СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 61 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2016 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 |S11| Udal = 0 Udal = 10 Udal = 5 Без БО Коэффициент отражения 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Частота, ГГц Голова Телефон 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 0,2 0,4 0,6 RE Z Ом RE Z Im Z IM Z 0,89946 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Частота, ГГц Z11 Imaginary Part: 24.27108 Z11 Real Part: 6.001594 Off Порт тем меньше резонансная частота) и на подстройке положения порта относи- тельно центральной точки (соединён- ной с поверхностью Ground). Частот- ные характеристики коэффициента отражения антенной системы с учётом влияния головы пользователя сотового телефона, показаны на рисунке 4. Внесение БО в пространство анали- за PIFA-антенны изменяет резонанс- ную частоту и рабочую полосу частот, в которой |S11| < 0,5. Если голова нахо- дится ближе к телефону, то вносятся бо ′ льшие потери, и полоса расширяет- ся от 100 до 200 МГц. Если сравнить результаты анализа излучения PIFA с излучением сотового телефона со спиральной антенной, диа- грамма направленности (ДН) которой искажается в сторону головы [3], то мож- но сказать, что отражательная поверх- ность PIFA-антенны играет положи- тельную роль. В настоящее время про- водятся интенсивные исследования характеристик антенн сотовых теле- фонов, работающих с отражательной частотно-селективной стенкой и фер- ритовыми пластинами [8] между антен- ной и головой. Сечение диаграммы направленно- сти сотового телефона с PIFA-антенной показано на рисунке 5. Максимальный коэффициент направленного действия (КНД) равен 2,4 дБ. Хотя излучение антенны сотового телефона направ- лено от головы пользователя, нужно иметь в виду, что вредное воздействие оказывает не дальнее, а ближнее поле сотового телефона. При внесении в ближнее поле сото- вого телефона биологического объек- та (головы пользователя) максималь- ный КНД уменьшается вплоть до –2 дБ. Из расчётов, результаты которых показаны на рисунках 4 и 5, можно сделать вывод, что БО в большей сте- пени влияет на диаграмму направлен- ности, и в меньшей – на согласование антенны. Действительно, современные настроенные сотовые телефоны обыч- но не обладают чувствительностью согласования к положению телефо- на относительно головы пользователя. Распределение ближнего поля в сече- нии головы пользователя, а также вдоль линии, идущей поперёк головы, изобра- жено на рисунке 6. Расчёты показыва- ют, что земляная плата антенны PIFA экранирует излучение ближнего поля в сторону головы и снижает уровень напряжённости поля. В точках наи- большей напряжённости электриче- ского поля поглощается наибольшая мощность, излучаемая антенной систе- мой сотового телефона, оценка кото- рой даётся в статье далее. Х АРАКТЕРИСТИКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКОЕ ТЕЛО Для оценки воздействия радиоиз- лучения на организм человека можно применить, по крайней мере, два кри- терия: первый – увеличение темпера- туры тела при длительном воздействии облучения, второй – величину погло- щённой мощности на единицу веса. Повышение температуры тела зави- сит от мощности, поглощаемой и рас- сеиваемой в виде тепла в теле, поэтому второй параметр – величина удельной поглощённой мощности SAR (Specific Absorption Rate) – получил более широ- кое распространение [1, 6, 7]. Величина SAR в ячейке анализируемого простран- ства определяется как отношение мощ- ности, поглощаемой в данной ячейке, к весу биологической ткани в ней: , (1) где σ – проводимость биологической ткани, заполняющей ячейку [См/м], E – напряжённость электрического поля внутри ячейки [В/м], ρ – плотность ткани внутри ячейки [кг/м 3 ]. Что касается первого критерия – тем- пературы, то для решения задачи нахож- дения поля в пространстве БО нужно решить уравнение теплопроводности. Если распространение волн приводит Параметры трёхслойной модели головы человека (в скобках указаны параметры для частоты 1,9 ГГц) Вещество Толщина, мм Радиус границы сферы, мм Относительная диэлектрическая проницаемость Проводимость σ , См/м tg δ (расчёт) Теплопроводность Cт, Вт/град/м Теплоёмкость H, кДж/град/кг Плотность ρ , кг/м 3 Мозг 48 53 (для 0,9 ГГц) (46 для 1,9 ГГц) 1,1 (1,7) 0,415 (0,369) 0,46 3,6 1030 Кость 3 9 (8) 0,06 (0,1) 0,133 (0,125) 0,41 1,3 1800 Кожа 1 59 (46) 1,3 (1,9) 0,44 (0,41) 0,293 3,5 1100 Рис. 3. Реальная и мнимая части входного импеданса антенны Рис. 4. Рассогласование антенны сотового телефона при изменении удаления от БО