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本文利用电磁场时域有限差分(FDTD)方法计算了单极子天线手机辐射下头部的比吸收率(SAR)分布。首先我们选择了传统FDTD方法和具有很好效果的各向异性介质完全匹配层(UPML)吸收边界条件,计算了单极子天线不同的使用位置和角度情况下,900 MHz,0.6 W连续正弦波辐射下,天线在自然使用中导致的头部各种组织的SAR随角度变化的数值变化的情况。
对人体结构和其电磁模型的建立,基于医学解剖图,得到不同层次的解剖图,再采用在900 MHz下的各种组织的电磁参数建立人体的电磁模型。手机模型参照三星手机的尺寸,建立单极子天线模型,采用电场激励源置于手机表面天线所在位置建立手机的电磁模型。网格采用了可变化的网格划分法,人体头部模型和手的模型,采用3.6 mm网格尺寸,手机模型以及手机的6个外向拓延方向(向头部的方向外延50 mm,其他5个方向外延25 mm)的区域采用1 mm的网格划分,这样有利于提高计算精度和节省计算所需的计算机内存和计算时间。
为了精确模拟手机在自然使用中的情况,编制了三自由度建模算法,用于设定天线与人体的相对位置和角度。
利用XFDTD计算软件,计算了天线相对头部张角为0°,5°,10°,15°和20°,倾角从35°到65°连续变化下头部各种组织的SAR分布。在900 MHz,0.6 W功率辐射下,头部皮肤和大脑灰质的最大1g平均SAR为21.8 W/Kg和1.69 W/Kg,头部皮肤和大脑灰质的最大10 g平均SAR为6.85 W/Kg和0.55 W/Kg。这些结果都在安全范围内(ANSI/IEEEC95.1),但在手机发射功率更高的情况下有可能超过安全标准阈值。