Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы контроля и определения состава веществ

Диссертационная работа:

Адел Зин Елдин Мохамед Моусса. Контроль параметров мобильных средств связи по распределению удельной массовой мощности поглощения излучения телом человека : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.13, 05.12.07. - Казань, 2005. - 151 с. : ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6

Глава 1

Модели антенн мобильного телефона, человеческого тела и их взаимодействия 1-1 Антенны для сотовых телефонов 11

1-1-1 Антенна как излучатель 11

1-1-2 Антенны как электрический компонент 16

1-1-3 Вибраторные антенны 18

1-1-4 Антенны монополи 21

1-1-5 Встроенные антенны 21

1-2 Модели человеческого тела 23

1-3 SAR и плотность тока 27

1-3-1 Международные соглашения 28

1-3-2 Нормы SAR 29

1- 4 Влияние излучения на человека 30

Выводы 37

Глава 2

Численные методы электродинамики

2-1 Уравнения электромагнитного поля 38

2-2 Численные методы 39

2-2-1 Метод пошагового прдвижения во времени (FDTD) 40

2-2-1-1 Введение 40

2-2-1-2 Уравнения Максвелла для FDTD Метода 41

2-2-1-3 Алгоритм Ии 42

2-2-1-4 Основные принципы FDTD 44

2-2-1-5 Источники 45

2-2-1-6 Граничные и начальные условия 46

2-2-2 Метод моментов 47

2-2-2-1 Введение 47

2-2-2-2 Основы метода моментов 48

2-2-2-3 Базисные функции 49

2-2-2-4 Весовые функции 50

2-2-3 Метод конечных элементов 50

2-2-3-1 Введение 50

2-2-3-2 Аппроксимация конечными элементами тел сложной геометрии 51

2-2-3-3 Элементы конечного приближения 54

2-2-3-4 Глобальная матрица , этап решения и применение для систем с большим числом степеней свобод 56

2-2-4 Метод интегральных уравнений 56

2-2-4-1 Скалярные интегральные уравнения 56

2-2-4-2 Интегральные векторные уравнения 59

2-2-5 Метод граничных элементов 60

2-2-5-1 Введение 60

2-2-5-2 Теоретические формулировки метода граничных элементов 62

2-2-6 Методов вспомогательных источников 63

2-2-6-1 Введение 63

2-2-6-2 Теоретическая формулировка 63

Глава 3

Вычисление SAR с помощью моделирования головы человека в виде сферы

3-1 Введение 67

3-2 Часть 1 68

Метод вспомогательных источников для вычисления SAR с помощью моделирования головы человека в виде сферы.

3-2-1 Теоретическая формулировка 68

3-2-2 Удельная массовая мощность поглощения 72

3-2-3 Результаты и выводы 73

3-3 Часть 2 75

Метод вспомогательных источников с применением новой формулы вспомогательного ПОЛЯ.

3-3-1 Введение 75

3-3-2 Теоретическая формулировка 75

3-3-3 Результаты и выводы 76

3-4 Часть 3 79

Применение программы FEKO к однородной сфере, моделирующей человеческую голову.

3-4-1 Программа FEKO 79

3-4-2 Представление диэлектрических и магнитных тел в FEKO 79

3-4-3 Процедура моделирования и описание программы 81

3-4-4 Результаты применения программы FEKO 83

3-4-5 Связь между результатами МВИ и FEKO 88

Глава 4 Применение FEKO программы для анализа распределения SAR в модели головы человека на частотах 900 и 1800 МГЦ от антенны мобильного телефона

4-1 Введение 91

4-1-1 SAR 91

4-1-2 Численное и имитационное моделирование 93

4-1-2-1 Способы моделирования 93

4-1-2-2 Электрофизические свойства тканей тела человека 94

4-1-3 FEKO моделирование 95

4-2 Часть 1 96

Анализ распределения SAR в модели тела человека при использовании цилиндрической дипольной антенны на частоте 900МГц

4-2-1 Модель человеческого тела 96

4-2-2 Результаты 97

4-3 Часть 2 102

Применение FEKO программы для анализа распределения SAR в модели головы человека на частотах 900 и 1800 МГЦ от антенны мобильного телефона

4-3-1 Модель головы человека 102

4-3-2 SAR при различных положениях мобильного телефона 103

4-3-3 Результаты 104

Глава 5

Проектирование полосковой антенны

5-1 Введение 114

5-2 Методика проектирования полосковой антенны 117

5-2-1 Выбор ширины и длины полоска 117

5-2-2 Выбор подложки 119

5-2-3 Возбуждение антенны 120

5-2-3-1 Полосковая линия 120

5-3 Согласование полосковой антенны 123

5-3-1 Согласование четвертьволновым трансформатором 123

5-3-2 Согласование подбором точки питания 124

5-4 Результаты проектирования 126

5-5 Результата моделирования 129

Заключение 135

Спиок Литературы 136

Обозначения 144

Рисунки 146

Таблицы 151 

Введение к работе:

В настоящее время в связи с широким повсеместным распространением мобильных средств связи возрастает беспокойство о возможной опасности для здоровья создаваемого ими электромагнитного излучения. Это стимулирует интенсивные исследования, ориентированные на выявление опасных факторов излучения. До настоящего времени основным эффектом воздействия на ткани и органы человека считается электротепловой, когда в проводящих средах энергия электромагнитного поля преобразуется в тепло джоулевых потерь. Однако все чаще отмечается негативное влияние на здоровье человека даже малых уровней электромагнитного излучения, которые могут накладываться на естественные управляющие биологические поля мозга и нервной системы. С другой стороны они могут вызвать недопустимо высокое поглощение в малых участках тканей и отдельных клетках с аномально высокой проводимостью, потенциально приводящее к перерождению клеток.

Важной проблемой становится контроль именно распределений электромагнитных полей, а не только их пиковых значений. Этот контроль призван решать две взаимосвязанные задачи:

- задача контроля удельной мощности поглощения в теле человека с целью непревышения установленных норм,

- задача контроля параметров мобильных средств связи, как изделий электронной техники, с тем, чтобы они удовлетворяли сертификационным требованиям.

Средства контроля должны быть неинвазивными (невозможно непосредственно измерять поле внутри человеческого тела или отдельных органах) и неискажающими (внесение измерительных зондов в ближнее поле мобильных телефонов изменяет их параметры).

Т. о. рассматриваемые задачи контроля должны решаться на основе косвенных измерений - измерений амплитудно-фазовых распределений полей на достаточном удалении от исследуемого объекта с помощью существующей приборной базы (измерители ИПМ-101, ПОЛЕ-3 и т. д.). Основная нагрузка ложится на последующую обработку результатов измерений на основе математического моделирования. Такое положение типично для современных методов контроля (компьютерная томография, геоэлектроразведка и т. п.), когда математическое моделирование, основанное на численных методах прикладной электродинамики, становится полновесным средством контроля.

По поглощению энергии весь спектр может быть разделен на четыре диапазона частот:

• Частоты приблизительно от 100 кГц до 20 МГц образуют диапазон, в котором поглощение имеет место преимущественно в наиболее малых сечениях тела человека и этот эффект наиболее выражен на нижней границе диапазона и существенное поглощение может произойти в шее и ногах.

• Частоты в диапазоне приблизительно от 20 МГц до 300 МГц вызывают интенсивное поглощение во всем теле, и еще большее поглощение имеет место ( например, в голове) при возникновении местных резонансных явлений.

• Частоты в диапазоне приблизительно от 300 МГц до нескольких ГГц, на которых происходит значительнее местное, неоднородное поглощение;

• Частоты порядка 10 ГГц, на которых поглощение энергии происходит прежде всего в поверхности тела или органа.

Частоты средств мобильной связи лежат в третьем диапазоне, для которого характерно то обстоятельство, что электрические размеры тела человека и его органов достаточно велики и составляют от единиц до нескольких десятков длин волн, что уже не позволяет использовать статические и квазистатические модели. Вместе с тем эти размеры еще недостаточно велики, чтобы воспользоваться методами физической оптики в чисто виде. Это именно та область, где необходимо использовать строгие электродинамические методы во всей их сложности.

Ввиду особой важности рассматриваемой проблемы и невозможности проведения экспериментов непосредственно на человеке необходима высокая надежность прогнозирования. Имеющиеся на сегодняшний день теоретические, численные результаты, результаты экспериментов на физических моделях требуют верификации не только в рамках отдельного метода, но и путем сопоставления численных решений, полученных различными методами, между собой и с результатами физического моделирования. Математическое моделирование, как средство контроля, само требует объективной оценки точности для каждого метода применительно к рассматриваемым задачам с учетом конкретного диапазона размеров и электрофизических параметров.

Немаловажным представляется то, что применяемые антенны должны обладать малой Щ реактивностью и иметь хорошее согласование с генератором. Большой уровень колебательной мощности поля ближней зоны способствует повышению уровня поглощения. Поэтому исследованиям режимов работы и импеданса передающих антенн также должно быть уделено достаточное внимание.

Цель данной работы состоит в повышении достоверности контроля и прогнозирования распределения и уровней полей и удельной массовой поглощаемой ф мощности в теле человека в целом и его отдельных органах, контроля параметров антенн мобильных средств связи. Предметом исследования является взаимодействие между антенной мобильного телефона и человеческим телом.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Вычисление внутреннего электрического поля в сферической модели головы человека методом вспомогательных источников, позволяющим контролировать точность решения, и с помощью программы электромагнитного моделирования FEKO g, и путем сравнения полученных решений, осуществление настройки параметров программы FEKO ( размеров граничных элементов, размерности аппроксимации) для рассматриваемого в работе круга задач.

2. Вычисление распределения удельной массовой мощности поглощения (SAR) в неоднородной двухкомпонентной модели человеческого тела с учетом реальной м геометрической формы и электрофизических параметров области головы и шеи и области туловища и рук.

3. Вычисление распределения SAR в однородной модели головы человека с учетом реальной геометрической формы на частотах 900 МГц и 1800 МГц.

4. Разработка методики проектирования встроенной полосковой антенны, обладающей наименьшим уровнем SAR среди антенн, используемых в мобильных т телефонах

Содержание диссертации.

Материал диссертационной работы разбит на пять глав.

Первая глава содержит аналитический обзор различных подходов к моделированию антенн и человеческого тела, оценок предельно допустимых значений SAR и данные о воздействии на человека электромагнитного излучения. На основании Щ обзора обосновываются предмет, цель и задачи предпринятого исследования.

Вторая глава посвящена краткому обзору различных численных методов, используемых при моделировании электромагнитных процессов и обоснованию выбора в качестве орудия исследования метода вспомогательных источников, метода пошагового продвижения во времени, программы численного электромагнитного моделирования FEKO.

(ф Третья глава содержит следующие оригинальные результаты работы.

В первой части этой главы исследуется распределение электромагнитного поля и SAR в модели головы человека в виде возбуждаемой цилиндрической дипольной антенной однородной сферы из материала, соответствующего свойствам мозговой ткани, на частоте 900 МГц. Для решения задачи с используется метод вспомогательных источников по обычной схеме, когда внутреннее поле аппроксимируется суммой полей источников, размещенных во внешней области.

Во второй части для решения той же задачи реализовывается новая схема метода вспомогательных источников, предложенная Каркашидзе Д. и Заридзе Р., с представлением внутреннего поля в виде суперпозиции стоячих сферических волн с центрами непосредственно внутри области, что позволяет снизить размерность задачи при той же точности решения. Одновременно, высокое совпадение результатов, полученных при разных представлениях решения, свидетельствует об эффективности и надежности метода.

В третьей части главы поставленная задача решается с помощью программы электромагнитного моделирования FEKO. Проводится сопоставление с методом вспомогательных источников, подтверждающее надежность программы FEKO, как инструмента для исследования, выбираются параметры программы (размеры треугольных элементов, размерность аппроксимации).

Четвертая глава занимает в работе центральное место и содержит наиболее важные результаты. Она состоит из двух частей.

В первой ее части моделируется половина человеческого тела, возбуждаемого цилиндрической дипольной антенной на частоте 900 МГц с мощностью излучения 0.12 Вт. Человеческое тело рассматривается с учетом реальной геометрической формы, как неоднородное, двухкомпонентное. Области туловища и рук приписываются свойства мышечной ткани, а области головы и шеи - мозговой ткани.

Во второй части главы моделируется человеческая голова реальной геометрии, возбуждаемая антенной мобильного телефона в виде монопольной антенны с частотами излучения 900 и 1800 МГц и излучаемой мощностью 0.32 Вт. Модель головы однородна и состоит из материала со свойствами мозговой ткани.

Полученные результаты расчетов SAR сопоставляются с требованиями международных стандартов.

Выявляется зависимость предельных значений SAR от вида используемой антенны и необходимость методики проектирования нерезонансной согласованной антенны.

Пятая глава посвящена методике проектирования полосковых антенн с высоким уровнем согласования на основе моделирования с помощью метода пошагового продвижения во времени (FDTD).

В заключении приведены основные результаты и выводы диссертационной работы.

Подобные работы
Пастухова Елена Ивановна
Совершенствование средств контроля параметров удара за счет выбора рациональных характеристик датчика скорости
Булкин Владислав Венедиктович
Пассивно-активные радиотехнические средства контроля метеорологических параметров природной среды
Боднарь Олег Борисович
Методы и средства неразрушающего контроля параметров твердофазной диффузии
Щеников Ярослав Алексеевич
Метод и технические средства активного контроля параметров электрохимического процесса обработки воды ионами серебра
Колмаков Алексей Васильевич
Разработка методов и средств активного контроля геометрических параметров вкладышей подшипников скольжения
Курт Виктор Иванович
Аппаратно-методический комплекс метрологического обеспечения средств измерений и контроля параметров тепловизионных приборов
Хан Валерий Витальевич
Технические и алгоритмические средства повышения эффективности многоуровневого контроля датчиков технологических параметров
Савельев Сергей Николаевич
Метод и средство экспресс-контроля железобетонных конструкций по амплитудно-временным параметрам затухающих колебаний
Роженцов Валерий Витальевич
Методы и средства контроля функционального состояния человека на основе временных характеристик зрительного анализатора
Барбар Юрий Алексеевич
Измерительный комплекс контроля параметров микроклимата

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net