技术领域
[0001] 本
发明涉及多输入多输出(MIMO)天线设备等效建模技术，尤其涉及一种获取电磁波比吸收率的方法及装置。
背景技术
[0002] MIMO天线与移动终端(比如蜂窝无线上网卡)等无线通信设备集成，可以满足人们日益增长的移动通信需要。但是，移动终端工作时产生的电磁
辐射能量会被人体吸收，而人体吸收的电磁能过量时，会对人体健康造成危害。
[0003] 为了定量表征人体吸收电磁能量的多少，引入了电磁波比吸收率(SAR，Specific Absorption Rate)参数。SAR参数定义为单位
质量的人体组织所吸收或消耗的电磁功率。SAR值现已成为衡量无线
电子产品质量的一个重要指标，并形成了SAR参数系列标准，比如，国际电工委员会(IEC)制定的SAR测试标准(IEC 62209-2 Ed.1)和IEEE正在制定SAR仿真标准(IEEE P528.3/D3.0)等，以克服现有模型精细度不够和测试一致性不足的局限。
[0004] 按照上述标准，当MIMO天线和移动终端处于正常工作状态时，可用探针测试或者仿真技术得到位于上述MIMO天线近场区测试容器中各个测试点的
电场值，然后根据公式2
SAR＝0.5σ|E|/ρ计算得到SAR值。其中，σ为组织液电导率，ρ为组织液
密度，E为所测点电场值。
[0005] 由上述SAR参数定义可知，SAR参数是一个近场导出参数。因此，要定量表征移动终端MIMO天线的SAR特性，就得定量研究其近场辐射特性，以得到其近场辐射模型。现有研究表明：移动终端MIMO天线设备的近场辐射模型是SAR仿真成败的最关键的环境因素，原因是近场辐射模型的精细度和通用性对于整体SAR参数仿真的效率和
精度影响极大。
[0006] 然而，真实的移动终端MIMO天线，常具有复杂度高和通用性差的特点，这个特点决定了不能采用真实移动终端MIMO天线设备作为标准化的SAR评估模型，而需要对其进行可信抽象和简化，形成兼顾通用性、建模效率和成本三方面因素的可信SAR评估模型，其中，精确的MIMO天线设备等效建模方法是保证其SAR评估模型可信和可标准化的先决条件之一。
[0007] 在目前IEEE的SAR仿真模型中，还没有移动终端MIMO天线设备的SAR仿真标准化模型。
发明内容
[0008] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种获取电磁波比吸收率的方法及装置，能够提供移动终端MIMO天线设备的SAR仿真标准化模型，保证SAR评估模型可信和可标准化。
[0009] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0010] 一种获取电磁波比吸收率的方法，包括，
[0011] 建立移动终端多输入多输出MIMO天线在自由空间的近场参考面S，计算移动终端MIMO天线在该参考面S上的电
磁场；
[0012] 在所述近场参考面S上，采用
电磁场等效原理得到频域等效面磁流[0013] 基于所述近场参考面S上的等效面磁流 计算得到人
体模型内部的电场分布，并得到电场分布对应的电磁波比吸收率SAR值。
[0014] 所述建立移动终端MIMO天线在自由空间的近场参考面S，计算移动终端MIMO天线在该参考面S上的电磁场具体包括：
[0015] 基于所述移动终端MIMO天线的三维空间结构模型，对所述移动终端MIMO天线进行不含人体组织的电磁建模；其中，包括确定所述MIMO天线材料电磁参数，电磁激励源参数和边界条件；
[0016] 通过数值计算得到所述不含人体组织的移动终端MIMO天线的近区场电[0017] 所述近场参考面S是位于所述移动终端MIMO天线和人体组织模型之间的空间区域，所述近场参考面S的外法线方向为远离MIMO天线指向；
[0018] 所述得到频域等效面磁流 包括：按照下面公式，得出所述近场参考面S表面上的频域等效面磁流Jms：
[0019] 其中，近场电磁信息 和频域等效面磁流 既包含电场、磁流复数值 又包含该电场、磁流对应的空间
位置坐标
[0020] 该方法之前还包括：按照下面公式，将真实空间坐标 转化为电磁
算法需要的索引坐标： 其中，Δx，Δy和Δz分别为x，y和z方向的空间离散单位， 和 分别为x，y和z方向的空间单位矢量。i，j和k为电磁算法需要的索引坐标。
[0021] 所述计算得到
人体模型内部的电场分布，并得到电场分布对应的SAR值包括：
[0022] 读入所述频域等效面磁流，将其转化为时域空间分布源；
[0023] 将得到的时域源空间分布值赋值到近场参考S面对应的空间网点上；
[0024] 在非求解场区放入良导体，以保证该区域的电磁场为零场，引入的良导体频域等效面磁流 将产生正镜像面磁流源，求解场区的等效面磁流源为放入良导体前的2倍，具体为
[0025] 通过 计算得到人体组织模型在外部激励源 激励条件下内部的电场分布，利用SAR定义计算得到人体内部SAR值分布；
[0026] 非求解场区为零场。
[0027] 该方法还包括：将得到的人体组织模型内部相应空间位置的所述SAR值分布数据，利用3维图形显示工具显示出来，得到人体模型内部SAR的3维分布图。
[0028] 一种获取电磁波比吸收率的装置，第一获取模
块、第一计算模块、第二计算模块，以及SAR获取模块，其中，
[0029] 第一获取模块，用于建立移动终端MIMO天线在自由空间的近场参考面S；
[0030] 第一计算模块，用于计算移动终端MIMO天线在该参考面S上的电磁场；
[0031] 第二计算模块，用于采用电磁场等效原理，在第一获取模块获得的近场参考面S上，得到频域等效面磁流
[0032] SAR获取模块，用于基于参考面S上的等效面磁流 该等效面磁流与人体模型的电磁相互作用，计算得到人体模型内部的电场分布，并得到电场分布对应的SAR值。
[0033] 从上述本发明提供的技术方案可以看出，包括建立移动终端MIMO天线在自由空间的近场参考面S，计算移动终端MIMO天线在该参考面S上的电磁场；采用电磁场等效原理，在所述近场参考面S上，得到频域等效面磁流 基于参考面S上的等效面磁流该等效面磁流 与人体模型的电磁相互作用，计算得到人体模型内部的电场分布，并得到电场分布对应的SAR值。通过本发明将数据卡、天线以及人体组织这三者的联合电磁仿真问题，分解为数据卡以及天线的电磁仿真，以及面磁流源激励人体组织的的电磁仿真两部分；然后基于电磁场等效原理，通过参考面上的等效面磁流，建立上述两部分的联系，从而构成了统一的电磁仿真模型。由于数据卡以及天线的电磁仿真得到的等效面电磁流，不涉及数据卡以及天线的具体结构，即适用于所有天线结构，因此，本发明为移动终端MIMO天线设备的SAR仿真提供了标准化模型，保证了SAR评估模型可信和可标准化。
附图说明
[0034] 图1为本发明获取SAR的方法的
流程图；
[0035] 图2为本发明
笔记本电脑、数据卡天线以及人体组织几何结构模型(尺寸大小、空间相对位置)和电磁模型(媒质材料的电介常数、电导率、磁导率)示意图；
[0036] 图3为本发明数据卡天线、人体组织以及等效参考面S示意图，其中等效面磁流在S面上；
[0037] 图4为本发明获取SAR的装置的组成结构示意图。
具体实施方式
[0038] 图1为本发明获取SAR的方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤：
[0039] 步骤100：建立移动终端MIMO天线在自由空间的近场参考面S，计算移动终端MIMO天线在该参考面S上的电磁场。
[0040] 本步骤的具体过程为：首先基于移动终端MIMO天线的三维空间结构模型，采用电磁仿真
软件对移动终端MIMO天线进行精确的电磁建模(不含人体组织)，包括确定上述MIMO天线材料电磁参数，电磁激励源参数和边界条件等；其次，采用电磁场数值计算方法对上述模型进行数值计算并得到上述不含人体组织的移动终端MIMO天线的近区场电需要强调的是，本步骤电磁建模时，需要将移动终端的三维空间结构视为移动终端MIMO天线的一部分。
[0041] 本步骤强调的是，在对移动终端MIMO天线进行精确的电磁建模时，是不包含人体组织的。具体的如何确定上述参数及计算移动终端MIMO天线的近区场电 可以采用现有的很多方法来实现，属于本领域技术人员的惯用技术手段，不用于限定本发明的保护范围，这里不再详述。
[0042] 步骤101：采用电磁场等效原理，在步骤100所述近场参考面S上，得到频域等效面磁流
[0043] 本步骤的具体过程为：步骤100所述近场参考面S是位于移动终端MIMO天线和人体组织模型之间的空间区域，该近场参考面S的外法线方向为n(远离MIMO天线指向)，基于步骤100计算得到的近场电磁信息 结合下面公式(1)，得出所述近场参考面S表面上的频域等效面磁流Jms(包括
相位和幅度)：
[0044]
[0045] 在公式(1)中，近场电磁信息 和频域等效面磁流 既包含电场、磁流复数值 又包含该电场、磁流对应的空间位置坐标
[0046] 需要强调的是，在处理公式(1)中的空间位置坐标时，需要将真实空间坐标 转化为电磁算法需要的索引坐标(整数型)，按照公式(2)进行转换：
[0047]
[0048] 公式(2)中，Δx，Δy和Δz分别为x，y和z方向的空间离散单位， 和 分别为x，y和z方向的空间单位矢量。i，j和k为电磁算法需要的索引坐标(整数型)。
[0049] 图2为本发明笔记本电脑、数据卡天线以及人体组织几何结构模型(尺寸大小、空间相对位置)和电磁模型(媒质材料的电介常数、电导率、磁导率)示意图；图3为本发明数据卡天线、人体组织以及等效参考面S示意图，其中等效面磁流在S面上。
[0050] 步骤102：基于参考面S上的等效面磁流 该等效面磁流 产生的电磁场与人体模型之间的电磁相互作用，计算得到人体组织内部(见附图2)的电场分布，进而得到人体组织内部(见附图2)的电场分布所对应的SAR值，包括SAR分布值与SAR峰值。
[0051] 本步骤的具体过程为：首先读入步骤101所得的频域等效面磁流Jms，然后将其转化为时域空间分布源，将该时域源空间分布值赋值到近场参考S面对应的空间网点上。由于求解场区是所述时域源指向散射体的空间区域，其它空间区域(即时域源指向远离散射体的空间区域)是非求解场区，非求解场区的电磁场不必计算，其中可以是任意场，为了分析简化，本
实施例中假设非求解场区为零场(即电场E＝0)，从而得到非求解场区与求解场区边界的场等效边界条件，为此，采用电磁等效原理建立该边界的等效源，其过程为：在非求解场区放入良导体，以保证该区域的电磁场为零场，引入的良导体对等效面磁流Jms将产生正镜像面磁流源，求解场区的等效面磁流源为原来(放入良导体前)的2倍，即 而等效面
电流源为0(负镜像面电流与等效面电流抵消)。将代入磁场积分方程，计算得到人体组织模型在外部激励源 激励条件下内部的电场分布，利用SAR定义计算得到人体内部SAR值分布。
[0052] 基于步骤102，将得到的人体组织模型内部相应空间位置的SAR值分布数据，用3维图形显示工具(比如Matlab3维图形函数，具体实现属于本领域技术人员的惯用技术手段，这里不再赘述)显示出来，得到人体模型内部SAR的3维分布图，这就为移动终端MIMO天线设计提供一个通用、直观的评估模型。
[0053] 表1为数据卡天线SAR最大值及其位置，如表1所示，给出了3种不同数据卡天线全波模型(CST软件仿真)与本发明分析模型的SAR仿真值对比，可以看出，无论是峰值SAR还是XOY平面的分布SAR值，本发明分析模型SAR值与全波仿真SAR值均吻合很好。全波仿真SAR值已经由试验验证过，其精度和准确度可信。因此，表1验证了本发明分析模型SAR仿真的有效性。综上，除长方体1高度变化外，模型改变引起数据卡MIMO天线SAR值峰值的变化不超过3.5％，可近似认为SAR特性不变。
[0054]
[0055] 表1
[0056] 表2为数据卡天线SAR仿真时间，如表2所示，给出了3种不同数据卡天线全波模型(CST软件仿真)与本发明分析模型的SAR仿真时需要的仿真时间，可见分析模型的SAR仿真，相比全波模型，有效减少了SAR仿真时间。
[0057]
[0058] 表2
[0059] 本发明方法中，首先将数据卡、天线以及人体组织这三者的联合电磁仿真问题，分解为两部分，即：(1)数据卡以及天线的电磁仿真；(2)面磁流源激励人体组织的的电磁仿真；然后基于电磁场等效原理，通过参考面上的等效面磁流，建立上述2个子问题的联系，从而构成了统一的电磁仿真模型。由于(1)得到的等效面电磁流，不涉及数据卡以及天线的具体结构，即适用于所有天线结构，因此，该模型为移动终端MIMO天线设备的SAR仿真提供了标准化模型，保证了SAR评估模型可信和可标准化。
[0060] 针对本发明方法还提供一种获取SAR的装置，其组成结构示意图如图4所示，主要包括第一获取模块、第一计算模块、第二计算模块，以及SAR获取模块，其中，[0061] 第一获取模块，用于建立移动终端MIMO天线在自由空间的近场参考面S；
[0062] 第一计算模块，用于计算移动终端MIMO天线在该参考面S上的电磁场；
[0063] 第二计算模块，用于采用电磁场等效原理，在第一获取模块获得的近场参考面S上，得到频域等效面磁流
[0064] SAR获取模块，用于基于参考面S上的等效面磁流 该等效面磁流与人体模型的电磁相互作用，计算得到人体模型内部的电场分布，并得到电场分布对应的SAR值。
[0065] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
