Статья

Название статьи ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ВНУТРИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Автор Н.Н. Кисель
Рубрика РАЗДЕЛ II. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ
Месяц, год 03, 2016
Индекс УДК 621.396.93
DOI
Аннотация В связи с расширением функциональных возможностей мобильных средств связи и существенного увеличения времени их использования абонентами в течение дня возрастает внимание к исследованию по определению степени влияния электромагнитного воздействия на пользователя. Создание адекватной электродинамической модели биологической ткани для исследования влияния СВЧ-колебаний связано с необходимостью решения задачи о возбуждении электромагнитной волны в среде с резко меняющимися параметрами (кожа, мышцы, кости, жировая ткань). При этом характерные неоднородности оказываются соизмеримыми с длиной волны или меньше ее, из-за чего применение ряда приближенных асимптотических методов решения соответствующих модельных задач оказывается практически невозможным. Строгий расчет поля внутри человека можно выполнить только на основе трехмерного моделирования биологической среды с произвольными параметрами диэлектрической проницаемости ε и проводимости σ, что лежит на пределе возможностей самой современной вычислительной техники. В работе проведены исследования для упрощенных электродинамических моделей биологической ткани, в частности, в виде многослойной среды с плоскими слоями, а также многослойной сферы или эллипсоида. Для описания модели головы более предпочтительными являются модели, построенные на основе многослойных сфер или эллипсоидов, внутри которых расположен объем более сложной конфигурации, описывающей мозг. В работе рассмотрен случай трехслойной модели головы человека в виде эллипсоида вращения с усеченным эллипсоидом внутри для описания мозга человека и двух моделей сотового телефона с микрополосковой антенной и со спиральной антенной. Расчеты распределения электромагнитных полей и SAR выполнены в программе FEKO. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что пространственный пик SAR, усредненный на 10 г/см3 модели человеческого тела, ниже порогового значения, рекомендованного международными стандартами. Увеличивая расстояние между мобильным устройством и головой можно значительно снизить уровень SAR. При этом, однако, не наблюдается изменение положения области, где достигаются пиковые значения SAR.

Скачать в PDF

Ключевые слова Удельная поглощаемая мощность; SAR; микрополосковая антенна; биологическая среда.
Библиографический список 1. Hanus, X., Luong, M. and Lethimonnier, F. (2005) Electromagnetics Fields and SAR Computations in a Human Head with a Multi-Port Driven RF Coil at 11.7 Tesla. Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine, 13, 876.
2. Khalatbari S., Sardari D., Mirzaee A., A. Sadafi H.A. Calculating SAR in Two Models of the Human Head Exposed to Mobile Phones Radiations at 900 and 1800 MHz // Progress In Electromagnetics Research Symposium 2006, Cambridge, USA, March 26-29.
3. Stavroulakis P. Biological Effects of Electromagnetic Fields, Springer, 2002.
4. Персон Т., Торневич К. Мобильная связь и здоровье человека // Мобильные телекоммуникации. – 2004. – № 1. – С. 25-30.
5. Schwan H.P. Classical theory of microwave inteactions with biological system. In.: The physical bases of electromagnetic interations with biological system. - Rockwille, Maryland. 1977. – P. 70.
6. Paolo Bernardi, etc. Specific Absorption Rate and Temperature Increases in the Head of a Cellular-Phone User // IEEE Trans. on MTT. – July 2000. – Vol. 48, No. 7.
7. Lagroy I. Poulletier de Ganas F. Effect of GSM 900 radiofrequency on apoptosis of immune and nervous cells // Priceedings of the XXVIIth General Assembly of the International Union of Radio Science, Netherlands, 2002.
8. Xu Li, Henri Tandradinata, Susan C. Hagness. Anatomically realistic FDTD modeling of microwave interactions with human breast // Priceedings of the XXVIIth General Assembly of the International Union of Radio Science, Netherlands, 2002.
9. Гай А.В., Леманн Ю.Ф., Строунбридж Дж. Применение электромагнитной энергии в терапии // ТИИЭР. – 1974. – Т. 62, № 1. – С. 66-93.
10. Kisel N.N., Grishchenko S.G. Structured modeling of the biological media in the form of grid resistive wires // В сборнике: CriMiCo 2014 - 2014 24th International Crimean Conference Microwave and Telecommunication Technology. Conference Proceedings. – 2014. – P. 1065-1066.
11. Кисель Н.Н., Грищенко С.Г Использование эффекта деполяризации электромагнитной волны для задач медицинской диагностики // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 11 (160). – С. 99-109.
12. Грищенко С.Г., Кисель Н.Н., Ваганова А.А. Рассеяние электромагнитных вон телом вращения, расположенным на многослойном полупространстве // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. – № 11 (148). – С. 141-150.
13. Кисель Н.Н., Клименко П.П. Математическое моделирование взаимодействия элеткромагнитного поля с биологическими средами // Депонированная рукопись ВИНИТИ № 1380-B2006 14.11.2006.
14. Кисель В.Н., Кисель Н.Н., Алпатова А.В. Расчет электромагнитного поля в объеме кругового диэлектрического цилиндра с неоднородным включением // Радиотехника и электроника. – 2003. – Т. 48, № 1. – С. 64-69.
15. Кисель В.Н., Алпатова А.В., Кисель Н.Н. Эффективный алгоритм расчета электромагнитного поля в неоднородном цилиндре // Известия ТРТУ. – 2001. – № 1 (19). – С. 28-32.
16. Алпатова А.В., Кисель Н.Н., Кисель В.Н. Исследование электромагнитного поля внутри кругового неоднородного цилиндра // Известия ТРТУ. – 2001. – № 3 (21). – С. 45-46.
17. Кисель Н.Н., Алпатова А.В., Кисель В.Н. Разработка и исследование приближенных методик учета тонких покрытий // Известия ТРТУ. – 2001. – № 3 (21). – С. 46-47.
18. Кисель Н.Н., Кисель В.Н., Обуховец В.А. Моделирование взаимодействия СВЧ-колебаний с биологическими структурами // Известия ТРТУ. – 1995. – № 1 (1). – С. 37-38.
19. Кисель Н.Н., Грищенко С.Г., Дерачиц Д.С. Исследование низкопрофильных микрополосковых антенн // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 3 (164). – С. 240-248.
20. Ноаман Х.И.А., Галеб Х.А.Н., Кисель Н.Н. Моделирование и оптимизация характеристик микрополосковой антенны для WIMAX связи // Новые технологии и проблемы технических наук: Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. Инновационный центр развития образования и науки. – 2014. – С. 115-118.
21. Галеб Х.А.Н., Ноаман Х.И.А., Кисель Н.Н. Моделирование и оптимизация характеристик микрополосковой антенны с использованием SIMPLEX-метода // Новые технологии и проблемы технических наук: Сборник научных трудов по итогам Международной научно-практической конференции. Инновационный центр развития образования и науки.
– 2014. – С. 118-121.
22. Хамед М., Кисель Н.Н. Моделирование характеристик микрополосковой антенной решетки S-диапазона // Новые технологии и проблемы технических наук: Сборник научных трудов по итогам Международной научно-практической конференции. Инновационный центр развития образования и науки. – 2014. – С. 121-124.
23. Кисель Н.Н., Грищенко С.Г., Челобитчиков М.О. Исследование характеристик микрополосковой антенны на подложке с неоднородным заполнением // Проблемы техники и технологий телекоммуникаций ПТиТТ-2014; Оптические технологии в телекоммуникациях ОТТ-2014: Материалы Международных научно-технических конференций. – 2014.
– С. 54-55.
24. Кисель Н.Н., Грищенко С.Г., Кардос Д.А. Оптимизация параметров комбинированной микрополосковой антенны // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2012. – № 11 (136). – С. 25-31.
25. Pelosi M., Franek O., Knudsen M.B., Pedersen G.F., and Andersen J.B. Antenna Proximity Effects for Talk and Data Modes in Mobile Phones // IEEE Antennas and Propagation Magazine. – June 2010. – Vol. 52, No 3. – P. 15-27.

Comments are closed.