手機輻射論文輻射論文

1、手機輻射論文輻射論文基于矩量法的手機天線輻射的研究摘 要基于矩量法,分析了三維各向同性介質(zhì)的散射問題。并以此為基礎,研究了反映各向同性介質(zhì)在電磁場下熱效應的參數(shù)-比吸收率(SAR)。針對實際手機使用中的輻射問題,給出了一個簡單模型下的SAR數(shù)值仿真結果,并與IEEE標準作了比較,提出了具體的安全距離建議。最后,比較了矩量法,時域有限差分法,有限元法在手機天線輻射研究中的優(yōu)缺點。 關鍵詞矩量法手機天線SAR 中圖分類號TN9 文獻標識碼A 文章編號1007-9416(2009)08-0120-02 Research on MoM based cell phone antenna's ra

2、diation Long Zheng1,Chen Yun1,Yang Jun2 (1.College of Photo-Electronic Engineering, Chongqing University of Post & Telecommunications, Chongqing 400065,2. Jiangsu Posts & Telecommunications Planning and Designing Institute Co., Ltd 210036) Abstract3-D isotropic medium's scattering proble

3、ms is analyzed based on MoM, and SAR which is typically character of isotropic medium's thermal effect under electromagnetic field is also studied.For the radiation problem of cell phone in real life, a SAR simulation result is given based on a simple model, and is compared with the IEEE standar

4、ds.A safety distance between cell phone and brain is suggested.Finally,MoM,FDTD & FEM which are used in radiation problem of cell phone's antenna are compared. Key wordsMoMcell phoneantennaSAR 0 引言* 對于人們暴露在無線電射頻輻射下的關注已經(jīng)不是一個新問題了。新標準和測試方法的提出,其主要目的是確保射頻設備的安全性。為此,電磁輻射暴露限值(SAR值)的概念已提出好幾年了,SAR值被定義

5、為人體組織單位質(zhì)量,單位時間吸收的電磁輻射能量,單位是w/kg。SAR可分為局部SAR和平均SAR。局部SAR可表示為。為電導率,為密度。以上各式可見,場強分布是SAR評估的基礎。從射頻安全的觀點來看,RF的熱輻射更為引起人們的關注。 1 電磁輻射標準 通常,商用手機的電磁輻射采用針對普通公眾的“非受控”電磁環(huán)境下的輻射限值來約束。專業(yè)射頻通信網(wǎng)絡設備的輻射則采用“受控”電磁環(huán)境下的輻射限值來約束。最基本的電磁輻射限值是,適用于受控環(huán)境的、任意6分鐘全身平均的SAR限值0.4w/kg (IEEE 1982、IEEE 1992、CENELEC 1995、ICNIRP 1998)。在非受控環(huán)境下全

6、身平均的SAR應小于0.08w/kg。只要6分鐘平均SAR不超過給定的限值,SAR可以短時間地超過上述限值。關鍵是,使用者頭部的局部SAR必須得到限制,以防止頭部的局部升溫。局部最大SAR值如表1所示。表中的值適用于頭部和軀干。對于四肢來說,局部SAR值可以是這些值的兩倍。可見,最大SAR在8w/kg-10w/1kg之間變化。 2 近區(qū)散射場的計算 由等效電流產(chǎn)生的近區(qū)磁場為 由上面兩式可以數(shù)值計算出由等效電流分布產(chǎn)生的空間中任一點的場強,對于等效磁流產(chǎn)生的近區(qū)場的表達式,可由對偶原理方便的獲得。 3 SAR的計算 3.1 激勵源的設置 本文的天線采用半波偶極子天線,輻射電阻73。直接在饋電處

7、饋入900MHz,600mW的輸入功率 3.2 網(wǎng)格剖分 將人腦近似為一半徑15cm的均勻介質(zhì)球,剖分為480個平面貼片三角(三角形最長邊長)。為了與劑量學實測數(shù)據(jù)相比較,采用表4.1中的人體頭部等效組織的介電常數(shù),即。 4 數(shù)值計算結果與分析 由于局部SAR差別很大,所以它比平均SAR更能說明輻射場對人的頭部的影響。參照IEEEC95.11992的限值規(guī)定:“對公眾照射,在任意30分鐘內(nèi),人體的全身的SAR應小于80mW/kg,任意1克肌體應小于1.6W/kg。從表4.3中可以看出,手機天線距離人頭部2CM局部的SAR超過1.6W/kg,平均SAR也超過80mW/kg。距離人頭部3CM,局部

8、的SAR沒有超過1.6W/kg,但平均SAR超過80mW/kg。因此,由此仿真得出一個結論:手機天線距離人頭2CM以上,處于安全的限值以內(nèi)。 與時域有限差分法(FDTD)或者有限元法(FEM)等算法相比,矩量法在仿真人體SAR時即有自己獨特的優(yōu)點,也有相比另外兩種算法明顯的缺點。 均勻人體 對大多數(shù)的應用來說,考慮電介質(zhì)人體的非均勻特性并不是十分重要。(利用輻射方向圖,以及輸入阻抗計算)。在SAR評估中,同樣一般是用充滿了均勻液體的腔體來模擬人體大腦。因此,仿真同樣應該采用均勻的人體來使得仿真與測量環(huán)境具有可比性。利用MOM仿真均勻介質(zhì)人體時,所有的分塊將被賦予同樣的節(jié)點常數(shù)。 高非均勻人體

9、體離散技術例如時域有限差分法(FDTD)或者有限元法(FEM)對于高非均勻性的人體是最合適的,因此也是目前最常采用的方法。但是,針對天線與介質(zhì)人體之間有任意大自由空間的情況,矩量法(MOM)與有限元法(FEM)的混合算法更加合適。MOM+FEM的優(yōu)點在于矩量法MOM區(qū)域(天線)與有限元法(FEM)區(qū)域(介質(zhì)人體)之間的自由空間不必離散,這在很大程度上節(jié)省了存儲空間及運行時間。 5 結語 針對手機天線的輻射問題來看,本文所提出的這種基于矩量法的分析方法,可以較好地獲得足夠的計算精確度,由于矩量法自動滿足輻射邊界條件,不需要設置截斷邊界,對目標表面進行二維網(wǎng)格剖分,大大減小了計算量。這種分析方法不

10、僅可用于精確分析通 信信號與人體,也可用于環(huán)境間的相關電磁兼容、電磁危害問題。通信信號的EMC和電磁危害分析主要包括:環(huán)境(包括人體)對天線輻射特性的影響;輻射信號對人體的影響。對于前者,采用矩量法,可以精確高效地得出天線的輻射方向圖、近場分布、S參數(shù)等;對于后者,利用MOM+FEM,采用有限元法處理復雜的人體組織結構,在天線和人體組織邊界上應用矩量法,不需要對輻射空間進行網(wǎng)格劃分就可以精確分析SAR和組織內(nèi)近場分布。 參考文獻 2 韓宇南,呂英華,張金玲,張洪欣. 藍牙平面倒F天線輻射對人體比吸收率仿真,電波科學學報,Vo1.23,No.2,Apri1,2008. 3 P Bernardi, M Cavagnaro, S Pisa, E Piuzzi, "SAR distribution and temperature increase in an anatomical model of the human eye exposed to the field radiated by the user antenna in a w