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移动电话近区场电磁辐射规律及防护措施研究

作　者: 马树宝
导　师: 吴超
学　校: 中南大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 电磁辐射近区场功率比吸收率(SAR) 时域有限差分法(FDTD) 电磁防护
分类号: X591
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着科学技术的迅猛发展和人们生活水平的大幅提高,移动电话(手机)等移动通讯设备的持有量急剧增加,已成为当今社会中一种大众化信息交换工具。与此同时,在安全、健康、环保受到人类强烈关注的今天,手机电磁辐射是否对人体、电气设备构成危害,也自然成为人们关注的焦点。手机作为小功率的收发射机,在被操作时,由于天线距离人头较近,头部处于近区感应和电磁辐射范围之内,操作时不可避免地受到电磁辐射影响,足够强的微波辐射则可会对人体组织产生致热或非致热效应,从而构成对人体的潜在危害,而且手机放射的高频电磁波对电气设备也会有干扰与破坏作用。因此,研究移动电话近区场电磁辐射规律,并提出切实可行的电磁防护措施是安全学科的重要课题,对开发绿色、健康移动通讯设备具有指导意义。本文在广泛查阅国内外文献和系统总结前人研究成果的基础上,从手机实际应用环境的电磁辐射着手,设计实验步骤,对手机近区场空间的电磁辐射进行测试。依据时域有限差分法(FDTD),运用模拟计算软件,建立手机辐射电磁模型和人体的生物电磁模型,对人头内部的电场强度与各组织的比吸收率(SAR)进行模拟计算。最后依据得出的结论,提出电磁防护措施。本文的主要研究内容和成果总结如下：(1)在查阅大量最新中外文献的基础上,对手机电磁辐射的研究背景,危害、辐射与人体的耦合机制、计量标准与防护措施等研究现状,进行了系统的总结。在此基础上,提出以实验为主,数值计算为辅,最终提出防护方法的研究思路。(2)介绍了与研究课题相关的背景理论,包括电磁学基本理论,电磁辐射原理以及电磁场区划分等,并全面的总结和分析了目前进行电磁分析的一些方法,即实验法、解析法和数值法,对其进行了比较分析,详细介绍了时域有限差分法的基本原理、分析过程及优势。对电磁学的生物效应的的基本机理及电磁辐射计量学参数进行论述。(3)利用实验室现有设备,设计了手机近区场电磁辐射实验方案,并依据该实验方案对手机辐射近区场及其影响因素进行了详细测试。对测量数据从时空两个方向进行分析,并建立手机近区场的空间等值线图。从中得出手机辐射在实际使用过程中的近区场规律是非常复杂的。(4)建里手机天线、手机外壳和人体头部模型,运用FDTD算法对手机与人头的相互作用进行模拟计算。一方面得出的近区场电场强度规律与实验结论相互比较验证,另一方面模拟电磁辐射对人头的影响。(5)依据前文研究结论,检索相关文献,提出了改进手机天线结构、距离防护、应用电磁屏蔽技术和其他相关措施的结论。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-21
  1.1 课题的研究背景  10
  1.2 课题研究的目的及意义  10-11
  1.3 移动电话电磁辐射研究现状  11-18
    1.3.1 移动电话电磁辐射危害研究  11-14
    1.3.2 移动电话电磁辐射与人体的耦合机制研究  14-15
    1.3.3 移动电话电磁辐射的安全剂量与标准研究  15-18
    1.3.4 移动电话电磁辐射防护与管理研究  18
  1.4 论文的研究内容、方法及技术路线  18-21
    1.4.1 研究的主要内容  18-19
    1.4.2 研究方法  19
    1.4.3 研究技术路线  19-21
第二章电磁辐射基本理论及生物学效应  21-38
  2.1 电磁辐射的基本知识  21-24
    2.1.1 麦克斯韦方程  21-22
    2.1.2 电磁辐射的原理  22
    2.1.3 电磁辐射场区的划分  22-24
  2.2 电磁场分析方法  24-29
    2.2.1 实验法  24-26
    2.2.2 解析法  26-28
    2.2.3 数值法  28-29
  2.3 时域有限差分法  29-33
    2.3.1 时域有限差分法简介  29-31
    2.3.2 时域有限差分法的优势  31
    2.3.3 时域有限差分法计算SAR的一般步骤  31-33
  2.4 电磁场生物效应概述  33-36
    2.4.1 生物组织的电磁特性  33-35
    2.4.2 电磁辐射计量学参数  35-36
  2.5 本章小结  36-38
第三章移动电话近区场电磁辐射规律实验研究  38-58
  3.1 移动电话近区场电磁辐射实验研究综述  38-40
    3.1.1 移动电话电磁辐射实验设备  38-39
    3.1.2 移动电话电磁辐射实验环境  39-40
    3.1.3 移动电话电磁辐射实验方法  40
  3.2 实验方案  40-45
    3.2.1 实验器材  41-43
    3.2.2 实验步骤  43-45
  3.3 实验数据分析  45-57
    3.3.1 移动电话近区场电磁辐射测量数据  45-50
    3.3.2 移动电话近区场电磁辐射影响因素分析  50-52
    3.3.3 移动电话近区场电磁辐射等值线图绘制  52-57
  3.4 本章小结  57-58
第四章移动电话与人体相互作用的模拟计算  58-71
  4.1 仿真模型的建立  58-60
    4.1.1 移动电话模型的建立  58-59
    4.1.2 人头模型的建立  59-60
  4.2 移动电话与人体相互作用的FDTD分析  60-69
    4.2.1 计算参数的设定  61-64
    4.2.2 移动电话与手机相互作用的模拟计算  64-69
  4.3 模拟仿真与实验结果比较  69-70
    4.3.1 电场强度E与比吸收率SAR的比较  69-70
    4.3.2 模拟仿真与实验结论原因分析  70
  4.4 本章小结  70-71
第五章移动电话电磁辐射防护措施研究  71-82
  5.1 改进移动电话天线结构  71-73
    5.1.1 移动电话天线类型  71-73
    5.1.2 移动电话天线辐射比较  73
  5.2 距离防护  73-74
  5.3 电磁屏蔽防护技术  74-78
    5.3.1 电磁屏蔽的基本原理  74-76
    5.3.2 电磁屏蔽材料  76-78
  5.4 其它防护措施  78-81
    5.4.1 "左手材料"技术  78
    5.4.2 滤波防护技术  78-79
    5.4.3 电磁吸波材料防护  79-80
    5.4.4 个人电磁防护产品  80-81
  5.5 本章小结  81-82
第六章结论与展望  82-84
  6.1 本论文主要结论  82
  6.2 论文的主要创新点  82-83
  6.3 论文有待进一步研究的内容  83-84
附录  84-98
参考文献  98-104
致谢  104-105
攻读学位期间主要的研究成果  105

移动电话近区场电磁辐射规律及防护措施研究

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