Распределение массового коэффициента поглощения (SAR) в теле человека при воздействии дипольной антенны мобильного телефона на частоте 900 МГц Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ( SAR) В ТЕЛЕ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ДИПОЛЬНОЙ АНТЕННЫ МОБИЛЬНОГО ТЕЛЕФОНА НА ЧАСТОТЕ 900 МГЦ

O.Ш. ДЛУТОВ*, АДЕЛЬ ЗИН Э.М.**

*Казанский государственный технический Университет им. А.Н. Туполева **Высший энергетический институт, Асуан, Египет

В этой статье для анализа распределения SAR в теле человека при воздействии антенны мобильного телефона используется программа FEKO. Человеческое тело рассматривается как двухкомпонентное (для первого компонента усредняются свойства мышц туловища и рук, а для второго - головы и шеи). В качестве антенны рассматривается цилиндрическая дипольная антенна с частотой излучения 900 Мгц и излучаемой мощностью 0,12 Ватт. Для численного анализа поле усредняется c дискретизацией в пределах куба массой 1 г, анализируется распределение SAR и превышение им рекомендованного стандартами FCC и ICNIRP предельного значения 1,6 Вт/кГ. В дополнение к этому для контроля рассчитан SAR при усреднении поля в пределах куба массой 10 г.

Введение

В связи с постоянным расширением использования мобильных телефонов и других средств связи были предприняты исследования взаимодействия между антенной и человеческим телом. Эти исследования актуальны по двум причинам:

1) потребность оценивать работу антенны в присутствии человеческого тела;

2) потребность оценивать уровень поглощения энергии поля с помощью так называемого параметра 8ЛК в виде поглощаемой мощности, приходящейся на единицу массы тела, чтобы оценить потенциальное влияние этого уровня на здоровье человека и привести его в соответствие с различными стандартами воздействия поля [1-3].

Высокие уровни поля, как известно, вызывают разнообразные физические эффекты в человеческом теле. Хотя относительно маленькая группа радиопользователей и техников по роду своих занятий уже давно подвергалась их воздействию в течение многих десятилетий, при массовом использовании мобильных средств связи (особенно мобильных телефонов, а с недавнего времени и других беспроводных устройств) появилась необходимость гарантировать, что эти изделия не подвергают их пользователей потенциально вредным воздействиям электромагнитного поля.

В соответствии со стремлением мирового сообщества защищать здоровье и безопасность потребителей многие правительства теперь допускают на рынок лишь те изделия, которые соответствуют ограничениям на 8ЛК [4].

© О.Ш. Даутов, Э.М. Адель Зин Проблемы энергетики, 2005, № 1-2

Численное и физическое моделирование

1. Электрические свойства тканей человеческого тела

Для моделирования электромагнитных полей в человеческом теле должны быть известны соответствующие параметры проводимости а (Сим/м) и относительной диэлектрической постоянной б г всех тканей и органов. Дополнительно необходимо исследовать и аппроксимировать зависимость этих параметров от частоты. В недавней публикации Габриэля и других авторов [5] приведены зависимости для широкого диапазона различных тканей тела, позволяющие определить свойства соответствующего материала на любой желаемой частоте. В настоящей работе для области головы и шеи принимаются значения относительной диэлектрической проницаемости 45,8 и проводимости 0,77 Сим/м, соответствующие свойствам мозговой ткани при плотности 1030 кг/м, а для области туловища и рук - параметры мышечной ткани - 55,9 и 0,97 Сим/м, соответственно, при плотности 1040 кг/м.

2. Моделирование с помощью программы РЕКО

Программа РЕКО базируется на методе моментов. Электромагнитные поля находятся предварительным вычислением электрических поверхностных токов на металлических поверхностях и эквивалентных электрических и магнитных поверхностных токов на поверхностях диэлектрических тел. Эти токи рассчитываются с помощью линейной аппроксимации в пределах каждого треугольного элемента, на которые разбиваются поверхности проводников и диэлектрических тел. Коэффициенты аппроксимирующих функций определяются из граничных условий решением системы линейных алгебраических уравнений. Найденные таким образом распределения поверхностных токов позволяют представить поле в любой точке пространства и вычислить любые интересующие параметры: ближние и дальние поля, характеристики направленности и входные импедансы антенн [6].

Результаты

Из таблицы видно, что пик 8АК, усредненный по объему массой в 1 г, составляет приблизительно 1,282162 Вт/кг, в этом случае мощность, излучаемая антенной, равна 120 мВт. Пиковая точка расположена в голове. При усреднении по объему массой в 10 г пик SAR - приблизительно 0,8561159 Вт/кг, т.е. меньше, чем при однограммовом усреднении. Это представляется естественным, потому что усреднение производится по объему в 10 раз большему, чем при однограммовом усреднении.

Таблица

Пиковые значения SAR ВТ/кг для объема ткани в форме куба массой в 1 грамм и 10 граммов

Усреднение по объему массой Голова и шея Все тело

1 грамм 1,288287 1,282162

10 граммов 0,8565737 0,8561159

На рисунках показаны модель, ближние поля и 8ЛИ в теле человека.

Рис.1. Модельчеловека

МадгнЫе (ЭАНТ оіаі) [У/кд]

Ц 0.00000

□ 0.02В62

□ 0.05324

| | 0.07Э06

0.10648 | | 013310

□ 0.15972

□ 0.18Є34

| | 0.21296

Г^| 0.23958

| |> 0.26В20

Рис.3. 8ЛК, Вт/кг

Рис.2. Ближнее электрическое поле, В/м

Рис.4. Ближнее электрическое поле, дБ

Рис.5. SAR, дБ Рис.6. Ближнее электрическое поле, В/м

Заключение

Полученные результаты показывают, что пространственный пик SAR при усреднении по однограммовому кубу и излучаемой мощности 120 мВт (самый строгий предел для плотности мощности, найденный в международных инструкциях), значительно ниже предела 1,6 Вт/кг.

Результаты показали согласие натурных экспериментов на макетах с численными экспериментами на компьютерных моделях, что дает возможность утвердить и экспериментальные результаты, и вычисления.

Показано, что пакет моделирования РЕКО, используемый в настоящей работе, адекватен в оценке взаимодействия между цилиндрической антенной диполя и моделью человеческого тела.

Summary

In this paper is used FEKO program for the analysis of SAR distribution in the human body caused by antenna of mobile phone. The human body classified into two kinds of material (average muscle properties for torso and arms and average brain properties for head and neck). The app-lied antenna is a cylinrical dipole antenna, operated at 900 MHz frequency and radiated power of 0.12 W. The purpose of numeral analisis is for calculation of 1 g average SAR on the above system, which is recommended its limit value 1.6 W/kg in FCC and ICNIPR. In addition of these results, 10 g average SAR is calculated.

Литература

1. F. Akleman & L. Sevgi, "FDTD Analysis of Human Head-Mobile Phone Interaction in Terms of SSAR Calculations and Antenna Design", Proc. of IEEE-APS Conference on Antennas & Propagation for Wireless Comm., pp. 85-88, November 2-4,1995, Waltham, MA, USA.

2. 2.L. Sevgi & S. Paker, "FDTD Based RCS Calculations and Antenna Simulations", AEU, International J. of Electronics and Commun., Vol.52, No.2, pp.65-75, March 1998.

3. V.Hombach, K. Meier, M. Burkhardt, E. Kuhn, and N. Kuster, The dependence of EM energy absorption upon human head modeling at 900 MHz. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Vol. 44(10): pp. 1865 -1873. Oct., 1996.

4. David Riley, “Standards for the Management of Potential Health Risks of EM Fields” indexsar.com.

5. C. Gabriel et al., „Compilation of the Dielectric Properties of Body Tissues at RF and

Microwave Frequencies44, http://www.brooks.af.mil/AFRL/HED/

hedr/reports/dielectric/Title/Title.html, 1999.

6. Банков С.Е., Курушин А.А. Система 3D электромагнитного моделирования FEm EDA Express.- № 8.- 2003.- С. 2 - 7.

Поступила 01.03.2005