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自然使用下手机对人体头部电磁辐射的SAR计算

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第一章 前言

1.1选题背景

1.1.1电磁辐射对人体的影响

1.1.2生物电磁剂量学

1.2计算电磁学在生物电磁学中的应用

1.2.1计算电磁学

1.2.2生物电磁学中的电磁场计算方法

1.3本文主要工作内容

1.3.1工作背景

1.3.2本文工作内容

第二章时域有限差分法

2.1时域有限差分法概述

2.1.1 Yee元网格的介绍

2.1.2 Maxwell方程的有限差分表示

2.2数值色散及稳定性条件

2.3 PML吸收边界条件

2.4激励源

2.4.1硬源和软源

2.4.2电流源

2.5本章小结

第三章 人体模型和手机模型的建立

3.1引言

3.2本文所用人体模型的建立

3.2.1人体结构模型的建立

3.3天线模型

3.3.1单极子天线模型

3.3.2单极子天线的场强分析

3.4天线相对于人体头部的角度旋转

3.5本章小结

第四章手机不同角度使用下对头部的辐射计算

4.1计算软件与网格划分

4.2计算结果

4.2.1直板手机计算结果

4.2.2滑盖手机计算结果

4.2.3翻盖手机计算结果

4.3各类手机计算结果对比讨论

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2进一步研究的建议

致谢

参考文献

研究生期间发表文章

附录A

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摘要

本文利用电磁场时域有限差分(FDTD)方法计算了单极子天线手机辐射下头部的比吸收率(SAR)分布。首先我们选择了传统FDTD方法和具有很好效果的各向异性介质完全匹配层(UPML)吸收边界条件,计算了单极子天线不同的使用位置和角度情况下,900 MHz,0.6 W连续正弦波辐射下,天线在自然使用中导致的头部各种组织的SAR随角度变化的数值变化的情况。 对人体结构和其电磁模型的建立,基于医学解剖图,得到不同层次的解剖图,再采用在900 MHz下的各种组织的电磁参数建立人体的电磁模型。手机模型参照三星手机的尺寸,建立单极子天线模型,采用电场激励源置于手机表面天线所在位置建立手机的电磁模型。网格采用了可变化的网格划分法,人体头部模型和手的模型,采用3.6 mm网格尺寸,手机模型以及手机的6个外向拓延方向(向头部的方向外延50 mm,其他5个方向外延25 mm)的区域采用1 mm的网格划分,这样有利于提高计算精度和节省计算所需的计算机内存和计算时间。 为了精确模拟手机在自然使用中的情况,编制了三自由度建模算法,用于设定天线与人体的相对位置和角度。 利用XFDTD计算软件,计算了天线相对头部张角为0°,5°,10°,15°和20°,倾角从35°到65°连续变化下头部各种组织的SAR分布。在900 MHz,0.6 W功率辐射下,头部皮肤和大脑灰质的最大1g平均SAR为21.8 W/Kg和1.69 W/Kg,头部皮肤和大脑灰质的最大10 g平均SAR为6.85 W/Kg和0.55 W/Kg。这些结果都在安全范围内(ANSI/IEEEC95.1),但在手机发射功率更高的情况下有可能超过安全标准阈值。

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