Tài liệu nghiên cứu kỹ thuật ước lượng và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định sar của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ CHU VĂN HẢI NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH SAR CỦA THIẾT BỊ VÔ TUYẾN NHIỀU ANTEN PHÁT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ CHU VĂN HẢI NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH SAR CỦA THIẾT BỊ VÔ TUYẾN NHIỀU ANTEN PHÁT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 9 52 02 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. NGUYỄN HUY HOÀNG 2. TS. LÊ ĐÌNH THÀNH HÀ NỘI - NĂM 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án: "Nghiên cứu kỹ thuật ước lượng và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát" là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực, rõ ràng, đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành, kỷ yếu hội nghị khoa học trong nước và quốc tế. Hà Nội, ngày 22 tháng 02 năm 2019 NGHIÊN CỨU SINH Chu Văn Hải ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tập thể cán bộ hướng dẫn khoa học là TS Nguyễn Huy Hoàng và TS Lê Đình Thành đã định hướng về khoa học, quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện về mọi mặt để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Học viện Kỹ thuật quân sự; Khoa Vô tuyến điện tử; Phòng Sau đại học; cán bộ, giảng viên và nhân viên Bộ môn Cơ sở Kỹ thuật vô tuyến đã quan tâm, giúp đỡ, tạo nhiều điều kiện thuận lợi để tôi được học tập, nghiên cứu. Tôi chân thành cảm ơn thủ trưởng Học viện Quốc phòng, đã tạo điều kiện cho tôi được tham gia khóa nghiên cứu sinh, các đồng nghiệp tại Trung tâm Mô phỏng Tác chiến Chiến dịch Chiến lược - Cục Huấn luyện Đào tạo đã chia sẻ công việc, hỗ trợ để tôi có thời gian tập trung thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã luôn động viên, khuyến khích, giúp đỡ để tôi hoàn thành nội dung luận án. Hà Nội, ngày 22 tháng 02 năm 2019 NGHIÊN CỨU SINH Chu Văn Hải iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐO SAR CỦA THIẾT BỊ VÔ TUYẾN 11 1.1. Khái niệm SAR 11 1.2. Các hệ thống đo SAR 13 1.2.1. Hệ thống đo sử dụng đầu dò điện trường vô hướng 13 1.2.2. Hệ thống đo sử dụng đầu dò điện trường véc-tơ 1.3. Quy trình đo SAR 22 24 1.4. Đánh giá về kỹ thuật đo SAR hiện nay 27 1.5. Định hướng nghiên cứu của luận án 1.6. Kết luận chương 1 28 30 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT KỸ THUẬT ƯỚC LƯỢNG SAR CỦA THIẾT BỊ VÔ TUYẾN NHIỀU ANTEN PHÁT 31 2.1. Nghiên cứu bổ sung kỹ thuật ước lượng SAR sử dụng đầu dò điện trường vô hướng 31 2.1.1. Cơ sở lý thuyết và quy trình đo SAR sử dụng đầu dò điện trường vô hướng 31 2.1.2. Kiểm chứng bằng thực nghiệm đo đạc 41 2.2. Đề xuất kỹ thuật ước lượng SAR sử dụng đầu dò điện trường véc-tơ 47 iv 2.2.1. Mô hình toán học ước lượng SAR 47 2.2.2. Đề xuất kỹ thuật ước lượng và quy trình đo mới để xác định SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát sử dụng đầu dò điện trường véc-tơ 50 2.2.3. Mô phỏng kiểm chứng và đánh giá kỹ thuật ước lượng và qui trình đo SAR đề xuất 54 2.2.4. Đánh giá chung kỹ thuật ước lượng và qui trình đo SAR đề xuất 69 2.3. Kết luận chương 2 71 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH SAR 73 3.1. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định SAR 73 3.2. Kiểm chứng đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định SAR 76 3.2.1. Ảnh hưởng của việc thiết lập sai pha không chính xác 76 3.2.2. Ảnh hưởng của việc xác định mặt phẳng đo tham chiếu 78 3.2.3. Ảnh hưởng do số lượng anten phát tăng 87 3.2.4. Ảnh hưởng do thay đổi kích thước của khuôn mẫu hay tần số phát ……………………………………………………………………………….88 3.3. Kết luận chương 3 102 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 104 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Viết tắt Tiếng Anh 1 DUT Device Under Test 2 EMC Electro Magnetic Compatibility Tính tương thích điện từ 3 FCC Federal Communication Ủy ban truyền thông liên 4 ICNIRP 5 IEC 6 IEEE 7 IFA Inverted-F Antenna Anten chữ F ngược 8 LTE Long Term Evolution Sự tiến hóa dài hạn 9 MIMO 10 SAM 11 SAR Commission The International Commission on Tiếng Việt Thiết bị đo kiểm bang Mỹ Ủy ban quốc tế phòng Non-Ionizing Radiation Protection chống bức xạ phi ion hóa International Electrotechnical Commission IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers Multi Input and Multi Output Specific Anthropomorphic Mannequin Specific Absorption Rate Ủy ban kỹ thuật điện tử quốc tế Hiệp hội kỹ sư điện điện tử Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra Cơ thể đặc trưng Hệ số hấp thụ riêng vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: SAR một số dòng điện thoại iPhone của Hãng Apple....................12 Bảng 1.2: Thông số điện môi của chất lỏng tương đương mô đầu người trong dải tần từ 300 MHz đến 6000 MHz.................................................................16 Bảng 1.3: Tham sốố của khuốn mẫẫu phẳng theo tẫần sốố ....................................................................18 Bảng 2.1: Tính SAR cho một số trường hợp cụ thể........................................35 Bảng 2.2: Thời gian đo xác định SARmax trên mặt phẳng đo tham chiếu…....41 Bảng 2.3: Thông số, kích thước của khuôn mẫu phẳng..................................56 Bảng 2.4: Tham số, kích thước của anten chấn tử..........................................57 Bảng 2.5: So sánh số phép đo và thời gian đo của một phép đo.....................70 Bảng 2.6: Sai sốố ước lượng lớn nhẫốt của các mố hình kh ảo sát .......................................................71 Bảng 3.1: Tham số của khuôn mẫu phẳng......................................................79 Bảng 3.2: Tham số kích thước của anten chấn tử...........................................80 Bảng 3.3: Các mô hình khảo sát......................................................................89 Bảng 3.4: Tham số của anten chấn tử khảo sát...............................................89 Bảng 3.5: Tham số của khuôn mẫu phẳng khảo sát .......................................89 Bảng 3.6: Sai số lớn nhất xác định SAR theo các kỹ thuật ước lượng cho mô hình 1 và mô hình 2...................................................................................92 Bảng 3.7: Sai số lớn nhất xác định SAR theo các kỹ thuật ước lượng cho mô hình 3 và hình 4.........................................................................................94 Bảng 3.8: Sai số lớn nhất xác định SAR theo các kỹ thuật ước lượng cho mô hình 1 và mô hình 3...................................................................................96 Bảng 3.9: Sai số lớn nhất xác định SAR theo các kỹ thuật ước lượng cho mô hình 2 và mô hình 4...................................................................................98 Bảng 3.10: Sai số lớn nhất xác định SAR theo các kỹ thuật ước lượng cho mô hình 1 và mô hình 4.........................................................................................99 Bảng 3.11: So sánh sai số lớn nhất xác định SAR theo các kỹ thuật ước lượng .......................................................................................................................100 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống đo SAR sử dụng đầu dò điện trường vô hướng...............................................................................................................14 Hình 1.2: Hệ thống đo Dasy 52.......................................................................15 Hình 1.3: Mặt phẳng đo kiểm SAR trong khuôn mẫu đầu người...................17 Hình 1.4: Mô hình khuôn mẫu phẳng.............................................................18 Hình 1.5: Mô hình khuôn mẫu phẳng trong hệ thống Dasy 6.........................19 Hình 1.6: Đầu dò điện trường vô hướng.........................................................20 Hình 1.7: Sơ đồ khối của hệ thống đo sử dụng đầu dò điện trường véc-tơ.....22 Hình 1.8: Hệ thống đo ART-MAN.................................................................23 Hình 1.9. Một ví dụ mô tả đo trên mặt phẳng tham chiếu và đo trong không gian phóng to...................................................................................................27 Hình 2.1: Quy trình đo SAR của thiết bị có hai hoặc ba anten.......................39 Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống đo kiểm SAR của ba anten phát.....................42 Hình 2.3: Thiết lập hệ thống đo lường của ba anten phát...............................43 Hình 2.4: Phân bố SAR sau bảy lần đo gồm: (a) SAR0-0; (b) SAR0-90; (c) SAR0; (d) SAR90-90; (e) SAR180-0; (f) SAR180-90; (g) SAR180-180...............................44 180 Hình 2.5: Giá trị SAR chuẩn hóa lớn nhất trên mặt phẳng đo........................45 Hình 2.6: So sánh phân bố SAR giữa đo đạc và ước lượng: (a) SAR0-135; (b) SAR150-7…………………………………………………................................46 Hình 2.7: Sai số SAR giữa đo đạc và ước lượng trường hợp ba anten...........46 Hình 2.8: So sánh phân bố SAR45-270 giữa đo đạc và ước lượng.....................47 Hình 2.9: Quy trình đo SAR của thiết bị vô tuyến có N anten phát sử dụng đầu dò điện trường véc-tơ...............................................................................52 Hình 2.10: Khuôn mẫu phẳng và vị trí hai anten chấn tử ..............................55 Hình 2.11: Khuôn mẫu phẳng và vị trí anten IFA...........................................55 Hình 2.12: Tham số kích thước hai và ba anten IFA (mm) ...........................55 viii Hình 2.13: Khuôn mẫu ELI4 và vị trí ba anten chấn tử..................................56 Hình 2.14: Phân bố SAR của hai anten chấn tử: (a) Anten 1 bật, anten 2 tắt; (b) Anten 2 bật, anten 1 tắt..............................................................................58 Hình 2.15: Phân bố SAR tại  = 450: (a) Kỹ thuật ước lượng đề xuất; (b) Kỹ thuật [21]; (c) Dữ liệu mô phỏng.....................................................................58 Hình 2.16: Giá trị SAR lớn nhất trên mặt phẳng đo của hai anten chấn tử.....59 Hình 2.17: Sai số SAR giữa kỹ thuật ước lượng đề xuất và dữ liệu mô phỏng trường hợp hai anten chấn tử...........................................................................59 Hình 2.18: Sai số SAR giữa kỹ thuật ước lượng đề xuất và kỹ thuật [21] trường hợp hai anten chấn tử...........................................................................60 Hình 2.19: Phân bố SAR của hai anten IFA: (a) Anten 1 bật, anten 2 tắt; (b) Anten 2 bật, anten 1 tắt....................................................................................60 Hình 2.20: Giá trị SAR lớn nhất trên mặt phẳng đo của hai anten IFA..........61 Hình 2.21: Phân bố SAR tại  max =1750: (a) Kỹ thuật ước lượng đề xuất; (b) Kỹ thuật [21]; (c) Dữ liệu mô phỏng...............................................................61 Hình 2.22: Sai số SAR giữa kỹ thuật ước lượng đề xuất và dữ liệu mô phỏng trường hợp hai anten IFA................................................................................62 Hình 2.23: Sai số SAR giữa kỹ thuật ước lượng đề xuất và kỹ thuật ước [21] trường hợp hai anten IFA................................................................................62 Hình 2.24: Phân bố SAR của ba anten IFA: (a) Anten 1 bật, 2, 3 tắt; (b) Anten 2 bật, 1, 3 tắt; (c) Anten 3 bật, 1, 2 tắt.............................................................63 Hình 2.25: Phân bố SAR của ba anten IFA tại cặp (  2 , 3 ) = (00, 1800)........63 Hình 2.26: Phân bố SAR lớn nhất của ba anten IFA theo kỹ thuật ước lượng đề xuất.………………………………………………………………………64 Hình 2.27: Phân bố SAR lớn nhất của ba anten IFA theo kỹ thuật [21].........64 ix Hình 2.28: Sai số SAR giữa kỹ thuật ước lượng đề xuất và dữ liệu mô phỏng trường hợp ba anten IFA.................................................................................65 Hình 2.29: Sai số SAR giữa kỹ thuật ước lượng đề xuất và kỹ thuật [21] trường hợp ba anten IFA.................................................................................66 Hình 2.30: Phân bố SAR của ba anten chấn tử: (a) Anten 1 bật, 2, 3 tắt;(b) Anten 2 bật, 1, 3 tắt; (c) Anten 3 bật, 1, 2 tắt..................................................66 Hình 2.31: Phân bố SAR của ba anten chấn tử tại cặp (  2 , 3 ) = (00, 1800)...67 Hình 2.32: Phân bố SAR lớn nhất của ba anten chấn tử theo kỹ thuật ước lượng đề xuất..……………………………………………………………….67 Hình 2.33: Phân bố SAR lớn nhất của ba anten chấn tử theo kỹ thuật [21]....68 Hình 2.34: Sai số SAR giữa kỹ thuật ước lượng đề xuất và dữ liệu mô phỏng trường hợp ba anten chấn tử............................................................................68 Hình 2.35: Sai số SAR giữa kỹ thuật ước lượng đề xuất và kỹ thuật [21] trường hợp ba anten chấn tử............................................................................69 Hình 3.1: Mô tả các thành phần gây sai lệch kết quả đo trong một hệ thống đo cơ bản sử dụng đầu dò điện trường vô hướng.................................................74 Hình 3.2: Tín hiệu thứ hai, ba và tổng hai tín hiệu trong thực nghiệm...........77 Hình 3.3: Ước lượng SAR tại các cặp sai pha: a) (  2 , 3 ) = (00, 900) và b) (  2 , 3 ) = (-30, -930).........................................................................................78 Hình 3.4: Mô hình khuôn mẫu phẳng và hai anten chấn tử............................79 Hình 3.5: Mô hình khuôn mẫu phẳng và hai anten IFA..................................80 Hình 3.6: Cấu trúc và kích thước anten IFA (mm).........................................80 Hình 3.7: Ví dụ mô tả các mặt phẳng đo tham chiếu khác nhau.....................81 Hình 3.8: Phân bố SAR tại các sai pha: 00, 900, 1800 trên mặt phẳng Z1........82 Hình 3.9: Giá trị SAR chuẩn hóa lớn nhất trên mặt phẳng Z1.........................82 x Hình 3.10: Giá trị SAR chuẩn hóa lớn nhất trên các mặt phẳng Z 1, Z2,…, Z24 .........................................................................................................................83 Hình 3.11: Sai phai tương ứng với SARmax trên các mặt phẳng Z1, Z2,.., Z24. .83 Hình 3.12: Phân bố SAR tại βmax = 1970 trên các mặt phẳng: Z1 = 0; Z2 = 0,9; Z3 = 1,8; Z4 = 2,7 (mm)....................................................................................84 Hình 3.13: Giá trị SAR chuẩn hóa lớn nhất trên các mặt phẳng Z 1, Z2,…, Z18 .........................................................................................................................85 Hình 3.14: Sai pha tương ứng với SARmax trên các mặt phẳng Z1, Z2,.., Z18...85 Hình 3.15: Phân bố SAR tại βmax = 1790 trên các mặt phẳng: Z1 = 0; Z2 = 1; Z3 = 2; Z4 = 3 (mm)..............................................................................................86 Hình 3.16: Quy trình đo SAR cho bốn mô hình khảo sát...............................90 Hình 3.17: So sánh sai số SAR cho mô hình 1 và mô hình 2 theo kỹ thuật [20] .........................................................................................................................91 Hình 3.18: So sánh sai số SAR cho mô hình 1 và mô hình 2 theo kỹ thuật [21] .........................................................................................................................91 Hình 3.19: So sánh sai số SAR cho mô hình 1 và mô hình 2 theo kỹ thuật ước lượng đề xuất...................................................................................................92 Hình 3.20: So sánh sai số SAR cho mô hình 3 và mô hình 4 theo kỹ thuật [20] .........................................................................................................................93 Hình 3.21: So sánh sai số SAR cho mô hình 3 và mô hình 4 theo kỹ thuật [21] .........................................................................................................................93 Hình 3.22: So sánh sai số SAR cho mô hình 3 và mô hình 4 theo kỹ thuật ước lượng đề xuất...................................................................................................93 Hình 3.23: So sánh sai số SAR cho mô hình 1 và mô hình 3 theo kỹ thuật [20] .........................................................................................................................95 Hình 3.24: So sánh sai số SAR cho mô hình 1 và mô hình 3 theo kỹ thuật [21] .........................................................................................................................95 xi Hình 3.25: So sánh sai số SAR cho mô hình 1 và mô hình 3 theo kỹ thuật ước lượng đề xuất...................................................................................................95 Hình 3.26: So sánh sai số SAR cho mô hình 2 và mô hình 4 theo kỹ thuật [20] .........................................................................................................................96 Hình 3.27: So sánh sai số SAR cho mô hình 2 và mô hình 4 theo kỹ thuật [21] .........................................................................................................................97 Hình 3.28: So sánh sai số SAR cho mô hình 2 và mô hình 4 theo kỹ thuật ước lượng đề xuất...................................................................................................97 Hình 3.29: So sánh sai số SAR cho mô hình 1 và mô hình 4 theo kỹ thuật [20] .........................................................................................................................98 Hình 3.30: So sánh sai số SAR cho mô hình 1 và mô hình 4 theo kỹ thuật [21] .........................................................................................................................99 Hình 3.31: So sánh sai số SAR cho mô hình 1 và mô hình 4 theo kỹ thuật ước lượng đề xuất...................................................................................................99 1 MỞ ĐẦU Thời gian gần đây, thiết bị vô tuyến nhiều anten phát đang được tập trung nghiên cứu và phát triển. Các công nghệ tiêu biểu được sử dụng như kỹ thuật nhiều đầu vào, nhiều đầu ra MIMO (MIMO: Multi Input and Multi Output) [7], [15], [16], [33], [36], [43] hay kỹ thuật anten mạng pha [1], [17], [37], [38], [39] được kỳ vọng sẽ là đặc trưng cơ bản của truyền thông không dây trong giai đoạn tiếp theo. Một số kỹ thuật anten mới [3], [18], [25], [29], [42], [46] đã được ứng dụng trong thực tế như: Hệ thống thông tin di động LTE (LTE: Long Term Evolution) và phiên bản tiên tiến (LTE-Advanced) hay các hệ thống radar dẫn đường cho máy bay, tàu, các xe tự hành,… bước đầu đã làm tăng đáng kể tốc độ, dung lượng truyền tin, chất lượng dịch vụ tốt hơn và đặc biệt hiệu quả sử dụng phổ tần số cao hơn. Ngoài ra, thế hệ thông tin di động 5G đã được nghiên cứu ở nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới, trong đó có thể kể đến các hệ thống M-MIMO (Massive MIMO) [31], [35],vô tuyến nhận thức và thông tin sóng milimet (mm-wave) [8], [14]. Hạ tầng cơ sở của hệ thống 5G đã được triển khai tại một số thành phố tại Châu Á, Bắc Mỹ, Châu Âu và được mong đợi sẽ đi vào khai thác thương mại, phục vụ thực tế trong năm 2020. Theo đó, hệ thống 5G được kỳ vọng có thể cung cấp thông lượng lớn (hơn 1 Gbs) để hỗ trợ video độ nét cao và các ứng dụng thực tế ảo, độ trễ thấp (dưới 1 ms) hỗ trợ các ứng dụng di động thời gian thực, độ tin cậy và kết nối cao để cung cấp dịch vụ liên tục ở mọi lúc, mọi nơi. Tuy nhiên, để đưa các thiết bị vô tuyến nói chung và thiết bị vô tuyến nhiều anten phát nói riêng vào phục vụ trong thực tế, phát sinh rất nhiều vấn đề cần xem xét giải quyết. Một trong các vấn đề đó là giải quyết tính tương thích điện từ EMC (EMC: Electro Magnetic Compatibility) để đảm bảo các thiết bị cung cấp dịch vụ an toàn và tin cậy, không gây nhiễu lẫn nhau và không gây nhiễu đến thiết bị khác trong hệ thống, không ảnh hưởng đến sức 2 khoẻ người dùng. Hiện nay với sự phát triển của các thiết bị vô tuyến nhiều anten phát, các dịch vụ được cung cấp rất đa dạng, kết nối thường xuyên và có xu hướng sử dụng gần cơ thể người dùng nhiều hơn. Do đó, việc xác định năng lượng sóng điện từ bị hấp thụ vào cơ thể người dùng khi sử dụng các thiết bị này là rất quan trọng, phải đảm bảo rằng phần năng lượng này nằm trong giới hạn an toàn cho phép. Khi nghiên cứu về EMC thì cường độ điện trường bức xạ tối đa là một tham số rất quan trọng, cần được đo đạc để đảm bảo rằng tham số đó nhỏ hơn các giới hạn an toàn cho phép được chỉ ra trong các chuẩn quốc tế về an toàn vô tuyến [6], [9]. Để xác định cường độ điện trường tối đa của thiết bị vô tuyến, thì tùy thuộc vào khoảng cách từ thiết bị đó tới người dùng mà chúng ta có thể đo theo các tham số phù hợp. Thực tế, khi một thiết bị nào đó được sử dụng gần với cơ thể người như điện thoại di động hay máy tính xách tay, máy tính bảng có thu/phát wifi,… thì các phép đo hệ số hấp thụ riêng SAR (SAR: Specific Absorption Rate) thường được sử dụng. Ngược lại, khi một thiết bị được sử dụng cách xa người dùng, ví dụ như các trạm gốc trong thông tin di động thì các phép đo cường độ điện trường sẽ được sử dụng nhiều hơn. Để đo SAR của các thiết bị vô tuyến nhiều anten phát, một số tổ chức như: Ủy ban truyền thông liên bang Mỹ FCC (FCC: Federal Communication Commission), Ủy ban quốc tế phòng chống bức xạ phi ion hóa ICNIRP (ICNIRP: The International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection), Ủy ban kỹ thuật điện tử quốc tế IEC (IEC: International Electrotechnical Commission), Hiệp hội kỹ sư điện - điện tử IEEE (IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers) đã đưa ra các chuẩn đo SAR gồm: FCC [6], ICNIRP [9], IEC/TR 62630 [11], IEC 62209-2 [10], IEEE 1528 [12], các chuẩn này được áp dụng ở hầu hết các quốc gia tiên tiến trên thế giới như Châu Âu, Bắc Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc,... 3 Trong các chuẩn đo đã được công bố, kỹ thuật đo SAR được trình bày cơ bản như sau: Đối với các thiết bị vô tuyến một anten phát thì kỹ thuật đo SAR được chỉ ra rất cụ thể, chỉ cần một phép đo sẽ xác định được SAR tại từng điểm riêng biệt trên mặt phẳng đo, sau đó xác định vị trí điểm tương ứng với SAR lớn nhất. Xét vùng không gian xung quanh điểm SAR lớn nhất vừa tìm được, tiến hành thêm một phép đo chi tiết tại các điểm trong vùng đó, lấy trung bình cộng các giá trị SAR đo được theo tiêu chuẩn IEC 62209-2 [10], IEEE 1528 [12] cho ra kết quả SAR trung bình không gian của thiết bị. Đối với các thiết bị vô tuyến nhiều anten phát, làm việc tại cùng một tần số và các anten đặt cách nhau trong khoảng một bước sóng thì giá trị cường độ điện trường tại một điểm đo là tổng véc-tơ cường độ điện trường của các nguồn phát độc lập. Giá trị SAR cần đo trong trường hợp này sẽ phụ thuộc vào cường độ điện trường và tổ hợp sai pha tương đối của các nguồn phát. Vì vậy, tại mỗi điểm đo lúc này phải thực hiện rất nhiều phép đo để xác định giá trị SAR lớn nhất (với mỗi tổ hợp sai pha cho kết quả một giá trị SAR). Xét trường hợp thiết bị vô tuyến hai anten phát, tại mỗi điểm đo bất kỳ trên mặt phẳng đo, tiến hành lặp đi lặp lại các phép đo với sai pha bất kỳ quét từ 00 đến 3600 với bước pha tùy chọn (biết rằng bước pha càng nhỏ thì giá trị SAR lớn nhất tìm được càng sát với giá trị SAR thực tế của thiết bị). Ví dụ nếu bước pha là 10, cần có 360 phép đo để tìm giá trị SAR lớn nhất trong các kết quả đo. Tổng quát, nếu có N anten phát và bước pha là “k” độ thì số các phép đo N1 lặp lại cần thực hiện là (360 / k ) . Qua đó ta thấy rằng, số phép đo phụ thuộc vào số lượng anten phát hay bước pha được lựa chọn. Như vậy, trong các trường hợp số lượng anten phát lớn hoặc bước pha rất nhỏ thì yêu cầu rất 4 nhiều phép đo (biết rằng mỗi phép đo thông thường mất khoảng 30 phút) để xác định SAR lớn nhất do đó mất rất nhiều thời gian đo, thậm chí không thể thực hiện được. Để giảm thời gian đo xác định SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát, trong những năm gần đây đã có một số công trình nghiên cứu đề xuất các kỹ thuật đo đặc biệt để hạn chế tối đa số phép đo cần thực hiện, có thể kể đến các công trình tiêu biểu như sau: Chim K. C., Chan K. C. L., và Murch R. D. [2] đánh giá SAR của thiết bị gần giống điện thoại di động đặt gần mô hình khuôn mẫu hình cầu; hay Mattsson J.O. và De Leon L.P. [32] đánh giá SAR của thiết bị đặt gần khuôn mẫu cơ thể đặc trưng SAM (SAM phantom: Specific Anthropomorphic Mannequin phantom) và khuôn mẫu phẳng (flat phantom). Các công trình này đều xét thiết bị vô tuyến có hai anten phát và thực hiện đo với sai pha quét từ 00 đến 3600, với bước pha bằng 450, tương ứng sẽ có tám phép đo cần được tiến hành để xác định giá trị SAR lớn nhất. Tuy nhiên, do bước pha là khá lớn nên giá trị SAR lớn nhất tìm được có thể nhỏ hơn rất nhiều SAR thực tế. Ngoài ra, khi số lượng các anten phát tăng lên, kỹ thuật đo này khó thực hiện vì yêu cầu nhiều phép đo SAR trong thực tế. Iyama T. và Onishi T. trong [13] và nhóm Wang M., Lin L., Chen J., Jackson D., Kainz W., Qi Y., và Jarmuszewski P. trong [45]. Trong các công trình này, các kỹ thuật đo yêu cầu các anten được bật (ON) hoặc tắt (OFF) tuần tự khi sử dụng các đầu dò điện trường vô hướng. Các giá trị SAR riêng biệt sẽ được đo tương ứng với anten đang bật (ON). Sau đó, giá trị SAR tổng cộng sẽ được tính bằng cách kết hợp các SAR đo được riêng lẻ theo một công thức nhất định. Tuy vậy, các kỹ thuật này chỉ có thể chỉ ra giá trị cận trên của SAR, và giá trị này thường cao hơn so với giá trị SAR thực tế. Ngoài ra, hệ 5 thống cần có các chuyển mạch để bật hoặc tắt anten, làm cho hệ thống đo phức tạp hơn. Zhao K., Zhang S., Ying Z., Bolin T., và He S. [47], đánh giá SAR trên bốn mẫu điện thoại di động điển hình có hai anten phát trên cùng một tần số hoạt động ở băng tần LTE. Giá trị SAR được tính theo công thức của FCC [6] và không xem xét đến sự thay đổi sai pha giữa hai anten. Vì vậy giá trị SAR thu được có thể thay đổi khi sai pha thay đổi, lúc này công thức tính SAR có thể không chính xác. Li H., Tsiaras A., và Lau B.K. trong [26], [27], [28], phân tích vị trí đặt các anten trong thiết bị di động với sáu mẫu được khảo sát. Kết quả cho thấy SAR lớn nhất tại một vài mô hình cụ thể có thể dự đoán được tương ứng với sai pha là 00 và 1800 giúp giảm rất nhiều thời gian đo. Nghiên cứu cũng đưa ra hướng dẫn thiết kế thiết bị cầm tay nhiều anten với SAR thấp. Tuy nhiên, kỹ thuật ước lượng này có thể không chính xác khi số lượng anten tăng hay anten đặt ở các vị trí khác so với mô hình kiểm chứng và kỹ thuật cũng chưa kiểm chứng với các chủng loại anten khác nhau. Le D.T., Hamada L., Watanabe S., và Onishi T. trong [19], [20], [21], [22], [23], [24] đã đề xuất các kỹ thuật ước lượng dựa trên đặc tính của 2 loại đầu dò điện trường, gồm: Đầu dò điện trường véc-tơ [5] và đầu dò điện trường vô hướng [40], [41], từ đó xây dựng các mô hình toán học để tính cường độ điện trường hay SAR cho trường hợp tổng quát của thiết bị vô tuyến có N anten phát. Sau đó đề xuất thực hiện một số phép đo mẫu để xác định các tham số ước lượng. Giá trị SAR lớn nhất tại điểm đo nhanh chóng được chỉ ra tương ứng với sai pha cụ thể. Các kỹ thuật ước lượng này đã giải quyết tốt vấn đề giảm thời gian đo: Sử dụng N phép đo với đầu dò điện trường véctơ và N(N-1) + 1 phép đo với đầu dò điện trường vô hướng để xác định SAR lớn nhất trên mặt phẳng đo, do đó giảm được rất nhiều phép đo so với các kỹ 6 thuật đo theo tiêu chuẩn IEC 62209-2 [10], IEEE 1528 [12]. Việc kiểm chứng bằng mô phỏng với mô hình hai và ba anten gồm nhiều chủng loại khác nhau như anten chấn tử, anten chữ F-ngược IFA (IFA: Inverted-F Antenna) hay anten chữ F-ngược phẳng PIFA (PIFA: IFA: Plane Inverted-F Antenna) cho thấy sai số ước lượng rất nhỏ (khoảng dưới 2%). Tuy vậy, các công trình này chỉ mới bước đầu đề xuất kỹ thuật ước lượng trên mô hình khuôn mẫu phẳng với kích thước cố định và mô hình toán học được xây dựng trên một số giả thiết đơn giản, bỏ qua một số yếu tố ảnh hưởng nên có thể gây ra sai số lớn trong một số trường hợp đặc biệt. Ngoài ra, việc kiểm chứng bằng đo đạc thực tế cũng còn hạn chế nên chưa có độ tin cậy cao. Gần đây nhất, công trình được giới thiệu bởi Li J., Yan S., Liu Y., Hochwald B. M. và Jin J.M. [30] đã phân tích, ước lượng hấp thụ điện từ của các thiết bị di động làm việc trong băng tần LTE và milimét (hệ thống truyền thông 5G). Công trình đã trình bày mô hình SAR trung bình không gian (như một hàm của các pha tương đối) để ước lượng và xác định giá trị cực đại của SAR 1g hoặc SAR 10g. Bốn mô hình kiểm chứng (gồm cả khuôn mẫu SAM và khuôn mẫu phẳng) và một mô hình mô phỏng được trình bày để xác nhận tính hiệu quả của kỹ thuật ước lượng. Các kết quả mô phỏng và đo lường đều chứng minh kỹ thuật ước lượng cho kết quả tốt trong băng tần LTE ở tần số 1,8 GHz; 2,3 GHz và 2,5 GHz và trong các băng tần truyền thông 5G và milimét ở tần số 28 GHz và 100 GHz. Tuy nhiên, trong một số trường hợp như kích thước khuôn mẫu thay đổi hay số lượng anten phát tăng thêm, sai số ước lượng tối đa có thể vẫn ở mức cao. Ở Việt Nam, hiện tại đã có một số phòng đo tương thích điện từ tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh. Tuy nhiên, chưa có phòng đo hay nhóm nghiên cứu nào ở trong nước công bố công trình nghiên cứu về các kỹ thuật đo SAR, đặc biệt là kỹ thuật đo của các thiết bị vô tuyến nhiều anten phát. 7 Như vậy, các kỹ thuật đo SAR đã được đề xuất vẫn còn tồn tại rất nhiều hạn chế cần phải nghiên cứu khắc phục. Các hạn chế đó bao gồm: Thời gian đo và sai số đo còn lớn, đặc biệt là khi số lượng anten phát tăng lên; việc kiểm chứng bằng đo đạc thực tế còn giới hạn về số lượng cũng như chủng loại anten,… Góp phần giải quyết các hạn chế đã nêu, luận án lựa chọn và tập trung nghiên cứu theo hướng: Nghiên cứu bổ sung hoàn thiện các kỹ thuật đo SAR đã được đề xuất trong [20] (kỹ thuật ước lượng dùng cho hệ thống đo sử dụng đầu dò điện trường vô hướng) và trong [21] (kỹ thuật ước lượng dùng cho hệ thống đo sử dụng đầu dò điện trường véc-tơ) và trên cơ sở đó đề xuất kỹ thuật đo SAR mới, nhằm mục đích giảm nhỏ thời gian đo, tính toán đơn giản hơn và đảm bảo sai số cho phép khi đo SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát. Các kỹ thuật đo được đề xuất trong [20], [21] tuy chưa hoàn thiện nhưng cho thấy tính khả thi trong ứng dụng vì chúng đã giải quyết tốt vấn đề thời gian đo, áp dụng cho nhiều chủng loại anten và có thể thực hiện trên các hệ thống đo hiện có. Chính vì những lý do như vậy nên định hướng nghiên cứu của luận án như trên là phù hợp, có tính khoa học và thực tiễn. Những vấn đề về lý thuyết và thực tế kỹ thuật đã trình bày ở trên là cơ sở chủ yếu để hình thành nội dung luận án: “Nghiên cứu kỹ thuật ước lượng và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát”.  Mục tiêu nghiên cứu của luận án: - Nghiên cứu bổ sung hoàn thiện và phát triển kỹ thuật ước lượng sử dụng đầu dò điện trường vô hướng [20] và kỹ thuật ước lượng sử dụng đầu dò điện trường véc-tơ [21]. Kiểm chứng xác thực độ chính xác và tin cậy của kỹ thuật đo SAR được đề xuất trong [20]. - Nghiên cứu đề xuất kỹ thuật ước lượng và qui trình đo mới để đo SAR của thiết bị vô tuyến nhiều anten phát. Quy trình đo mới cần giảm thiểu được