CST如何仿真手机天线比吸收率(SAR)

发布时间:2021-06-24 15:19:06
 手机辐射概述


如今,手机作为信息时代的高科技通讯产品,已经进入人们工作和生活的各个领域。手机从单一的话音业务发展到了现在的视频、企业互连、数据等多种业务,满足了人们各个方面的需求,为经济工作和日常生活带来了极大的方便。


但随之而来的,移动通信的电磁辐射对人类健康的影响引起了极大的关注。其实早在移动通信的发展初期,人们就已经开始重视手机天线辐射对人体影响的研究。自从美国佛罗里达州1993年全球首宗移动电话索赔案以来,人们的身体健康是否会受到手机电磁辐射影响的问题已经受到高度重视,围绕此问题国内外学术界进行了大量艰辛的探索,但是由于应用的建模方法、数学工具和实验条件等有所不同,至今全球科学界对手机对人体健康的影响尚无定论。



当人们使用手机的时候,手机向基站发送无线电波,人体对任何一种无线电波都会有或多或少的吸收,当人的脸贴近手机进行通话时,其微波辐射将直接作用在人的头部上,当使用数据业务时,虽然人体距离设备稍远一点,但是手机此时发射的功率非常大,这就有可能改变人体的组织结构从而影响人体的健康。如果手机的微波辐射量超过了国家规定的微波卫生标准,就会对人体产生危害。40%微波将会被肌体吸收从而引起人体器官发热,但是人却毫无感觉。

研究表明,高频微波除对人的神经、血液、免疫系统及眼部等造成损害外,还对人体的生殖和胚胎发育有影响,对男性的生殖功能影响更为明显,也影响女性的内分泌功能



SAR 的概念和意义


比吸收率(SAR,Specific Absorption Rate)的仿真分析和测量是国内外探讨微波辐射的相关标准和对人体影响的主要内容。比吸收率SAR的概念最早在1953年由美国学者Schwan提出,原本只是生物剂量学中的物理量,近些年来被用来衡量电磁波对人体组织的辐射强度。比吸收率的定义是:单位时间内单位质量的生物组织所吸收或消耗的电磁功率,单位是W/Kg,也可用mW/Kg。




对于手机等家用电器的电磁辐射,很多国家和相关国际组织都制定了行业规定和标准,这些标准主要规定了人体暴露在电磁辐射下的SAR的最大限值,部分标准还给出了测试电磁辐射的方法规范。世界主要的两大手机辐射标准制定者分别为国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)和美国电气与电子工程师协会(IEEE),对标准进行了统一,2.0 W/Kg 的辐射峰值标准被大多数国家和地区采用。



手机SAR的研究方法


SAR主要的研究方法分为两种,一是通过实验测量出人体组织内的场强进而得出SAR的分布:二是通过电磁场数值仿真,计算出生物组织内SAR的分布。目前的实验测量方法主要是利用电场探针在充满等效人脑组织体液的半开放人体模型中进行三维扫描,得出人体各种组织内的场强和SAR的值。




这种测量方法的不足之处是十分耗时,而且设备昂贵,难以广泛应用。计算机的仿真技术相对于实验方法高昂的测试标准和较长的测量时间来说,有着无法相比的优势,在手机研发、终端设计以及预认证等各环节都非常适用,因此理论方法就成为最可行、最高效的方法了。其中CST软件采用时域有限积分算法,对于SAR的仿真精度和速度都具有很大优势,被手机企业广泛采用。



CST仿真手机对人体的SAR


在CST模型库中附带有手机、人头和手结构的模型,模拟用户使用手机接听电话的场景,使用时域求解器仿真手机天线对人体的SAR。手机中有六款不同的GSM、Wifi等天线,握在使用者手中,对其头部产生电磁辐射,如下图所示:



仿真频率为0-3GHz,仿真后在后处理模块将六个天线端口的结果全部合并,可观察到其总方向图,其中2.45GHz的方向图为:



在结果模板中选择SAR损耗,激励为六个端口合并,即可在2/3维结果中观察到2.45GHz下头部的SAR分布,主要集中在头部接触手机的区域:



对手机企业,可以使用自己的手机天线替换示例天线,结合CST的免费人体模型对手机天线SAR进行评估,当仿真结果合格后再进行实验测试。



慧舟软件(D&A)作为达索系统在中国区的优质合作商,一直致力于推广和支持CST解决方案,并持续不断地取得成功且被各行各业的佼佼者所采用,包括航空航天、汽车、国防、电子、医疗卫生和电信等,慧舟软件助力企业创新发展,踏上数字化转型的坦途。




-END-


慧舟软件(D&A) 电磁技术专家-李悠 撰


[返回列表]

上一篇:技术课堂丨ABAQUS Associative Interfaces 插件的安装

下一篇:技术课堂丨ABAQUS DEM沙漏模型示例