【摘 要】
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随着5G通信技术的飞速发展,5G手机也逐渐进入大众视野。而手机天线电磁辐射是否对人体健康产生影响,是近20年以来,广大专家、学者广泛关注的热点话题之一。为研究5G手机天线电磁辐射是否对人体产生健康威胁,本文在已有手机天线电磁辐射研究理论的基础上,通过COMSOL仿真软件建模,系统分析5G手机天线辐射特性及其在人头模型中SAR和温度场分布情况,并将仿真计算结果与ICNIRP标准进行电磁暴露安全评估。
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随着5G通信技术的飞速发展,5G手机也逐渐进入大众视野。而手机天线电磁辐射是否对人体健康产生影响,是近20年以来,广大专家、学者广泛关注的热点话题之一。为研究5G手机天线电磁辐射是否对人体产生健康威胁,本文在已有手机天线电磁辐射研究理论的基础上,通过COMSOL仿真软件建模,系统分析5G手机天线辐射特性及其在人头模型中SAR和温度场分布情况,并将仿真计算结果与ICNIRP标准进行电磁暴露安全评估。具体研究方法如下:1、通过COMSOL仿真软件射频模块建立5G手机天线模型,并对天线辐射特性进行仿真计算。结果表明:本文设计的5G手机天线-6 d B回波损耗带宽能够覆盖中心频率GSM-850/900,DCS-1800,PCS-1900,UMTS-2000,Wi MAX-2300,LTE-2300/2500以及适用于5G手机中心工作频率3.5GHz等多个频段。满足了5G手机天线工作在5G网络频段,并且向下兼容4G/3G/2G频段的需求。2、通过COMSOL仿真软件生物传热模块建立包含头皮层、颅骨层、大脑层的三层球型人头模型,并运用电磁场生物电耦合基础知识,系统分析5G手机天线工作在5G/4G/3G/2G（即:天线工作频率为3500 MHz、2600 MHz、1900 MHz、900 MHz）频段,天线常用输入功率分别为0.125 W和0.245 W,辐射时间分别为6 min和30 min,人头模型距离手机天线距离的变化等诸多复杂因素的影响下,5G手机天线在人头模型中SAR和温度场分布情况。得出以下主要结论:（1）5G手机天线电磁辐射在人头模型中头皮层SAR值最大,大脑层次之,颅骨层最小。当天线工作频率为1900 MHz,输入功率为0.245 W时,头皮层SAR值最大且为0.715W/kg,最大SAR值占标准限值的35.75%,未超过ICNIRP标准限值。（2）不论天线输入功率为0.125 W/0.245 W,辐射时间6 min/30 min,工作频率为1900MHz时人头模型大脑层温度场最大。辐射时间为6 min时,大脑层最大温度为37.180 oC,温度最大升高0.18 oC;辐射时间为30 min时,大脑层最大温度为37.200 oC,温度最大升高0.20 oC,温度场升高值均小于ICNIRP标准规定的1 oC热损伤限值。（3）手机天线工作在5G频段（即:天线工作频率为3500 MHz）时,随着距离的增加,人头模型各组织层SAR和温度场都呈现下降的趋势。其中SAR值减小的速率相对较快,温度场变化则显得非常缓慢。手机天线距离人头模型由5 mm增加到30 mm时,SAR值最大减小为50.20%,而温度场最大减小仅仅为0.18%。3、将COMSOL所有仿真计算结果与国际非电离辐射防护委员会制定的ICNIRP标准进行对比分析,结果表明:5G手机天线电磁辐射在人头模型中SAR值均未超过标准限值2 W/kg,处于安全范围之内。同时,人头模型温度场的分布也均未超过ICNIRP标准1 oC热损伤限值。说明5G手机天线所致人头的电磁辐射和温度场的分布是安全的,不会对人体构成健康威胁。上述研究工作为充分理解5G手机天线电磁辐射对人头组织的生物效应提供了理论依据,具有一定的应用价值。
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