3G Antenne und menschlicher Kopf

Die spezifische Absorptionsrate (SAR) ist ein Maß zur Abschätzung der vom menschlichen Körper absorbierten Energie, wenn eine Person einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist. Die zuverlässige Schätzung von SAR-Werten ist zu einem sehr wichtigen Anliegen geworden. Es ist unmöglich, den SAR in vivo zu messen, aber zuverlässige SAR-Werte können leicht aus Daten des elektrischen Feldes erhalten werden. Diese Maßnahme hat in den letzten zehn Jahren ein hohes Interesse gefunden, da die Mobiltelefone immer beliebter werden. Da der Schaden einer intensiven Exposition gegenüber Mikrowellensignalen bekannt ist, ist es sehr wichtig, ein zuverlässiges Tool zur Berechnung der SAR zu haben, bevor die Mobilfunkgeräte entwickelt werden.

In dieser Studie simulieren wir eine 3G-Antenne neben einem modellierten menschlichen Kopf in HFWorks. Die spezifische Absorptionsrate (SAR), die Verteilung des elektrischen Feldes und andere Parameter werden in diesem Bericht vorgestellt. Abbildung 1 zeigt das mit SolidWorks entworfene Modell.

Abbildung 1 - 3D-Modell des menschlichen Kopfes, der UMTS-Antennenstrahlung ausgesetzt ist

Durch diese Simulation erhalten wir eine ungefähre Vorstellung von der Absorption der 3G-Felder im menschlichen Körper, genauer gesagt im menschlichen Gehirn. Die SAR wird von HFWorks in Antennensimulationen berechnet, da sie sich immer auf die Exposition menschlicher Körper gegenüber Strahlungsquellen bezieht. Diese Anwendung befasst sich mit dem Einfluss von 3G- oder UMTS-Signalen (2,66 GHz) auf einen menschlichen Kopf.

Wir können spezifische Materialien definieren, um menschliche Körper basierend auf Annäherungen und Messungen zu modellieren. Wir können Strahlungsoberflächen aus dem definierten Kopfmodell frei wählen, wobei zu berücksichtigen ist, dass diese Oberflächen für alle Strahlungsdiagramme nach dem Studium relevant sind. Die numerische Modellierung des menschlichen Kopfes ist ein sehr wichtiges Problem. Das Analysieren eines möglichen Variationsbereichs der induzierten Feldstärken in verschiedenen Geweben erfordert einen umfangreichen Aufwand, da die lokalen Feldstärken stark von verschiedenen Streuparametern abhängen: Betriebsfrequenz, Antennenleistung, gegenseitige Positionen zwischen dem Gerät und dem menschlichen Kopf, Design des Geräts, Größe und die Form des menschlichen Kopfes, die Verteilung des Gewebes im Kopf und die elektrischen Eigenschaften des Gewebes. [1]

Bei der Frequenz 2,66 GHz (UMTS) ist für den Simulator der Einfluss der Antenne auf den modellierten Kopf und nicht auf die Antenne selbst von Bedeutung. Die Strahlungsmuster selbst spielen bei dieser Aufgabe also keine Rolle. Die Simulation ist jedoch nur dann erfolgreich, wenn sie genau berechnet wurden.

Abbildung 2 - 3D-Darstellung des elektrischen Feldes

Möglicherweise haben wir eine ungenaue 3D-Darstellung des elektrischen Feldes, da der Kartenmaßstab nicht richtig gewählt wurde. Wenn wir die Minimal- und Maximalwerte definieren, wird die Verteilung klarer. Wir können den 3D-Plot animieren, indem wir seine Phase variieren, um zu sehen, wie sich die Änderung der Omega-T-Phase auf die Feldverteilung auswirkt.

Der S11-Koeffizient ist in der folgenden Abbildung dargestellt und zeigt, dass die betrachtete Antenne mit dem UMTS-Frequenzband kompatibel ist und auf dieses reagiert.

Abbildung 3 - Streuparameter S11

Diese Menge wird berechnet, um die Übereinstimmung von tragbaren Geräten und mobilen Geräten mit den örtlichen Absorptionsrichtlinien experimentell zu bewerten. Die Korrelation zwischen der elektrischen Intensität des Körpers E (quadratischer Mittelwert; Effektivwert) und der SAR wird mit der folgenden Formel dargestellt:

Dabei steht s für die Leitfähigkeit [S/m] verschiedener menschlicher Gewebe und 'ro' für die Dichte [kg/m3] menschlichen Gewebes.

Abbildung 4 - SAR-3D-Diagramm mit E-Feld

[1] Specific Absorption Rate (SAR): Distribution in the Human Head at Global System Mobil (GSM) Frequencies. Seddik Bri, Samira Kassimi, Mohamed Habibi, Ahmed Manouni. 2011