專利名稱：一種用于降低mimo-ue sar的方法及其仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于降低MIMO-UE SAR的方法及其仿真系統(tǒng)，具體涉及一種用于TD-LTE等通信系統(tǒng)的MMO天線降低SAR的方法及其仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在無(wú)線通信技術(shù)快速發(fā)展的今天，人們享受無(wú)線通信給我們工作和生活帶來(lái)方便的同時(shí)，也遭受著設(shè)備電磁輻射對(duì)人體健康的傷害。隨著無(wú)線電頻譜的不斷開(kāi)發(fā)及其功率的不斷增大，電磁輻射與人體健康問(wèn)題更受關(guān)注。從電磁安全的角度來(lái)看，人們一方面在利用MMO-UE輻射電磁波進(jìn)行無(wú)線通信、充分享受其便利的同時(shí)，人們另一方面也遭受到MIMO-UE輻射電磁波的照射，該照射導(dǎo)致部分電磁波能量被MIMO-UE使用者人體吸收。生物電磁學(xué)現(xiàn)有研究結(jié)果表明，如果人體吸收的電磁能量過(guò)量，會(huì)危及人體健康甚至生命。通常用Specific Absorption Rate (SAR)即比吸收率來(lái)表征單位質(zhì)量的人體組織 吸收電磁能量的程度。SAR值已成為衡量無(wú)線電電子產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，并形成了SAR參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)，比如，IEC (國(guó)際電工委員會(huì))制定的SAR測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(IEC 62209-2 Ed. I)和IEEE正在制定SAR的仿真標(biāo)準(zhǔn)(IEEE P528. 3/D3. O)等，其中SAR的單位為W/kg或mW/g，E為細(xì)胞組織中的電場(chǎng)強(qiáng)度有效值,單位為V/m, σ為人體組織的電導(dǎo)率,單位為S/m, P為人體組織密度，單位為kg/m3。在SAR的計(jì)算中，一般選取一定體積的介質(zhì)組織，在其中對(duì)SAR求積分做平均，得到平均SAR，根據(jù)所取介質(zhì)組織的質(zhì)量，通常將平均SAR值分為IgSAR和IOg SAR0為保護(hù)電子設(shè)備用戶的使用安全，業(yè)界規(guī)定了 SAR的限值，一般Ig SAR為
I.6ff/kg, IOg SAR 為 2ff/kg0在新一代移動(dòng)通信終端的設(shè)計(jì)中，SAR已成為評(píng)價(jià)移動(dòng)通信終端優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。在移動(dòng)終端中，如MMO-UE，SAR問(wèn)題是MMO天線的輻射產(chǎn)生的。因此，在移動(dòng)終端的MIMO天線設(shè)計(jì)中不僅要考慮方向圖、增益、帶寬極化特性和隔離度等，SAR是否符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)也是其中一項(xiàng)重要指標(biāo)。因此，如何有效降低MIMO-UE SAR的方法，就成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的移動(dòng)通信終端對(duì)人體的電磁安全問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于降低MMO-UE SAR的方法。在UE發(fā)射總功率不變的條件下，MIMO天線激勵(lì)端口引入相位偏差激勵(lì)技術(shù)，本發(fā)明可以有效降低MIMO天線的整體SAR。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于降低MMO-UE SAR的仿真系統(tǒng)，包括MIMO-UE裝置和人體電磁模型，所述MMO-UE裝置位于所述人體電磁模型大腦的右側(cè)或者左側(cè)，所述MMO-UE裝置的軸線放置在所述人體電磁模型兩耳與上嘴唇中心形成的一個(gè)平面上，所述MIMO-UE裝置與人體電磁模型間的最短距離不超過(guò)5mm,其中所述MBTO-UE裝置包括MBTO-UE PCB板、以及設(shè)置于所述MMO-UE PCB板上的MMO單元天線。
優(yōu)選地，所述MMO單元天線可以工作在TD-LTE頻段。優(yōu)選地,所述MIMO單元天線的尺寸大小是24mm*9. 5mm。優(yōu)選地，所述MMO-UE PCB板為FR4材料，介電常數(shù)為4. 4，尺寸大小是100mm*60mm,所述MMO-UE PCB板的主PCB板厚度為O. 8mm,天線PCB板厚度為1_。優(yōu)選地，所述人體電磁模型是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的成年男子模型，其包含皮膚、肌肉、骨骼、脂肪等身體各種仿真組織，在I. OGHz到3. OGHz頻段FDTD網(wǎng)格分辨率為2mm。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種用于降低MIMO-UE SAR的方法，包括如下步驟步驟一在自由空間中，仿真得到MMO單元天線的S參數(shù)以及在1885MHz時(shí)XY面及XZ面輻射方向圖，確保MIMO單元天線正常工作在TD-LTE頻段；
步驟二 構(gòu)建如權(quán)利要求I所述的用于降低MMO-UE SAR的仿真系統(tǒng)； 到MMO單元天線的S參數(shù)及其在1885MHz時(shí)XY面及XZ面輻射方向圖，確保MMO天線同樣能夠正常工作在TD-LTE頻段；步驟四調(diào)整所述用于降低MMO-UE SAR的仿真系統(tǒng)的兩個(gè)或四個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)的饋源的功率分配及相位，改變天線的方向圖，使其近場(chǎng)場(chǎng)值一定程度抵消，以降低SAR值，同時(shí)確保遠(yuǎn)場(chǎng)特性仍滿足正常應(yīng)用。優(yōu)選地，在所述步驟四中，調(diào)整所述兩個(gè)或四個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)的饋源的相位為正交。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方式
中首先建立基于MMO-UE的SAR仿真評(píng)估模型，分為兩個(gè)步驟，即①天線性能驗(yàn)證仿真，包括天線模型驗(yàn)證及天線+人體模型驗(yàn)證，確保MMO天線在自由空間及人體影響下都可以正常工作；②天線+人體聯(lián)合模型SAR仿真，計(jì)算兩單元MIMO SAR或者四單元MIM0SARο其次，考察在發(fā)射總功率不變條件下，找出影響特別是減低SAR值的關(guān)鍵因素。采用的具體步驟是，調(diào)整兩個(gè)(或者四個(gè))饋源的功率分配及相位，改變天線的方向圖，使其近場(chǎng)場(chǎng)值一定程度抵消，以降低SAR值，而遠(yuǎn)場(chǎng)特性仍滿足正常應(yīng)用。為此，需要對(duì)MIMO-UE的兩單元天線或者四單元天線分別進(jìn)行饋電，并進(jìn)一步地對(duì)兩個(gè)(或者四個(gè))饋源的饋電情況進(jìn)行優(yōu)化，以便能得到具有可調(diào)低SAR特性的MIMO-UE的設(shè)計(jì)指標(biāo)。最后，建模仿真并優(yōu)化，得到SAR，從而得出具有低SAR特性的低饋源饋電的優(yōu)化結(jié)果。


圖I為MMO-UE SAR特性模型；其中(a) MIMO單元天線，(b)人體電磁模型；圖2為MMO天線在自由空間S參數(shù)和輻射方向圖；其中(a)反射系數(shù)，(b) XY面輻射方向圖，(c) XZ面輻射方向圖；圖3為MIMO天線在人體電磁模型影響下S參數(shù)和輻射方向圖；其中(a)反射系數(shù)，(b) XY面輻射方向圖，(c) XZ面輻射方向圖；圖4為MMO天線相同功率分配下O度相位差SAR分布；
圖5為MMO天線相同功率分配下30度相位差SAR分布；圖6為MMO天線相同功率分配下60度相位差SAR分布；圖7為MMO天線相同功率分配下90度相位差SAR分布；圖8為MMO天線不同功率分配下O度相位差SAR分布；圖9為MMO天線不同功率分配下30度相位差SAR分布；圖10為MMO天線不同功率分配下60度相位差SAR分布；圖11為MMO天線不同功率分配下90度相位差SAR分布。
具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。本發(fā)明提供了一種用于降低MMO-UE SAR的方法，SAR的仿真計(jì)算模型包括MMO-UE天線和人體電磁模型。如圖I (a)所示，MMO單元天線結(jié)構(gòu)，即將2個(gè)MMO單元天線左右反對(duì)稱放置在MMO-UE PCB板的頂部位置、或者4個(gè)MMO單元天線左右反對(duì)稱及上下對(duì)稱地放置在MMO-UE PCB板的4個(gè)頂部位置，并將MMO單元天線的工作頻率選擇在TD-LTE通信系統(tǒng)頻段。其中，MMO-UE PCB板的主板采用FR4板材(ε r=4. 4，tan δ =0. 02)，尺寸大小是100mmX60mmX I. 8mm。4個(gè)具有同樣結(jié)構(gòu)的小天線設(shè)計(jì)在PCB板的四個(gè)頂點(diǎn)位置，其尺寸大小為24mmX9. 5mmX I. 8mm。上述小天線具有兩個(gè)諧振分枝,分別由chip A和chip B組成。如圖1(b)所示，人體電磁模型是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的成年男子模型，它包含皮膚、肌肉、骨骼、脂肪等身體各種仿真組織。為了有效評(píng)估該模型的SAR，本文采用了 IEEE-STD-1528推薦的標(biāo)準(zhǔn)化人體模型網(wǎng)格化方法，即從OMHz到800MHz，將運(yùn)用5mm分辨率人體模型；從800MHz到I. OGHz采用3mm分辨率人體模型；從I. OGHz到3. OGHz采用2mm分辨率人體模型。以兩單元MMO單元天線的為例，本發(fā)明的基本思路是(I)計(jì)算MMO-UE天線的SAR值特性；(2)考察在發(fā)射總功率不變條件下，影響特別是減低SAR值的關(guān)鍵因素。針對(duì)(I )，首先在自由空間中，仿真得到MMO單元天線的S參數(shù)(反射系數(shù))以及在1885MHz時(shí)XY面及XZ面輻射方向圖，仿真結(jié)果如圖2所示，可知天線可以正常工作在TD-LTE頻段。其次，驗(yàn)證FDTD網(wǎng)格表示人體模型的準(zhǔn)確性，為仿真驗(yàn)證MMO-UE輻射電磁場(chǎng)在人體組織中的SAR值計(jì)算提供參考。按照IEEE標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景要求，MIMO-UE位于人體大腦的右側(cè)，其軸線放置在兩耳與上嘴唇中心形成的一個(gè)平面上，UE與人體間的最短距離設(shè)置為5mm。仿真由MIMO天線+人體構(gòu)成的聯(lián)合模型的電磁特性，并由此得到MIMO單元天線的S參數(shù)(反射系數(shù))及其在1885MHz時(shí)XY面及XZ面輻射方向圖，仿真結(jié)果如圖3所示，可知，在人體影響下，MIMO單元天線同樣可以正常工作在TD-LTE頻段。針對(duì)(2)，采用的具體步驟是，調(diào)整兩個(gè)饋源的功率分配及相位，改變天線的方向圖，使其近場(chǎng)場(chǎng)值一定程度抵消，以降低SAR值，而遠(yuǎn)場(chǎng)特性仍滿足正常應(yīng)用。為此，需要對(duì)MIMO-UE的兩單元天線進(jìn)行饋電，并進(jìn)一步地對(duì)兩個(gè)(或者四個(gè))饋源的饋電情況進(jìn)行優(yōu)化，以便能得到具有可調(diào)低SAR特性的MMO-UE的設(shè)計(jì)指標(biāo)。保證MMOUE的發(fā)射總功率不變，取手機(jī)發(fā)射功率典型值24dBm (O. 25W)，分別研究如下兩種情況①相同功率分配，兩個(gè)單元天線各加O. 125W功率激勵(lì)，相位差分別取0、30、60和90度，在1885MHz，其SAR分布如圖4、圖5、圖6及圖7所示，SAR峰值分別是1.529、I. 449、I. 236和I. 002mW/g ;②不同功率分配，兩個(gè)單元天線的饋源功率分別是O. Iff和O. 15W，當(dāng)兩個(gè)天線饋源的相位差分別取O、30、60和90度時(shí)，其SAR分布分別如圖8、圖9、圖10及圖11所示，SAR峰值分別是I. 462、I. 365、I. 105 和 O. 8013mff/g ；從上面的SAR分布得出饋源饋電的優(yōu)化結(jié)果，可知降低MMO-UE SAR的關(guān)鍵因素是相位偏差，當(dāng)MMO單元天線激勵(lì)相位是正交的時(shí)候，具有最低SAR分布。綜上，在UE發(fā)射總功率不變的條件下，MIMO單元天線激勵(lì)端口引入相位偏差激勵(lì)技術(shù)，可以有效降低MMO天線的整體SAR。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于降低MMO-UE SAR的仿真系統(tǒng)，其特征在于，包含MMO-UE和人體電磁模型，所述MMO-UE位于人體電磁模型頭部近區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于降低MMO-UESAR的仿真系統(tǒng)，其特征在于，MMO-UE可 以包括多個(gè)MMO單元天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于降低MIMO-UESAR的仿真系統(tǒng)，其特征在于，MIMO-UE電路板中軸線可以放置在兩耳與上嘴唇中心形成的一個(gè)平面上，MIMO-UE電路板平面層與人體模型頭部近區(qū)間有一定距離，最短距離不超過(guò)5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于降低MIMO-UESAR的仿真系統(tǒng)，其特征在于，用于SAR評(píng)估的人體電磁模型可以包括皮膚、肌肉、骨骼、脂肪等身體組織，在I. OGHz到3. OGHz頻段FDTD網(wǎng)格分辨率為2mm。
5.一種用于降低MMO-UE SAR的方法，其特征在于，在MMO天線激勵(lì)端口引入相位偏差激勵(lì)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)MIMO-UE天線的低SAR值特性，包括如下步驟 步驟一在自由空間中，仿真得到MMO單元天線的S參數(shù)以及在1885MHz時(shí)XY面及XZ面輻射方向圖，確保MIMO單元天線可以正常工作； 步驟二 構(gòu)建如權(quán)利要求I所述的用于降低MIMO-UE SAR的仿真系統(tǒng)； 步驟三利用所述用于降低MMO-UE SAR的仿真系統(tǒng)仿真其電磁特性，并由此得到MIMO單元天線的S參數(shù)及其在1885MHz時(shí)XY面及XZ面輻射方向圖，確保MMO天線同樣能夠正常工作； 步驟四調(diào)整所述用于降低MIMO-UE SAR的仿真系統(tǒng)的兩個(gè)或四個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)的饋源的功率分配及相位，改變天線的方向圖，使其近場(chǎng)場(chǎng)值一定程度抵消，以降低SAR值，同時(shí)確保遠(yuǎn)場(chǎng)特性仍滿足正常應(yīng)用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于降低MIMO-UESAR的方法，其特征在于，在所述步驟四中，調(diào)整所述兩個(gè)或四個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)的饋源的相位為正交，具有最低SAR。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于降低MIMO-UE SAR的方法及其仿真系統(tǒng)，包含MIMO-UE和人體電磁模型，所述MIMO-UE位于人體電磁模型頭部近區(qū)，MIMO-UE可以包括多個(gè)MIMO單元天線。在UE發(fā)射總功率不變的條件下，MIMO天線激勵(lì)端口引入相位偏差激勵(lì)技術(shù)，調(diào)整MIMO天線單元饋源的功率分配及相位，改變天線的方向圖，使其近場(chǎng)一定程度抵消，遠(yuǎn)場(chǎng)特性仍滿足正常應(yīng)用，本發(fā)明提供的方法以及仿真系統(tǒng)可以有效降低MIMO天線的整體SAR。
文檔編號(hào)H01Q1/22GK102810126SQ20121024948
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者江勇, 彭宏利, 徐琪皓, 朱澤河 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)