KR100490245B1 - 다중 프로브 고정형 실시간 전자파 비흡수율 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 프로브 고정형 실시간 전자파 비흡수율 측정 시스템에 관한 것으로, 팬텀(Phantom)에 전계 측정 프로브들을 꽂아 측정한 전기장 값으로부터 소정 면적의 SAR 값을 계산하고, 계산된 면적 SAR 값을 체적 SAR 값으로 환산하여 그 값을 도출함으로써, 간단하고 신속하게 SAR 값을 측정할 수 있도록 하는 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 다중 프로브 고정형 실시간 전자파 비흡수율 측정 시스템에 의하면; 전자파 발산체(11)가 근접 배치되며 인체 두뇌의 전기적 특성을 재현한 팬텀(20)과; 전자파 발산체(11)에서 방출되는 전기장 값을 팬텀(20)의 소정 면적내에서 일시에 측정할 수 있도록 복수개가 일정 거리를 두고 배치된 전계 측정 프로브들(31~39)과; 전계 측정 프로브들(31~39)로부터 측정된 데이터를 수집하여 전송하는 전송보드(40)와; 이 전송보드(40)로부터 전송된 데이터를 통해 전자파 비흡수율 값을 기록 및 처리하되, 전계 측정 프로브들(31~39)에서 측정한 전기장 값들로부터 면적에 대한 전자파 비흡수율 값을 계산하고, 계산된 면적 전자파 비흡수율 값으로부터 체적에 대한 전자파 비흡수율 값을 도출하는 마이컴이 마련된 컴퓨터(50)를; 구비한다.

Description

다중 프로브 고정형 실시간 전자파 비흡수율 측정 시스템{REAL TIME SPECIFIC ABSORPTION RATE MEASUREMENT SYSTEM WITH IMMOVABLE MULTIPLE PROBES}

본 발명은 전자파 비흡수율 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 팬텀(Phantom)에 복수개의 전계 센싱 프로브를 꽂아 측정한 전기장 값으로부터 소정 면적의 SAR 값을 계산하고, 계산된 면적 SAR 값을 체적 SAR 값으로 환산하여 그 값을 도출함으로써 간단하고 신속하게 SAR 값을 측정할 수 있는 다중 프로브 고정형 실시간 전자파 비흡수율 측정 시스템에 관한 것이다.

정보화 시대에 살고 있는 요즘, 휴대용 이동통신 단말기는 일상생활의 필수품으로 이용자가 급증하고 있다. 이에 따라 휴대 단말기에서 방출되는 전자파가 신체, 특히 사람의 머리에 미치는 영향에 대한 의구심이 점증되고 있으며, 이러한 복사 전자파가 인체에 미치는 영향에 대한 과학적 실험 결과와 전자파 비(比)흡수율(SAR:SPECIFIC ABSORPTION RATE) 측정을 요구하는 정부차원의 규제 안이 전 세계적으로 지속적으로 나오고 있다.

이러한 전자파 에너지 比흡수율(이하, SAR이라 함)은 생체 시스템과 전자파 에너지의 상호 작용의 정량화(定量化)에 중요한 역할을 하는 양으로, 현재 휴대 단말기에서 복사되는 전자파에 의한 인체 영향을 규제할 수 있는 측정량으로 널리 사용되고 있다. 또한, SAR 값은 노출부위 주변 전자파의 특성뿐만 아니라 피복사체의 전기적, 기하학적 특성에 의해 결정되어진다. 그리고 인체에 대한 SAR 측정상의 어려움 때문에, SAR 측정은 인체모형 또는 동물의 조직에 대해 시행해야 하며, 측정 대상체로 인입되는 전계의 강도와 전기 전도도 및 조직의 질량 밀도에도 관계하므로 소형 전계 프로브를 사용하여 측정하여야 한다.

이러한 전자파 에너지 비흡수율을 측정하는 종래의 방법으로는 모의인체(Phantom)를 제작하고, 프로브(probe)를 모의인체 내에 삽입하여 휴대 단말기 등의 전자제품을 사용하는 경우에 모의인체에서 흡수되는 전기장강도를 측정하는 방법이 주로 사용된다.

이 때 사용되는 모의인체는 인체조직의 전기적 특성과 일치하는 모의조직과, 이 모의조직을 담는 외피를 포함한 것을 말하며, 모의인체 외피는 모의조직을 담는 용기로서 인체의 해부학적 외형과 동일하게 제작되고, 모의조직은 측정주파수에 대해 평균 머리조직의 전기적 특성에 맞춘 균일한 액체용액으로 제조된다. IEEE에서는 여러 논의를 거친 끝에 미국 군인들의 머리 크기의 통계적 수치를 바탕으로 가공적 인체 머리인 SAM(Specific Anthropomorphic Mannequin)을 구성하여 SAR 측정에 사용하는 것을 발표하였다(IEEE P1528/D1.2, April 21. 2003) 아울러 상기 IEEE 문서에는 측정 주파수에 따른 모의 조직의 전기적 특성이 규정되어 있다.

프로브는 세 개의 서로 직교하는 2 ~ 4mm 범위의 미소 다이폴로 구성하여 입사 전기장강도를 측정할 수 있으며, 300MHz ~ 3GHz 범위의 측정주파수 대역에서 10mW/kg ~ 100W/kg 범위의 전자파 흡수율을 측정할 수 있도록 구성된다. 또한, 프로브의 위치제어기는 모의인체의 전 노출 영역에서 3차원적으로 전기장 분포를 측정할 수 있도록 구성되고, 프로브의 위치이동을 공간위치 정밀도 ± 0.1mm 이하로 조정할 수 있도록 구성된다.

따라서 모의인체와 프로브를 사용한 휴대전화의 전자파 비흡수율 측정은, 송신주파수 대역 중 그 중심주파수에서, 기준점에서의 전자파 비흡수율 값이나 전기장 강도를 측정하고, 모의인체 표면상에서 큰 간격으로 측정하는 표면분포측정을 행한 다음, 표면분포측정 간격보다 미세한 간격으로 모의인체의 공간내에서 전자파 비흡수율 분포를 측정하는 미소 체적 분포측정을 행한다.

계속하여, 다시 기준점에서 전자파 흡수율 값이나 전기장강도를 측정하여 앞서 측정한 값과 비교하여 오차범위 이내여부를 확인하고, 오차범위를 벗어난 경우에는 재측정을 실시한다. 반면에, 오차범위 이내이면 휴대전화의 안테나 상태와 피시험체의 시험위치를 변경하여 반복하여 측정을 행하여 얻은 값에서 최대 전자파흡수율이 측정되는 조건에서 저주파수대역(휴대폰의 경우 휴대폰 송신의 저주파수대역)과 고주파수대역에서 전자파 흡수율을 측정한다.

그리고 지금까지 측정된 결과 중 가장 높은 전자파흡수율 값을 최대 전자파흡수율 값으로 결정하는 과정으로 이루어진다.

그러나 이러한 종래 전자파흡수율 측정방법에서는 표면분포측정을 위하여 프로브의 삽입위치를 계속하여 변경하면서 전자파 비흡수율을 측정하고, 다시 미소 체적 분포 측정을 위하여 같은 과정을 반복한다. 이러한 측정 과정을 안테나 상태와 시험위치를 변경하여 반복하여 행하므로, 1개의 제품에 대한 전자파 비흡수율을 측정하는데 상당한 시간(예를 들면 3시간 이상)이 소요된다. 따라서 휴대전화 제조회사에서는 생산제품의 전량에 대한 전자파흡수율을 측정하는 것이 불가능하고, 샘플링검사에 의존할 수 밖에 없다. 또한 샘플링 검사의 경우에도 많은 양을 샘플링하기가 어려우므로 정밀한 품질보증이 어려운 단점이 있다.

더욱이, 일정한 생산롯트 단위로 각 국가에서 공인한 시험기관에서 측정한 전자파흡수율 정보를 제출하여야만 제품의 출고가 가능하며 수출 및 수입이 가능하므로, 각 제조회사에서는 전자파 흡수율의 측정이 완료될 때까지 제품의 출고를 정지하여야 하며, 실제 측정에 소요되는 시간이 긴 관계로 인하여 상당한 출고지연을 겪고 있다.

또한, 연구개발 단계에서도 SAR 값을 측정하는데 그 신속성이 결여되어 이러한 것이 개발 엔지니어들이 겪고 있는 어려움 중의 하나이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로; 본 발명의 목적은 팬텀에 전계 측정 프로브를 꽂아 측정한 전기장 값으로부터 소정 면적의 SAR 값을 계산하고, 얻어진 면적 SAR 값을 체적 SAR 값으로 환산하여 그 값을 도출함으로써, 간단하고 신속하게 SAR 값을 측정할 수 있는 다중 프로브 고정형 실시간 전자파 비흡수율 측정 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은;

전자파 발산체가 근접 배치되며 인체 두뇌의 전기적 특성을 재현한 팬텀과;

전자파 발산체에서 방출되는 전기장 값을 팬텀의 소정 면적내에서 일시에 측정할 수 있도록 복수개가 일정 거리를 두고 배치된 전계 측정 프로브와;

이 전계 측정 프로브들로부터 측정된 데이터를 수집하여 전송하는 전송보드와;

전송보드로부터 전송된 데이터를 통해 전자파 비흡수율 값을 기록 및 처리하되, 상기 전계 측정 프로브들에서 측정한 전기장 값들로부터 면적에 대한 전자파 비흡수율 값을 계산하고, 계산된 면적 전자파 비흡수율 값으로부터 체적에 대한 전자파 비흡수율 값을 도출하는 마이컴이 마련된 컴퓨터를; 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전계 측정 프로브들은 각 측정 점들을 연결하는 가상의 선이 정사각형을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전계 측정 프로브들은 가로 및 세로가 대체로 40mm인 정사각형에서 9개가 배치되도록 이웃하는 것들과 대체로 20mm의 간격으로 배열되어, 가로 및 세로가 40mm×40mm 면적에서의 전기장 값을 일시에 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 프로브 고정형 전자파 비흡수율 측정 시스템은 팬텀(SAM)내에 전계 측정 프로브들을 꽂아 각 점에서의 전기장 값을 측정하고 이를 통해 체적 전자파 비흡수율 값(이하, SAR 값이라 함)을 도출하는 시스템으로, 도 1에 도시한 바와 같이, IEEE P1528/1.2 문서에서 제시한 인체 두뇌의 전기적 특성을 재현한 SAM 팬텀(20)과, 이 팬텀(20)에서 전기장 값을 측정하기 위한 전계 측정 프로브들(31~39;도 2참조)과, 이 전계 측정 프로브들(31~39)로부터 측정된 데이터를 수집하여 전송하는 전송보드(40)와, 이 전송보드(40)로부터 전송된 데이터를 수집하여 전자파 비흡수율 값을 도출하는 컴퓨터(50)를 갖추고 있다.

팬텀(20;phantom) 내용물은 기존의 액체도 가능하지만 재사용이 가능한 고형(solid) 타입 혹은 겔 타입 팬텀으로서, 인체 두뇌의 전기적 특성을 재현함과 동시에 고형인 경우에는 전계 측정 프로브(31~39)와의 에어 갭을 최소화하기 위해 에폭시 수지를 기저로 하는 고분자 복합재료를 응용 적용하였다. 이러한 팬텀(20)의 하부에는 홀더(10)를 통해 거치된 전자파 발산체(11)가 IEEE P1528 문서에 따라 팬텀 표피에 밀착시켜 근접 배치되는데, 본 발명에서는 전자파 발산체(11)를 휴대폰으로 적용한 것을 실시 예로 설명한다.(즉, 본 발명에서는 휴대폰에서 발산되는 전자파 비흡수율을 측정하는 것을 실시 예로 설명한다.)

그리고 전계 측정 프로브들(31~39)은 전자파 발산체(11)에서 방출되는 전기장 값을 팬텀(20)의 소정 면적내에서 일시에 측정할 수 있도록 복수개가 일정 거리를 두고 배치된다. 여러 개의 Probe가 한 팬텀에 읜접하여 배치되면, 프로브 상호간의 간섭 작용(mutual interaction)이 가능하다. 이를 막기 위해서는 프로브 간의 거리를 멀리 하거나 프로브의 외경이 작아야 한다. 이를 위해, 전계 측정 프로브(31~39)들은 2mm 길이의 다이폴 안테나(Dipole Antenna)를 가진 9개의 Triangular 등방성 프로브를 사용하였다. 각각의 전계 측정 프로브들(31~39)의 세채널에서 검파된 값의 합이 입사파의 전계방향과 상관없이 임의로 주어진 값에 부합되는 등방성을 보여야 하기 때문에, 좋은 등방성 특성을 가지는 프로브를 사용함이 바람직하다. 이러한 전계 측정 프로브들(31~39)은 최대의 등방성을 보장하기 위해 SAR 값 측정에 사용되는 주파수에서 각각 교정을 해야 한다. 이 때, 프로브에 검파된 전압은 낮은 전계 속에서는 전계 세기의 자승에 비례하고, 높은 전계속에서는 전계 세기에 비례한다.

본 발명의 실시 예에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 가로 및 세로가 대체로 40mm인 정사각형에서 9개의 전계 측정 프로브들(31~39)을 이웃하는 것들과 대체로 20mm의 간격으로 배열하여, 가로 및 세로가 40mm×40mm 면적에서의 전기장 값을 일시에 측정할 수 있도록 하였다.

또한, 도 3을 참조하면, 전송보드(40)는 9개의 전계 측정 프로브들(31~39)을 통해 검출된 검출 신호 중에서 특정 신호가 컴퓨터(50)에서 요구되어 지면, 요구된 특정 신호만을 멀티플렉서(MUX;44)로 선택 출력시킨다. 계속하여 출력 신호는 일정한 이득으로 3단 증폭시킨 후 A/D 변환기(42)에 입력되어 디지털 출력되며, 이 신호를 포트를 통해 컴퓨터(50)로 전송하는 역할을 한다.

이를 위해, 전송보드(40)는 CPU(41)와, 아날로그 스위치로 이루어진 멀티플렉서(MUX;44)와, A/D 변환기(42), OP-AMP(43) 등을 갖추고 있으며, 이러한 구성을 통해 9개의 전계 측정 프로브들(31~39)로부터 얻어진 검출 신호들은 필터회로(45)들을 거쳐 멀리플렉서(MUX;44)로 입력되고, 계속하여 CPU(41)의 명령에 따라 특정 데이터를 출력하게 된다.

한편, 컴퓨터(50)에서는 전송보드(40)로부터 전송된 데이터를 통해 SAR 값을 기록 및 처리하는 것으로, 전계 측정 프로브들(31~39)에서 측정한 전기장 값들로부터 면적에 대한 SAR 값을 계산하고, 계산된 면적 SAR 값으로부터 체적에 대한 SAR 값을 도출하는 마이컴(미도시)이 마련되어 있다.

즉, 팬텀(20)의 측정 위치에서 전기장 E²에 비례한 전압 값을 알면, Simpson's Rule에 의하여 40mm×40mm 정사각형 내의 모든 점에서 전기장 세기의 자승(自乘)한 값, E²이 결정된다. 이 때, ∫E² dxdy가 최대로 되는 1㎠의 회전각도를 찾아 Max ∫E² dxdy (1㎠ 내), 즉 Max surface SAR 값을 구한다. 그 다음 팬텀(20)의 Skin depth 값을 감안하여 1㎤(=1 gram)의 체적(volume) SAR 값으로 환산하게 된다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 프로브 고정형 전자파 비흡수율 측정 시스템의 작동 및 이에 따른 효과를 설명한다.

먼저, 홀더(10)에 전자파 발산체(11;휴대폰)를 거치시킨 후 IEEE P1528 문서의 규정에 따라 이를 팬텀(20)에 밀착 배치시킨다. 이후에 전자파 발산체(11)에서 발산되는 전기장 값을 9개의 전계 측정 프로브들(31~39)를 통해 팬텀(20)의 소정 면적(본 발명의 실시 예에서는 40mm×40mm 의 정사각형 면적)내에서 일시에 측정한다.

그리고 전송보드(40)에서는 전계 측정 프로브들(31~39)로부터 측정된 데이터를 수집하여 컴퓨터(50)측으로 전송한다. 이 때, 전송보드(40)에서는 앞서 기술한 바와 같이, 9개의 전계 측정 프로브들(31~39)을 통해 검출된 검출 신호 중에서 특정 신호가 컴퓨터(50)에서 요구되면, 요구된 특정 신호만을 멀티플렉서(MUX;44)로 선택 출력시켜 일정한 이득으로 3단 증폭시킨 후 A/D 변환기(42)에 입력되어 디지털 출력되며, 이 신호를 포트를 통해 컴퓨터(50)로 전송한다.

계속하여 컴퓨터(50)에서는 전송보드(40)로부터 전송된 데이터를 통해 면적에 대한 SAR 값을 계산하고, 위에 기술한 바와 같이 계산된 면적 SAR 값으로부터 체적에 대한 SAR 값을 도출한다. 즉, 40mm×40mm 정사각형 내의 모든 점{9개의 전계 측정 프로브들(31~39)의 위치}에서 SAR 값이 결정되며, 결정되어진 모든 영역에서의 SAR 값을 컴퓨터(50)의 화면에 보일 수 있다.

도 4에서는 본 발명에 따른 측정 시스템을 통해 40mm×40mm 영역에서 계산된 SAR 값 표시화면으로, 색깔은 빨간색에서 노란색을 10단계로 하고, 최소 SAR 값을 노란색으로 하고 가장 SAR 측정치가 높은 것을 빨간색으로 표기하였다.

즉, 40mm×40mm 영역에서 가장 큰 SAR 값을 갖는 점을 구한 후, 그 점을 중심으로 1 ㎠의 정사각형을 생성시켜 정사각형의 꼭지점 4점 값을 기억하면서 0도에서 89도 까지 회전을 시켜 90개의 값을 얻어내어 4점의 합이 최대가 되는 것을 최대 면적 SAR 으로 한다.

따라서 팬텀(20)에 전계 측정 프로브들(31~39)을 꽂아 측정한 전기장 값으로부터 소정 면적의 SAR 값을 계산하고, 계산된 면적 SAR 값을 체적 SAR값으로 환산하여 그 값을 도출함으로써, 체적에 대한 SAR 값을 간단하고 신속하게 측정할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 프로브 고정형 전자파 비흡수율 측정 시스템에 의하면, 팬텀에 전계 측정 프로브들을 꽂아 일시에 측정한 전기장 값으로부터 소정 면적의 SAR 값을 계산하고, 계산된 면적 SAR 값을 체적 SAR 값으로 환산하여 그 값을 도출함으로써, 간단하고 신속하게 SAR 값을 측정할 수 있는 작용효과가 있다.

결국, 전자파 발산체 제품에 대한 SAR 값을 간단하면서도 신속하게 측정할 수 있으며, 이로 인해 제품의 출고시간을 종래에 비해 현저하게 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 연구개발 단계에서도 SAR 값을 측정하는데도 신속하게 진행되어, 개발 엔지니어가 겪는 고충을 덜어낼 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자파 비흡수율 측정 시스템을 개략적으로 보인 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전계 측정 프로브들의 배치구조를 개략적으로 보인 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 측정 시스템에서 전송보드의 구조를 개략적으로 보인 블록도이다.

도 4는 본 발명에 따른 측정 시스템을 통해 계산된 SAR 값 표시 화면을 보인 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10..홀더 11..전자파 발산체

20..팬텀 31~39..프로브

40..전송보드 50..컴퓨터

Claims (3)

1. 전자파 발산체(11)가 근접 배치되며 인체 두뇌의 전기적 특성을 재현한 팬텀(20)과; 상기 전자파 발산체(11)에서 방출되는 전기장 값을 상기 팬텀(20)의 소정 면적내에서 일시에 측정할 수 있도록 복수개가 일정 거리를 두고 배치된 전계 측정 프로브들(31~39)과; 상기 전계 측정 프로브들(31~39)로부터 측정된 데이터를 수집하여 전송하는 전송보드(40)와; 상기 전송보드(40)로부터 전송된 데이터를 통해 전자파 비흡수율 값을 기록 및 처리하되, 상기 전계 측정 프로브들(31~39)에서 측정한 전기장 값들로부터 면적에 대한 전자파 비흡수율 값을 계산하고, 계산된 면적 전자파 비흡수율 값으로부터 체적에 대한 전자파 비흡수율 값을 도출하는 마이컴이 마련된 컴퓨터(50)를 구비한 프로브 고정형 전자파 비흡수율 측정 시스템에 있어서;

   상기 전계 측정 프로브(31~30)들은 각 측정 점들을 연결하는 가상의 선이 정사각형을 이루도록 배치되되, 가로 및 세로가 대체로40mm인 정사각형에서 9개가 배치되도록 이웃하는 것들과 대체로 20mm의 간격으로 배열되어, 가로 및 세로가 40mm×40mm 면적에서의 전기장 값을 일시에 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 다중 프로브 고정형 실시간 전자파 비흡수율 측정 시스템.
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