СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 63 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2016 37,5 37 36,7 Град 0 5 10 15 20 25 1 2 3 4 30 35 40 45 50 Время, с Динамическое изменение температуры в точках 37,4 37 36,6 Град –300 –200 L, мм Udal_ot = 2 Udal_ot = 0 Udal_ot = 5 Udal_ot = 10 Temperature (THs) (X) X/mm Udal = 2 мм Udal = 0 БО 5 мм 5 мм –100 0 100 200 +36,6 300 что при удалении на 7 мм уровень поглощаемой мощности уменьшается до допустимого порога. Однако более ценным результатом является распре- деление температуры в среде БО, пред- ставленное на рисунке 7. Поле рассчи- танной в точках БО величины SAR, а так- же температуры, можно вывести вдоль линии, пересекающей БО в предполага- емой максимальной области прогрева. Рисунок 7 демонстрирует, что мак- симальная температура нагрева БО достигается при удалении телефона от головы на 2 мм, а не при его соприкос- новении с головой. Повышение темпе- ратуры, по сравнению с начальной тем- пературой тела человека (36,6 ° С), при мощности излучения сотового телефо- на 500 мВт составляет почти 2 ° С. Нуж- но заметить, что эти результаты полу- чены без учёта таких важных тепловых характеристик, как протекание крови по поверхности живого БО, и поэтому значение 2 ° С несколько завышено [1]. Р АСЧЁТ ДИНАМИЧЕСКОГО , ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ ВО ВРЕМЕНИ , РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРИ ГОЛОВЫ Для того чтобы выполнить расчёт динамического процесса (повышение и понижение температуры в определён- ных точках БО), нужно задать монито- ры в этих точках, а также вид процес- са теплового действия, пропорциональ- ного мощности поглощения в голове пользователя сотового телефона в ста- ционарном режиме. Зададим этот временно ′ й сигнал в виде двуэкспоненциального импуль- са, который моделирует ситуациюпаде- ния мощности при подносе телефона к голове. Сигнал длится 50 секунд, в тече- ние которых модуль Thermal Solver про- граммы CST рассчитывает переходной процесс в нескольких точках БО. Из расчёта переходного теплово- го процесса, результат которого пока- зан на рисунке 8, видно, что в точках БО, удалённых от места приложения ЭМ-поля, температура может расти даже после снятия ЭМ-поля. В точках 2 и 4 имеет место увеличение темпе- ратуры после снятия СВЧ-излучения, поскольку при снятии мощности тепловые потоки движутся из обла- стей с более высокими температура- ми к холодным областям. Отметимодно из перспективных при- ложений данной технологии модели- рования электромагнитных и тепло- вых процессов в биологическом теле. Рис. 7. Установившееся распределение температуры вдоль линии через БО для нескольких положений телефона относительно головы Известно, что в ряде современныхмеди- цинских приборов в области лечебной гипертермии нагрев биологическо- го тела используется для достижения положительного эффекта. Программа CSTMWS позволяет моделировать слож- ные тепловые эффекты нагрева и рас- считывать распределения напряжён- ности электрического поля, плотности потерь мощности внутри тела и соот- ветствующие им распределения тем- пературы. В ЫВОД Теплопередача биологического мате- риала играет важную роль при модели- ровании эффекта поглощения мощно- сти в голове человека при пользовании сотовым телефоном. Расчёты показа- ли превышение температуры до 1 ° С по сравнению с окружающей средой при установившемся значении излучаемой мощности 200 мВт. Данный подход является перспектив- ным для проектирования современных медицинских приборов, например, в гипертермии (медицинская терапия), которая использует сфокусированное СВЧ-излучение для локального нагре- ва ткани внутри тела до определённой температуры. Компьютерное модели- рование и медицинское исследование в комплексе позволяют перевести лече- ние СВЧ-излучением на качественно новый уровень. Л ИТЕРАТУРА 1. Gustrau F., Bahr A. Final Report: Biological Effects in the cm/mm Wave Range Part II/III Determination of Material Parameters and Analysis of FieldStrengths inHumanTissueBy InstituteofMobileandSatelliteCommunication Techniques GmbH. Germany. 1998. 2. IEEE C95.1–1991. IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields, 3 kHz to 300GHz. NewYork. The Institute of Electri- cal and Electronics Engineers, Inc. 1992. April. 3. Штыков В.В., Кальщиков А.А. Тепловое воздействие электромагнитных волн на кожу человека. Журнал Радиоэлектрони- ки ИРЭ АН. 2013. №9.А 4. Курушин А.А. Вычисление температуры нагрева головы человека при пользова- нии сотовым телефоном. Журнал Радио- электроники ИРЭ АН. 2011. №11. 5. Сайт разработчика CST STUDIO SUITE компании Computer System Techniques. www.сst.com . 6. Bernardi Paolo, etc. Specific Absorption Rate and Temperature Increases in the Head of a Cellular-Phone User. IEEE Trans. on MTT. 2000. July. Vol. 48. №7. 7. Pennes H.H. Analysis of Tissue and Arterial Blood Temperatures in the Resting Forearm. J. Appl. Physiol. 1948. 1. Pp. 93–122. 8. Wang J . and Fujiwara O. Reduction of Elec- tromagnetic Absorption in the Human Head for Portable Telephones by a Ferrite Sheet Attachment. IEICE Trans. Commun. 1997. Dec. Vol. E80-B. №12. Pp.1810–1815. Рис. 8. Изменение температуры во времени при воздействии импульса мощности