基于HFSS的手机辐射对心脏影响的动态仿真研究

摘要

近年来，随着心脏起搏器的大量使用，与起搏器相关的健康问题也引起人们的大量关注，尤其是安装起搏器的病人使用手机等通讯设备时，手机电磁辐射对病人心脏所造成的危害是其中重要的课题之一，但是，目前对其量化的测量标准还尚无定论。
　　基于此，本文应用HFSS软件将电磁场数值计算的常用方法FDTD引入到手机辐射模拟仿真计算中。首先定义了边界条件并进行了网格剖分，计算和分析了手机靠近胸腔时对于安装起搏器和未安装起搏器两种情况下人体心脏部位产生的场强和比吸收率(SAR)，并将计算结果同现有的国际卫生标准进行了比较。其次着重分析了手机靠近安装起搏器的人体前胸时，电磁波辐射对起搏器本身的电磁干扰，并得出起搏器受辐射干扰的感应电压值。
　　本文的主要内容如下:第一、将时域有限差分法作为基本算法引入到本文的仿真分析中，建立了PIFA型天线手机模型、起搏器模型、安装起搏器和未安装起搏器两种情况下人体胸腔模型。第二、计算和分析了在安装起搏器和未安装起搏器两种情况下使用手机时，心脏内的场强和比吸收率的大小和分布。第三、分析了在安装起搏器的情况下，手机电磁辐射对起搏器的感应电压值，并与国际标准值进行比较。
　　计算结果表明：天线频率越高，电场强度越小；距离手机天线越近，场强的值越大，SAR值与场强值有相同的变化趋势。未安装起搏器的情况下，手机紧贴前胸时，SAR值与国际标准值极其接近，但并未超过；安装了起搏器后，其SAR的最大值几乎是没有安装起搏器时的2倍，此时手机产生的电磁影响使得SAR值超过了国际标准所规定的数值，当把手机拿离人体前胸超过14cm时，手机不会对心脏产生影响。在电磁干扰方面，安装心脏起搏器后，当手机靠近前胸，起搏器外壳与导线之间的连接器会产生感应电压，手机紧贴前胸时，感应电压严重超出临界值，此时，起搏器会受到电磁辐射的干扰，继而影响心脏性能，为了安全起见，将手机拿离人体前胸约16cm处，此时感应电压接近0，手机辐射不会对起搏器造成干扰影响。

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第一章 绪论

§1-1 当前研究背景

§1-2 国内外的研究状况

§1-3 本文的主要内容

第二章 FDTD在电磁仿真计算中的应用

§2-1 时域有限差分法的原理简介

§2-2吸收边界条件

§2-3 HFSS仿真软件的介绍

§2-4 本章小结

第三章 手机、起搏器和人体胸腔电磁模型的建立

§3-1 手机辐射电磁模型

§3-2 心脏起搏器电磁模型

§3-3人体仿真模型

§3-4手机放置位置

§3-5 本章小结

第四章 手机辐射对心脏影响的研究

§4-1 计算参数的设定

§4-2 手机辐射对心脏的SAR模拟仿真

§4-3 本章小结

第五章 手机辐射对心脏起搏器的电磁干扰

§5-1 计算参数的设定

§5-2 手机对起搏器的电磁仿真

§5-3 本章小结

第六章 总结和展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果