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手持机射频辐射对人体头部产生热效应的仿真分析

作　者: 武永刚
导　师: 邢光龙
学　校: 燕山大学
专　业: 电路与系统
关键词: 时域有限差分法单极天线比吸收率近场辐射场分布
分类号: X591
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在健康问题已经成为人们关注的话题时,手持机的日益普及使得人们越来越关注其电磁辐射是否会对人体健康造成危害,电磁场数值计算方法在处理不规则形体电磁问题时的灵活性使得它在生物电磁学方面获得了广泛的应用。正是基于这两点的考虑,在本论文中希望尝试用电磁场数值计算方法—时域有限差分法和基于有限元法所开发的高频结构仿真软件(HFSS)来分析手持机天线的辐射特性和手持机天线辐射对人体头部内比吸收率(SAR)值分布的影响。本论文首先给出了比吸收率的定义和国内外电磁辐射暴露标准,通过这些内容可以使我们对比吸收率及比吸收率的限值有个大概的了解。另外还给出了SAR值的一些手持机通信设备影响因素,为后面章节的具体研究提供了思路和方向。其次,本论文中建立了一个手持机常用的天线—单极天线模型,并采用时域有限差分法分析了二维情况下单极天线的辐射特性,最后通过编程仿真出了单极天线从零时刻开始到300时间步内天线的近场范围内的电场和磁场分布图。且根据该算法的近远场变换理论计算出了天线的远场特性。仿真过程和结果表明该算法仿真速度比较快且有很高的仿真精度。最后,结合移动通信工程实际人体头部的生物电磁模型及生物组织的电磁特性,构建出了一个近似的人体头部三维模型。为了更准确的模拟头部内各层组织,该模型从外到内分为三层,分别为皮肤层、骨骼层和大脑层。本论文中给出了从建模到最后计算出结果的仿真流程。并且通过HFSS仿真软件得出了单极天线工作在835 MHz和1 800 MHz频点处,天线长度分别取二分之一和四分之一波长时头部内不同深度的SAR值,并把仿真数据和通常要求的标准做了比较。通过比较给出了频率和天线尺寸与头部内SAR值分布的关系,同时也给出了在设计天线时的几点参考意见。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
  1.3 比吸收率研究在实际中的意义  15
  1.4 本文组织结构  15-17
第2章电磁辐射暴露标准和SAR  17-24
  2.1 比吸收率(SAR)的定义  17-18
  2.2 电磁辐射暴露和SAR 的限制  18-21
  2.3 我国电磁辐射暴露标准情况  21-22
  2.4 手持无线通信设备SAR 值的影响因素  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章电磁场数值分析方法  24-43
  3.1 引言  24
  3.2 时域有限差分法  24-28
    3.2.1 标量Maxwell 方程  25-26
    3.2.2 FDTD 迭代方程  26-28
  3.3 FDTD 数值理论  28-31
    3.3.1 数值色散问题与空间步长  28-29
    3.3.2 数值稳定性与时间步长  29-31
  3.4 边界条件  31-41
    3.4.1 Mur 吸收边界条件  32-35
    3.4.2 PML 吸收边界条件  35-41
  3.5 HFSS 仿真软件  41-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章基于FDTD 单极天线辐射特性的分析  43-62
  4.1 引言  43
  4.2 天线的近场分析  43-47
    4.2.1 FDTD 设置  45-46
    4.2.2 FDTD 仿真结果  46-47
  4.3 近场-远场变换理论  47-52
    4.3.1 辐射场的计算  47-49
    4.3.2 辐射矢量  49-51
    4.3.3 等效性原理  51-52
  4.4 近场-远场变换FDTD 算法  52-56
  4.5 天线的远场分析  56-61
    4.5.1 FDTD 网格的建立  58-60
    4.5.2 近场-远场处理  60-61
    4.5.3 数值结果  61
  4.6 本章小结  61-62
第5章单极天线近场辐射SAR 仿真分析  62-73
  5.1 引言  62
  5.2 生物组织的电磁特性  62-64
  5.3 仿真模型及仿真参数设置  64-66
  5.4 利用FDTD 计算人体头部的场强和SAR 的步骤  66-69
    5.4.1 网格剖分  66
    5.4.2 时间步数和时间步长  66-67
    5.4.3 激励源的设置  67
    5.4.4 吸收边界条件  67-68
    5.4.5 计算场强和SAR  68-69
  5.5 仿真结果分析  69-71
  5.6 仿真结论  71
  5.7 本章小结  71-73
结论  73-75
参考文献  75-80
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  80-81
致谢  81-82
作者简介  82

手持机射频辐射对人体头部产生热效应的仿真分析

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