5G手机天线的电磁暴露安全评估研究
发布时间：2021-02-02 12:59
随着5G移动通信技术的研究正在全球范围内紧密进行,5G已经成为了通信行业发展的热点。中国的5G移动通信已经开始商用并将预计在2020年普及。5G手机的使用会迅速增加,并将引起公众对5G手机电磁环境是否对人体健康构成威胁的关注。本文运用电磁剂量学方法对5G手机天线对人体头部的电磁暴露进行仿真计算研究,并结合国际非电离辐射防护委员会（International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection,ICNIRP）制定的电磁暴露安全防护导则进行安全评估。本文具体研究方法如下:（1）简要阐述5G移动通信的进展,电磁暴露对人体的危害,以及目前国内外手机电磁暴露的研究现状。介绍了比吸收率（Specific Absorption Rate,SAR）的思路;研究比较国内外关于手机电磁暴露SAR值的相关标准;引入现代电磁场理论的有限元数值计算的基本原理,并通过验证分析,为研究5G手机电磁暴露提供可靠依据;（2）结合5G移动通信的特点与5G移动通信天线的发展趋势,主要从多频段小型化天线进行研究,采用基于有限元法的软件HFSS（High Freque...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
手机单极子天线辐射人头模型
5G手机天线的电磁暴露安全评估研究-22-添加优化变量L1、L2、L3、L4和L5，进行参数扫描分析，经过变量的优化后，得到最优解，确定天线最佳尺寸，如表3.3所示。表3.3天线变量参数变量L1L2L3L4L5尺寸6mm2.4mm19mm5.5mm5mm3.6人头模型的建立人体头部由头皮、颅骨、多层不同的肌肉组织及感觉器官构成，人头模型的建立通常有两类：一类基于真实的头部模型和另一类为多层球模型[67]。本文主要采用的是三层球模型。现有的生物知识很难深入地理解电磁暴露的生物效应，所以为了研究的方便，认为人体头部模型的头皮、颅骨和大脑三层组织的每层介质都是均匀介质。本节按照《GB10000-88中国成年人人体尺寸》中提供的人头各组织尺寸的数值，建立了三维人头模型[68]。人体头部由3部分构成：头皮、颅骨、大脑。头皮厚度为7mm，颅骨厚度为5mm，大脑为半径0.080m的球体，所以头皮的半径为0.092m，颅骨的半径为0.085m。如图3.4所示。图3.4三层球头模型生物组织对电磁场响应的特性：用介电常数、电导率及磁化率等来表示生物组织在外加电磁场作用下的反应性能。生物体组织的介电常数、电导率及磁化率等电磁特性在不同电磁场是不断变化的。
兰州交通大学硕士学位论文-25-4两种手机天线特性的仿真分析4.1天线的参数分析经过HFSS软件仿真计算，查看Monopole折叠天线的回波损耗S11参数仿真结果，如图4.1所示，当天线回波损耗参数S11<-6dB时，Monopole折叠天线满足移动通信的频段范围是765MHz-1029MHz、1552MHz-3850MHz和4400MHz-4500MHz，可以覆盖GSM850//900//1800//1900//UMTS//LTE2300//2500//Wi-MAX2300//2500//3500等10个频段。并且频段：3300MHz-3800MHz、4400MHz-4500MHz，满足5G通信频段，为5G移动通信提供更多可能。图4.1S11回波损耗曲线(Ant1)经过HFSS软件仿真计算，查看Monopole平面天线的回波损耗S11参数仿真结果，如图4.2所示，当天线回波损耗参数S11<-6dB时，Monopole平面天线可以满足移动通信要求的频段范围是490MHz-978MHz、1600MHz-2700MHz、3150MHz-3972MHz、4845MHz-5378MHz以及5675MHz-5885MHz，则Monopole平面天线可以实现覆盖LTE700//GSM850//GSM900//DCS//PCS//UMTS//LTE2300//LTE2500/LTE3400(3400-3800MHz)//WiMAX3.5GHz(3400-3650MHz)，WLAN5.2GHz和WLAN5.8GHz等11个频段。高频段与低频段均满足设计指标要求，符合5G通信标准。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂环境中手机电磁辐射的比吸收率计算[J]. 左胜,白杨,张玉,赵勋旺,林中朝. 西安电子科技大学学报. 2019(02)
[2]HFSS软件边界条件和网格剖分技术适用领域[J]. 周文颖. 太赫兹科学与电子信息学报. 2018(05)
[3]地铁专用无线通信系统射频电磁暴露安全的评估[J]. 周文颖,逯迈. 辐射研究与辐射工艺学报. 2018(04)
[4]应用在手机终端的多频段平面天线研究[J]. 崔灿,王平. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2016(06)
[5]地铁司机室双八木天线射频电磁场暴露的健康风险评估[J]. 周文颖,逯迈. 高电压技术. 2016(08)
[6]六频段4G手机天线设计[J]. 常海星,李民权,何宏庆,朱元. 微波学报. 2016(02)
[7]一种小型化超宽带MIMO天线设计[J]. 吴艳杰,龙云亮. 电波科学学报. 2016(03)
[8]三类手机天线辐射与SAR仿真对比分析[J]. 王莹,于利娟,张民. 电子科技. 2015(01)
[9]人体与手机不同距离下比吸收率的研究[J]. 才辉,钟华彧. 安全与电磁兼容. 2014(02)
[10]小型宽带低地面影响的平面手机天线设计[J]. 褚庆昕,李健凤,叶亮华. 电子学报. 2011(08)
硕士论文
[1]手机天线对人脑的电磁辐射仿真研究[D]. 庞越.北京邮电大学 2011
[2]人体头部比吸收率（SAR）数值仿真分析研究[D]. 刘畅.北京邮电大学 2010
[3]基于FDTD算法的手机天线对人体头部电磁辐射的仿真研究[D]. 郭佳.河北工业大学 2006
本文编号：3014736
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
手机单极子天线辐射人头模型
5G手机天线的电磁暴露安全评估研究-22-添加优化变量L1、L2、L3、L4和L5，进行参数扫描分析，经过变量的优化后，得到最优解，确定天线最佳尺寸，如表3.3所示。表3.3天线变量参数变量L1L2L3L4L5尺寸6mm2.4mm19mm5.5mm5mm3.6人头模型的建立人体头部由头皮、颅骨、多层不同的肌肉组织及感觉器官构成，人头模型的建立通常有两类：一类基于真实的头部模型和另一类为多层球模型[67]。本文主要采用的是三层球模型。现有的生物知识很难深入地理解电磁暴露的生物效应，所以为了研究的方便，认为人体头部模型的头皮、颅骨和大脑三层组织的每层介质都是均匀介质。本节按照《GB10000-88中国成年人人体尺寸》中提供的人头各组织尺寸的数值，建立了三维人头模型[68]。人体头部由3部分构成：头皮、颅骨、大脑。头皮厚度为7mm，颅骨厚度为5mm，大脑为半径0.080m的球体，所以头皮的半径为0.092m，颅骨的半径为0.085m。如图3.4所示。图3.4三层球头模型生物组织对电磁场响应的特性：用介电常数、电导率及磁化率等来表示生物组织在外加电磁场作用下的反应性能。生物体组织的介电常数、电导率及磁化率等电磁特性在不同电磁场是不断变化的。
兰州交通大学硕士学位论文-25-4两种手机天线特性的仿真分析4.1天线的参数分析经过HFSS软件仿真计算，查看Monopole折叠天线的回波损耗S11参数仿真结果，如图4.1所示，当天线回波损耗参数S11<-6dB时，Monopole折叠天线满足移动通信的频段范围是765MHz-1029MHz、1552MHz-3850MHz和4400MHz-4500MHz，可以覆盖GSM850//900//1800//1900//UMTS//LTE2300//2500//Wi-MAX2300//2500//3500等10个频段。并且频段：3300MHz-3800MHz、4400MHz-4500MHz，满足5G通信频段，为5G移动通信提供更多可能。图4.1S11回波损耗曲线(Ant1)经过HFSS软件仿真计算，查看Monopole平面天线的回波损耗S11参数仿真结果，如图4.2所示，当天线回波损耗参数S11<-6dB时，Monopole平面天线可以满足移动通信要求的频段范围是490MHz-978MHz、1600MHz-2700MHz、3150MHz-3972MHz、4845MHz-5378MHz以及5675MHz-5885MHz，则Monopole平面天线可以实现覆盖LTE700//GSM850//GSM900//DCS//PCS//UMTS//LTE2300//LTE2500/LTE3400(3400-3800MHz)//WiMAX3.5GHz(3400-3650MHz)，WLAN5.2GHz和WLAN5.8GHz等11个频段。高频段与低频段均满足设计指标要求，符合5G通信标准。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂环境中手机电磁辐射的比吸收率计算[J]. 左胜,白杨,张玉,赵勋旺,林中朝. 西安电子科技大学学报. 2019(02)
[2]HFSS软件边界条件和网格剖分技术适用领域[J]. 周文颖. 太赫兹科学与电子信息学报. 2018(05)
[3]地铁专用无线通信系统射频电磁暴露安全的评估[J]. 周文颖,逯迈. 辐射研究与辐射工艺学报. 2018(04)
[4]应用在手机终端的多频段平面天线研究[J]. 崔灿,王平. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2016(06)
[5]地铁司机室双八木天线射频电磁场暴露的健康风险评估[J]. 周文颖,逯迈. 高电压技术. 2016(08)
[6]六频段4G手机天线设计[J]. 常海星,李民权,何宏庆,朱元. 微波学报. 2016(02)
[7]一种小型化超宽带MIMO天线设计[J]. 吴艳杰,龙云亮. 电波科学学报. 2016(03)
[8]三类手机天线辐射与SAR仿真对比分析[J]. 王莹,于利娟,张民. 电子科技. 2015(01)
[9]人体与手机不同距离下比吸收率的研究[J]. 才辉,钟华彧. 安全与电磁兼容. 2014(02)
[10]小型宽带低地面影响的平面手机天线设计[J]. 褚庆昕,李健凤,叶亮华. 电子学报. 2011(08)
硕士论文
[1]手机天线对人脑的电磁辐射仿真研究[D]. 庞越.北京邮电大学 2011
[2]人体头部比吸收率（SAR）数值仿真分析研究[D]. 刘畅.北京邮电大学 2010
[3]基于FDTD算法的手机天线对人体头部电磁辐射的仿真研究[D]. 郭佳.河北工业大学 2006
本文编号：3014736
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