ban电磁辐射比吸收率sar探究

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1、BAN电磁辐射比吸收率SAR探究摘要：体域网(BAN)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BAN网络下的SAR值的研究变得格外重要。而由于BAN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BAN网络环境的计算模型。以FDTD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

2、模型在不同频率下的SAR值进行仿真，得到了在0.9GHz,2.4GHz,5GHz3种频率下人体SAR值。关键词：体域网(BAN)；比吸收率(SAR)；有限时域差分法中图分类号：TN915文献标识码：A文章编号：1005-3824(2014)01-0036-030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，

3、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（bodyareanetwork,BAN）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BAN协调器）组成,每一传感器既可佩戴在身上,也可植入体内［l］o由于协调器既可以佩戴在身上又可以植入体内，BAN的应用必须满足生物安全，因为他们会导致电磁生物效应。比吸收率（SAR）是评估生物电磁辐射安全的指标，是人体组织暴露在电磁环境中的一般指标，因此如何精确地

4、计算人体SAR值成为一个关键问题。在国内外的研究中，大多数的研究都是针对身体某一部分（如头部，手臂等）的SAR值研究，还有一些是针对如何进行实际人体测量SAR值的研究。在参考文献［2］中作者设计了一个人体头部模型，对其暴露在0.5〜5.5GHz频率下时的比吸收率进行了研究，并得出随着频率的升高辐射效率降低。参考文献［3］提出一种采用双天线在900-6000MHz频率间的SAR值测量方法。参考文献［4］给出了日本研究儿童的人体模型暴露于2.4GHz和5GHz学校无线局域网络产生的电磁场环境中的SAR值。

5、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，且并不是针对BAN网络环境中的SAR值研究。1FDTD计算方法本文主要采用FDTD(finitedifferencetimedomain)时域有限差分方法进行电磁场的计算。FDTD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FDTD算法优于其它电磁场计算方法。FDTD算法直接从Maxwe11的旋度方程出发采用Yee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Faraday和Am

6、pere定律，根据Yee式网格结构，采用中心差分格式，把Maxwell旋度方程的各个分量方程转化为差分形式[5-7],电场强度E、磁导率卩、介电常数£、电导率。、磁场强度为H的旋度方程如公式(1)和公式(2)所示。XE=-Ulit(1)XH=eEt+oE(2)本文根据FDTD算法，建立均匀网格结构，满足稳定性条件网格的空间步长5与时间步长6t满足公式(3)o66Vmax(3)式(3)中：Vmax为计算空间中电磁波的最大速率。为了尽量减小网格的截断效应，在仿真计算程序中设置的边界条件为ML(unspli

7、tperfectmatchedlayer)边界条件。2人体头部模型的建立与SAR仿真目前，国际上采用SAR值表示物体吸收电磁辐射的大小。比吸收率(specificabsorptionrate,SAR)代表生物体(包括人类)每公斤容许吸收的辐射量，SAR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(ICNIRP)规定SAR值的标准为2W/kgoSAR的计算方法如式(4)所示。SAR=oPE2本文采用FDTD算法计算人体在电磁环境中所受影响时的SAR值，关键的一步是建立三维生物组织人体模型，即

8、在采用FDTD算法下建立人体生物组织网格模型。首先建立矩形人体组织模型，如图1所示。模型长225mm,宽115mm,高150mm。最底层为皮肤组织，厚度为2mm；第二层为脂肪组织，厚度为5nun；接着是肌肉组织，厚度为10mm；最上层为体内平均组织，厚度为133mm。采用长和宽均为2mm的均匀单元网格为单位，各组织的电导率o,相对介电常数£r,厚度如表1所示［8］。4结果分析关于SAR的国际通用标准有2个，1个是欧洲标准2W/kg,其具体含义是10g人体