Антенно-фидерные устройства АФУ / Лабы по CST / 16_20140818__CST-_

После окончания переходного процесса можно видеть электрическое поле в пространстве расчета, а также плотность мощности потерь (рис. 8.22).

Рис. 8.22. Расчет плотности мощности потерь в Вт/м3

Расчет SAR по рассчитанному Power Loss Density выполняется на этапе постпроцессорной обработки, и для этого нужно задать команду Results SAR calculation. По этой команде появляется диалог рис. 8.23.

Рис. 8.23. Диалог, в котором задаются установки на расчет SAR

В диалоге «SAR Calculation» нужно выбрать вес материала, в котором будет усредняться мощность поглощения (10 грамм, 1 грамм или в точке). Запустим расчет, нажимая на Calculate, по окончании которого в дереве

221

появляется папка SAR. Поглощаемую мощность на единицу веса можно видеть в трехмерном виде (рис. 8.24), а также в сечениях биологического объекта.

Рис. 8.24. Распределение SAR в пространстве модели головы

Величину SAR можно также получить в виде численных значений. Сделать это можно в режиме постпроцессорного расчета, с помощью макроса.

Для этого командой Results Templates Based Postprocessing вызовем диалог рис. 8.25.

Рис. 8.25. Выбор расчета SAR

222

В этом диалоге выберем опцию SAR Results. Тогда появляется диалог (рис. 8.26), где можно установить мощность излучения (Raference Power).

Рис. 8.26. Диалог постпроцесссорного расчета SAR по стандарту IEEE C95.3

Рис. 8.27. Диалог постпроцессорной обработки,

вкоторой читаем значение SAR

Втаблице диалога рис. 8.27 получаем: значение SAR=0.601108. Если нужно вывести значение SAR вдоль координаты, то в разделе Results value диалога рис. 8.26 выберите нужное направление. Тогда можно получить график рис. 8.28, из которого можно видеть, что зависимость SAR от расстояния между телефоном и головой имеет несколько неожиданный характер (уменьшение SAR при приближении телефона к голове от 2 мм до

223

0 мм), что может быть объяснено частичной экранировкой определенных областей головы близко расположенным корпусом телефона.

Рис. 8.28. Зависимость максимального значения SAR от расстояния между телефоном и головой

Значение SAR=2.7 Вт/кг достигается при расстоянии 2 мм от головы, а при значительном удалении снижается до 1.5 Вт/кг, что является близким к предельной норме значением [5].

8.4. Вывод характеристик антенной структуры

Частотные характеристики системы, в которой находится дискретный порт, возбуждающий антенны, также как и временные процесс, находятся в папке 1D Results. Преобразование Фурье отраженного временного сигнала в порте дает частотную зависимость параметра рассеяния S11 (рис. 8.29).

Рис. 8.29. Частотная характеристика S11, которая характеризует согласование антенны в отсутствие и в присутствии фантома головы пользователя. Параметр Udal – расстояние между телефоном и головой

224

Полученные зависимости на рис. 8.29 количественно показывают, как находящееся в ближнем поле антенны большое диэлектрическое тело (каковым является модель головы пользователя) влияет на характеристики антенны, в частности на её согласование.

После расчета SAR можно перейти в программу Termal и рассчитать температурное распределение в пространстве биологического поля. Количествено температуру можно вывести вдоль оси Z. Результаты показываются на рис. 8.30.

Рис. 8.30. Рассчитанная температура по линии максимального SAR для нескольких значений расстояния телефона от головы

Из графиков на рис. 8.30 следует, что с обратной (по отношению к телефону) стороны головы температура на 1.3 меньше, чем со стороны телефона, но, тем не менее, она остается на 1.3 выше температуры окружающей среды. Если сравнить рис. 8.28 и рис. 8.30, то видно, что SAR уменьшается значительно быстрее, чем температура, которая даже на стороне, противоположной телефону, повысилась на 1º по сравнению с температурой окружающей среды. Из этого результата заключаем, что значения и распределение SAR не полностью отражают влияние поля и поглощения на распределение температуры внутри головы. Это объясняется тем, что установившая температура зависит, в частности, и от теплопроводности биологической среды. Отсюда можно сделать вывод, что расчет температуры внутри головы является важным при оценке степени воздействия СВЧ излучения на организм человека.

8.5. Расчет SAR с использованием биологической модели тела человека

Этот пример показывает расчет относительной мощности поглощения SAR и использование теплового решающего устройства с bio-heat- уравнением теплопроводности в биологической ткани, представленной в модели объемных элементов. В качестве излучателя используется

225

вибраторная антенна. Результаты расчета во временной области на СВЧ используются при выполнении расчета SAR в постпроцессорной обработке и как источник исходных данных для последующего запуска программы расчета распределения тепла termal.

8.5.1 Импорт объемной модели Voxel

Для задания биологической ткани используется импорт данных объемных элементов. В этом примере мы используем очень простую модель. Она может легко быть заменена любой другой моделью объемных элементов, представленной в бинарном формате с одним байтом в элемент объема. Поэтому файлы модели с расширением *.vox и файлы материалов в подкаталоге Model\3D проекта должны быть согласованы с разрешающей способностью модели с объемными элементами и нумерацией материалов в текстовом редакторе.

Чтобы управлять разбиением на сетку в пределах объемной модели, задан контрольный параллелепипед того же самого размера. Разрешение (Resolution) этой части модели (рис. 8.31) задается в разделе Material. Выберем её равной 2 2 2 мм (рис. 8.32). Командой File Import Voxel Data выводится модель Voxel тела человека.

Эта команда импорта используется, чтобы импортировать файл данных с анатомическими данными Visible Human Project. Модель Voxel Man

226

создана в виде внедренных в тело отдельных его деталей с несколькими тысячами слоев.

Центр формы данных элемента объема зафиксирован в начале координат активной системы координат. Таким образом, нужно установить и сместить локальную систему координат WCS перед импортом так, чтобы преобразовать модель данных элемента объема. Модели Voxel Data не могут вращаться. Для этого свойства нужна соответствующая лицензия.

Используйте этот диалог для импорта данных биологической модели человека, подобных анатомическим данным Visible Human Project.

8.5.2. Расчет SAR модели Voxel

Запустим новый проект и выберем единицы (рис. 8.33), а также материал окружения (рис. 8.34). В свойствах материала окружения (а это будет воздух) нужно внести температурные свойства: теплопроводность

(Thermal cond) 0.03 Вт/град/м и теплоемкость (Heat capacity) 1.005 кДж/град/кг.

227