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手机电磁辐射吸收率(SAR)仿真与分析实验

发布时间:2014-07-01


随着手机等便携式无线通信设备的广泛使用,便携式无线通信设备的电磁辐射对人体的影响日益成为无线设备设计的重要考虑因素之一。本实验采用CST作为SAR仿真工具,从软件中读取人体头部与手机模型,设定人体头部组织的介电常数和介质损耗,然后利用CST的时域求解器求解手机辐射电磁波的传播过程。仿真完成后,可以通过后处理程序观察手机天线的辐射方向图和人体头部对手机辐射的吸收率分布。同时,还可以观察人体头部对手机不同工作状态下的SAR以及电磁辐射的时域传播情况,增强了对人体SAR的直观印象


实验步骤

步骤一:模型创建和参数设置。在CST中建立天线模型和SAM模型。SAM模型由内外两层组成,外层模拟外壳(shell),内层模拟人体组织液(fluid)。

步骤二:设置材料属性:定义外壳shell的属性,在shell材料属性中,将其相对介电常数设置为3.7,电导率为0.0016 S/m。定义人体组织液fluid材料属性:首先,将其材料密度设置为1000 kg/m3;第二,设置材料介质损耗。

步骤三:设置仿真的频率范围为0-2.5GHz

步骤四:手动加密网格,将Line per wavelengthLower mesh limit都设置为20

步骤五:定义远场监视器和功率损耗密度监视器,添加指定频率的监视器。

步骤六:时域求解器,在求解器控制对话框中设置求解器参数,为提高仿真精度,可将Accuracy设置为-40dB

步骤七:完成上述步骤后,开始计算。仿真完成后,在SAR Calculation对话框中,选择监视器,设置Averaging mass(平均质量)为1g,开始计算。在导航树中2D/3D Results中即可查看三维结果,如1所示。


 

功能效果

  本实验的功能是采用有限积分法(FIT)模拟人体头部对手机电磁辐射的吸收率,通过SAR图像的模拟来了解头部组织对电磁辐射的吸收情况。本实验项目有利于学生巩固和复习《电磁场与传输线理论》、《电波传播传播理论》、《天线理论与设计》、《电磁兼容原理与技术》等课程,共涉及12个知识点。可使学生认识到手机天线设计对人体SAR的重要性,领会到虚拟仿真在研究人体SAR方面的重要性。通过本实验,可以使学生在直观上认识到SAR的基本原理及该仿真在电磁辐射防护方面起到的作用,这将对以后实际实验有重要的理论指导意义。

 

实验视频