手机电磁辐射的时域有限差分法分析及应用

摘要

随着移动通信技术的发展，手机等移动通信终端设备在公众中的使用已经越来越普及。由于手机在通话过程中必然要产生一定剂量的电磁辐射，这些辐射或多或少会对人体的健康带来一定的影响。因此手机对人体的电磁辐射作用已经越来越受到公众的广泛关注。 目前，比较公认的人体电磁辐射的计量值是比吸收率SAR(SpecificAbsorptionRate)。比吸收率根据不同介质中电场强度的大小来相应的衡量电磁辐射的程度。国外对于比吸收率的研究从上世纪七十年代已经开始，目前相当一部分国家已经提出或者制定了SAR方面的标准和规范。 对于电磁辐射问题，国内外已经进行了大量的研究工作，因此，本文将从几个独特的角度对手机电磁辐射的问题进行探讨。本篇论文结合了本人在硕士研究生阶段做的一些研究工作，利用电磁场计算的常用方法时域有限差分法(FiniteDifferenceTimeDomain)对SAR进行数值模拟计算，并着重在以下几个方面展开讨论： 首先，将电磁场数值计算的常用的FDTD方法引入到SAR模拟仿真计算中，并对算法本身以及边界条件、网格划分等进行一定的改造，以更好的适应电磁辐射的计算； 其次，由于人体的各部位外形轮廓差异较大，而且各器官部位组织结构的电磁参数也不尽相同，手机电磁辐射对于人体不同部位的影响也是相差较大的。因此对手机电磁辐射作用于人体不同部位进行比较； 再次，在研究电磁辐射对人体作用的基础上，需要做到尽可能的降低手机的电磁辐射对人体的影响，本文提出了在传统手机塑料外壳材料外加镀金属层的办法，并通过计算分析效果，给相关的设计提供一定的参考； 在上述仿真计算的基础上，引入生物热传导方程及并行计算的方法，将其它学科的知识结合到电磁辐射的研究中，更好的促进手机电磁辐射的理论研究； 最后，利用现有的设备，在一定的条件下，对电磁辐射的理论计算进行验证性的实验，证明理论方法的可行性以及理论、实践的一致性。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1电磁辐射对人体的作用

§1.2比吸收率

§1.2.1比吸收率的概念

§1.2.2辐射穿透深度

§1.2.3比吸收率实验测量设备的介绍

§1.2.4国内外对比吸收率的研究

§1.2.5比吸收率行业标准介绍

第二章FDTD在SAR模拟仿真计算中的应用

§2.1时域有限差分法

§2.1.1时域有限差分法

§2.1.2数值稳定性与网格划分

§2.1.3边界条件

§2.2手机天线的建模

§2.2.1天线基本的原理

§2.2.2手机天线的设计

§2.3 SAR模拟仿真

§2.3.1网格划分的优化

§2.3.2其它需要设置的初始条件

第三章手机电磁辐射对人体不同部位影响的比较

§3.1计算模型的建立

§3.1.1仿真人体模型与等效人体模型

§3.1.2头部人体模型与躯干人体模型

§3.1.3手机的建模

§3.2数值模拟结果

§3.2.1头部模型的模拟结果

§3.2.2躯干模型的模拟结果

§3.2.3比较与分析

第四章利用手机外壳材料降低电磁辐射的可行性研究

§4.1手机模型的建模

§4.1.1平面倒F天线

§4.1.2手机与平板(人体)模型

§4.2数值计算结果

§4.2.1计算参数的选择

§4.2.2平面倒F天线模型的计算

§4.2.3SAR的分布示意图

§4.2.4 SAR的最大值

第五章生物热传导方程以及并行计算在电磁辐射研究中的应用

§5.1生物热传导方程的应用

§5.1.1生物热传导方程

§5.1.2数值离散化

§5.1.3与FDTD电磁场计算的兼容

§5.1.4计算模型

§5.1.5数值计算结果

§5.2并行计算技术的应用

§5.2.1并行计算基本理论

§5.2.2计算模型和算法的修正

§5.2.3计算效果比较

第六章手机电磁辐射的实验研究

§6.1实验测量原理

§6.1.1探针测量原理

§6.1.2测量规范

§6.2实验系统的搭建

§6.2.1实验设备

§6.2.2等效组织液与模型

§6.3简单实验的验证

§6.3.1实验内容

§6.3.2实验结果与仿真结果比较

§6.3.3人体模型温度测测量实验

第七章总结与展望

参考文献

硕士在读期间发表的论文

致谢