EMF Exposure in MIMO Antenna Systems
Holistic Evaluation, Mitigation Strategies, and FR2/FR3 Advancements
Tid: Fr 2026-09-18 kl 15.00
Plats: F3, Lindstedtvägen 26
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/69650632339
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Wenfu Fu , Elektromagnetism och plasmafysik
Opponent: Professor Anja Skrivervik, EPFL, Lausanne, Switzerland
Handledare: Professor Sailing He, Elektromagnetism och plasmafysik
QC 20260831
Abstract
Med den snabba utvecklingen av trådlösa kommunikationssystem, driven av kravet på högre datahastigheter och tillräcklig täckning, är en faktor som kan begränsa kommunikationsprestandan kraven på efterlevnad av regler för exponering av radiofrekventa (RF) elektromagnetiska fält (EMF). Denna avhandling presenterar en holistisk studie av EMF-exponering i moderna antennsystem, vilket underlättar förbättringar av RF-enheters kommunikationsprestanda samtidigt som kraven för EMF-exponering uppfylls. Avhandlingen omfattar omfattande studier, från en utvärderingsprocess till EMF-lösningar för inomhusbasstationer under 6 GHz, samt tidig forskning för utrustning i frekvensområdena FR2 (Frequency Range 2) och FR3.
För inomhusbasstationer (BS) under 6 GHz görs två huvudsakliga bidrag. För det första fastställs ett holistiskt utvärderingsramverk för att bedöma effektrelaterad multiplexeringseffektivitet, med hänsyn till antennens strålningsegenskaper, inomhusutbredningsscenarier och den effektreducering som följer av att säkerställa EMF-efterlevnad på alla avstånd från enheten (dvs. efterlevnad vid beröring). Det föreslagna utvärderingsramverket ger antenndesigners en värdefull grund för att jämföra och optimera MIMO-antennsystem, samtidigt som man beaktar efterlevnad av specifik absorptionsnivå (SAR) vid beröring och olika utbyggnadsscenarier för inomhusbasstationer. För det andra utvecklas passiva och aktiva EMF-lösningar för att uppnå förbättrad kommunikationsprestanda samtidigt som efterlevnad vid beröring säkerställs. När det gäller passiva konstruktioner föreslås två antenner, däribland en specialutformad monopolantenn och en patchantenn. Dessa konstruktioner sprider ut SAR-fördelningarna och sänker därmed de maximala SAR-nivåerna, vilket möjliggör efterlevnad vid beröring för inomhusbasstationer utan effektreducering. Därutöver föreslås en ny aktiv EMF-lösning genom att återanvända kommunikationsantennen som en närhetssensor. Genom att detektera mänsklig närhet via variationer i antennens reflektionskoefficient kan basstationen bibehålla hög sändningseffekt under normal drift och endast aktivera effektregleringsmekanismer när en människokropp beträder EMF-skyddszonen.
I takt med att 6G-system kan skifta mot FR2- och FR3-banden, där exponeringsmåtten är absorberad effekttäthet (APD) och infallande effekttäthet (IPD), görs ytterligare tre bidrag. För det första genomförs en omfattande genomgång av toppmoderna bedömningsmetoder för IPD och APD. Syftet är att identifiera öppna utmaningar och potentiella framtida riktningar för korrekt bedömning av EMF-exponering. För det andra föreslås ett nytt metaytebaserat konformt mänskligt fantom, med potential att fungera som en ny mätutrustning för EMF-bedömning. Slutligen genomförs en analys av konsekvenserna av APD-gränser för 6G-användarutrustning (UE), vilket fastställer riktmärken för systemdesign, såsom maximalt tillåten sändningseffekt och nivåer för ekvivalent isotropiskt utstrålad effekt (EIRP), för både enkel- och dubbelantennsystem inom spektrumet 6–15 GHz.
Sammanfattningsvis bidrar denna avhandling med en uppsättning verktyg relaterade till EMF-exponeringsforskning. Arbetet bidrar även till framtida enhetsutveckling för FR2/3 och utrustning för EMF-bedömning.