预期的影响扶手位置不同天线的电磁交互类型/位置和人类细胞通讯

文摘

本文旨在研究强烈的影响multipossible扶手位置的电磁(EM)交互手机天线和人类使用的时域有限差分(FDTD)方法。糖果的手机有不同的内部和外部天线位置操作GSM900, GSM1800 / DCS和UMTS / imt - 2000乐队在此模拟与绝大部分的配置以达到商用手机模型的设计。同构和异构幻影都是用来模拟人类的脑袋,然而,一个结构模型和三种不同组织的目的是模拟人类牵手一组。两个天线性能包括总各向同性敏感性(TIS)和特定吸收率(SAR)组织检查不同的建议适用的情况下,不同位置的天线,手机和手被认为是模拟。这个模拟研究确定天线的性能和SAR组织大大改变由于定位的手机用户在不同的手的头水平;在曝光的最大改变是由于观察到手机内置天线,与手机外置天线。

1。介绍

可能危害健康的细胞通讯手机由于其电磁(EM)与人类互动和的方法减少这种交互的影响出现了公众的关注。值得注意的是,在使用蜂窝手机接近头部,许多因素可能会影响电磁相互作用,其中是扶手的位置。

测量特定吸收率(SAR)在人类头部暴露在手机天线辐射,大多数标准(ieee - 1528, 50360/1, IEC 62209,还有STD-T56, FCC, ACA) (1- - - - - -7)忽略考虑使用手的模型由于各种可能的扶手位置和获得最坏的SAR值,而无需使用一只手模型。然而,手持手机天线性能有相当大的影响,可以改变根据天线类型/位置和扶手的位置。因此,它是高度显著的预测手机天线的电磁交互和人类的脑袋考虑不同可能的扶手的位置。

虽然在过去的十五年许多作家研究细胞之间的交互的电磁场辐射的手持和人头8- - - - - -23),还没有发表关于手影响EM交互在研究SAR天线性能和组织,通过考虑不同的操作频率的影响,不同的天线类型,以及不同位置的手,天线,和手机的头。

在[8- - - - - -12),用户的手被一个简单的块模型模拟,在[8),该模型由一个组织(肌肉),而在9- - - - - -12),模型包括两个组织(骨和肌肉)。在[13,14),与典型的手机拿着模型模拟与一个组织近似平均手组织相对介电常数。在[15),用户的手被一个三维解剖模型模拟与十一个组织,根据其实际几何先生获得的扫描。均匀的三维模型是用于16)来模拟用户的手,而一个现实的模型有两个组织(骨和肌肉)是用于(17]。一个简化的模型,用手抓了手机在18),手模型可以在掌握数字移动手机与外部天线。充满肌肉的薄橡胶手套使用模拟液体(14,15)进行实验测量的影响在模拟,而在19),PVC管的损耗液体充满脸颊离开位置被用来进行测量在900年和1800 MHz。在[20.- - - - - -22),有三个组织结构模型(骨骼、肌肉和皮肤)是设计用来模拟用户的手,而在23三个组织的),一个现实的模型生成和使用。

特别是在(12- - - - - -14,16,17,22,23),扶手位置的影响被认为是评估新兴市场互动和观察如下。

(1)在12),两个不同的块模型的手拿着手机在900和1800 MHz。shorted-patch天线的一个简单的模型在不同的方向在一个金属板(底盘)与3.6毫米厚度都是用来模拟手机。EM mri头之间的交互模式与六个组织和手机进行了不同的底盘的长度。天线规格和SAR在组织计算由于滑动手机在不同位置上的手。一个手机位置的头被认为是。只检查贴片天线,天线位置不同的可能被忽略了。

(2)在13同类和异类(7),组织)负责人参与计算模型的最大地方SAR组织在900和1500 MHz。典型的手模型与一个组织滑动在使用手机,手机是由一个简单的金属盒磁单极子和偶极子天线。最大的地方特别行政区头计算由于不同扶手位置和不同手机之间的距离和头部。内部天线没有检查,手机上的不同可能的天线位置没有考虑。天线性能由于手持蚀变没有了。

(3)在14),两种不同right-hand-hold位置被认为是有两个不同的手机模型(一个右磁单极子和另一个矩形贴片天线)主管脸颊位置和操作在1747 MHz。只有天线性能评价对不同天线方向,进行了实验和数值技术。玻璃纤维躯干幻影的大脑/肌肉模拟液体和一层薄薄的橡胶手套同样充满了液体被用于测量,而均匀的躯干+手幽灵是用于模拟。不同的天线位置没有检查研究。

(4)在16),三种不同right-hand-hold位置被认为是使用一个蛤壳手机左侧外置天线。基于手机类型,脸颊被认为是地位。仿真是由1880 MHz,只有手机的天线性能与特定的拟人化人体模型(SAM)检查。

(5)在17),八个right-hand-hold立场滑动手机内置天线被认为是。只有天线性能评估在925和1795 MHz没有人头参与计算。

(6)在22),两个适用的极端的牵手糖果手机与外部天线近头脸颊和倾斜位置和操作在900 MHz。工作没有考虑电磁相互作用,首先,internal-type天线,其次,可能的天线位置,第三,可能不同的操作频率,和第四,组织不均匀性的影响使用mri头模型。

(7)(23),现实的商业四波段clamshell-type手机的性能与不同外部天线是预测在不同使用模式。手机和山姆幻影的EM交互计算和测量在1880 MHz,三个不同的扶手位置在哪里检查。SAR值的组织由于考虑不同使用模式不是head-tissues不均匀性的影响以及不同的可能的天线类型/职位都被忽略了。

在这个研究中,右手结构模型和三个组织(20.- - - - - -22)旨在确定扶手位置的影响手机天线和人类之间的相互作用。异构解剖学上正确的二十个五个不同的组织模式以及均匀山姆幻影是用来模拟用户的头。

针对外部天线位置的EM交互(手机有相当大的影响20.),12个单波段手机模型有不同的天线类型/位置的设计和模拟,找出可用的商业模型设计。前面的六个模型与外部天线放置在左边,右边和操作在900年,1800年和2025 MHz,而后来的六个模型与内部天线定位在顶部和底部的手机和操作在900,1800,2025 MHz。

电磁相互作用的预测是基于评估手机天线性能包括总各向同性敏感性(TIS)以及SAR和权力在组织吸收。这两个脸颊和倾斜手机对头部的位置检查符合ieee标准1528 (1]。

所有模拟都达到900、1800和2025 MHz,代表GSM-family标准包括E-GSM900 (880 - 960 MHz), GSM1800 / DCS (1710 - 1880 MHz),和UMTS / imt - 2000 (1885 - 2200 MHz),分别。后来,2025 MHz的频率代表的传输带的上边缘imt - 2000 (1885 - 2025 MHz)也在UMTS带的范围。

2。Fdtd建模

伊的时域有限差分(FDTD)方法提出的1966年(24)是一种直接解麦克斯韦旋度方程在时间域: 在哪里和的电和磁性材料,分别;和分别是电和磁导率;和电气(E)和磁(H)字段组件的定位是25] 麦克斯韦旋度方程离散使用二阶有限差分近似等距间隔的网格空间和时间,在什么地方E和H在交替计算离散时间点上使用跨跃算法(24,25]。尽管FDTD技术有一定的局限性26),其鲁棒性,适合处理复杂问题由任意数量的子卷及其材料的一般独立成分使其比其他方法更受欢迎和最适用于EM解决平台。SEMCAD X(版本。12.4 JUNGFAU)仿真平台(27)选择模拟这些工作情况下由于其处理,功能,和特性非常详细的CAD模型以及有效的FDTD模拟高级应用程序解决。SEMCAD X是一个三维全波模拟环境基于FDTD方法。

2.1。手机模型与外部天线

手机外置天线,一个糖果手机运行速度为900 MHz (22)采用和重新设计生产六种不同的模型与左、右外置天线操作在900年,1800年,2025 MHz。左侧的手机天线将后来称为model-A1,而右侧的手机天线将称为model-A2。手机与外部天线的最大尺寸(不含天线高度)是104毫米×43毫米×16.5毫米(长×宽×厚度),而多层印刷电路板尺寸97毫米×37毫米×1毫米。

的考虑机电部分提出手机模型与外部和内部天线天线,外置天线覆盖,PCB,盾牌,LCD及其持有人,住房部分,键盘和按钮,电池和电池接触,和连接器。表1显示了介电材料参数用于模拟(22,23,26]。


部分		(S / m)

天线覆盖和衬套	2.5	0.003
印刷电路板介电	4.5	0.07
液晶玻璃	4.5	0.01
液晶介质	3所示。0	0.01
住房和覆盖	3所示。5	0.02
键盘/按钮	3所示。5	0.02
电池外壳	3所示。5	0.02

short-whip天线顶部加载小缸(21,22,28建议。15.25 nH集总元件的匹配需要在900 MHz (22),而在1800年和2025 MHz,天线调整,不考虑匹配。天线已经倾斜了减少EM与主管交流。图1显示了SEMCAD X表示model-A1天线配置采用频率及其维度,也就是说,900,1800,2025 MHz。

2.2。手机模型内部天线

提出了许多技术,使微带贴片天线(MPA)的大小适合移动通信终端。的一个有效的方法来减少贴片微带天线的大小是引入卖空销在贴片的边缘29日]。概述和调查紧凑贴片天线包括天线与做空针详细(30.]。probe-fed单身,堆叠shorted-patch天线的性能由于EM与人类的互动研究(11,12),可能不同的天线位置没有检查。

在这项工作中,使用单波段probe-fed矩形贴片天线的手机结构模型与做空板边设计。六种不同的手机模型模拟与顶部和海底贴片天线操作在不同的频率,也就是说,900,1800,2025 MHz。

手机零部件不位于相同的模型由于不同的天线位置和大小对每个不同的操作频率。图2展示了SEMCAD X手机model-B1表示,不同的部件和组件显示在不同的观点。图3显示矩形贴片天线的结构与做空盘子。塑料的使用手机触摸补丁天线,它们之间不存在气隙。最大的手机与内部贴片天线的物理尺寸是110 mm×44毫米×13毫米,而;多层印刷电路板尺寸97毫米×37毫米×1毫米。贴片天线的尺寸在900,1800,1800 MHz见图3,做空板的宽度是3.5毫米。

(一)

(b)

(c)

(d)

2.3。手的模型

手结构模型由三个组织(皮肤、肌肉和骨骼)[20.- - - - - -22)设计与两种不同的持有头寸后称为hand1 hand2。Hand1抓住降低手机的一部分,而hand2把握的上部手机。这些提议手持代表了两个适用的极端的牵手。手组织的电特性和密度表2。


手组织	900兆赫		1800兆赫		2025兆赫		(公斤/)
手组织		(S / m)		(S / m)		(S / m)	(公斤/)

手部肌肤	41.41	0.87	38.87	1.18	38.53	1.28	1100年
手的肌肉	55.03	0.94	53.55	1.34	53.26	1.47	1041年
手骨	12.45	0.14	11.78	0.28	11.64	0.31	1990年

HR-EFH组织		(S / m)		(S / m)		(S / m)	(公斤/)

空气	1.000	0.00	1.00	0.000	1.00	0.000	1.16
血管	44.78	0.70	43.34	1.07	43.06	1.18	1050年
下颌骨骨(支)	12.45	0.14	11.78	0.28	11.64	0.31	1990年
大脑灰质/	52.73	0.94	50.08	1.39	49.65	1.53	1039年
大脑白质/	38.89	0.59	37.01	0.91	36.70	1.01	1043年
小脑	49.44	1.26	46.11	1.71	45.62	1.84	1040年
Cerebro脊髓液(CSF)	68.64	2.41	67.20	2.92	66.87	3.09	1007年
耳朵(软骨)	42.65	0.78	40.22	1.29	39.70	1.44	1100年
Eye-cornea	55.24	1.39	52.77	1.86	52.34	2.00	1032年
目镜	46.57	0.79	45.35	1.15	45.10	1.26	1090年
Eye-vitreous身体	68.90	1.64	68.57	2.03	68.46	2.17	1009年
脂肪(平均渗透)	11.33	0.11	11.02	0.19	10.95	0.22	916年
颌骨(下颌骨)	12.45	0.14	11.78	0.28	11.64	0.31	1990年
乳突细胞(骨头)	5.50	0.04	5.370	0.07	5.340	0.08	980年
中脑(中脑)	45.79	0.76	43.00	1.20	43.00	1.00	1039年
肌肉	55.03	0.94	53.55	1.34	53.26	1.47	1041年
鼻腔(粘膜)	46.08	0.84	43.85	1.23	43.48	1.35	1050年
腮腺	59.68	1.04	58.14	1.50	57.81	1.65	1050年
皮肤	41.41	0.87	38.87	1.18	38.53	1.28	1100年
头骨	16.62	0.24	15.56	0.43	15.35	0.49	1645年
脊髓	32.53	0.57	30.87	0.84	30.60	0.92	1038年
脊柱	12.45	0.14	11.78	0.28	11.64	0.31	1990年
丘脑	45.79	0.76	43.00	1.20	43.00	1.00	1039年
舌头	55.27	0.94	53.57	1.37	53.23	1.51	1041年
心室(大脑)	68.64	2.41	67.20	2.92	66.87	3.09	1007年

山姆幻影材料		(S / m)		(S / m)		(S / m)	(公斤/)

山姆的头壳	5。0	0.0016	5。0	0.0016	5。0	0.0016	1030年
山姆头液体	41.5	0.97	40。0	1。4	40。0	1。4	1030年

2.4。头模型

异构的高分辨率的欧洲女性与压头(HR-EFH)模型的耳朵(31日与施密特&合作伙伴),可用工程AG (SPEAG、苏黎世、瑞士)[27),使用。这种mri模型包括121个不同的切片,切片厚度1毫米(耳地区)和3毫米和0.2毫米的横向空间分辨率。二十5个不同组织识别和他们的电气性能和密度表2。头和手组织属性设置数据库(根据材料特性和密度27和那些在32基于[],都是33]。

相比之下,一个山姆幻由不同的标准委员会(1,3- - - - - -6也用于模拟人类头上。山姆定义材料的电气性能(1,34),表中给出2。

图4展示不同的持有头寸的手机模型接近HR-EFH脸颊位置指示坐标系统,相反的声输出设置为耳机中心符合IEEE Std。1528 (1]。由于不同的天线类型/职位考虑模拟,天线之间的距离满足分和最近的head-tissue体素也不同。根据声输出在原点位置点和不同的坐标系统安排每个天线类型(图4),在天线馈电位置model-A1;在model-A2,而在model-B1;而在model-B2。

(一)

(b)

(c)

(d)

3所示。Fdtd-Grid生成和仿真参数

仿真平台SEMCAD X包含自动异构网格生成,自动适应网格到一个特定的设置。对网格分辨率最关键的部分是天线,以及PCB的薄压电陶瓷地面层(110厚度)。

使模拟手机组件FDTD网格准确,最小的空间分辨率和最大的空间分辨率在x,y,z方向选择模拟手靠近头的手机。根据案件的复杂性,一个精炼的因素(5 - 20)的评分的比例(1.2 - -1.3)用于在模拟固体区域。模拟假设稳态电压在900、1800和2025 MHz,馈点50欧姆电压源的0.5毫米物理鸿沟。吸收边界条件(abc)设置为单轴完美匹配层(UPML)模式非常高强度的厚度,在最低水平外边界吸收的是(99.9%)(27]。

表3列表的总数FDTD-grid细胞需要模拟手机模型在自由空间和手接近头在不同位置的操作在900年,1800年,2025 MHz。


FDTD-grid细胞大小(Mcells)			900兆赫		1800兆赫		2025兆赫
手机模型			A1	A2	A1	A2	A1	A2

在自由空间			0.73372	0.73372	0.47925	0.47925	0.89113	0.89113
HR-EFH	脸颊	Hand1	19.841	19.9055	18.07	18.1998	12.9027	13.1749
	脸颊	Hand2	18.513	18.7085	16.6208	16.2842	11.8514	12.3738
	倾斜	Hand1	20.7561	20.9639	19.3401	19.2665	18.9213	18.695
	倾斜	Hand2	19.6181	19.6262	17.852	17.6552	17.4448	17.4434

手机模型			B1	B2	B1	B2	B1	B2

在自由空间			1.176	1.20755	1.04378	1.22912	1.04378	1.08768
HR-EFH	脸颊	Hand1	19.4184	18.7987	19.2137	19.9362	19.0769	19.0168
	脸颊	Hand2	17.6703	17.6138	17.1771	19.0242	17.1164	18.2577
	倾斜	Hand1	21.8594	22.0785	20.9776	21.93	21.1931	21.4403
	倾斜	Hand2	20.3798	20.8524	19.0882	19.7979	19.2979	19.4936

4所示。手机和人类之间的相互作用

电磁相互作用手机天线和人力评估,首先,通过评估的影响人类的头和手手机天线性能通过计算天线参数包括输入阻抗,在dB,辐射效率、总效率,总各向同性敏感性(TIS),其次,通过评估的影响天线电磁辐射对头部和手通过计算特区和能量吸收组织。

4.1。天线性能

结果在表4显示计算包括天线参数,在数据库中,,手机模型的不同使用模式下900 MHz HR-EFH模型的存在,而表中的结果5和6显示了天线参数在1800和2025 MHz,分别。的是由在哪里代表了不匹配效率和等于图5说明了3 d手机model-A1自由空间的远场辐射方向图以及hand1接近(山姆和HR-EFH)主管脸颊位置和操作在900、1800和2025 MHz,而图6说明了3 d手机model-B1的远场辐射方向图相同的条件。在这两个数字5和6,天线喂养源位置视为天线模式坐标系统的起源,也就是说,。


参数			/ 900 MHz频率
			(欧姆)		(dB)		(%)		(%)

手机模型			A1	A2	A1	A2	A1	A2	A1	A2

没有头	在自由空间		44.5 + j0.86	44.5 + j0.86	−24.4	−24.4	77.8	77.8	77.6	77.6
	在hand1		49.2−j8.17	51.3−j9.55	−21.6	−20.5	89.8	60.3	87.2	59.8
	在hand2		78.5 + j37.4	58.36−j3.5	−9.1	−21.5	30.7	36.5	26.9	36.3
HR-EFH	脸颊	Hand1	42.7 + j4.63	42.6 + j4.27	−20.6	−20.8	18.7	21.2	18.5	21.0
	脸颊	Hand2	57.7 + j46.9	44.1 + j10.9	−7.9	−17.6	10.3	10.7	8.60	10.6
	倾斜	Hand1	48.1 + j2.25	47.0−j0.49	−30.4	−30.1	29.1	30.7	29.1	30.7
	倾斜	Hand2	66.7 + j46.7	52.2 + j10.1	−8.1	−19.9	16.2	17.1	13.6	16.9

手机模型			B1	B2	B1	B2	B1	B2	B1	B2

没有头	在自由空间		49.6 - j11.7	50.6 - j6.92	−18.7	−23.2	83.2	83.9	82.1	83.5
	在hand1		60.4 - j0.32	24.4 + j11.7	−20.5	−8.5	64.5	62.6	63.9	53.8
	在hand2		17.0 + j36.2	17.7 + j34.6	−3.8	−4.1	35.5	37.5	20.9	23.0
HR-EFH	脸颊	Hand1	57.7 - j17.5	30.1 + j13.5	−15.1	−10.6	25.5	35.6	24.7	32.5
	脸颊	Hand2	22.6 + 32.6 j	17.9 + j32.6	−5.4	−4.3	14.6	19.8	10.4	12.5
	倾斜	Hand1	57.2 - j13.4		−17.0	−10.5	37.9	44.5	37.1	40。5
	倾斜	Hand2	19.6 + j32.9	15.4 + j33.9	−4.7	−3.6	19.4	27.4	12.8	15.5


参数			/ 1800 MHz频率
			(欧姆)		(dB)		(%)		(%)

手机模型			A1	A2	A1	A2	A1	A2	A1	A2

没有头	在自由空间		38.7 + j9.92	38.7 + j9.92	−15.5	−15.5	89.8	89.8	87.3	87.3
	在hand1		38.5 + j9.07	56.2 + j0.82	−15.6	−24.6	52.2	62.1	50.8	61.9
	在hand2		98.7 + j26.4	41.7 + j5.52	−8.7	−19.3	27.8	42.4	24.8	41.9
HR-EFH	脸颊	Hand1	43.9 + j17.9	61.7 + j18.1	−14.1	−14.4	17.5	30.1	16.8	29.0
	脸颊	Hand2	106 + j47.2	45.6 + j16.3	−7.0	−15.2	9.6	20.0	7.6	19.4
	倾斜	Hand1	43.7 + j22.5	64.1 + j22.0	−12.3	−13.0	20.1	30.1	18.9	28.6
	倾斜	Hand2	106 + j50.3	44.5 + j18.2	−6.8	−14.1	11.1	19.1	8.8	18.3

手机模型			B1	B2	B1	B2	B1	B2	B1	B2

没有头	在自由空间		33.3 - j9.97	38.9 - j8.72	−12.7	−16.0	90.0	86.4	85.1	84.2
	在hand1		36.7 - j6.13	58.7 + j23.3	−15.5	−13.0	54.0	41.2	52.4	39.1
	在hand2		49.2 + j36.5	42.9 + j6.88	−9.2	−19.5	31.1	37.2	27.4	36.7
HR-EFH	脸颊	Hand1	37.9 + j7.64	61.1 + j25.5	−15.8	−12.3	22.9	22.9	22.3	21.5
	脸颊	Hand2	48.6 + j52.0	52.8 + j6.65	−6.6	−23.1	15.6	13.9	12.2	13.8
	倾斜	Hand1	32.9 - j1.25	59.3 + j24.9	−13.6	−12.5	24.4	26.5	23.3	25.0
	倾斜	Hand2	42.0 + j41.4	40.3 + j9.6	−7.6	−16.5	17.7	22.3	14.6	21。8


参数			/ 2025 MHz频率
			(欧姆)		(dB)		(%)		(%)

手机模型			A1	A2	A1	A2	A1	A2	A1	A2

没有头	在自由空间		41.8 + j12.3	41.8 + j12.3	−15.9	−15.9	92.0	92.0	89.6	89.6
	在hand1		37.6 + j11.2	49.4 + j2.06	−14.4	−33.3	55.4	65.5	53.5	65.4
	在hand2		72.4 + j28.4	36.4 + j10.1	−10.8	−14.2	32.0	46.1	29.3	44.3
HR-EFH	脸颊	Hand1	42.3 + j16.8	61.5 + j8.64	−14.1	−17.8	19.1	32.0	18.4	31.4
	脸颊	Hand2	82.8 + j40.9	45.4 + j17.0	−8.5	−14.8	10.5	19.0	9.0	18.3
	倾斜	Hand1	43.6 + j20.9	60.1 + j9.4	−12.8	−18.1	22.3	33.0	21.1	32.5
	倾斜	Hand2	82.1 + j44.6	45.7 + j18.1	−8.1	−14.4	11.9	20.1	10.1	19.3

手机模型			B1	B2	B1	B2	B1	B2	B1	B2

没有头	在自由空间		42.7 - j1.80	45.5 + j4.0	−21.8	−23.9	94.6	94.0	94.0	93.6
	在hand1		49.4 - j0.33	70.1 + j36.5	−43.1	−9.6	67.0	32.8	67.0	29.2
	在hand2		73.4 + j62.7	50.6 + j25.3	−6.3	−12.2	33.0	38.6	25.3	36.3
HR-EFH	脸颊	Hand1	49.9 + j5.50	73.2 + j38.6	−25.2	−9.1	26.8	16.7	26.7	14.6
	脸颊	Hand2	74.5 + j75.0	59.3 + J21.1	−5.3	−13.7	12.0	16.6	8.5	15.4
	倾斜	Hand1	40.7 + j2.92	72.6 + j37.6	−19.3	−9.3	28.8	20.9	28.5	18.5
	倾斜	Hand2	63.4 + J67.5	50.4 + j38.6	−5.6	−9.1	14.2	25.0	10.3	23.2

(一)Model-A1无线,900 MHz

在自由空间(b) Model-A1, 1800 MHz

在自由空间(c) Model-A1, 2025 MHz

(d) Model-A1 hand1接近山姆,cheek-position, 900 MHz

(e) Model-A1 hand1接近山姆,cheek-position, 1800 MHz

(f) Model-A1 hand1接近山姆,cheek-position, 2025 MHz

(g) Model-A1 hand1接近HR-EFH cheek-position, 900 MHz

(h) Model-A1 hand1接近HR-EFH cheek-position, 1800 MHz

(我)Model-A1 hand1接近HR-EFH cheek-position, 2025 MHz

(一)Model-B1无线,900 MHz

在自由空间(b) Model-B1, 1800 MHz

在自由空间(c) Model-B1, 2025 MHz

(d) Model-B1 hand1接近山姆,cheek-position, 900 MHz

(e) Model-B1 hand1接近山姆,cheek-position, 1800 MHz

(f) Model-B1 hand1接近山姆,cheek-position, 2025 MHz

(g) Model-B1 hand1接近HR-EFH cheek-position, 900 MHz

(h) Model-B1 hand1接近HR-EFH cheek-position, 1800 MHz

(我)Model-B1 hand1接近HR-EFH cheek-position, 2025 MHz

4.2。总各向同性的敏感性

这是测量手机的接收性能,这和总辐射功率(TRP)一起确定手机的无线电设备的有效性,特别是手机的最大射程可以操作从基站的性能(35]。与正常相比GSM900接收机灵敏度,是一个典型的规范是谈话的位置高出10分贝左右(36]。是可以测量的混响室(中给出一个定义公式37]。在[38),商用GSM900电话的敏感性在接收模式下测量的混响室不同的手机设置,也就是说,在自由空间和幽灵。使用SEMCAD X,是计算值提出了不同使用模式下手机模型计算表中列出7。


这(dBm)			900兆赫		1800兆赫		2025兆赫

手机模型			A1	A2	A1	A2	A1	A2

在自由空间			−104.9	−104.9	−105.4	−105.4	−105.5	−105.5
在hand1			−103.6	−103.8	−103.1	−103.9	−103.3	−104.2
在hand2			−100.3	−101.6	−99。8	−102.2	−100.7	−102.5
人力资源−EFH	脸颊	Hand1	−98.7	−99。2	−98.3	−100.6	−98.7	−101.0
	脸颊	Hand2	−95.4	−96.3	−94.9	−98.9	−95.6	−98.6
	倾斜	Hand1	−100.6	−100.9	−98.8	−100.6	−99。3	−101.1
	倾斜	Hand2	−97。4	−98.3	−95.5	−98.7	−96.0	−98.9

手机模型			B1	B2	B1	B2	B1	B2

在自由空间			−105.2	−105.2	−105.3	−105.3	−105.7	−105.7
在hand1			−104.2	−103.3	−103.2	−101.9	−104.3	−100.7
在hand2			−99。1	−99。6	−100.4	−101.7	−100	−101.6
HR-EFH	脸颊	Hand1	−100	−101.1	−99。5	−99。3	−100.3	−97。7
	脸颊	Hand2	−96.2	−97。0	−96.9	−97。4	−95.2	−97。9
	倾斜	Hand1	−101.7	−102.1	−99。7	−100	−100.6	−98.7
	倾斜	Hand2	−97。1	−97。9	−97。7	−99。4	−96.2	−99。7

4.3。Sar在组织和吸收功率计算

电磁波辐射的影响在活体测量通过评估SAR, SAR在哪里定义为EM单位质量的能量吸收的数量如下(39]: 在这里,(S / m)代表了电导率,(V / m) rms电场强度、和(公斤/)组织的质量密度。星际2的算法基于SCC34 / / WG2计算剂量测定法(ieee - 1529 (40spatial-peak])可以计算所需的质量通过使用SEMCAD X平台。

spatial-peak特区应评估在一个立方体体积的身体组织内所需面积的5% (27]。averaged-peak SAR (spatial-peak SAR [ieee - 1529])可以指定超过一个立方体的1 g和10 g质量,和标准化的某个源力量。被称为IEEE标准c95.1b - 2004 (41(对于低功耗设备,不受控制的环境),设置天线输入功率为0.6 W在1800年和900兆赫和0.125 W 2025 MHz手机设置。

峰值的计算值SAR(平均超过1 g和10 g)和能量吸收组织由于手机暴露在不同条件下900年,1800年,在表中列出2025 MHz8,9,10,分别。


手机模型		/ 900 MHz频率
		A1		A2		B1		B2

手的位置		hand1	hand2	hand1	hand2	hand1	hand2	hand1	hand2

天线输入功率(千瓦)		600年	600年	600年	600年	600年	600年	600年	600年

脸颊-安置	在头部(W /公斤)	3.38	2.52	2.77	2.51	4.87	3.23	2.21	3.07
	在头部(W /公斤)	1.90	1.76	2.01	1.94	2.52	2.37	1.74	2.42
	手(W /公斤)	1.54	5.16	1.46	3.62	0.79	6.37	4.06	5.47
	辐射功率(千瓦)	111.0	51.6	125.9	63.4	148.6	62.6	194.8	75.2
	吸收能力在头部(mW)	250.4	209.1	247.3	214.7	280.3	229.3	183.3	245.3
	吸收速率在头部(%)	41.7	34。8	41.2	35。8	46.7	38.2	30.5	40。9
	吸收能力的手(mW)	97.5	208.3	86.4	182.6	48.6	260.2	146.2	229.8
	介电损耗(mW)	135.0	119.6	134.5	131.5	115.6	36.1	63.7	36.9
	功率预算误差(%)	1.01	1.90	0.98	1.30	1.15	1.94	1.99	2.13

倾斜-安置	在头部(W /公斤)	2.61	1.99	2.04	1.90	3.19	2.04	0.91	1.52
	在头部(W /公斤)	1.10	0.97	1.17	1.10	1.45	1.36	0.73	1.20
	手(W /公斤)	1.86	5.11	1.72	4.40	1.12	7.00	4.25	7.30
	辐射功率(千瓦)	174.4	81.9	184.3	101.4	222.7	76.9	243.3	93.1
	吸收能力在头部(mW)	184.6	159.2	185.3	160.6	193.8	195.6	130.3	166.0
	吸收速率在头部(%)	30.8	26.5	30.9	26.8	32.3	32.6	21.7	27.7
	吸收能力的手(mW)	114.0	237.1	99.4	213.5	77.0	280.0	159.0	291.4
	介电损耗(mW)	122.5	110.0	126.2	117.3	104.8	35.0	63.9	38.7
	功率预算误差(%)	0.75	1.97	0.80	1.19	0.28	2.08	0.58	1.80


手机模型		/ 1800 MHz频率
		A1		A2		B1		B2

手的位置		hand1	hand2	hand1	hand2	hand1	hand2	hand1	hand2

天线输入功率(千瓦)		125年	125年	125年	125年	125年	125年	125年	125年

脸颊-安置	在头部(W /公斤)	1.48	0.85	1.16	1.10	2.67	1.81	0.84	1.49
	在头部(W /公斤)	0.66	0.41	0.67	0.55	1.74	0.85	0.51	0.90
	手(W /公斤)	1.28	3.87	1.21	2.01	0.84	1.82	1.65	1.06
	辐射功率(千瓦)	21.0	9.55	36.2	24.2	27.9	15.3	26.9	17.3
	吸收能力在头部(mW)	53.7	36.2	45.7	38.9	61.7	44.6	27.8	47.7
	吸收速率在头部(%)	43.0	29.0	36.6	31.2	49.4	35.7	22.3	38.2
	吸收能力的手(mW)	36.6	63.9	31.1	50.0	24.3	58.2	60.8	47.0
	介电损耗(mW)	13.4	12.8	11.8	11.4	10.9	5.30	9.30	12.3
	功率预算误差(%)	0.18	2.00	0.16	0.33	0.10	1.27	0.12	0.58

倾斜-安置	在头部(W /公斤)	1.54	0.89	0.93	1.06	2.46	1.66	0.42	0.77
	在头部(W /公斤)	0.60	0.35	0.53	0.49	1.10	0.72	0.26	0.45
	手(W /公斤)	1.25	3.80	1.60	2.24	1.12	2.17	1.94	1.36
	辐射功率(千瓦)	23.6	11.0	35.7	22.9	29.2	18.3	31.3	27.2
	吸收能力在头部(mW)	50.5	35.7	42.4	36.1	52.2	37.9	17.4	26.8
	吸收速率在头部(%)	40。4	28.6	34。0	28.9	41.8	30.4	13.9	21.4
	吸收能力的手(mW)	37.0	63.1	34。2	53.6	29.7	60.3	65.1	58.0
	介电损耗(mW)	13.2	12.7	12.0	11.4	13.6	6.46	10.6	12.8
	功率预算误差(%)	0.44	1.96	0.54	0.74	0.21	1.62	0.45	0.17


手机模型		/ 2025 MHz频率
		A1		A2		B1		B2

手的位置		hand1	hand2	hand1	hand2	hand1	hand2	hand1	hand2

天线输入功率(千瓦)		125年	125年	125年	125年	125年	125年	125年	125年

脸颊-安置	在头部(W /公斤)	1.85	1.09	1.39	1.64	3.78	2.40	0.71	1.32
	在头部(W /公斤)	0.77	0.50	0.77	0.78	1.70	1.15	0.43	0.80
	手(W /公斤)	2.12	4.10	1.98	1.95	0.58	2.10	1.83	2.17
	辐射功率(千瓦)	23.0	11.3	39.3	22.9	33.4	10.6	18.3	19.2
	吸收能力在头部(mW)	53.7	36.7	44.8	43.7	68.6	49.4	26.0	44.0
	吸收速率在头部(%)	43.0	29.3	35.8	35.0	54.9	39.5	20.8	35.2
	吸收能力的手(mW)	36.7	64.4	30.0	47.3	14.5	59.3	68.0	51.0
	介电损耗(mW)	11.0	10.0	10.7	10.8	8.00	3.10	10.4	10.0
	功率预算误差(%)	0.48	2.00	0.14	0.12	0.36	2.06	1.86	0.62

倾斜-安置	在头部(W /公斤)	1.91	1.15	1.17	1.58	3.80	2.20	0.38	0.71
	在头部(W /公斤)	0.67	0.42	0.60	0.69	1.54	0.93	0.23	0.40
	手(W /公斤)	2.17	4.18	2.31	1.98	0.92	2.16	2.10	2.72
	辐射功率(千瓦)	26.4	12.6	40。6	24.2	35.6	12.9	23.1	29.0
	吸收能力在头部(mW)	50.7	35.0	40。8	40。1	59.0	43.2	17.6	26.2
	吸收速率在头部(%)	40。6	28.0	32.6	32.0	47.2	34。6	14.1	21.0
	吸收能力的手(mW)	36.8	64.9	32.9	50.1	22.0	62.7	71.5	58.0
	介电损耗(mW)	10.8	9.8	9.8	10.2	8.2	3所示。6	10.6	9.8
	功率预算误差(%)	0.18	2.12	0.7	0.38	0.13	2.06	1.78	1.60

数据7和8表明sliced-distribution averaged-peakHR-EFH组织暴露在电磁辐射的不同使用模式下手机models-A1和A2在900和1800 MHz,分别,而数字9和10显示的sliced-distribution平均峰值由于手机models-B1和B2暴露在相同使用模式在900年和1800 MHz,分别。

(一)

(b)

(一)

(b)

(一)

(b)

(一)

(b)

5。功率预算错误

功率预算错误被定义为在哪里是输入功率,辐射功率,组织的吸收能力总功率损耗。包括介电损耗和金属电阻损耗。因为所有的金属部件是在模拟压电陶瓷,因此和。然而,(6)是由(21,22,42]随着计算错误。即使有(6)= 0,数值错误,和几何错误仍然可能是固有的数值分析。表8- - - - - -10手机的功率预算错误值类型列表在不同条件和不同的频率。

6。讨论

手对新兴市场的影响手机天线和人类之间的相互作用是研究深刻。由于手持变更不同使用模式下,手机与外部和内部天线显示显著偏差的性能以及电磁辐射的影响。虽然用户的手对天线的性能产生负面影响的手机好了,改变其位置可能减少特区和吸收功率的组织。

6.1。天线性能

结果列在表中4- - - - - -7清单上的扶手位置有相当大的影响手机天线匹配,天线辐射效率,这。的影响在不同位置对天线性能(不包括TIS)已经提出的(12,14,16,22,23]。然而,这种影响可能取决于很多因素,也就是说,天线类型/位置,手机位置对头,和操作频率,得出结论如下。

(1)显著降低内部贴片天线性能不同的手的位置,作为与外部天线相比,是因为贴片天线是夹在在实际使用手和头部组织,一方面组织作为天线上的电介质层。这可能改变调谐频率以及降低辐射效率。

(2)基于绝对差的天线之间的关系总效率由于手持变更(从hand1 hand2)和天线/手机位置,如图11、内部天线展览比外置天线总效率值的变化。最大绝对差(25%)是在900 MHz对HR-EFH model-B2记录倾斜的位置。箭头所示的方向图11指示是否总效率增加或减少同时将手从hand1 hand2。这个箭头的指示也适用于这和SAR数据12和13,分别。

(一)Models-A1并针对HR-EFH A2

(b)对HR-EFH Models-B1和B2

(一)Models-A1并针对HR-EFH A2

(b)对HR-EFH Models-B1和B2

(一)Models-A1并针对HR-EFH A2

(b)对HR-EFH Models-B1和B2

(3)尽管外部噪声的干扰(如组件。,display and camera, as well as their associated feed circuits) is not considered in simulation, the drop in TIS specification of handsets while in-use, as shown in Table7,是由天线总效率减少由于手的影响。模拟使用外部天线,手机的最大−94.9 dBm是水平获得model-A1 hand2反对HR-EFH脸颊在1800 MHZ的位置操作,最低记录的总效率为7.6%,而模拟手机内部天线,−95.2 dBm的最大TIS水平获得model-B1 hand2反对HR-EFH脸颊在2025 MHZ的位置操作,记录的最小总效率8.5%。很明显,最大的是水平高出约10 dB以上手机虽然好了,相比之下,他们在自由空间。

(4)图12说明了绝对差异是水平由于手持变更在不同天线中所描绘的一样/手机头寸HR-EFH表7。生动,手机与内部天线表现出比手机是水平的变化与外部天线,一个(5.1 dBm)最大的区别是在2025 MHz的model-B1记录脸颊的位置。最大的差异(5.1 dBm)也由于手持变更记录的900 MHz model-B1手里。

(5)数据11和12证明hand2总是比hand1对天线性能的影响,包括TIS,除了对HR-EFH model-B2脸颊和倾斜位置,而在2025 MHz。

6.2。Sar在组织和功率损失

表8- - - - - -10显示,由于接触手机的手接近HR-EFH在不同位置和操作频率,averaged-peak和权力组织的吸收可能根据扶手位置相差很大,观察到如下。

(1)SAR HR-EFH组织的变化被认为由于内部天线接触,与外部天线接触。图13显示了spatial-peak的比例关系差值HR-EFH组织由于手持变更与天线/手机位置在900,1800,2025 MHz。SAR的百分比差异HR-EFH组织时将手从hand1 hand2被定义为最大百分比差异SAR(86.8%)为model-B2记录脸颊位置在2025 MHz(图和操作13(b))代表最大价值的两倍,记录在病例的手机外置天线(图13(a))。

(2)箭头所示的方向图13(b)表明,转移的手持hand1 spatial-peak hand2可能导致下降在HR-EFH组织如果暴露在model-B1电磁辐射在不同的位置和频率,而同样的转变可能会增加spatial-peak当暴露于model-B2。这SAR行为由于手持移动头部暴露时也适用手机的电磁辐射models-A1 A2,分别(图13(一)),但与model-A2进行轻微的差别在一些特殊的情况下。因为天线位于手机的顶部和进料位置之间的距离和最近的负责人组织在使用model-A1和model-A2几乎相同。

(3)在12],将手持下部的底盘(手位置= 60毫米)的上部(手位置= 0毫米),这是在某种程度上相同的手持变更提议在这项研究中,spatial-peak在头6 W /公斤下降到4 W /公斤900 MHz,和5.5 W / kg在1800 MHz 3.5 W / kg。相应的百分比差异特别行政区(8)和,分别。虽然不同的手/手机模型使用在这项研究中,与那些在12),上述比例差异在SAR值几乎与结果绘制在图13为model-B1 (b)脸颊和倾斜岗位操作在900和1800 MHz。相对于头部,追逐在[12)是倾斜的从垂直和从耳朵到脸颊。

从图(4)很明显13操作频率有相当大的影响在组织负责人SAR值而将手持手机不同位置和不同的天线类型/职位。此外,频率变化的显著影响也注意到在两个天线总效率,如图11和12分别,这种效应出现在内部天线的情况下比情况下的外部天线。

(5)吸收功率的百分比值(山姆和HR-EFH)负责人在不同天线在GSM900 /手机位置,GSM1800和UMTS / imt - 2000乐队叙述,见图14。能量吸收是由百分比山姆和HR-EFH吸收更多的权力与hand2 hand1比,当暴露在电磁辐射的手机与外部天线在不同的条件。头时也如此暴露在电磁辐射的手机内置天线model-B1,而model-B2,力量与hand1 hand2 head-tissues吸收少。因为天线和喂养职位models-A1的上部,A2, B1,并将手从hand1 hand2将覆盖天线,而天线及其下部的喂养职位model-B2和将手从hand1 hand2将发现贴片天线。覆盖天线由用户的手可能会增加组织和减少它的能量吸收组织。

(一)Models-A1和A2 900 MHz

(b) Models-B1和B2在900 MHz

(c) Models-A1 A2 1800 MHz

(d) Models-B1和B2在1800 MHz

在2025 MHz (e) Models-A1和A2

在2025 MHz (f) Models-B1和B2

(6)在一定上下文中,吸收功率在组织行为反向的头。

6.3。功率损耗在手机材料

手机的功率损耗材料对应的介电损耗(因为所有的金属部件都视为压电陶瓷在模拟,因此金属电阻损耗等于零)。表8- - - - - -10给十二个手机模型的介电损耗值在不同的使用模式。尽管手机模型与内部和外部天线使用相同的材料特性的零部件,他们有不同的介电材料,因此不同数量的介电损耗。然而,很明显,手持变更对介电损耗量有显著影响的手机内部天线与手机相比有外部天线;这是因为不同的天线类型和位置。介电损耗值的百分比差异由于手持改变可以被定义为

手机与内部天线的介质损耗会降低而将手从hand1 hand2,−68.8%的比例最大的区别在哪里记录在900 MHz model-B1脸颊的位置,而不超过记录为model-A1频率和位置。百分比值的负号表明hand2 hand1相比有更多的影响。

6.4。对比山姆和He-Efh仿真效果

许多研究人员调查了山姆和mri的SAR由于手机天线接触人类头上。研究中,一些研究人员得出的结论是,山姆低估了SAR在成人mri的头,然而,其他一些研究人员得出结论,山姆高估了SAR在mri成人头。同时,一些研究者提出了不同的结果。光一直流在所有这三个州(详细34]表明差异的潜在原因。

模拟进行这项工作使光在山姆和HR-EFH SAR不同解释。根据采用的手机位置对头部,包容的羽片1和10 g SAR HR-EFH平均体积和数据库用于定义组织参数,山姆一直发现低估了SAR在HR-EFH因子从1.0到2.0,除了手机模型的脸颊在900 MHz的位置和操作,山姆高估了SAR在HR-EFH因子从1.0到1.4不等。SAR的结果及其行为山姆和HR-EFH由于手机暴露在不同的设置符合提出的(IEEE SCC-34 / SC-2 / WG-2) (34),同时考虑所有的组织包括成人头部mri的耳廓。

山姆和HR-EFH得到不同SAR值和吸收不同的权力,因为他们的数量之间的差异,质量,和异同。的体积和质量山姆幻影是大约5825和6.018公斤(考虑均匀密度1030 kg /),分别,而HR-EFH模型的体积和质量是大约4063和4.7158公斤。体积和质量的计算的准确性取决于FDTD-grid空间分辨率和细胞的数量。

数据5和6暴露的琐屑的不同天线远场辐射方向图,因为存在的异构组织负责人(HR-EFH),而均匀的组织(SAM)。

6.5。功率预算错误

同样的FDTD-grid设置,手里拿着手机接近HR-EFH需要更多数量的网格单元模拟,与手机相比接近山姆。确实即使复制山姆固体区域的精炼因素(壳牌和液体)。因为山姆幻影的齐次性质的空间分辨率以及头部组织逐渐增加从最小到最大的短的距离在每个轴。关于异构HR-EFH模型,最小空间分辨率没有大的机会达到最大值在每个轴由于二十5个不同组织的存在。为同一FDTD-grid设置,因此,功率预算误差的情况下HR-EFH小于与山姆的情况下。显示在表8- - - - - -10,模拟功率预算误差在2%左右。

6.6。计算需求

所有计算进行2 GHz的英特尔迅驰笔记本机(戴尔inspiron - 630) 2 GB内存和1.6 GHz双核英特尔奔腾机(宏碁Aspire M1600) 4 GB内存。

运行时和内存需求依赖于模拟空间以及每个固体区域的优化因素。更少的内存和运行时手机模拟所需的自由空间,而更多的内存和运行时所需的手靠近头的手机。FDTD-grid的最大数量的细胞可以实现与采用模拟机器大约是24 Mcells,一个硬件加速器aXware [27不使用)。机器记忆足以实现的模拟运行时都是大约1小时取决于网格细胞的总数。

7所示。Conclusioin

在手机的基地,一方面,和头部模型用于这个研究,已经极大地阐述了扶手的位置有一个相当大的影响蜂窝手机和人类之间的相互作用。其他相关因素如工作频率、天线类型/位置,和手机的位置对头部进行评估而期待的手的影响。达到现实的好条件,不同的糖果手机模型内部和外部天线在GSM900运营,GSM1800,和UMTS / imt - 2000乐队是模拟的,而结构模型的三个组织,mri成年女性25头模型组织和山姆幻影被选为评估电磁相互作用。由于手持变更、更多的天线总效率值的差异,各向同性的敏感性,SAR和吸收功率,手机模型在组织内部贴片天线,与手机模型相比有外部加载short-whip天线。本文展示了有趣的结果;在一定的使用模式手机左侧外置天线,spatial-peak的最大百分比差异值在头向右扶手变更可以达到42%以上,而它与手机有可能达到86%以上海底内部贴片天线。功率预算提出模拟中的错误是2%左右。

确认

作者要感谢尊敬的韦恩·詹宁斯,应用工程师,SPEAG施密德&合作伙伴工程AG)的援助提供的数值修正模型人头(HR-EFH)。他们愿意表达他们的感激教授m . l . Chaudhary高电子研究所的盛情帮助删除本文中的语言错误。

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