한국전파법에서 휴대전화에만 적용되었던 전자파흡수율(SAR: Specific AbsorptionRate) 측정 대상기기가 2012년 1월 이후 인체로부터 20 cm 이내에 위치하는 휴대용 송신 무선통신기기로 확대됨에 따라 150 MHz 대역의 무전기가 포함되어 이에 대한 SAR 적합성 평가를 위한 SAR 측정방법이 필요하다. 그러나 현재 SAR 측정방법에 대한 국제표준(IEC 62209-2)에서는 300 MHz 대역 이상의 주파수에 대해서 적용하고 있으며, 상용 SAR 측정시스템에서도 300 MHz 대역 이상의 주파수에 대해서만 측정이 가능하도록 되어 있는 실정이다. 본 논문에서는 150 MHz 대역의 SAR 측정 유효성 평가를 위한 기준 다이폴 안테나(복사체 길이: 760 mm, 반사 손실 : -25.48 dB) 및 평면형 모의인체의 크기($1,300 mm(L){\times}900 mm(W){\times}200 mm(H)$), 수치해석 SAR 목표값(1 g: 1.08 W/kg, 10 g: 0.77 W/kg)을 제시하였다. 제시된 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체를 제작하여 상용 SAR 측정시스템의 적합성 여부를 확인하였다. 측정된 1 g 및 10 g SAR 값은 각각 1.13 W/kg, 0.81 W/kg으로, IEC국제 표준의 유효 범위인 ${\pm}10$ % 이내를 만족하였다. 본 연구를 통해 도출된 규격들은 국내 SAR 측정방법 및 IEC 국제 표준으로 반영될 수 있을 것으로 기대된다.
한국전파법에서 휴대전화에만 적용되었던 전자파흡수율(SAR: Specific Absorption Rate) 측정 대상기기가 2012년 1월 이후 인체로부터 20 cm 이내에 위치하는 휴대용 송신 무선통신기기로 확대됨에 따라 150 MHz 대역의 무전기가 포함되어 이에 대한 SAR 적합성 평가를 위한 SAR 측정방법이 필요하다. 그러나 현재 SAR 측정방법에 대한 국제표준(IEC 62209-2)에서는 300 MHz 대역 이상의 주파수에 대해서 적용하고 있으며, 상용 SAR 측정시스템에서도 300 MHz 대역 이상의 주파수에 대해서만 측정이 가능하도록 되어 있는 실정이다. 본 논문에서는 150 MHz 대역의 SAR 측정 유효성 평가를 위한 기준 다이폴 안테나(복사체 길이: 760 mm, 반사 손실 : -25.48 dB) 및 평면형 모의인체의 크기($1,300 mm(L){\times}900 mm(W){\times}200 mm(H)$), 수치해석 SAR 목표값(1 g: 1.08 W/kg, 10 g: 0.77 W/kg)을 제시하였다. 제시된 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체를 제작하여 상용 SAR 측정시스템의 적합성 여부를 확인하였다. 측정된 1 g 및 10 g SAR 값은 각각 1.13 W/kg, 0.81 W/kg으로, IEC 국제 표준의 유효 범위인 ${\pm}10$ % 이내를 만족하였다. 본 연구를 통해 도출된 규격들은 국내 SAR 측정방법 및 IEC 국제 표준으로 반영될 수 있을 것으로 기대된다.
SAR measurement which was applied only to the mobile phone has been expanded in the Korean radio regulation law to the portable wireless communication equipments within 20 cm from the human body since Jan. 2012. The two-way radio operating at 150 MHz frequency band was newly included following the r...
SAR measurement which was applied only to the mobile phone has been expanded in the Korean radio regulation law to the portable wireless communication equipments within 20 cm from the human body since Jan. 2012. The two-way radio operating at 150 MHz frequency band was newly included following the revised radio regulation in the target equipment of measurement. SAR measurement system at 150 MHz satisfying this regulation is necessary accordingly for SAR conformity assessment. The international SAR measurement standard(IEC 62209-2) includes the evaluation method on frequencies above 300 MHz, and the commercial SAR measurement system can measure SAR above 300 MHz only. The size of the reference dipole antenna(760 mm, return loss: -27.57 dB) and flat phantom ($1,300 mm(L){\times}900 mm(W){\times}200 mm(H)$), targeted SAR values for numerical analysis(1 g: 1.08 W/kg, 10 g: 0.77 W/kg) for SAR validation evaluation at 150 MHz frequency are proposed in this paper. The suggested dipole antenna and flat phantom are assembled and used to verify the conformity assessment of commercial SAR measurement system. The measured SAR values of 1 g and 10 g were obtained respectively to be 1.13 W/kg, 0.81 W/kg, and they satisfied the effective range(within ${\pm}10$ %) of IEC international standard. The standards based on this study are expected to be used for the domestic SAR measurement standard and IEC(International Electrotechnical Commission) international standard.
SAR measurement which was applied only to the mobile phone has been expanded in the Korean radio regulation law to the portable wireless communication equipments within 20 cm from the human body since Jan. 2012. The two-way radio operating at 150 MHz frequency band was newly included following the revised radio regulation in the target equipment of measurement. SAR measurement system at 150 MHz satisfying this regulation is necessary accordingly for SAR conformity assessment. The international SAR measurement standard(IEC 62209-2) includes the evaluation method on frequencies above 300 MHz, and the commercial SAR measurement system can measure SAR above 300 MHz only. The size of the reference dipole antenna(760 mm, return loss: -27.57 dB) and flat phantom ($1,300 mm(L){\times}900 mm(W){\times}200 mm(H)$), targeted SAR values for numerical analysis(1 g: 1.08 W/kg, 10 g: 0.77 W/kg) for SAR validation evaluation at 150 MHz frequency are proposed in this paper. The suggested dipole antenna and flat phantom are assembled and used to verify the conformity assessment of commercial SAR measurement system. The measured SAR values of 1 g and 10 g were obtained respectively to be 1.13 W/kg, 0.81 W/kg, and they satisfied the effective range(within ${\pm}10$ %) of IEC international standard. The standards based on this study are expected to be used for the domestic SAR measurement standard and IEC(International Electrotechnical Commission) international standard.
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문제 정의
본 논문에서는 150 MHz 대역에서 SAR 측정의 유효성 평가를 위한 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체의 크기, SAR 목표값을 수치해석 계산을 통하여 제시하였다. 그리고 제시된 결과값들을 바탕으로 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체를 제작하여 SAR 측정시스템의 유효성 평가를 통해 상용 SAR 측정시스템의 적합성 여부를 확인하였다.
무선통신기기의 정확한 SAR을 측정하기 위해서는 제품의 적합성 인증 시험 전에 SAR 측정시스템이 국제 표준에서 제시하고 있는 유효 범위 내에 있는 지를 먼저 확인하는 것이 반드시 필요하다. 이러한 측정시스템의 유효성 평가는 프로브의 성능이나 소프트웨어 성능 등의 전체 SAR 측정시스템의 성능에 대한 정확성 검증을 위해 수행된다.
가설 설정
3) 평면형 모의인체의 바닥면 중앙에 기준 다이폴 안테나를 설치한다. 기준 다이폴 안테나는 모의인체의 바닥면의 주축과 평행한 축의 중심에 위치하여야 한다. 또한, 설치 시 모의인체와 기준 다이폴 안테나의 간격(S)은 저손실(손실 탄젠트 < 0.
제안 방법
150 MHz 대역에 대한 0.6 λ×0.4 λ 이상 크기의 평면형 모의인체와 IEC 국제 표준에서 제시하는 300 MHz 및 835 MHz 대역에 대한 평면형 모의인체를 이용하여 주파수 대역별로 평면형 모의인체의 크기에 따른 SAR을 수치 계산하였다.
150 MHz 대역에 대한 기준 다이폴 안테나의 길이 규격과 평면형 모의인체의 크기 및 수치해석 SAR 목표값을 도출하기 위해 인체조직 유사액체의 전기 정수는 IEC(IEC 62209-2)에서 제시하는 전기정수(상대유전율: 52.4, 전기전도도: 0.76 S/m)로 설정하였다.
150 MHz 대역의 SAR 유효성 평가를 위해 사용되는 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체의 크기, 수치해석 SAR 목표값은 IEC 국제 표준[2]에서 제시하는 300 MHz 대역 기준값을 참고하여 수치해석 계산[13]을 통해 얻은 결과값들을 제시하였다. 먼저, IEC 국제 표준에서 제시하는 300 MHz 대역의 기준다이폴 안테나 및 평면형 모의인체를 이용하여 수치해석 계산을 통해 1g 및 10g SAR 값이 수치해석 목표값 범위 내에서 산출되는지를 확인하여 수치해석에 대한 신뢰성을 확인하였다.
IEC 국제 표준에서 제시하지 않고 있는 150 MHz 대역의 유효성 평가용 수치해석 SAR 값을 제시하였다. 150 MHz 대역의 기준 다이폴 안테나(760 mm, 반사 손실: —25.
SAR 측정시스템의 유효성 평가를 통해 얻은 측정값은 표 4와 같이 수치해석을 통해 유도된 SAR 목표값과 비교하여 SAR 측정시스템이 교정 유효 범위 이내에 있는지를 확인한다. 그러나 국제 표준 (IEC 62209-2 등)에서는 300 MHz 대역 이하에 대한 수치해석 SAR 목표값을 제시하고 있지 않으므로[1]～[4], 다음 장에서 도출한 수치해석 SAR 목표값을 소개한다.
77 W/kg)은 IEC에서 제시하는 300 MHz 대역 기준값을 참고하여 수치해석 계산을 통해 얻었다. 그리고 제시된 결과값들을 바탕으로 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의 인체를 제작하여 SAR 유효성 평가를 통해 상용 SAR 측정시스템의 적합성 여부를 확인하였다. 그 결과, 1g 및 10g SAR 측정값은 각각 1.
본 논문에서는 150 MHz 대역에서 SAR 측정의 유효성 평가를 위한 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체의 크기, SAR 목표값을 수치해석 계산을 통하여 제시하였다. 그리고 제시된 결과값들을 바탕으로 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체를 제작하여 SAR 측정시스템의 유효성 평가를 통해 상용 SAR 측정시스템의 적합성 여부를 확인하였다.
150 MHz 대역의 SAR 유효성 평가를 위해 사용되는 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체의 크기, 수치해석 SAR 목표값은 IEC 국제 표준[2]에서 제시하는 300 MHz 대역 기준값을 참고하여 수치해석 계산[13]을 통해 얻은 결과값들을 제시하였다. 먼저, IEC 국제 표준에서 제시하는 300 MHz 대역의 기준다이폴 안테나 및 평면형 모의인체를 이용하여 수치해석 계산을 통해 1g 및 10g SAR 값이 수치해석 목표값 범위 내에서 산출되는지를 확인하여 수치해석에 대한 신뢰성을 확인하였다. 수치해석 결과값이 교정 유효 범위 내에 있는지를 확인하기 위하여 표 4의 IEC 국제 표준에서 제시하는 SAR 목표값과 비교하였다.
반사 손실이 —20 dB보다 작은 최적의 다이폴 안테나의 길이를 찾기 위하여 700 mm에서 800 mm까지 10 mm 간격으로 길이를 변화시키면서 최소의 반사 손실을 가지는 길이를 확인하였다.
상용 SAR 측정시스템의 SAR 유효성 평가를 위하여 Ⅲ장에서 제시된 결과값들을 바탕으로 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체를 제작하고, 개발된 150 MHz 대역용 부품들을 사용하여 측정된 SAR 값들이 유효 범위 내에 있는지를 확인하였다. SAR 측정시스템의 유효성 평가를 하는 이유는 측정시스템이 산출하는 SAR 값이 국제 표준에서 제시하는 수치 해석(FDTD: 유한차분시간영역)에 의한 목표값의 유효 범위 내에 있는지를 검증하여 측정시스템이 정확하게 동작한다는 것을 확인하는 절차이다.
평면형 모의인체는 300 MHz 대역의 기준값을 참고하여 수치해석을 통해 얻은 크기 1,300 mm(L1)×900 mm(W)×200 mm(H)와 모의인체 바닥 두께(D) 6 mm 인 크기로 설정하였다(그림 3). 최소의 반사 손실을 가지는 기준 다이폴 안테나의 길이(L2) 또한 수치해석을 통해 도출하였다. 반사 손실이 —20 dB보다 작은 최적의 다이폴 안테나의 길이를 찾기 위하여 700 mm에서 800 mm까지 10 mm 간격으로 길이를 변화시키면서 최소의 반사 손실을 가지는 길이를 확인하였다.
표 6에서 정해진 기준 다이폴 안테나를 이용하여 평면형 모의인체의 크기에 의한 SAR 영향을 분석하였다. 150 MHz 대역에 대한 0.
대상 데이터
그리고 평면형 모의인체의 크기는 360 mm(L1)×300 mm(W)×150 mm(H)로, 외피 두께는 6.3 mm로 설정하였다.
먼저, 150 MHz 대역의 기준 다이폴 안테나는 수치 해석 결과로 도출된 길이 760 mm로 제작하였다. 이때의 반사 손실은 —27.
을 사용한다. 이 측정시스템은 SAR 측정용 프로브, 모의인체(거치 테이블 포함), 인체조직 유사액체, 프로브 위치 제어기용 로봇, 측정 대상기기 거치대, 데이터 수집 컴퓨터(SAR 계산 및 분석) 등으로 구성된다.
및 국제 표준(IEC 62209-2)에서 정하고 있다(표 2). 인체조직 유사액체는 증류수(55.1 %), Tween 20(43.3 %), 소금(NaCl, 1.5 %), 방부제(0.1 %)의 재료(비율)를 혼합하여 제조한다. 제조된 인체조직 유사액체는 전기적 특성 측정시스템을 사용하여 비(比)유전율과 도전율을 측정한 결과, 비유전율은 50.
평면형 모의인체는 300 MHz 대역의 기준값을 참고하여 수치해석을 통해 얻은 크기 1,300 mm(L1)×900 mm(W)×200 mm(H)와 모의인체 바닥 두께(D) 6 mm 인 크기로 설정하였다(그림 3).
데이터처리
먼저, IEC 국제 표준에서 제시하는 300 MHz 대역의 기준다이폴 안테나 및 평면형 모의인체를 이용하여 수치해석 계산을 통해 1g 및 10g SAR 값이 수치해석 목표값 범위 내에서 산출되는지를 확인하여 수치해석에 대한 신뢰성을 확인하였다. 수치해석 결과값이 교정 유효 범위 내에 있는지를 확인하기 위하여 표 4의 IEC 국제 표준에서 제시하는 SAR 목표값과 비교하였다.
위의 방법으로 측정한 1g 및 10g SAR 값들을 수치해석 SAR 목표값과 비교하였다. 측정값을 비교한결과, 1g SAR의 경우 5 % 이내로 IEC 기준을 만족하였다(표 8, 그림 9).
48 dB이었다(그림 3, 그림 4). 이 결과들을 바탕으로 150 MHz 대역의 SAR 유효성 평가 검증을 위한 수치해석 SAR 목표값(target value)을 도출하였다. 모의인체의 바닥 두께가 6 mm인 상태에서 수치 해석한 결과, 1g 및 10g SAR 목표값은 각각 1.
성능/효과
35 mm로 설정하여 수치 계산을 하였다[2]. 계산한 결과, 표 5에서 보여주는 봐와 같이 기준 다이폴 안테나의 반사 손실과 1g 평균 및 10g 평균 SAR 값의 결과가 IEC 국제 표준에서 제시하는 수치 해석 SAR 목표값의 범위 내로 모두 만족하였다. 따라서 시뮬레이션을 이용한 수치해석 결과에 대해서 300 MHz 대역에 대해서는 신빙성이 검증되었다고 볼 수 있다.
그 결과, 1g 및 10g SAR 측정값은 각각 1.13 W/kg(목표값 대비 4.6 %), 0.81 W/kg(목표값 대비 5.2 %)으로서, IEC 국제 표준의 유효 범위인 ±10 % 이내를 모두 만족하는 결과를 얻었다.
그러나 835 MHz 대역의 평면형 모의인체를 사용할 경우에는 큰 오차가 발생되어 사용하기에는 어려운 것으로 나타났다. 따라서 150 MHz 대역의 SAR 측정시 300 MHz 대역에 해당하는 평면형 모의인체를 사용할 수 있는 것으로 판단된다.
이 결과들을 바탕으로 150 MHz 대역의 SAR 유효성 평가 검증을 위한 수치해석 SAR 목표값(target value)을 도출하였다. 모의인체의 바닥 두께가 6 mm인 상태에서 수치 해석한 결과, 1g 및 10g SAR 목표값은 각각 1.08 W/kg, 0.77 W/kg을 얻었다.
수치해석 결과, 150 MHz 대역에 대한 기준 다이폴 안테나는 760 mm 길이에서 최소의 반사 손실을 가지는 공진이 일어났으며, 이때의 반사 손실은—25.48 dB이었다(그림 3, 그림 4).
제조된 인체조직 유사액체는 전기적 특성 측정시스템을 사용하여 비(比)유전율과 도전율을 측정한 결과, 비유전율은 50.4(—3.81 %), 도전율은 0.79(3.94 %) S/m을 얻었으며, 이때 측정된 비유전율과 도전율 값의 오차는 표 2의 IEC 기준인 ±5 % 이내로 모두 만족하였다.
4 λ 이상 크기의 평면형 모의인체와 IEC 국제 표준에서 제시하는 300 MHz 및 835 MHz 대역에 대한 평면형 모의인체를 이용하여 주파수 대역별로 평면형 모의인체의 크기에 따른 SAR을 수치 계산하였다. 표 7과 같이 150 MHz 대역의 SAR 측정시 300 MHz 대역의 평면형 모의인체를 사용하더라도 SAR 값의 오차는 1 %정도로서, 크기에 따른 SAR 값의 영향은 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 835 MHz 대역의 평면형 모의인체를 사용할 경우에는 큰 오차가 발생되어 사용하기에는 어려운 것으로 나타났다.
후속연구
본 연구를 통해 도출된 규격들은 국내 SAR 측정 방법 및 IEC 국제 표준으로 반영될 수 있을 것이다. 이 연구에서 사용된 150 MHz 대역의 평면형 모의인체에 인체조직 유사액체의 양이 너무 많이 들어가는 단점이 있어, 이를 보완하기 위하여 평면형 모의인체의 크기를 줄이는 연구를 향후에 진행할 계획이다.
본 연구를 통해 도출된 규격들은 국내 SAR 측정 방법 및 IEC 국제 표준으로 반영될 수 있을 것이다. 이 연구에서 사용된 150 MHz 대역의 평면형 모의인체에 인체조직 유사액체의 양이 너무 많이 들어가는 단점이 있어, 이를 보완하기 위하여 평면형 모의인체의 크기를 줄이는 연구를 향후에 진행할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SAR은 무엇인가?
SAR은 인체에 흡수되는 전자파의 양을 측정하는 물리량으로서 휴대전화의 전자파가 단위 시간당 (/second) 인체의 단위 질량(/kg)에 흡수되는 에너지의 양(Joule)으로 정의되며, 단위는 W/kg(J/s(=W)/kg) 이다. SAR 값은 식 (1)과 같이 조직의 온도상승율을 측정하거나 식 (2)와 같이 전기장의 세기를 측정하여 구할 수 있다.
무선통신기기의 정확한 SAR을 측정하기 위해 필요한 것은 무엇인가?
무선통신기기의 전자파 인체노출량 평가방법에 대한 표준을 개발하고 있는 국제기구인 IEC(국제전기기술위원회)와 IEEE(미국전기전자공학회), CENELEC(유럽전자기술표준화위원회) 등에서는 휴대전화의 전자파흡수율(SAR: Specific Ab- sorption Rate) 측정방법에 대한 국제 표준을 발간하거나 표준화 작업을 지속적으로 추진하고 있다[1]～[4]. 무선통신기기의 정확한 SAR을 측정하기 위해서는 제품의 적합성 인증 시험 전에 SAR 측정시스템이 국제 표준에서 제시하고 있는 유효 범위 내에 있는 지를 먼저 확인하는 것이 반드시 필요하다. 이러한 측정시스템의 유효성 평가는 프로브의 성능이나 소프트웨어 성능 등의 전체 SAR 측정시스템의 성능에 대한 정확성 검증을 위해 수행된다.
SAR측정의 유효성 평가용으로 사용되는 평면형 모의인체의 외피는 어떤 조건을 가져야하는가?
평면형 모의인체에는 인체조직 유사액체를 최소 15 cm의 깊이 이상을 채워야 한다. 모의인체 외피는 손실이 작고 유전율이 낮은 재료로서 손실 탄젠트 tanδ≤0.05이고, 상대 유전율은 3 GHz 대역 이하인 경우 5 이하여야 한다. 그리고 액체 접촉면에서 기준 다이폴 안테나의 중간부 바로 위에 있는 부분의 처진 정도는 800 MHz～3 GHz 대역의 주파수 범위에서는 공기 중의 파장의 1 % 미만이어야 하며, 800 MHz 대역 미만의 주파수에서는 공기 중의 파장의 0.
참고문헌 (13)
IEC, EN 62209-1, "Human exposure to radio frequency fields from hand-held and body-mounted wireless communication devices - Human models, instrumentation, and procedures - Part 1: Procedure to determine the specific absorption rate(SAR) for hand-held devices used in close proximity of the ear (frequency range of 300 MHz to 3 GHz)", IEC(Feb. 2005), EN(Jul. 2006).
IEC 62209-2, "Human exposure to radio frequency fields from hand-held and body-mounted wireless communication devices - Human models, instrumentation, and procedures - Part 2: Procedure to determine the specific absorption rate(SAR) for wireless communication devices used in close proximity to the human body(frequency range of 30 MHz to 6 GHz)", IEC(Mar. 2010).
IEEE Std. 1528TM, "IEEE recommended practice for determining the peak spatial-average specific absorption rate(SAR) in the human head from wireless communications devices: Measurement techniques", Dec. 2003.
Cenelec prEN 50361, "Basic standard for the measurement of Specific Absorption Rate related to human exposure to electromagnetic fields from mobile phones(300 MHz-3 GHz)", Jun. 2000.
미래창조과학부고시 제2013-118호, 전자파인체보호기준, 2013년 8월.
미래창조과학부고시 제2013-119호, 전자파강도 및 전자파흡수율 측정대상 기자재, 2013년 8월.
FCC OET KDB 450824, "SAR probe calibration and system verification considerations for measurements at 150 MHz-3 GHz", Jan. 2007.
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김윤명, 이승배, 김기회, "전자파 比흡수율(SAR) 측정용 전기장 프로브의 검파 전압 특성", 한국전자파학회논문지, 16(2), pp. 217-221, 2005년 2월.
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