移动电话与人体系统建模及其数值模拟研究

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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
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