A Study on the SAR Measurement System Validation at 150 MHz Band

http://dx.doi.org/ 10.5515/KJKIEES.2013.24.10.1008 ISSN 1226-3133 (Print) ․ISSN 2288-226X (Online)

150 MHz 대역에서의 SAR 측정시스템의 유효성 연구 A Study on the SAR Measurement System Validation at 150 MHz Band

최 동 근 *

**․김 기 회*․최 재 훈**

Donggeun Choi*

** ․Kihwea Kim*․Jaehoon Choi**

요 약

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 대역 의 무전기가 포함되어 이에 대한 SAR 적합성 평가를 위한 SAR 측정방법이 필요하다. 그러나 현재 SAR 측정방 법에 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 논문에 서는 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)×900 mm(W)×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 ±10 % 이내를 만족하였다. 본 연구를 통해 도출된 규격들은 국내 SAR 측정방법 및 IEC 국제 표준으로 반영될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract

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)×900 mm(W)×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 ±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.

Key words : SAR Measurement, Validation, Reference Dipole Antenna, Flat Phantom, Targeted SAR Value



*국립전파연구원 전파환경안전과(EMF Environment Safety Division, National Radio Research Agency)

**한양대학교 융합전자공학부(Department of Electronic Engineering, Hanyang University)

․Manuscript received July 16, 2013 ; Revised August 27, 2013 ; Accepted September 2, 2013. (ID No. 20130716-060)

․Corresponding Author : Jaehoon Choi (e-mail : [email protected])

Ⅰ. 서 론

무선통신기기들의 전자파인체보호기준 적합성 여부를 판단하기 위해서는 다양한 휴대전화 모델에 서 전자파가 어느 정도 인체에 흡수되는지를 정량적 으로 평가해야 한다. 무선통신기기의 전자파 인체노 출량 평가방법에 대한 표준을 개발하고 있는 국제기 구인 IEC(국제전기기술위원회)와 IEEE(미국전기전 자공학회), CENELEC(유럽전자기술표준화위원회) 등 에서는 휴대전화의 전자파흡수율(SAR: Specific Ab- sorption Rate) 측정방법에 대한 국제 표준을 발간하 거나 표준화 작업을 지속적으로 추진하고 있다

. 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 소 프트웨어 성능 등의 전체 SAR 측정시스템의 성능에 대한 정확성 검증을 위해 수행된다.

2012년 1월 이후, 한국 정부의 전자파인체보호기 준고시(미래창조과학부고시 제2013-118호)

에서, SAR 기준이 머리 국부 기준에서 머리, 몸통, 전신, 사지 (四肢)에 대한 국부 SAR 기준으로 세분화되었으며, 휴대전화에만 적용되던 SAR 측정 대상기기가 인체 로부터 20 cm 이내에 사용되는 휴대용 송신 무선통 신기기로 확대(전자파강도 및 전자파흡수율 측정 대상 기자재 고시, 미래창조과학부고시 제2013- 119 호)

되었다. 확대 적용된 SAR 측정 대상기기에 는 무선전화기, 태블릿 PC, 노트북 등 다양한 측정 대상기기 뿐만 아니라, 기존에 적용되지 않았던 150 MHz 대역의 무전기도 포함되어 이에 대한 SAR 측 정방법이 필요하게 되었다.

그러나 SAR 평가에 대한 국제 표준(IEC 62209-2) 은 300 MHz 대역 이상의 주파수에 대해서만 적용이 가능하며, 현재 상용 SAR 측정시스템에서도 300 MHz 대역 이상의 주파수에 대해서만 측정이 가능하 도록 되어 있다.

미국 FCC에서는 300 MHz 대역 이하의 주파수 대 역에 대한 SAR 측정방법을 제시하고 있으나, 프로 브 교정과 측정시스템의 유효성 평가는 300 MHz 대 역에서만 수행하고, 150 MHz 대역에 대한 프로브

교정 인자는 300 MHz 대역 이상의 교정인자를 참고 하여 수치해석 계산을 통해 얻은 값을 사용하여 적 용하고 있는 실정이다

.

본 논문에서는 150 MHz 대역에서 SAR 측정의 유 효성 평가를 위한 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모 의인체의 크기, SAR 목표값을 수치해석 계산을 통 하여 제시하였다. 그리고 제시된 결과값들을 바탕으 로 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체를 제작 하여 SAR 측정시스템의 유효성 평가를 통해 상용 SAR 측정시스템의 적합성 여부를 확인하였다.

Ⅱ. SAR 측정의 유효성 평가용 모의인체, 인체 조직 유사액체, 다이폴 안테나의 규격 및 재료

SAR 은 인체에 흡수되는 전자파의 양을 측정하는 물리량으로서 휴대전화의 전자파가 단위 시간당 (/second) 인체의 단위 질량(/kg)에 흡수되는 에너지 의 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 측정하 여 구할 수 있다.

   _



  _

  

[W/kg]

(1)

 _{ }



   

[W/kg]

(2) 여기서, 는 인체조직의 비열용량(Specific Heat Ca- pacity), dT/dt는 단위 시간당 인체조직의 온도 변화,

 는 인체의 전기전도도[S/m], 은 인체 조직내의 전기장 세기[V/m], ^ 는 인체의 조직밀도[kg/m

] 를 나 타낸다.

인체조직 유사액체(liquid)는 실제 인체조직의 전 기적 특성과 유사하도록 제조되는데, 주파수 및 사 용 신체 부위에 따라 ^ 의 값은 서로 다르다. 따라서 두부(頭部) 모의인체 내에서 측정된 SAR 값을 실제 인체에서의 값으로 환산하기 위해 ^ 는 인체 두부의 평균값(1,000 kg/m

)을 사용한다. 일반적으로 모의인 체의 균일 매질에서의 체적 평균 SAR은 식 (3)과 같 이 나타낼 수 있다

.

 

  



      

[W/kg]

(3)

그림 1. SAR 측정시스템(EMF Safety-EPIK사(社)의 모델 ESSAY)의 구성도

Fig. 1. The structure of the SAR measurement sys- tem.

여기서, V는 모의인체 조직에서 평균 SAR을 계산하 기 위해 적분하는 체적값으로, 1 cm

또는 10 cm

이 다. 일반적으로 매질 내에서 저전력 기기를 포함한 무선통신기기의 전기장 범위는 3～350 V/m이며, 이 에 상응하는 SAR 범위는 10 mW/kg～100 W/kg이고, 온도 상승율은 3 μK/s～40 mK/s이다. 전자파에 의 한 모의인체 조직 내의 온도 변화율은 매우 미약하 여, 이동통신 단말기의 SAR 측정에 있어서 식 (1)에 의한 온도 변화 측정법은 거의 사용되지 않고 있 다

.

SAR 측정시스템이 유효 범위 내에 있는지에 대 한 검증 시험을 하기 위해서는 그림 1과 같은 SAR 측정시스템

을 사용한다. 이 측정시스템은 SAR 측 정용 프로브, 모의인체(거치 테이블 포함), 인체조직 유사액체, 프로브 위치 제어기용 로봇, 측정 대상기 기 거치대, 데이터 수집 컴퓨터(SAR 계산 및 분석) 등으로 구성된다.

실제로, SAR 측정 유효성 평가를 하기 위해서는 해당되는 주파수 대역의 평면형 모의인체, 인체조직 유사액체, 다이폴 안테나가 필요하다. 모의인체는 일반적으로 그림 2와 같은 평면형 모의인체를 사용 한다. 이때 1 g 및 10 g 평균(용액의 밀도는 1,000 kg/m

사용) SAR 측정 평가에서 평면형 모의인체는 크기로 인한 영향이 1 % 미만이 되어야 한다. 그리 고 평면형 모의인체 외피의 최소 크기는 300～800 MHz 대역 사이의 경우, 길이는 0.6 λ 이상, 폭은 0.4

그림 2. W 와 L에 대한 최소 치수를 도출하는데 이용 되는 평면형 모의인체의 크기

Fig. 2. Dimensions of the flat phantom set-up used for deriving the minimal dimensions for W and L

.

λ 이상, 모의인체 바닥면의 두께는 6.5 mm이어야 한다. 그리고 800 MHz～6 GHz 대역 사이의 경우, 길이는 225 mm, 폭은 150 mm인 타원보다 크거나 같 은 밑면 모양을 사용할 수 있고, 모의인체 바닥면의 두께는 2 mm이어야 한다. 여기서, 파장 λ는 자유공 간에 대해 정의되며, 바닥면 두께 d

±0.2 mm 허용 오차 내에서 균일하여야 한다

.

현재, SAR에 대한 IEC 국제 표준(IEC 62209-2) 측 정 방법에서는 300 MHz 대역 이상의 주파수 대역에 서만 모의인체의 크기를 다루고 있으며, 150 MHz 대역에 대해서는 별도로 규정하고 있지 않다. 다음 장에서는 300 MHz 대역 기준값을 참고하여 수치해 석을 통하여 150 MHz 대역 평면형 모의인체의 크기 를 도출하였다. 표 1은 수치 해석(FDTD: 시간영역 유한차분법)을 통하여 얻은 300 MHz 대역 평면형 모의인체의 파라미터를 나타낸다

.

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 경 우 5 이하여야 한다. 그리고 액체 접촉면에서 기 표 1. 300 MHz 대역에서 기준 SAR 값을 산출하는데 사용한 평면형 모의인체의 크기에 대한 파라미 터

Table 1. Parameters of the flat phantom dimension used for the calculation of reference SAR values at 300 MHz

.

주파수 (MHz)

외피 두께 (mm)

외피 비(比) 유전율

치수(mm)

S

(mm)

300 6.3 3.7 1,000, 800, 170 15

표 2. 150 MHz 및 300 MHz 대역에서의 인체조직 유사액체의 전기정수

Table 2. Dielectric properties of the human tissue- equivalent liquid material at 150 and 300 MHz

.

주파수(MHz) 상대 유전율(ε

) 도전율 σ(S/m)

150 52.4 0.76

300 45.3 0.87

준 다이폴 안테나의 중간부 바로 위에 있는 부분의 처진 정도는 800 MHz～3 GHz 대역의 주파수 범위 에서는 공기 중의 파장의 1 % 미만이어야 하며, 800 MHz 대역 미만의 주파수에서는 공기 중의 파장의 0.5 % 미만이어야 한다.

150 MHz 대역의 인체조직 유사액체에 대한 전기 정수(상대 유전율, 전기전도도)와 제조 방법은 국내 에서는 전자파흡수율 측정기준 고시(국립전파연구 원고시 제 2012-23호)

및 국제 표준(IEC 62209-2) 에서 정하고 있다(표 2). 인체조직 유사액체는 증류 수(55.1 %), Tween 20(43.3 %), 소금(NaCl, 1.5 %), 방 부제(0.1 %)의 재료(비율)를 혼합하여 제조한다. 제 조된 인체조직 유사액체는 전기적 특성 측정시스템 을 사용하여 비(比)유전율과 도전율을 측정한 결과, 비유전율은 50.4(—3.81 %), 도전율은 0.79(3.94 %) S/m을 얻었으며, 이때 측정된 비유전율과 도전율 값 의 오차는 표 2의 IEC 기준인 ±5 % 이내로 모두 만 족하였다.

SAR 유효성 평가용으로 사용되는 기준 다이폴 안테나는 IEC 국제 표준에서 300 MHz 대역 이상의 주파수 대역에 대해서만 규격을 규정하고 있으며, 150 MHz 대역에서는 규격을 제시하고 있지 않다.

국제 표준에서 제시하고 있는 기준 다이폴 안테나의 크기 규격은 표 3과 같으며, L

, h, d 파라미터의 정 의는 그림 3을 참조한다. 그리고 시험 주파수에서 표 3. 기준 다이폴 안테나의 크기 규격

Table 3. Standard of the size of the reference dipole antenna

.

주파수 (MHz)

모의인체의 외피 두께

(mm)

L2

(mm)

(mm)

 (mm)

300 6.3 396.0 250.0 6.35

2.0 420.0 250.0 6.35

(a) 옆면에서 본 평면형 모의인체와 기준 다이폴 안테나와의 구성도

(a) Side view of the relative locations of the flat phantom and reference dipole antenna

(b) 윗면에서 본 평면형 모의인체와 기준 다이폴 안테나와의 구성 모습

(b) Top view of the relative locations of the flat phantom and reference dipole antenna

그림 3. 150 MHz 대역에서의 평면형 모의인체 및 기준 다이폴 안테나의 파라미터

Fig. 3. The parameters of flat phantom and reference dipole antenna at 150 MHz.

표 4. SAR 시스템 검증 비교를 위한 수치 해석된 SAR 목표값—모든 값은 1 W의 순방향 전력으로 정 규화됨

Table 4. SAR target values by numerical analysis for SAR system validation-All values are norma- lized to a forward power of 1 W

.

주파수 (MHz)

모의인체의 외피 두께

(mm)

1 g SAR (W/kg)

10 g SAR (W/kg)

300 6.3 3.02 2.04

2.0 2.85 1.94

안테나의 반사 손실은 —20 dB 이하이어야 한다

.

SAR 측정시스템의 유효성 평가를 통해 얻은 측

정값은 표 4와 같이 수치해석을 통해 유도된 SAR

목표값과 비교하여 SAR 측정시스템이 교정 유효 범

위 이내에 있는지를 확인한다. 그러나 국제 표준

(IEC 62209-2 등)에서는 300 MHz 대역 이하에 대한

수치해석 SAR 목표값을 제시하고 있지 않으므로

,

다음 장에서 도출한 수치해석 SAR 목표값을 소개한 다.

Ⅲ. 150 MHz 대역에 대한 수치해석

150 MHz 대역의 SAR 유효성 평가를 위해 사용되 는 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체의 크기, 수치해석 SAR 목표값은 IEC 국제 표준

에서 제시 하는 300 MHz 대역 기준값을 참고하여 수치해석 계 산

을 통해 얻은 결과값들을 제시하였다. 먼저, IEC 국제 표준에서 제시하는 300 MHz 대역의 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의인체를 이용하여 수 치해석 계산을 통해 1 g 및 10 g SAR 값이 수치해석 목표값 범위 내에서 산출되는지를 확인하여 수치해 석에 대한 신뢰성을 확인하였다. 수치해석 결과값이 교정 유효 범위 내에 있는지를 확인하기 위하여 표 4 의 IEC 국제 표준에서 제시하는 SAR 목표값과 비 교하였다.

300 MHz 대역의 SAR 유효성 평가에 대한 수치 계산에 사용된 인체조직 유사액체는 비(比)유전율을 45.3로, 도전율은 0.87 S/m로 설정하였다. 그리고 평 면형 모의인체의 크기는 360 mm(L

)×300 mm(W)×

150 mm(H)로, 외피 두께는 6.3 mm로 설정하였다. 그 리고 다이폴 안테나의 L

, h, d는 각각 396 mm, 250 mm, 6.35 mm로 설정하여 수치 계산을 하였다

. 계 산한 결과, 표 5에서 보여주는 봐와 같이 기준 다이 폴 안테나의 반사 손실과 1 g 평균 및 10 g 평균 SAR 값의 결과가 IEC 국제 표준에서 제시하는 수치 해석 SAR 목표값의 범위 내로 모두 만족하였다. 따 라서 시뮬레이션을 이용한 수치해석 결과에 대해서 300 MHz 대역에 대해서는 신빙성이 검증되었다고 볼 수 있다.

150 MHz 대역에 대한 기준 다이폴 안테나의 길이 표 5. 300 MHz 대역에서 주어진 환경에서의 수치

해석 계산 결과와 IEC 62209-2의 비교

Table 5. Comparison between our numerical analysis and IEC 62209-2 values at 300 MHz where the shell thickness is 6.3 mm

.

구분

1 g SAR 10 g SAR 수치해석 결과 —23.22 dB 2.99 W/kg 2.03 W/kg IEC 62209-2 < —20 dB 3.02 W/kg 2.04 W/kg

그림 4. 150 MHz 대역에서 다이폴 안테나의 길이에 따른 반사 손실 계산 결과

Fig. 4. The calculation result of the return loss for va- rious length of the dipole antenna at 150 MHz.

규격과 평면형 모의인체의 크기 및 수치해석 SAR 목표값을 도출하기 위해 인체조직 유사액체의 전기 정수는 IEC(IEC 62209-2)에서 제시하는 전기정수(상 대유전율: 52.4, 전기전도도: 0.76 S/m)로 설정하였다.

평면형 모의인체는 300 MHz 대역의 기준값을 참고 하여 수치해석을 통해 얻은 크기 1,300 mm(L

)×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(L

) 또한 수치해 석을 통해 도출하였다. 반사 손실이 —20 dB보다 작 은 최적의 다이폴 안테나의 길이를 찾기 위하여 700 mm에서 800 mm까지 10 mm 간격으로 길이를 변화 시키면서 최소의 반사 손실을 가지는 길이를 확인하 였다. 이때, 적용한 안테나 발룬의 길이(h)는 500 mm이며, 다이폴 안테나의 직경(d)은 6.3 mm로 하였 다. 수치해석 결과, 150 MHz 대역에 대한 기준 다이 폴 안테나는 760 mm 길이에서 최소의 반사 손실 을 가지는 공진이 일어났으며, 이때의 반사 손실은

—25.48 dB이었다(그림 3, 그림 4). 이 결과들을 바탕 으로 150 MHz 대역의 SAR 유효성 평가 검증을 위 한 수치해석 SAR 목표값(target value)을 도출하였다.

모의인체의 바닥 두께가 6 mm인 상태에서 수치 해 석한 결과, 1 g 및 10 g SAR 목표값은 각각 1.08 W/kg, 0.77 W/kg을 얻었다.

표 6에서 정해진 기준 다이폴 안테나를 이용하여 평

면형 모의인체의 크기에 의한 SAR 영향을 분석하

표 6. 수치해석에 의한 안테나 제작을 위한 데이터 Table 6. Data for manufacturing the antenna by nu-

merical analysis.

주 파 수 (M Hz)

모의인체(mm) 다이폴

안테나(mm) 인체조직 유사액체

안테 나와 모의 인체 바닥 까지 이격 의 거리 (mm,

S) 안테나 의

반사 손실

비유 (dB)

전율 도전 율

150 1,300 900 200 6 760 6.3 500.0 52.4 0.76 15 —25.48 300 1,000 800 170 6 396 6.3 250.0 45.3 0.87 15 —23.22 835 360 300 150 2 161 3.6 89.8 41.5 0.9 10 —23.69

였다. 150 MHz 대역에 대한 0.6 λ×0.4 λ 이상 크기 의 평면형 모의인체와 IEC 국제 표준에서 제시하는 300 MHz 및 835 MHz 대역에 대한 평면형 모의인체 를 이용하여 주파수 대역별로 평면형 모의인체의 크기에 따른 SAR을 수치 계산하였다. 표 7과 같이 150 MHz 대역의 SAR 측정시 300 MHz 대역의 평면 형 모의인체를 사용하더라도 SAR 값의 오차는 1 % 정도로서, 크기에 따른 SAR 값의 영향은 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 835 MHz 대역의 평면형 모 의인체를 사용할 경우에는 큰 오차가 발생되어 사 용하기에는 어려운 것으로 나타났다. 따라서 150 MHz 대역의 SAR 측정시 300 MHz 대역에 해당하는 평면형 모의인체를 사용할 수 있는 것으로 판단된다.

표 7. 평면형 모의인체의 크기에 따른 150 MHz 대역 에서의 SAR 수치해석 결과

Table 7. Numerical analysis of SAR for different size of the flat phantom at 150 MHz.

모의인체의 크기(mm) (L, W, H)

S

(dB)

1 g SAR (W/kg)

10 g SAR (W/kg) 1,300, 900, 200

(150 MHz용) —25.48 1.11 0.79 1,000, 800, 170

(300 MHz용) —22.14 1.10 0.78 360, 300, 150

(835 MHz용) —2.32 0.495 0.36

Ⅳ. 150 MHz 대역에 대한 SAR 유효성 측정

상용 SAR 측정시스템의 SAR 유효성 평가를 위하 여 Ⅲ장에서 제시된 결과값들을 바탕으로 기준 다이 폴 안테나 및 평면형 모의인체를 제작하고, 개발된 150 MHz 대역용 부품들을 사용하여 측정된 SAR 값 들이 유효 범위 내에 있는지를 확인하였다. SAR 측 정시스템의 유효성 평가를 하는 이유는 측정시스템 이 산출하는 SAR 값이 국제 표준에서 제시하는 수 치 해석(FDTD: 유한차분시간영역)에 의한 목표값의 유효 범위 내에 있는지를 검증하여 측정시스템이 정 확하게 동작한다는 것을 확인하는 절차이다.

먼저, 150 MHz 대역의 기준 다이폴 안테나는 수 치 해석 결과로 도출된 길이 760 mm로 제작하였다.

이때의 반사 손실은 —27.57 dB로 IEC 국제 기준을 만족하였다. 그리고 기준 다이폴 안테나는 긴 길이 로 인한 처짐 현상이 있어 저 손실 물질의 지지대를 사용하여 양 끝에 처짐을 방지하였다(그림 5, 그림 6). 평면형 모의인체는 1,300 mm(L

)×900 mm(W)×

200 mm(H), 모의인체 바닥면의 두께는 6 mm의 크 기로 제작하였다(그림 7).

SAR 유효성 평가 방법은 다음의 절차에 따라 진 행한다. 측정된 SAR 값은 수치해석 SAR 목표값(표 8)의 ±10 % 범위 이내이어야 한다.

1) 평면형 모의인체에 인체조직 유사 액체를 모 의 인체 바닥면으로부터 20 cm 이상이 되도록 채운다.

2) 그림 8과 같이 유효성 평가를 위한 측정장비를

그림 5. 150 MHz 대역의 다이폴 안테나

Fig. 5. Dipole antenna at 150 MHz.

그림 6. 150 MHz 대역 다이폴 안테나의 공진 특성 Fig. 6. Resonance characteristics of the dipole antenna

at 150 MHz.

그림 7. 150 MHz 대역의 평면형 모의 인체 Fig. 7. Flat phantom at 150 MHz.

그림 8. SAR 측정시스템 성능 검사를 위한 측정 장 치 구성도

Fig. 8. Structure of the measurement equipment for the validation evaluation of the SAR measurement system

.

구성한다. 이때, 파워미터(PM: Power Meter)는 교정(calibration)을 한 후에 사용한다.

3) 평면형 모의인체의 바닥면 중앙에 기준 다이

폴 안테나를 설치한다. 기준 다이폴 안테나는 모의인체의 바닥면의 주축과 평행한 축의 중 심에 위치하여야 한다. 또한, 설치 시 모의인체 와 기준 다이폴 안테나의 간격(S)은 저손실(손 실 탄젠트 < 0.05) 및 저유전 상수(상대유전율 <

5)를 갖는 공간 이격자를 사용하여 기준 다이 폴 안테나의 상단 표면과 모의인체의 바닥면 표면 사이의 정확한 거리를 유지한다. 이격거 리(S)는 1 GHz 이하의 측정 주파수에 대해 15±0.2 mm 이내로 유지되어야 한다.

4) RF 케이블을 PM1(파워미터 1)에 연결하고, 신 호 발생기의 출력을 미세 조정하여 PM1의 측 정값이 250 mW(24 dBm)가 되도록 설정하고, PM2(파워미터 2)에 측정된 출력값(dBm)을 기 록한다.

5) 신호발생기의 출력을 끈 후 RF 케이블에 연결 된 PM1을 빼내고 RF 케이블을 모의인체 바닥 면 아래에 설치된 기준 다이폴 안테나에 연결 한다.

6) 신호발생기의 출력을 켠 후 제4항에서 기록한 PM2 의 출력값과 동일하도록 신호발생기의 출 력을 설정한다.

7) SAR 측정 절차

에 따라 평면형 모의인체 내 (內)에서 1 g과 10 g SAR을 측정한다. 이때, 1 g과 10 g SAR 평균값은 기준 다이폴의 정규 입 사 전력 1 W로 정규화 되어야 한다. 따라서 유 효성 평가에 대한 SAR 값은 측정된 SAR 값에 4배를 곱한 값(250 mW×4=1 W)이 된다.

위의 방법으로 측정한 1 g 및 10 g SAR 값들을 수 치해석 SAR 목표값과 비교하였다. 측정값을 비교한 결과, 1 g SAR의 경우 5 % 이내로 IEC 기준을 만족 하였다(표 8, 그림 9).

표 8. 150 MHz 대역의 수치해석 결과와 유효성 측정 에 대한 1 g 및 10 g SAR 값

Table 8. 1 g and 10 g SAR values by the validation measurement and the numerical analysis result at 150 MHz.

구 분 SAR

( 수치해석)

SAR

( 측정) 오차

1 g SAR 1.08 W/kg 1.13 W/kg +4.6 %

10 g SAR 0.77 W/kg 0.81 W/kg +5.2 %

그림 9. 150 MHz 대역의 SAR 유효성 평가 결과 Fig. 9. SAR validation evaluation result at 150 MHz.

Ⅴ. 결 론

IEC 국제 표준에서 제시하지 않고 있는 150 MHz 대역의 유효성 평가용 수치해석 SAR 값을 제시하였 다. 150 MHz 대역의 기준 다이폴 안테나(760 mm, 반 사 손실: —25.48 dB) 및 평면형 모의인체의 크기 (1,300 mm(L

)×900 mm(W)×200 mm(H)), 수치해석 SAR 목표값(1 g: 1.08 W/kg, 10 g: 0.77 W/kg)은 IEC 에서 제시하는 300 MHz 대역 기준값을 참고하여 수 치해석 계산을 통해 얻었다. 그리고 제시된 결과값 들을 바탕으로 기준 다이폴 안테나 및 평면형 모의 인체를 제작하여 SAR 유효성 평가를 통해 상용 SAR 측정시스템의 적합성 여부를 확인하였다. 그 결과, 1 g 및 10 g SAR 측정값은 각각 1.13 W/kg(목표값 대 비 4.6 %), 0.81 W/kg(목표값 대비 5.2 %)으로서, IEC 국제 표준의 유효 범위인 ±10 % 이내를 모두 만족하 는 결과를 얻었다.

본 연구를 통해 도출된 규격들은 국내 SAR 측정 방법 및 IEC 국제 표준으로 반영될 수 있을 것이다.

이 연구에서 사용된 150 MHz 대역의 평면형 모의인 체에 인체조직 유사액체의 양이 너무 많이 들어가는 단점이 있어, 이를 보완하기 위하여 평면형 모의인 체의 크기를 줄이는 연구를 향후에 진행할 계획이다.

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최 동 근

2003 년 2월: 충북대학교 정보통신 공학과 (공학사)

2005 년 2월: 충북대학교 정보통신 공학과 (공학석사)

2006 년 7월～현재: 국립전파연구원 공업연구사

2010 년 3월～현재: 한양대학교 전자 컴퓨터통신공학과 박사과정

[주 관심분야] SAR 평가 기술, 전자파 수치 해석, 전자파 인체보호, 안테나 설계

김 기 회

1995 년 2월: 성균관대학교 물리학 과 (이학사)

1997 년 2월: 성균관대학교 물리학 과 (이학석사)

1997 년 12월～현재: 국립전파연구 원 공업연구사

2000 년 9월～현재: 단국대학교 전 자컴퓨터공학과 박사과정

[주 관심분야] 전자파인체노출량 측정 및 수치 해석, 전자 파인체보호, 무선전력전송

최 재 훈

1980 년: 한양대학교 전자공학과 (공 학사)

1986 년: 미국 Ohio State University 전기공학과 (공학석사)

1989 년: 미국 Ohio State University 전기공학과 (공학박사)

1989 년～1991년: 미국 Arizona State University 연구교수

1991 년～1995년: 한국통신위성사업단 연구팀장

1995 년～현재: 한양대학교 융합전자공학부 교수

[주 관심분야] 안테나 및 마이크로파 회로 설계, EMI/EMC