学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

移动电话与人体系统建模及其数值模拟研究

作　者: 周晓明
导　师: 赖声礼
学　校: 华南理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 手机天线人体建模时域有限差分法 SAR 辐射性能
分类号: TP391.9
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 482次
引　用: 5次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着科学技术的迅猛发展和人们生活水平的大幅提高，移动电话(手机)的持有量急剧增加，已成为现代社会中一种大众化信息交换工具；与此同时，手机电磁辐射是否对人体构成危害，也自然成为人们关注的焦点。手机作为小功率的收发射机，在被操作时，由于天线离人头很近，头部处于近区感应和辐射场范围内，操作时不可避免地受到手机的电磁辐射，足够强的微波辐射可能对人体组织产生至热和非至热效应，从而构成对人体的潜在危害。移动电话与人体相互作用的研究是一项牵涉面很广的电磁兼容复杂课题，需要综合应用电磁场与天线理论、计算技术和生物医学等方面的最新研究成果，具有很强的学科交叉特征。该领域的研究主要包括两个方面，一是揭示手机电磁辐射是否对人体构成危害以及构成危害的程度及其机理，即电磁作用剂量学与人体生物效应问题；二是探究人体对手机通信性能的邻近效应，因为通信过程中人体处于手机天线的近区场中，人体的邻近效应必然会影响到天线的辐射特性，在手机天线的优化设计中需要考虑人体尤其是头部的作用因素。该项课题具有重要的现实意义和学术价值，不仅为制订合理的非电离辐射卫生防护标准提供必要的资讯数据，而且可以为有效开展生物电磁学实验奠定理论依据，同时，对绿色环保型移动通信新技术和新产品的开发也将起到指导性作用。本文中将从考察手机操作的真实情形出发，深入研究移动通信手机与人体相互作用系统的建模问题，并在此基础上进行一系列数值模拟仿真计算，主要工作概述如下：首先，在查阅大量文献的基础上，综述手机电磁辐射问题国内外研究历程与现状，比较各种研究方法(实验法、解析法和数值模拟法等)的特点，阐述时域有限差分法FDTD(Finite-Difference Time-Domain)在该领域的应用成果及发展趋势，进而提出本文的研究内容、研究思路和研究方法。其次，介绍与本课题相关的背景理论，包括生物组织电磁效应特性、电磁辐射剂量学表征参数及国内外已有的安全标准等，详细介绍了时域有限差分法的基本原理与方法。接着，讨论了人头模型的建模步骤，着重描述由MRI人体解剖图获得FDTD几何-电磁网格的转换过程，提出了一种具有独创性的转换方法—加权平均法，采用这种转换方法，能够最大程度地利用MRI技术提供的图像信息，从而大大提高

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-25
  1.1 课题的研究意义  13-14
  1.2 课题的研究背景  14-18
  1.3 研究方法分析与比较  18-22
    1.3.1 实验法  18-20
    1.3.2 解析法  20-21
    1.3.3 数值计算与FDTD法  21-22
  1.4 本文的主要研究工作  22-25
第二章电磁场生物效应概述  25-35
  2.1 电磁辐射生物效应  25-31
    2.1.1 生物组织的电磁属性  25-26
    2.1.2 热效应与非热效应  26-28
    2.1.3 电磁辐射生物效应机理  28-31
  2.2 电磁辐射剂量学参数  31-33
  2.3 非电离辐射卫生安全标准  33
  2.4 本章小结  33-35
第三章时域有限差分法分析  35-56
  3.1 时域有限差分法基本原理  35-38
  3.2 数值色散及稳定性条件  38-39
  3.3 吸收边界条件  39-46
    3.3.1 Mur吸收边界条件  39-40
    3.3.2 PML完全匹配层  40-42
    3.3.3 N-GPML吸收边界条件  42-46
  3.4 近场至远场的转换  46-51
  3.5 细导线FDTD方法  51-55
  3.6 本章小结  55-56
第四章人体模型的建模  56-63
  4.1 引言  56
  4.2 人体建模方法  56-58
  4.3 加权平均转换法  58-59
  4.4 三维旋转人头模型  59-60
  4.5 未成年人人头模型的获取  60-61
  4.6 本章小结  61-63
第五章手机与人体相互作用FDTD仿真软件  63-75
  5.1 引言  63
  5.2 模块结构及其功能  63-67
  5.3 几个关键性问题的处理  67-72
    5.3.1 截断边界  67-68
    5.3.2 近区场的计算  68-69
    5.3.3 SAR与辐射吸收比的计算  69-71
    5.3.4 天线辐射方向图  71-72
  5.4 算法的实验检验  72-73
  5.5 软件运行与数据输出  73-74
  5.6 本章小结  74-75
第六章单极天线手机的数值模拟  75-90
  6.1 引言  75-76
  6.2 单极天线手机的数学模型  76-78
  6.3 结果分析  78-81
    6.3.1 电磁辐射剂量  78-79
    6.3.2 单极天线与人体系统方向图  79-81
  6.4 成人与未成年人的比较  81-89
  6.5 本章小结  89-90
第七章螺旋天线手机的数值模拟  90-101
  7.1 引言  90
  7.2 螺旋天线手机的数学模型  90-92
  7.3 模型检验  92-93
  7.4 结果分析  93-96
    7.4.1 电磁辐射剂量  93-95
    7.4.2 螺旋天线与人体系统方向图  95-96
  7.5 螺旋天线与单极天线的比较研究  96-99
  7.6 本章小结  99-101
结论  101-104
参考文献  104-115
攻读博士学位期间发表的学术论文  115-117
致谢  117

移动电话与人体系统建模及其数值模拟研究

内容摘要

全文目录

相似论文