Human Safety Assessment for a 4 × 8 Array Antenna Used for Wireless Power Transfer at 2.4 GHz

2.4 GHz의 무선전력전송에 사용되는 4 × 8 배열 안테나에 대한 인체안전성평가

Wireless Power Transfer(WPT) of array antenna applied to beam-forming techniques enables highly efficient WPT when transmitters and receivers are not contacting and even when they are separated. However, this WPT method is possible to use only when human safety restriction by distance between the transmitters and the receivers is satisfied. In the paper, a $4{\times}8$ array antenna for 2.4 GHz is modeled by simulation, then electric field intensity and 10 gram average head SAR(Specific Absorption Rate) by distance away from the array antenna inputted 1 W of 2.4 GHz sinusoidal wave at each single antenna of the array antenna for 2.4 GHz were obtained. And they were compared with human safety restriction of draft of 2018 ICNIRP(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) guidelines. As the result, power density of far field derived from the electric field intensity was $33.257W/m^2$, which satisfied with occupational human safety restriction but exceeded public's. In addition, the 10 gram average head SAR exceeded the human safety restriction.

Beam-forming 방식을 적용한 배열 안테나의 무선전력전송(WPT)은 송신기와 수신기를 접촉하지 않고 서로 떨어져도 높은 효율의 무선전력전송이 가능하다. 하지만 이 방식은 송신기와 수신기의 떨어진 거리에 따른 전자파에 대한 인체안전기준을 만족해야 사용할 수 있다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 통해 2.4 GHz용 $4{\times}8$ 배열 안테나를 모델링하고 배열 안테나의 단일 안테나에 각각 1W의 2.4 GHz 정현파를 인가하여 배열 안테나로부터 떨어진 거리에 따른 전기장 세기 및 머리에 대한 10 gram 평균 SAR (Specific Absorption Rate)를 구하였다. 그리고 이 값들과 2018 ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) 가이드라인 초안의 인체안전기준치와 비교하였다. 그 결과, 원거리장의 전기장 세기로부터 도출된 전력밀도가 $33.257W/m^2$로 직업인에 대한 전력밀도의 인체안전기준치는 만족하나 일반인에 대한 전력밀도의 인체안전기준치를 초과하였다. 10 gram 평균 SAR 또한 인체안전 기준치를 초과하였다.