專利名稱：一種獲取電磁波比吸收率的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多輸入多輸出(MIMO)天線設(shè)備等效建模技術(shù)，尤其涉及一種獲取電磁波比吸收率的方法及裝置。
背景技術(shù)：
MMO天線與移動終端(比如蜂窩無線上網(wǎng)卡)等無線通信設(shè)備集成，可以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的移動通信需要。但是，移動終端工作時產(chǎn)生的電磁輻射能量會被人體吸收，而人體吸收的電磁能過量時，會對人體健康造成危害。為了定量表征人體吸收電磁能量的多少，引入了電磁波比吸收率(SAR，SpecificAbsorption Rate)參數(shù)。SAR參數(shù)定義為單位質(zhì)量的人體組織所吸收或消耗的電磁功率。SAR值現(xiàn)已成為衡量無線電子產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要指標，并形成了 SAR參數(shù)系列標準，比 如，國際電工委員會(IEC)制定的SAR測試標準(IEC 62209-2 Ed. I)和IEEE正在制定SAR仿真標準(IEEE P528. 3/D3.0)等，以克服現(xiàn)有模型精細度不夠和測試一致性不足的局限。按照上述標準，當MMO天線和移動終端處于正常工作狀態(tài)時，可用探針測試或者仿真技術(shù)得到位于上述MMO天線近場區(qū)測試容器中各個測試點的電場值，然后根據(jù)公式SAR = O. 5。E|2/P計算得到SAR值。其中，o為組織液電導率，P為組織液密度，E為所測點電場值。由上述SAR參數(shù)定義可知,SAR參數(shù)是一個近場導出參數(shù)。因此,要定量表征移動終端MMO天線的SAR特性，就得定量研究其近場輻射特性，以得到其近場輻射模型?，F(xiàn)有研究表明移動終端MMO天線設(shè)備的近場輻射模型是SAR仿真成敗的最關(guān)鍵的環(huán)境因素，原因是近場輻射模型的精細度和通用性對于整體SAR參數(shù)仿真的效率和精度影響極大。然而，真實的移動終端MMO天線，常具有復雜度高和通用性差的特點，這個特點決定了不能采用真實移動終端MIMO天線設(shè)備作為標準化的SAR評估模型，而需要對其進行可信抽象和簡化，形成兼顧通用性、建模效率和成本三方面因素的可信SAR評估模型，其中，精確的MMO天線設(shè)備等效建模方法是保證其SAR評估模型可信和可標準化的先決條件之一。在目前IEEE的SAR仿真模型中，還沒有移動終端MMO天線設(shè)備的SAR仿真標準化模型。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種獲取電磁波比吸收率的方法及裝置，能夠提供移動終端MMO天線設(shè)備的SAR仿真標準化模型，保證SAR評估模型可信和可標準化。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種獲取電磁波比吸收率的方法，包括，建立移動終端多輸入多輸出MMO天線在自由空間的近場參考面S，計算移動終端MIMO天線在該參考面S上的電磁場；在所述近場參考面S上，采用電磁場等效原理得到頻域等效面磁流Jms(^ms)；基于所述近場參考面S上的等效面磁流Jms(^ms),計算得到人體模型內(nèi)部的電場分布，并得到電場分布對應(yīng)的電磁波比吸收率SAR值。所述建立移動終端MMO天線在自由空間的近場參考面S，計算移動終端MMO天線在該參考面S上的電磁場具體包括基于所述移動終端MMO天線的三維空間結(jié)構(gòu)模型，對所述移動終端MMO天線進行不含人體組織的電磁建模；其中，包括確定所述MMO天線材料電磁參數(shù)，電磁激勵源參數(shù)和邊界條件； 通過數(shù)值計算得到所述不含人體組織的移動終端MIMO天線的近區(qū)場電E[( ms)]。所述近場參考面S是位于所述移動終端MIMO天線和人體組織模型之間的空間區(qū)域，所述近場參考面S的外法線方向為遠離MMO天線指向；所述得到頻域等效面磁流Jms(Pms)包括按照下面公式，得出所述近場參考面S表面上的頻域等效面磁流Jms Jms(rms) = -nxE[(rms)]；其中，近場電磁信息E[( ms)]和頻域等效面磁流Jms(L),既包含電場、磁流復數(shù)值E[ds)]、Jms(rms),又包含該電場、磁流對應(yīng)的空間位置坐標 ms。該方法之前還包括按照下面公式，將真實空間坐標 ms轉(zhuǎn)化為電磁算法需要的索弓丨坐標 ms =x-iAx + y- jAy + z ■ kAz ,其中，Ax, Ay和az分別為x，y和z方向的空間離散單位4，9和￡分別為X，y和Z方向的空間單位矢量。i，j和k為電磁算法需要的索引坐標。所述計算得到人體模型內(nèi)部的電場分布，并得到電場分布對應(yīng)的SAR值包括讀入所述頻域等效面磁流，將其轉(zhuǎn)化為時域空間分布源；將得到的時域源空間分布值賦值到近場參考S面對應(yīng)的空間網(wǎng)點上；在非求解場區(qū)放入良導體，以保證該區(qū)域的電磁場為零場，引入的良導體頻域等效面磁流Jms(U將產(chǎn)生正鏡像面磁流源，求解場區(qū)的等效面磁流源為放入良導體前的2倍，具體為^)=2^);通過^Tms(rms)計算得到人體組織模型在外部激勵源^Tms (rms)激勵條件下內(nèi)部的電場分布，利用SAR定義計算得到人體內(nèi)部SAR值分布；非求解場區(qū)為零場。該方法還包括將得到的人體組織模型內(nèi)部相應(yīng)空間位置的所述SAR值分布數(shù)據(jù)，利用3維圖形顯示工具顯示出來，得到人體模型內(nèi)部SAR的3維分布圖。一種獲取電磁波比吸收率的裝置，第一獲取模塊、第一計算模塊、第二計算模塊，以及SAR獲取模塊，其中，第一獲取模塊，用于建立移動終端MMO天線在自由空間的近場參考面S ；第一計算模塊，用于計算移動終端MMO天線在該參考面S上的電磁場；第二計算模塊，用于采用電磁場等效原理，在第一獲取模塊獲得的近場參考面S上，得到頻域等效面磁流Jms ( ms);SAR獲取模塊，用于基于參考面S上的等效面磁流Jms( ms),該等效面磁流Jms(fms)與入體模勺茲作用，i十算:得到入體模M內(nèi)部6勺％場分布，并得到％場分布對應(yīng)的SAR值。從上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，包括建立移動終端MMO天線在自由空間的近場參考面S，計算移動終端MIMO天線在該參考面S上的電磁場；采用電磁場等效原理，在所述近場參考面S上，得到頻域等效面磁流Jms(^ms);基于參考面S上的等效面磁流Jms(rms)，i亥等效面5茲'流Jms(^ms)與人體模型的電5茲相5作用，計算得到人體模型內(nèi)部的電場分布，并得到電場分布對應(yīng)的SAR值。通過本發(fā)明將數(shù)據(jù)卡、天線以及人體組織這三者的聯(lián)合電磁仿真問題，分解為數(shù)據(jù)卡以及天線的電磁仿真，以及面磁流源激勵人體組織的的電磁仿真兩部分；然后基 于電磁場等效原理，通過參考面上的等效面磁流，建立上述兩部分的聯(lián)系，從而構(gòu)成了統(tǒng)一的電磁仿真模型。由于數(shù)據(jù)卡以及天線的電磁仿真得到的等效面電磁流，不涉及數(shù)據(jù)卡以及天線的具體結(jié)構(gòu)，即適用于所有天線結(jié)構(gòu)，因此，本發(fā)明為移動終端MMO天線設(shè)備的SAR仿真提供了標準化模型，保證了 SAR評估模型可信和可標準化。


圖I為本發(fā)明獲取SAR的方法的流程圖；圖2為本發(fā)明筆記本電腦、數(shù)據(jù)卡天線以及人體組織幾何結(jié)構(gòu)模型(尺寸大小、空間相對位置)和電磁模型(媒質(zhì)材料的電介常數(shù)、電導率、磁導率)示意圖；圖3為本發(fā)明數(shù)據(jù)卡天線、人體組織以及等效參考面S示意圖，其中等效面磁流在S面上；圖4為本發(fā)明獲取SAR的裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式圖I為本發(fā)明獲取SAR的方法的流程圖，如圖I所示，包括以下步驟步驟100 :建立移動終端MMO天線在自由空間的近場參考面S，計算移動終端MIMO天線在該參考面S上的電磁場。本步驟的具體過程為首先基于移動終端MMO天線的三維空間結(jié)構(gòu)模型，采用電磁仿真軟件對移動終端MMO天線進行精確的電磁建模(不含人體組織)，包括確定上述MMO天線材料電磁參數(shù)，電磁激勵源參數(shù)和邊界條件等；其次，采用電磁場數(shù)值計算方法對上述模型進行數(shù)值計算并得到上述不含人體組織的移動終端MMO天線的近區(qū)場電Ef(^ns)]。需要強調(diào)的是，本步驟電磁建模時，需要將移動終端的三維空間結(jié)構(gòu)視為移動終端MIMO天線的一部分。本步驟強調(diào)的是，在對移動終端MIMO天線進行精確的電磁建模時，是不包含人體組織的。具體的如何確定上述參數(shù)及計算移動終端MMO天線的近區(qū)場電E[(D],可以采用現(xiàn)有的很多方法來實現(xiàn)，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的慣用技術(shù)手段，不用于限定本發(fā)明的保護范圍，這里不再詳述。
步驟101 :采用電磁場等效原理，在步驟100所述近場參考面S上，得到頻域等效面磁流Jms(^ms)。本步驟的具體過程為步驟100所述近場參考面S是位于移動終端MIMO天線和人 體組織模型之間的空間區(qū)域，該近場參考面S的外法線方向為n (遠離MIMO天線指向)，基于步驟100計算得到的近場電磁信息E[( ms)],結(jié)合下面公式(I)，得出所述近場參考面S表面上的頻域等效面磁流Jms (包括相位和幅度)Jms(fms) = -nxE[( ms)]( I)在公式⑴中，近場電磁信息E[( ms)]和頻域等效面磁流Jms(L),既包含電場、磁流復數(shù)值E[ds)]、Jms(4),又包含該電場、磁流對應(yīng)的空間位置坐標 ms。需要強調(diào)的是，在處理公式(I)中的空間位置坐標時，需要將真實空間坐標 _轉(zhuǎn)化為電磁算法需要的索引坐標(整數(shù)型)，按照公式(2)進行轉(zhuǎn)換rms = X iAx + y jAy + ￡ kAz(2)公式⑵中，Ax，Ay和A Z分別為x，y和Z方向的空間離散單位J，$和￡分別為x，y和z方向的空間單位矢量。i，j和k為電磁算法需要的索引坐標(整數(shù)型)。圖2為本發(fā)明筆記本電腦、數(shù)據(jù)卡天線以及人體組織幾何結(jié)構(gòu)模型(尺寸大小、空間相對位置)和電磁模型(媒質(zhì)材料的電介常數(shù)、電導率、磁導率)示意圖；圖3為本發(fā)明數(shù)據(jù)卡天線、人體組織以及等效參考面S示意圖，其中等效面磁流在S面上。步驟102 :基于參考面S上的等效面磁流Jms( ms),該等效面磁流Jms( ms)產(chǎn)生的電磁場與人體模型之間的電磁相互作用，計算得到人體組織內(nèi)部(見附圖2)的電場分布，進而得到人體組織內(nèi)部(見附圖2)的電場分布所對應(yīng)的SAR值，包括SAR分布值與SAR峰值。本步驟的具體過程為首先讀入步驟101所得的頻域等效面磁流Jms，然后將其轉(zhuǎn)化為時域空間分布源，將該時域源空間分布值賦值到近場參考S面對應(yīng)的空間網(wǎng)點上。由于求解場區(qū)是所述時域源指向散射體的空間區(qū)域，其它空間區(qū)域(即時域源指向遠離散射體的空間區(qū)域)是非求解場區(qū)，非求解場區(qū)的電磁場不必計算，其中可以是任意場，為了分析簡化，本實施例中假設(shè)非求解場區(qū)為零場(即電場E = 0)，從而得到非求解場區(qū)與求解場區(qū)邊界的場等效邊界條件，為此，采用電磁等效原理建立該邊界的等效源，其過程為在非求解場區(qū)放入良導體，以保證該區(qū)域的電磁場為零場，引入的良導體對等效面磁流Jms將產(chǎn)生正鏡像面磁流源，求解場區(qū)的等效面磁流源為原來(放入良導體前)的2倍，SPJmsCD =2 jms(rms),而等效面電流源為0(負鏡像面電流與等效面電流抵消)。將Jrms (fms)代人5茲場積分方程，imm\( ms)激勵條件下內(nèi)部的電場分布，利用SAR定義計算得到人體內(nèi)部SAR值分布?；诓襟E102，將得到的人體組織模型內(nèi)部相應(yīng)空間位置的SAR值分布數(shù)據(jù)，用3維圖形顯示工具(比如Matlab3維圖形函數(shù)，具體實現(xiàn)屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的慣用技術(shù)手段，這里不再贅述)顯示出來，得到人體模型內(nèi)部SAR的3維分布圖，這就為移動終端MIMO天線設(shè)計提供一個通用、直觀的評估模型。表I為數(shù)據(jù)卡天線SAR最大值及其位置，如表I所示，給出了 3種不同數(shù)據(jù)卡天線全波模型(CST軟件仿真)與本發(fā)明分析模型的SAR仿真值對比，可以看出，無論是峰值SAR還是XOY平面的分布SAR值，本發(fā)明分析模型SAR值與全波仿真SAR值均吻合很好。全波仿真SAR值已經(jīng)由試驗驗證過，其精度和準確度可信。因此，表I驗證了本發(fā)明分析模型SAR仿真的有效性。綜上，除長方體I高度變化外，模型改變引起數(shù)據(jù)卡MMO天線SAR值峰值的變化不超過3. 5%，可近似認為SAR特性不變。
權(quán)利要求
1.ー種獲取電磁波比吸收率的方法，其特征在于，包括， 建立移動終端多輸入多輸出MMO天線在自由空間的近場參考面S，計算移動終端MMO天線在該參考面S上的電磁場； 在所述近場參考面S上，采用電磁場等效原理得到頻域等效面磁流Jms(fms); 基于所述近場參考面S上的等效面磁流Jms(ims),計算得到人體模型內(nèi)部的電場分布，并得到電場分布對應(yīng)的電磁波比吸收率SAR值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述建立移動終端MMO天線在自由空間的近場參考面S，計算移動終端MMO天線在該參考面S上的電磁場具體包括 基于所述移動終端MIMO天線的三維空間結(jié)構(gòu)模型，對所述移動終端MIMO天線進行不含人體組織的電磁建模；其中，包括確定所述MMO天線材料電磁參數(shù)，電磁激勵源參數(shù)和邊界條件； 通過數(shù)值計算得到所述不含人體組織的移動終端MIMO天線的近區(qū)場電E[(fms)]。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述近場參考面S是位于所述移動終端MIMO天線和人體組織模型之間的空間區(qū)域，所述近場參考面S的外法線方向為遠離MIMO天線指向； 所述得到頻域等效面磁流Jms(デms)包括按照下面公式，得出所述近場參考面S表面上的頻域等效面磁流Jms Jms( ms) = -nxE[(rms)]； 其中，近場電磁信息E[( ms)]和頻域等效面磁流Jms(ims),既包含電場、磁流復數(shù)值Et(^ns)]、Jms(rms),又包含該電場、磁流對應(yīng)的空間位置坐標 ms。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該方法之前還包括按照下面公式，將真實空間坐標 _轉(zhuǎn)化為電磁算法需要的索引坐標 ms = χ· iAx + y- jAy + z ■ kAz ,其中，Δχ，Ay和Δ Z分別為x, y和ζ方向的空間離散單位,文，$和￡分別為x，y和z方向的空間單位矢量。i，j和k為電磁算法需要的索引坐標。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述計算得到人體模型內(nèi)部的電場分布，并得到電場分布對應(yīng)的SAR值包括 讀入所述頻域等效面磁流，將其轉(zhuǎn)化為時域空間分布源； 將得到的時域源空間分布值賦值到近場參考S面對應(yīng)的空間網(wǎng)點上； 在非求解場區(qū)放入良導體，以保證該區(qū)域的電磁場為零場，引入的良導體頻域等效面磁流Jms(U將產(chǎn)生正鏡像面磁流源，求解場區(qū)的等效面磁流源為放入良導體前的2倍，具體為 JHMJmsCims); 通過(rms)計算得到人體組織模型在外部激勵源(rms)激勵條件下內(nèi)部的電場分布，利用SAR定義計算得到人體內(nèi)部SAR值分布； 非求解場區(qū)為零場。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該方法還包括將得到的人體組織模型內(nèi)部相應(yīng)空間位置的所述SAR值分布數(shù)據(jù)，利用3維圖形顯示工具顯示出來，得到人體模型內(nèi)部SAR的3維分布圖。
7.一種獲取電磁波比吸收率的裝置，其特征在于，第一獲取模塊、第一計算模塊、第二計算模塊，以及SAR獲取模塊，其中， 第一獲取模塊，用于建立移動終端MMO天線在自由空間的近場參考面S ； 第一計算模塊，用于計算移動終端MMO天線在該參考面S上的電磁場； 第二計算模塊，用于采用電磁場等效原理，在第一獲取模塊獲得的近場參考面S上，得到頻域等效面磁流Jms (ims)； SAR獲取模塊，用于基于參考面S上的等效面磁流Jms(fms),該等效面磁流Jms(fms)與人體模型的電磁相互作用，計算得到人體模型內(nèi)部的電場分布，并得到電場分布對應(yīng)的SAR值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種獲取電磁波比吸收率的方法及裝置，包括建立移動終端MIMO天線在自由空間的近場參考面S，計算移動終端MIMO天線在該參考面S上的電磁場；采用電磁場等效原理，在所述近場參考面S上，得到頻域等效面磁流基于參考面S上的等效面磁流該等效面磁流與人體模型的電磁相互作用，計算得到人體模型內(nèi)部的電場分布，并得到電場分布對應(yīng)的SAR值。本發(fā)明將數(shù)據(jù)卡、天線以及人體組織這三者的聯(lián)合電磁仿真問題，分解為數(shù)據(jù)卡以及天線的電磁仿真，以及面磁流源激勵人體組織的的電磁仿真兩部分從而為移動終端MIMO天線設(shè)備的SAR仿真提供了標準化模型，保證了SAR評估模型可信和可標準化。
文檔編號G01N22/00GK102854400SQ20111017878
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者彭宏利, 黃旭 申請人:中興通訊股份有限公司