5G手機天線的電磁暴露安全評估研究
發(fā)布時間：2021-02-02 12:59
隨著5G移動通信技術的研究正在全球范圍內緊密進行,5G已經成為了通信行業(yè)發(fā)展的熱點。中國的5G移動通信已經開始商用并將預計在2020年普及。5G手機的使用會迅速增加,并將引起公眾對5G手機電磁環(huán)境是否對人體健康構成威脅的關注。本文運用電磁劑量學方法對5G手機天線對人體頭部的電磁暴露進行仿真計算研究,并結合國際非電離輻射防護委員會（International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection,ICNIRP）制定的電磁暴露安全防護導則進行安全評估。本文具體研究方法如下:（1）簡要闡述5G移動通信的進展,電磁暴露對人體的危害,以及目前國內外手機電磁暴露的研究現(xiàn)狀。介紹了比吸收率（Specific Absorption Rate,SAR）的思路;研究比較國內外關于手機電磁暴露SAR值的相關標準;引入現(xiàn)代電磁場理論的有限元數(shù)值計算的基本原理,并通過驗證分析,為研究5G手機電磁暴露提供可靠依據(jù);（2）結合5G移動通信的特點與5G移動通信天線的發(fā)展趨勢,主要從多頻段小型化天線進行研究,采用基于有限元法的軟件HFSS（High Freque...
【文章來源】：蘭州交通大學甘肅省
【文章頁數(shù)】：64 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
手機單極子天線輻射人頭模型
5G手機天線的電磁暴露安全評估研究-22-添加優(yōu)化變量L1、L2、L3、L4和L5，進行參數(shù)掃描分析，經過變量的優(yōu)化后，得到最優(yōu)解，確定天線最佳尺寸，如表3.3所示。表3.3天線變量參數(shù)變量L1L2L3L4L5尺寸6mm2.4mm19mm5.5mm5mm3.6人頭模型的建立人體頭部由頭皮、顱骨、多層不同的肌肉組織及感覺器官構成，人頭模型的建立通常有兩類：一類基于真實的頭部模型和另一類為多層球模型[67]。本文主要采用的是三層球模型�，F(xiàn)有的生物知識很難深入地理解電磁暴露的生物效應，所以為了研究的方便，認為人體頭部模型的頭皮、顱骨和大腦三層組織的每層介質都是均勻介質。本節(jié)按照《GB10000-88中國成年人人體尺寸》中提供的人頭各組織尺寸的數(shù)值，建立了三維人頭模型[68]。人體頭部由3部分構成：頭皮、顱骨、大腦。頭皮厚度為7mm，顱骨厚度為5mm，大腦為半徑0.080m的球體，所以頭皮的半徑為0.092m，顱骨的半徑為0.085m。如圖3.4所示。圖3.4三層球頭模型生物組織對電磁場響應的特性：用介電常數(shù)、電導率及磁化率等來表示生物組織在外加電磁場作用下的反應性能。生物體組織的介電常數(shù)、電導率及磁化率等電磁特性在不同電磁場是不斷變化的。
蘭州交通大學碩士學位論文-25-4兩種手機天線特性的仿真分析4.1天線的參數(shù)分析經過HFSS軟件仿真計算，查看Monopole折疊天線的回波損耗S11參數(shù)仿真結果，如圖4.1所示，當天線回波損耗參數(shù)S11<-6dB時，Monopole折疊天線滿足移動通信的頻段范圍是765MHz-1029MHz、1552MHz-3850MHz和4400MHz-4500MHz，可以覆蓋GSM850//900//1800//1900//UMTS//LTE2300//2500//Wi-MAX2300//2500//3500等10個頻段。并且頻段：3300MHz-3800MHz、4400MHz-4500MHz，滿足5G通信頻段，為5G移動通信提供更多可能。圖4.1S11回波損耗曲線(Ant1)經過HFSS軟件仿真計算，查看Monopole平面天線的回波損耗S11參數(shù)仿真結果，如圖4.2所示，當天線回波損耗參數(shù)S11<-6dB時，Monopole平面天線可以滿足移動通信要求的頻段范圍是490MHz-978MHz、1600MHz-2700MHz、3150MHz-3972MHz、4845MHz-5378MHz以及5675MHz-5885MHz，則Monopole平面天線可以實現(xiàn)覆蓋LTE700//GSM850//GSM900//DCS//PCS//UMTS//LTE2300//LTE2500/LTE3400(3400-3800MHz)//WiMAX3.5GHz(3400-3650MHz)，WLAN5.2GHz和WLAN5.8GHz等11個頻段。高頻段與低頻段均滿足設計指標要求，符合5G通信標準。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]復雜環(huán)境中手機電磁輻射的比吸收率計算[J]. 左勝,白楊,張玉,趙勛旺,林中朝. 西安電子科技大學學報. 2019(02)
[2]HFSS軟件邊界條件和網格剖分技術適用領域[J]. 周文穎. 太赫茲科學與電子信息學報. 2018(05)
[3]地鐵專用無線通信系統(tǒng)射頻電磁暴露安全的評估[J]. 周文穎,逯邁. 輻射研究與輻射工藝學報. 2018(04)
[4]應用在手機終端的多頻段平面天線研究[J]. 崔燦,王平. 重慶郵電大學學報(自然科學版). 2016(06)
[5]地鐵司機室雙八木天線射頻電磁場暴露的健康風險評估[J]. 周文穎,逯邁. 高電壓技術. 2016(08)
[6]六頻段4G手機天線設計[J]. 常海星,李民權,何宏慶,朱元. 微波學報. 2016(02)
[7]一種小型化超寬帶MIMO天線設計[J]. 吳艷杰,龍云亮. 電波科學學報. 2016(03)
[8]三類手機天線輻射與SAR仿真對比分析[J]. 王瑩,于利娟,張民. 電子科技. 2015(01)
[9]人體與手機不同距離下比吸收率的研究[J]. 才輝,鐘華彧. 安全與電磁兼容. 2014(02)
[10]小型寬帶低地面影響的平面手機天線設計[J]. 褚慶昕,李健鳳,葉亮華. 電子學報. 2011(08)
碩士論文
[1]手機天線對人腦的電磁輻射仿真研究[D]. 龐越.北京郵電大學 2011
[2]人體頭部比吸收率（SAR）數(shù)值仿真分析研究[D]. 劉暢.北京郵電大學 2010
[3]基于FDTD算法的手機天線對人體頭部電磁輻射的仿真研究[D]. 郭佳.河北工業(yè)大學 2006
本文編號：3014736
【文章來源】：蘭州交通大學甘肅省
【文章頁數(shù)】：64 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
手機單極子天線輻射人頭模型
5G手機天線的電磁暴露安全評估研究-22-添加優(yōu)化變量L1、L2、L3、L4和L5，進行參數(shù)掃描分析，經過變量的優(yōu)化后，得到最優(yōu)解，確定天線最佳尺寸，如表3.3所示。表3.3天線變量參數(shù)變量L1L2L3L4L5尺寸6mm2.4mm19mm5.5mm5mm3.6人頭模型的建立人體頭部由頭皮、顱骨、多層不同的肌肉組織及感覺器官構成，人頭模型的建立通常有兩類：一類基于真實的頭部模型和另一類為多層球模型[67]。本文主要采用的是三層球模型�，F(xiàn)有的生物知識很難深入地理解電磁暴露的生物效應，所以為了研究的方便，認為人體頭部模型的頭皮、顱骨和大腦三層組織的每層介質都是均勻介質。本節(jié)按照《GB10000-88中國成年人人體尺寸》中提供的人頭各組織尺寸的數(shù)值，建立了三維人頭模型[68]。人體頭部由3部分構成：頭皮、顱骨、大腦。頭皮厚度為7mm，顱骨厚度為5mm，大腦為半徑0.080m的球體，所以頭皮的半徑為0.092m，顱骨的半徑為0.085m。如圖3.4所示。圖3.4三層球頭模型生物組織對電磁場響應的特性：用介電常數(shù)、電導率及磁化率等來表示生物組織在外加電磁場作用下的反應性能。生物體組織的介電常數(shù)、電導率及磁化率等電磁特性在不同電磁場是不斷變化的。
蘭州交通大學碩士學位論文-25-4兩種手機天線特性的仿真分析4.1天線的參數(shù)分析經過HFSS軟件仿真計算，查看Monopole折疊天線的回波損耗S11參數(shù)仿真結果，如圖4.1所示，當天線回波損耗參數(shù)S11<-6dB時，Monopole折疊天線滿足移動通信的頻段范圍是765MHz-1029MHz、1552MHz-3850MHz和4400MHz-4500MHz，可以覆蓋GSM850//900//1800//1900//UMTS//LTE2300//2500//Wi-MAX2300//2500//3500等10個頻段。并且頻段：3300MHz-3800MHz、4400MHz-4500MHz，滿足5G通信頻段，為5G移動通信提供更多可能。圖4.1S11回波損耗曲線(Ant1)經過HFSS軟件仿真計算，查看Monopole平面天線的回波損耗S11參數(shù)仿真結果，如圖4.2所示，當天線回波損耗參數(shù)S11<-6dB時，Monopole平面天線可以滿足移動通信要求的頻段范圍是490MHz-978MHz、1600MHz-2700MHz、3150MHz-3972MHz、4845MHz-5378MHz以及5675MHz-5885MHz，則Monopole平面天線可以實現(xiàn)覆蓋LTE700//GSM850//GSM900//DCS//PCS//UMTS//LTE2300//LTE2500/LTE3400(3400-3800MHz)//WiMAX3.5GHz(3400-3650MHz)，WLAN5.2GHz和WLAN5.8GHz等11個頻段。高頻段與低頻段均滿足設計指標要求，符合5G通信標準。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]復雜環(huán)境中手機電磁輻射的比吸收率計算[J]. 左勝,白楊,張玉,趙勛旺,林中朝. 西安電子科技大學學報. 2019(02)
[2]HFSS軟件邊界條件和網格剖分技術適用領域[J]. 周文穎. 太赫茲科學與電子信息學報. 2018(05)
[3]地鐵專用無線通信系統(tǒng)射頻電磁暴露安全的評估[J]. 周文穎,逯邁. 輻射研究與輻射工藝學報. 2018(04)
[4]應用在手機終端的多頻段平面天線研究[J]. 崔燦,王平. 重慶郵電大學學報(自然科學版). 2016(06)
[5]地鐵司機室雙八木天線射頻電磁場暴露的健康風險評估[J]. 周文穎,逯邁. 高電壓技術. 2016(08)
[6]六頻段4G手機天線設計[J]. 常海星,李民權,何宏慶,朱元. 微波學報. 2016(02)
[7]一種小型化超寬帶MIMO天線設計[J]. 吳艷杰,龍云亮. 電波科學學報. 2016(03)
[8]三類手機天線輻射與SAR仿真對比分析[J]. 王瑩,于利娟,張民. 電子科技. 2015(01)
[9]人體與手機不同距離下比吸收率的研究[J]. 才輝,鐘華彧. 安全與電磁兼容. 2014(02)
[10]小型寬帶低地面影響的平面手機天線設計[J]. 褚慶昕,李健鳳,葉亮華. 電子學報. 2011(08)
碩士論文
[1]手機天線對人腦的電磁輻射仿真研究[D]. 龐越.北京郵電大學 2011
[2]人體頭部比吸收率（SAR）數(shù)值仿真分析研究[D]. 劉暢.北京郵電大學 2010
[3]基于FDTD算法的手機天線對人體頭部電磁輻射的仿真研究[D]. 郭佳.河北工業(yè)大學 2006
本文編號：3014736
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