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手机信号屏蔽器电磁辐射场的研究及预测系统的研制

作　者: 刘惠熙
导　师: 邹澎
学　校: 郑州大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 手机信号屏蔽器时域有限差分法电磁辐射传播损耗电波传播模型
分类号: TN929.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,手机信号屏蔽器的应用越来越广泛,虽然应用该种设备可以实现在特定场所禁打手机的目的,但其发射出的高频电磁波对人体可能造成危害,同时也给移动通信系统带来了严重的干扰。从2007年开始,河南省规定在全部高考考场使用手机信号屏蔽器,该规定引起很多学生家长的强烈反对,在社会上也引起很大的争议。虽然在考场中使用手机信号屏蔽器可以有效杜绝考生使用无线通信工具作弊,达到维持考场秩序的目的,但是手机信号屏蔽器发射的高频电磁波会对考生的健康造成潜在的危害,有可能影响考生的临场发挥。另外,“无辜”的手机使用者信号被屏蔽的报道也时有发生。为了规范手机信号屏蔽器的使用,定量研究出使用手机信号屏蔽器时人与手机信号屏蔽器之间的安全距离,手机信号屏蔽器的有效屏蔽范围以及屏蔽范围之外对移动通信系统的影响是有必要的。首先,本文介绍了手机信号屏蔽器的工作原理及其发射的高频电磁波对人体可能造成的危害。针对考生家长的担心,本文依据郑州大学南校区教学楼教室的实际情况建立了教室模型,依据天津博诺特公司生产的BNT-Ⅰ型考场专用手机信号屏蔽器建立了手机信号屏蔽器的电磁模型,使用XFDTD仿真软件编写基于FDTD算法的计算机仿真程序,计算出了手机信号屏蔽器工作时教室内的电场强度分布,重点记录了考生端坐时座位高度1.3米处的电场强度。根据国家《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)和行业《辐射环境保护管理导则—电磁辐射环境影响评价方法与标准》(HJ/T10.3-1996)对BNT-Ⅰ型手机信号屏蔽器的电磁辐射场进行了定量分析,给出了该手机信号屏蔽器与考生的最小安全距离。该项研究使得人们在考场中应用手机信号屏蔽器杜绝考生利用通讯工具作弊的同时,又保证了手机信号屏蔽器对考生的电磁辐射影响在国家标准和行业标准规定的限度内。为了验证仿真计算程序的正确性,本文实际测量了手机信号屏蔽器在教室内的场强分布,然后将计算结果与测量结果进行对比分析,测量结果验证了模型计算程序的正确性。本文还对模型程序进行了优化处理,使其在保证正确性的同时又能够尽量少的占用计算机内存。其次,本文介绍了信号在传播中的损耗,依据通信行业有关标准及电波传播模型对该手机信号屏蔽器进行了研究,给出了该手机信号屏蔽器的有效屏蔽范围,以及屏蔽范围之外对移动通信系统的影响。最后,本文使用Visual Basic 6.0制作系统界面,设计出手机信号屏蔽器电磁辐射影响预测系统。该系统根据实际需要设计出人机交互界面,可供用户调用XFDTD软件建立教室模型和计算,并能对计算结果文件进行处理,最终显示出当人体距离手机信号屏蔽器的位置不同时教室内部电场强度分布的不同,使人们能够清晰直观地了解手机信号屏蔽器的电磁辐射影响。该系统还可供用户输入手机信号屏蔽器辐射功率、手机放置高度、通信基站高度等相关参数,系统会计算出该手机信号屏蔽器的有效屏蔽范围,以及在屏蔽范围之外对移动通信系统的影响。该系统对规范使用手机信号屏蔽器具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-9
目录  9-12
1 绪论  12-17
  1.1 课题研究的背景及意义  12-13
  1.2 手机信号屏蔽器的工作原理  13-14
  1.3 手机信号屏蔽器电磁辐射的危害  14-15
  1.4 电磁辐射国家标准和行业标准  15
  1.5 课题研究完成的主要工作  15-17
2 时域有限差分法概述及电波传播理论  17-34
  2.1 FDTD基本原理  17-22
    2.1.1 Yee网格介绍  17-18
    2.1.2 麦克斯韦旋度方程的有限差分表示  18-22
  2.2 吸收边界条件与一般边界条件  22-24
    2.2.1 吸收边界条件  22-24
    2.2.2 一般边界条件  24
  2.3 数值的稳定性  24-25
  2.4 电波传播理论  25-33
    2.4.1 电波传播基本原理  25
    2.4.2 传播损耗  25-27
    2.4.3 电波传播模型  27-32
    2.4.4 GSM干扰级别定义  32-33
  2.5 本章小结  33-34
3 基于FDTD算法的程序设计  34-43
  3.1 引言  34
  3.2 基于FDTD算法的程序设计  34-42
    3.2.1 创建几何模型  34-37
    3.2.2 网格剖分  37-39
    3.2.3 定义程序运行参数  39-41
    3.2.4 计算结果的保存  41-42
  3.3 XFDTD设计FDTD计算程序的流程图  42
  3.4 本章小结  42-43
4 计算结果与测量结果的对比及程序的优化  43-57
  4.1 引言  43-44
  4.2 实地测量结果  44-49
    4.2.1 长天线测量结果  44-47
    4.2.2 短天线测量结果  47-49
  4.3 仿真计算结果  49-54
    4.3.1 长天线计算结果  49-52
    4.3.2 短天线计算结果  52-54
  4.4 计算结果与测量结果的对比分析  54-55
  4.5 FDTD计算程序的优化  55-56
  4.6 本章小结  56-57
5 手机信号屏蔽器有效屏蔽范围及对移动通信系统的影响  57-64
  5.1 引言  57-59
  5.2 手机信号屏蔽器的有效屏蔽范围  59-61
  5.3 手机信号屏蔽器对通信基站的影响  61-63
  5.4 本章小结  63-64
6 预测系统界面的设计  64-77
  6.1 引言  64
  6.2 CEF文件的处理  64-65
  6.3 系统界面设计  65-75
    6.3.1 预测系统主界面  65-66
    6.3.2 建立几何模型界面  66
    6.3.3 计算手机信号屏蔽器有效屏蔽范围及对移动通信系统影响的界面  66-68
    6.3.4 查看结果界面  68-75
    6.3.5 帮助界面  75
  6.4 本章小结  75-77
7 结论  77-79
参考文献  79-81
附录A 发表论文  81-82
致谢  82

手机信号屏蔽器电磁辐射场的研究及预测系统的研制

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