值，在很多国家这个允许值做为无线设备进入市场销售的准入条件。另一方面，无线设备厂家从提高设备工作性能、工作效率的角度考虑，通常尽可能大的提高设备的发射功率，这使得无线设备的SAR值与国际规范中规定的SAR限值十分接近。为减少误判，必须提升SAR值测量的准确性。SAR值本身的检测过程有着严格、完备的检测标准，可以说提升SAR值测量准确性的关键，不仅局限于严格复现标准中所规定的检测步骤，而在于对SAR值测量系统进行深入研究，从测量原理、测量参数的底层算法角度，研究影响SAR值测量准确性的各个系统性要素，最终提升和保证SAR值测量结果的准确性。

但是，从测量参数的角度，SAR值测量系统的本质是将测量探头内肖特基检波二极管检测得到的原始电压值转化为SAR值。由于肖特基检波二极管动态范围的限制，这种转换并非简单的线性转换，而是包含数据修正校准在内的一整套数据处理方法。此外有研究表明一些转换系数还与被测电磁波的波形特征相关，这些因素都给SAR值计算和测量带来了相当的复杂性。

因此，准确检测5G通信设备的电磁辐射是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于5G信号的无线设备SAR值修正方法，通过从多方面计算得到波导内的SAR值，且调节波导输入功率分析输入功率和SAR值之间的关系，向波导注入5G通信信号，分析5G信号波形对SAR值计算方法中转化系数的影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于5G信号的无线设备SAR值修正方法，包括以下步骤：

S1、信号发生器产生5G信号，输出至功率放大器，功率放大器输出信号输入至定向耦合器，定向耦合器将信号分为旁路与直通路，旁路接入功率计，直通路输入至波导；

S2、波导上设置有探棒，探棒将获取的电压经模数转化装置传输至计算单元，得到实测SAR值；

S3、基于波导理论，计算SAR理论值；

S4、基于实测SAR值与SAR理论值获得误差修正方程。

优选的，所述步骤S2具体包括：

所述波导包括波同转换装置、直波导和负载，波同转换装置将同轴信号转换到波导内传输，直波导上设置有与探棒尺寸相适配的小孔，探棒插入直波导波导内，测量电压值，获得DAE电压和探头校准系数，进一步获得实测SAR值：

其中，σ为组织液的电导率，ρ为组织液的质量密度，i为三维空间x,y,z三个方向，V_i为得到的DAE输出电压值，f_i(V_i)为线性化函数，η_i为探头在空气中的灵敏度，即空气中探头输出的电压值与SAR值的比例关系，ψ_i为探头在组织液中的转换系数，即组织液中SAR值与空气中SAR值的比例关系；

其中，V′_i为线性化后的电压值，cf为峰值系数，由信号波形特性决定，dcp_i为二极管压缩系数。

优选的，所述步骤S3具体包括：

基于波导理论，计算SAR理论值：

其中，P为波导入射功率，η₀为自由空间的阻抗，a，b为波导管的尺寸，a为宽，b为高，f_meas为测量频率，f_c为波导管的截止频率，

c为光速。

优选的，所述步骤S4具体包括：将实测SAR值与理论SAR值做差，获得修正值。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于5G信号的无线设备SAR值修正方法，通过从多方面计算得到波导内的SAR值，且调节波导输入功率分析输入功率和SAR值之间的关系，向波导注入5G通信信号，分析5G信号波形对SAR值计算方法中转化系数的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的常规信号下波导输入功率与SAR值的对应关系示意图。

图2附图为本发明提供的5G信号下输入功率与SAR值的对应关系示意图。

图3附图为本发明提供的5G信号波形对SAR值测量结果的影响示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于5G信号的无线设备SAR值修正方法，包括以下步骤：

S1、信号发生器产生5G信号，输出至功率放大器，功率放大器输出信号输入至定向耦合器，定向耦合器将信号分为旁路与直通路，旁路接入功率计，直通路输入至波导；

S2、波导上设置有探棒，探棒将获取的电压经模数转化装置传输至计算单元，得到实测SAR值；

S3、基于波导理论，计算SAR理论值；

S4、基于实测SAR值与SAR理论值获得误差修正方程。

为进一步优化上述技术方案，步骤S2具体包括：

所述波导包括波同转换装置、直波导和负载，波同转换装置将同轴信号转换到波导内传输，直波导上设置有与探棒尺寸相适配的小孔，探棒插入直波导波导内，测量电压值，获得DAE电压和探头校准系数，进一步获得实测SAR值：

其中，σ为组织液的电导率，ρ为组织液的质量密度，i为三维空间x,y,z三个方向，V_i为得到的DAE输出电压值，f_i(V_i)为线性化函数，η_i为探头在空气中的灵敏度，即空气中探头输出的电压值与SAR值的比例关系，ψ_i为探头在组织液中的转换系数，即组织液中SAR值与空气中SAR值的比例关系；

其中，V′_i为线性化后的电压值，cf为峰值系数，由信号波形特性决定，dcp_i为二极管压缩系数。

为进一步优化上述技术方案，步骤S3具体包括：

基于波导理论，计算SAR理论值：

其中，P为波导入射功率，η₀为自由空间的阻抗，a，b为波导管的尺寸，a为宽，b为高，f_meas为测量频率，f_c为波导管的截止频率，

c为光速。

为进一步优化上述技术方案，步骤S4具体包括：将实测SAR值与理论SAR值做差，获得修正值。

使信号发生器输出1900MHz的载频信号，功率计监测功率、模数转换装置输出的原始电压，DASY系统测量得到的SAR值如表1所示。所使用探头的各转化系数的校准数据如表2所示。

表1.测量原始数据列表

表2.探头校准系数

转换系数	x	y	z
				ηi(μV/(V/m)2)	1.13	1.44	1.22
dcpi(mv)	105.4	105.3	108.5
				ψi	5.23	5.23	5.23

将电压读数、探头校准系数代入公式(1,2)，得到SAR值，计算结果如图1所示。图中除展示了DASY系统直接输出的SAR值以及理论计算得到的SAR值。SAR值理论计算方法如下，根据波导理论有

式中P为波导入射功率，η₀为自由空间的阻抗(377Ω)，a、b为波导管的尺寸，a为宽，b为高，f_meas为测量频率，本试验中为1900MHz，f_c为波导管的截止频率，

c为光速。

图1横轴表示波导输入功率，波导输入功率通过监测功率(dB值)加耦合器旁臂衰减获得。可以看到本文计算得到的SAR值与DASY商用软件给出的SAR值几乎完全重合，并且计算得到的SAR值与理论计算得到的SAR亦十分接近。此外，通过图中与输入功率的对比可以看到，SAR值与输入功率(单位转化为mw后)保持了良好的线性关系，这说明线性化的数据处理f(V)起到了预期效果。

本文使用Rohde

公司的SMW200矢量信号源产生5G上行信号，带宽分别设置为5MHz、40MHz、70MHz。为了更直观的展示数据，本文分别用图2和图3表达数据。图2给出了不同输入电平下的SAR值，图3给出了不同输入电平下的测量SAR值与理论计算SAR值(式3)的差。并且按照功率电平的表示习惯，横轴的电平用对数dBm单位表示。

从图中可以看到，5G信号显著影响了输入功率与探棒SAR值的线性关系，随着输入功率(也即对应SAR值)的增大，这种影响显著增强。当输入功率在10dBm(测量SAR值2.6W/kg)以内，由于调制信号引起的SAR值测量误差在0.3W/kg以内。当输入功率在15dBm(测量SAR值7.7W/kg)以内，由于调制信号引起的SAR值测量误差在0.9W/kg以内。当输入功率在20dBm以内(测量SAR值25W/kg)以内，由于调制信号引起的SAR值测量误差则可以达到4.3W/kg，而载波信号除最高电平的误差达到0.17W/kg外，其余测量点均保持在0.1W/kg以内。5G波形对SAR值测量的误差影响显著，从计量角度显著增大了测量的不确定度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种基于5G信号的无线设备比吸收率SAR值修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、信号发生器产生5G信号，输出至功率放大器，功率放大器输出信号输入至定向耦合器，定向耦合器将信号分为旁路与直通路，旁路接入功率计，直通路输入至波导；

S2、波导上设置有探棒，探棒将获取的电压经模数转化装置传输至计算单元，得到实测SAR值；

S3、基于波导理论，计算SAR理论值，具体包括以下公式：

其中，P为波导入射功率，η₀为自由空间的阻抗，a，b为波导管的尺寸，a为宽，b为高，f_meas为测量频率，f_c为波导管的截止频率，

c为光速，σ为组织液的电导率，ρ为组织液的质量密度；

S4、基于实测SAR值与SAR理论值获得误差修正方程，具体包括：将实测SAR值与理论SAR值做差，获得修正值。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G信号的无线设备比吸收率SAR值修正方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

所述波导包括波同转换装置、直波导和负载，波同转换装置将同轴信号转换到波导内传输，直波导上设置有与探棒尺寸相适配的小孔，探棒插入直波导波导内，测量电压值，获得DAE电压和探头校准系数，进一步获得实测SAR值：

其中，σ为组织液的电导率，ρ为组织液的质量密度，i为三维空间x,y,z三个方向，V_i为得到的DAE输出电压值，f_i(V_i)为线性化函数，η_i为探头在空气中的灵敏度，即空气中探头输出的电压值与SAR值的比例关系，ψ_i为探头在组织液中的转换系数，即组织液中SAR值与空气中SAR值的比例关系；

其中，V′_i为线性化后的电压值，cf为峰值系数，由信号波形特性决定，dcp_i为二极管压缩系数。

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