BAN电磁辐射比吸收率SAR的研究

１ Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ计算方法
本文主要采用 Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ （ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅｔ ｉ ｍ ｅｄ ｏ ｍ ａ ｉ ｎ ） 时域有限差分方法进行电磁场的计算。 Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ 算法所需储存空间只与计算空间所包含的网格数成 正比， 这就使得 Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ算法优于其它电磁场计算方 法。Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ算法直接从 Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ 的旋度方程出发采 用Ｙ ｅ ｅ 式网格结构把电磁场的各个分量分别置于不 同的空间位置， 它们在空间关系上满足 Ｆ ａ ｒ ａ ｄ ａ ｙ和 Ａ ｍ ｐ ｅ ｒ ｅ 定律， 根据 Ｙ ｅ ｅ 式网格结构， 采用中心差分 格式， 把Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ 旋度方程的各个分量方程转化为
第 １期 雷 倩等： Ｂ Ａ Ｎ电磁辐射比吸收率 Ｓ Ａ Ｒ的研究
３ ７
δ ｔ≤
δ ３ Ｖ ｍ ａ ｘ 槡
（ ３ ）
３ ） 中： Ｖ 为计算空间中电磁波的最大速率。为 式（ ｍ ａ ｘ 了尽量减小网格的截断效应， 在仿真计算程序中设 Ｌ （ ｕ ｎ ｓ ｐ ｌ ｉ ｔ ｐ ｅ ｒ ｆ ｅ ｃ ｔ ｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄｌ ａ ｙ ｅ ｒ ） 置的边界条件为 Ｍ 边界条件。
收稿日期： ２ ０ １ ３ １ ２ ０ ６ 修回日期： ２ ０ １ ３ １ ２ ２ ３
导率 σ 、 磁场强度为 Ｈ的旋度方程如公式（ １ ） 和公 式（ ２ ） 所示。 Ｈ ×Ｅ ＝－μ ｔ Ｅ Ｅ ×Ｈ ＝ε ＋σ ｔ （ １ ） （ ２ ）
本文根据 Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ算法， 建立均匀网格结构， 满足 稳定性条件网格的空间步长 δ 与时间步长 δ ｔ满足 公式（ ３ ） 。
１ ］ 感器既可佩戴在身上， 也可植入体内 ［ 。由于协调
参考文献［ ３ ］ 提出一种采用双天线在 ９ ０ ０ ～ ６ ０ ０ ０Ｍ Ｈ ｚ 频率间的 Ｓ Ａ Ｒ值测量方法。参考文献［ ４ ］ 给出了日 ． ４Ｇ Ｈ ｚ 和 ５Ｇ Ｈ ｚ 学 本研究儿童的人体模型暴露于 ２ Ａ Ｒ 值。 校无线局域网络产生的电磁场环境中的 Ｓ 上述这些模型或方法均存在一定的不足， 用于计算 的材料简单， 没有足够地精确模拟人体组织， 且并不 Ａ Ｎ网络环境中的 Ｓ Ａ Ｒ值研究。 是针对 Ｂ
第４ １卷第 １期 ３ ６ ２ ０ １ ４年 ２月 ２ ５日
数 字 通 信 Ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ Ｃ ｏ ｍ ｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｖ ｏ ｌ ４ １ ，Ｎ ｏ ． １ Ｆ ｅ ｂ ． ２ ５ ２ ０ １ ４
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ ３ ８ ２ ４ ． ２ ０ １ ４ ． ０ １ ． ０ ０ ９
０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 引 言
随着通信的快速发展， 无线技术更广泛地运用 到了人们的日常生活之中， 如手机、 蓝牙耳机等。为 了进一步方便人们的生活与工作， 近年来越来越多 的学者致力于体域网的研究。为了实现对人体健康 信息采集的即时性， 用于收集人体参数的传感器被 放置于人体的各个位置， 以便用于测量人体参数， 这 些节点间的数据传输通常限于很短距离的范围内， 这些传感器间组成的网络即称为体域网。体域网 ｂ ｏ ｄ ｙａ ｒ ｅ ａｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ， Ｂ Ａ Ｎ ） 是附着在人体身上的一种 （ 网络， 由一套小巧、 可移动， 具有通信功能的传感器 和一个身体主站（ 或称 Ｂ Ａ Ｎ协调器） 组成， 每一传
Ｂ Ａ Ｎ电磁辐射比吸收率 Ｓ Ａ Ｒ的研究
雷 倩， 庞 宇
（ 重庆邮电大学 光电工程学院，重庆 ４ ０ ０ ０ ６ ５ ）
摘 要： 体域网（ Ｂ Ａ Ｎ ） 的研究在远程医疗及远程医疗服务方面起着重要的作用， 由于无线传感器节点附着在人体 表面， 人体不可避免地会吸收可能有害的电磁波， 因此， 对人体处于 Ｂ Ａ Ｎ网络下的 Ｓ Ａ Ｒ值的研究变得格外重要。 而由于 Ｂ Ａ Ｎ中通信距离很短， 电磁波沿身体表面传播的通道与普通的无线信道不同， 需要建立适用于 Ｂ Ａ Ｎ网络环 境的计算模型。以 Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ有限时域差分法为依托， 建立三维矩形人体组织网格模型以及三维站立式人体网格模 型， 采用半波偶极子天线在贴近人体皮肤表面处对矩形人体组织模型与站立式人体模型在不同频率下的 Ｓ Ａ Ｒ值进 ． ９Ｇ Ｈ ｚ ， ２ ． ４Ｇ Ｈ ｚ ， ５Ｇ Ｈ ｚ ３种频率下人体 Ｓ Ａ Ｒ值。 行仿真， 得到了在 ０ 关键词： 体域网（ Ｂ Ａ Ｎ ） ； 比吸收率（ Ｓ Ａ Ｒ ） ； 有限时域差分法 中图分类号： Ｔ Ｎ ９ １ ５ 文献标识码： Ａ 文章编号： １ ０ ０ ５ ３ ８ ２ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ ０ ０ ３ ６ ０ ３
５ ７ ］ 差分形式 ［ ， 电场强度 Ｅ 、 磁导率 μ 、 介电常数 ε 、 电
Ｂ Ａ Ｎ的应用 器既可以佩戴在身上又可以植入体内， 必须满足生物安全， 因为他们会导致电磁生物效应。 Ｓ Ａ Ｒ ） 是评估生物电磁辐射安全的指标， 比吸收率（ 是人体组织暴露在电磁环境中的一般指标， 因此如 Ａ Ｒ值成为一个关键问题。 何精确地计算人体 Ｓ 在国内外的研究中， 大多数的研究都是针对身 Ａ Ｒ值研究， 还有 体某一部分（ 如头部， 手臂等） 的Ｓ Ａ Ｒ值的研究。 一些是针对如何进行实际人体测量 Ｓ 在参考文献［ ２ ］ 中作者设计了一个人体头部模型， ． ５～ ５ ． ５Ｇ Ｈ ｚ 频率下时的比吸收率进 对其暴露在 ０ 行了研究， 并得出随着频率的升高辐射效率降低。
２ 人体头部模型的建立与 Ｓ Ａ Ｒ仿真
目前，国际上采用 Ｓ Ａ Ｒ值表示物体吸收电磁 辐射 的 大 小。比 吸 收 率 （ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ａ ｔ ｅ ， Ｓ Ａ Ｒ ） 代表生物体（ 包括人类） 每公斤容许吸收的辐 射量， Ｓ Ａ Ｒ值越低表示辐射被吸收的量越少， 国际 非电离性辐射保护委员会（ Ｉ Ｃ Ｎ Ｉ Ｒ Ｐ ） 规定 Ｓ Ａ Ｒ值的 标准为 ２Ｗ／ ｋ ｇ 。Ｓ Ａ Ｒ的计算方法如式（ ４ ） 所示。 σ ２ Ｓ Ａ Ｒ＝ Ｅ ρ Ｓ Ａ Ｒ （ ｉ ， ｊ ， ｋ ）＝ １ ， ｊ ， ｋ ） ·Ｅ （ ｉ ， ｊ ， ｋ ）＋ (２ ) ［σ（ｉ ρ