数值模型可以提供数据从一个巨大的数量的点和人工模拟的。
阿拉斯泰尔·r·代赭石博士。
米拉有限,纽尼顿、英国
车载发射器已经常见的车辆环境:典型的例子包括移动电话、蓝牙系统和通信设备使用的应急服务和武装部队。无线通信也是一个关键元素的许多计划,旨在减少交通对环境的影响或提供无处不在的网络接入设想未来的城市环境中,这也将包含车辆的乘客。因此,使用车载发射器、车载和个人,将来可能会更加普遍。
近年来,各个国家和国际组织推荐接触限度静态电场和磁场以及电磁场频率300 GHz [1 - 2]。在欧洲,欧盟已经推荐领域暴露限制公众[3],而职业暴露极限的主题特定的指令[4]。此外,最近更新的欧洲汽车电磁兼容指令[5]现在要求汽车制造商提供指导与可接受的频率、功率和天线安装,以确保售后设备不会成为EMC的来源问题。这种指导也许应该考虑乘员暴露,以及纯粹的EMC问题。
车辆和移动通信设备制造商,以及潜在用户紧急和军事等,应考虑可能的车载传输人类接触的影响。本文扼要地介绍了一些特定的问题关于车载领域暴露评估和总结了具体的仿真研究进行车载和个人发射机操作四频率(390 - 430 MHz)。
车载暴露评估
电磁场暴露指南通常框架的“参考水平”(或“行为价值”)和“基本限制”(或暴露极限的值”)。“参考水平”与数量,如电和磁场强度,而“基本限制”指定的数量,如电流诱导体内,功率密度和SAR(特定的吸收速率)。一些标准指定SAR作为平均超过1 g的连续的组织,而在其他10 g平均使用。限制指定为平均全身和局部极大值,这身体的不同部位之间可能会有所不同。符合假设参考水平保证遵守的基本限制non-localized统一的风险敞口,但使用参考水平并不被认为是适合个人发射机的高度本地化的来源。
然而,目前还不太清楚这种方法如何转化为车辆或建筑,那里的领域可能会大幅修改的反射环境。在这样的共振环境暴露由于non-localised来源可能是高度不均匀,可以这么复杂,可靠的评估和测量可能会变得困难。
统计措施提供一个更合适的描述这样的场分布,但这需要大量的样品的可用性。模拟因此增加利益的获取所需的大型数据集获得可靠的统计数据没有物理测试的局限性。其中包括室详细的映射字段所需的时间分布,可能引入的杂散磁场干扰磁场传感器及其定位设备,和物理访问限制使用有限大小的探测器所导致的车辆复杂的几何形状。
测量和模拟就更容易评估遵守基本的参考水平比限制。物理“幻影”被要求代表人体测量(如[6]),而“人类模拟的”需要包含在数值模型。此外,可能需要考虑不同的车辆占用配置的影响,以及由此产生的需要几个灵活的全身幻影可以计量的方法一个非常昂贵的选择。相比之下,数值模型可以提供大量的数据点,许多人类模拟的小额外成本。
基于仿真的方法进一步的好处是,调查期间可进行发展的早期阶段。成本的任何必要的缓解措施可能会发现通常是低得多,如果介绍在设计阶段,而不是在开发生命周期的后期,当原型用于测量。因此,基于仿真的方法感兴趣的潜在的更全面,更有效和更具成本效益的计量的选择。
数值模型
比较测量了1 GHz[7]表明,坐垫,还有简单的窗口玻璃(暗示,其他内饰材料)不产生重大影响的内部电场的耦合车辆在这些频率。比较模拟[8]显示窗口加热器阵列修改内部点和场外的天线之间的耦合,因此将对内部场分布的影响。
主人领域暴露评估1 GHz因此需要一个模型包括车辆车身外壳和门,以及主要的金属部分乘客舱,这种座椅骨架,窗口加热器阵列和室内操舵组件。模拟这样的系统已经被证明[9]提供了一个良好的相关性与电场映射进行一个完整的车辆在利乐频率。在更高的频率,但是,很可能额外的组件,如窗户玻璃,还需要包括在内。
模拟SAR等派生的数量需要添加到模型的人类居住者基本的车辆模型。然而,座位位置不同车辆类型和车辆之间相似的类型,以及前排和后排座椅之间相同的车辆。后者是如图1所示,它显示了三个人类的相对几何模拟的金属元素的席位的一辆车。因此,它是必要的,能够调节人体的几何模型模拟的获得合适的主人。
这使得人类的“标准”的定义为车载SAR模拟的计算比较困难。局部扭曲可能和特性,比如体积可能稍微修改模型之间的代表使用者在不同的座位位置。由于这些原因,同质损耗介质的使用身体的电气性能的代表平均人体组织可以帮助减少人类努力参与调整基本模拟的几何图形。据报道[11]的平均介电常数和电导率值的身体作为一个整体可以近似为2/3的人类肌肉组织的值。测量数据,后者可以在[12]。
这种均质模拟方法类似于实验方法,使用幻影基于介质壳充满液体的属性,是人体组织的代表。尽管如此,这不是模拟的基本限制,和一个模型雕刻精细的模型汽车司机已经证明[10]。
车顶的利乐天线
模型代表一个车辆兴奋的用一个简单的单极天线安装在屋顶的后面板图2所示,说明里面有四个均质人工模拟的。基于该系统的模拟被用来调查空车辆中的场分布,以及八个可能的组合的SAR分布的司机和三名乘客。在这工作的模拟进行了使用一个商业工具[13]基于TLM方法[14]。
利乐的模拟频率(380 - 430 MHz),离散化应用在汽车内饰是电场和磁场数据计算超过180万点包房,而SAR值可供人类模拟的53000分。
空乘客舱的场分布得到的最大字段值相当高(在某些情况下两个数量级)比整个室内的平均水平。然而,领域最高水平通常发现非常接近金属结构,和大多局限于地区正常情况下不会访问的人。最值得注意的例外是方向盘。
为特定几何认为,从空的车辆模型获得的平均磁场强度在人工模拟的区域被发现是在相似的水平在乘客舱的平均磁场强度作为一个整体。在这种情况下,因此,空车辆平均场强似乎是一个有用的度量来描述车载领域暴露威胁居住者在典型的座位的位置。
样本空间电场的结果来自空和司机才模型见图3 - 4(有或没有司机,分别使用相同的规模),而图5显示了计算SAR的司机(平均超过10 g的连续的组织在这种情况下,规定[3 - 4])。场分布之间的差异可以看到图3 - 4、将司机的存在。总的来说,磁场强度普遍较低的司机,但并非总是如此。例如无花果。3 - 4,地板锅之间的领域和后座(见右下角)与司机现在稍有增强。
被占领的车辆模拟[15]表明,平均特区限制到达SAR辐射功率水平低于最大限制,最高峰值和平均SAR水平发生不同的车辆占用配置。虽然天线位于屋顶的后方,发现当地最高SAR在司机和一个乘客在前方,几乎两倍于司机只有水平平均为1通用和10 gm SAR(虽然SAR是只有70%的司机才水平)。最大的司机水平也高于司机才水平50% three-occupant情况两个乘客毗邻司机。
意味着最高SAR水平被发现出现在一个后方乘客:25%高于司机司机后面的位置,仅高50%,前排乘客座椅背后的位置。居住者之间的意思是SAR值的分布发现是非常相似的10 g和1 g平均水平。发现更大的差距最大的SAR值,但最高水平仍发现同样的位置和入住率配置。
在研究中,发现辐射功率水平导致平均空车辆领域水平的参考水平的3.1倍[3]以达到需要的平均特区限制司机。考虑不同的入住率配置,提供的安全系数字段引用水平略有减少(从3.1到2.5)。因此,评估空车辆平均场的分布对字段引用的水平仍然是一个可靠的方法在这种情况下。
个人四发射机
使用的个人系统,分析了穿在身上的个人无线电系统的简化表示戴在胸前的司机。这个模型使用一个简单的“曲折的“磁单极子元素来获得所需的共振在现实的实际长度。天线很兴奋对小导电块代表设备的住房。TLM模型车的司机只是如图6所示,说明人类的位置模拟的和穿在身上的无线电发射器。
模拟车辆结构
模拟再次进行无人车辆,和模型,其中包括三名乘客的司机和组合[16]。司机穿着发射机,最大SAR发现比意味着SAR是更直接的威胁,作为身体可能会穿发射机。此外,发现最大的SAR限制可以达到功率的意思是空的字段/区域车辆只有~ 27%的字段引用[3]。因此,评估符合字段引用水平不是一个适当的方法来评估暴露风险穿在身上佩戴者的天线,如预期。
结果还表明,最大和平均SAR水平乘客坐在司机旁边,和后方乘客坐在后面的位置前面的乘客,可以忽略不计(
在研究中,最高SAR水平发生在司机的树干,而对于司机后面的乘客立即找到同样高的SAR水平的四肢。[3]的最大特区限制实际上是2 W /公斤的头部和躯干,但对四肢4 W /公斤。因此,尽管最高SAR水平是一样的在这两个模拟的,[3]允许的极限水平后方乘客中那些可接受两次的司机。即使在4 W /公斤极限,然而,预计意味着字段在司机后面的乘客位置仍发现字段引用以下水平(在电场和磁场为50%)为53%。因此,在这种情况下,字段引用的水平似乎也不适合评估风险对至少一个主人以外的用户。
模拟没有车辆结构
模拟车辆结构从模型中删除,这样的人工模拟的相对位置不变,也被用于评估车辆在暴露的影响。尽管10 g SAR水平和平均1 g SAR的汽车司机独自都略有增强,1 g最大略有减少。尽管如此,发现小的差异在所有情况下(< 3%)。因此,非常低的SAR水平前后乘客的司机,以及和类似的SAR水平较高,而在后面的司机和乘客立即坐在司机,似乎是由人类的相对几何模拟的和发射天线。
然而,SAR分布的细节修改的车辆结构。这是数字7 - 8所示,它显示了计算SAR分布在一个垂直平面上通过驾驶员和相邻后方乘客,有或没有。
车辆,司机后面的乘客最高SAR水平发生在脚踝。删除车辆结构,最高SAR水平在背后的个人用户发生在最接近发射机的手。SAR分布在用户也修改车辆结构,但深刻地比在后排乘客。
结论
基于仿真的方法来评估车载人类领域暴露风险由于车载发射器提供许多优势基于测试方法。然而,评估遵守基本的限制,如SAR,导致大量额外的并发症在测量和模拟。因此,评估方法基于比较空的汽车领域和参考水平更可取的解决方案,提供他们的使用是合理的。
模拟代表一个车载天线和一个个人发射机所穿的客车的司机已经进行了八个不同的入住率方案涉及一个司机和三名乘客为利乐频率(380 - 430 MHz)。屋顶天线的结果表明,意思是SAR限制比峰值SAR是一个更直接的威胁,但是这意味着特区限制不会被打破,除非平均空车辆领域达到字段引用的2.5倍的水平。
driver-worn个人发射机,模拟确认SAR峰值限制是更直接的威胁比意味着SAR和参考水平不适合评估局部接触有经验的用户。然而,它也发现SAR水平客运高峰立即坐在司机后面穿的发射机可能高达司机。这种情况是独立于其他乘客位置是否被占,甚至车辆结构是否存在。因此,建立符合参考水平可能不是一个可靠的个人领域暴露风险评估方法在靠近用户的个人系统。
车辆结构的影响最大和平均SAR水平,和它们的相对分布在人工模拟的,相对较小的个人发射机。然而,车辆结构并修改的细节SAR水平和分布在人工模拟的。自基本限制身体的不同部位,特别行政区使用人类模拟的结果没有车辆结构不能依靠建立符合特区限制。这将不仅适用于人类中使用模拟的数值模型,而且物理幻影用于测量。
尽管SAR限制到达峰值平均空车辆领域~ 27%参考水平的个人发射机研究,系统产生平均空车辆领域,大大低于参考水平可能被认为是符合基本限制。使用10%的参考水平作为评价标准将提供一个类似的安全裕度,发现屋顶天线(即。~ 2.5倍)。
进一步的工作
屋顶天线仿真的结果表明,与字段引用水平比较平均空车辆领域水平应该提供一个良好的安全裕度在现场暴露评估车载天线。然而,进一步调查所需的其他天线位置和操作频率是为了建立观察是否有关具体情况研究通常更有效。
个人发射机模拟SAR水平的调查表明,车辆使用者可以避免个人系统操作在辐射功率水平生产足够低的磁场强度。然而,调查更广泛的频率和源位置是必要的为了建立在什么条件下可以使用这种方法有信心。
SAR水平和分布的进一步调查结果从其他乘客也需要穿在身上的用户发射机为了建立个人的佩戴者是否发射机内部车辆总是受制于现场暴露水平最高,,因此可以假定为代表的“最坏情况”进行分析的目的。
一个合作研究项目(SEFERE——“模拟电磁场暴露在共振环境”)最近已经开始在这个领域。这项工作是由英国政府支持的贸易和工业部门,并致力于研究领域更广泛的接触模拟问题的频率比上面描述和应用程序。这个活动的结果将提供相关的项目网站[17]随着工作的进展。
引用
[1]ICNIRP,“指南限制暴露于时变电场,磁场,和电磁场(300 GHz)“健康物理,74卷,第4期,1998年,页494 - 522。
[2]学会,1999年IEEE标准安全水平对人体接触射频电磁场,3千赫至300兆赫”IEEE, 1999。
[3]1999/519 / EC,”委员会推荐的1999年7月12日公众限制接触电磁场(0赫兹到300 GHz)”,欧盟官方杂志,没有。L 199年,1999年7月30日,59 - 70页。
[4],2004/40 / EC指令”的欧洲议会和理事会2004年4月29日的最低健康和安全要求有关工人暴露的风险物理代理(电磁场)”,欧盟官方杂志,不。L 184年,2004年5月24日,1 - 9页。
[5]2004/104 / EC,”委员会指令2004/104 / EC 2004年10月14日适应技术进步的理事会指令72/245 / EEC有关无线电干扰(电磁兼容性)的车辆和修改指令70/156 / EEC近似的会员国的法律有关机动车型式认证和预告片”,欧盟官方杂志,不。L 337年,2005年11月13日,13-58页。
[6],交货单。麦科伊D.M. Zakharia问:Balzano,”字段的优势和特定吸收率在汽车环境”,IEEE车辆技术,48卷,4号,1999年7月,页1287 - 1303。
[7]境使发红,“测量影响的座椅和玻璃电磁场耦合到车辆和线束”,15日学报》国际EMC Symosium苏黎世,苏黎世瑞士,2003年2月,页487 - 492。
[8]境代赭石,”计算的影响可选车辆特性(天窗和挡风玻璃加热器)汽车电磁兼容特性”,15日学报》国际EMC Symosium苏黎世,苏黎世瑞士,2003年2月,页475 - 480。
[9]境使发红,“比较的测量和计算电场分布由于车载天线”,干扰技术EMC测试和设计指南2005年分裂到8 - 16个。页。
[10]g . Anzaldi。德尔珈朵,P.J. Riu f·席尔瓦,“FDTD分析SAR的手机内部车辆”,16日学报》国际苏黎世EMC研讨会,2005年2月,页155 - 160。
[11]h Durney、h .马苏迪和中频伊斯坎德尔,“射频辐射剂量学手册》第四版,布鲁克斯空军基地技术报告usafsam - tr - 85 - 73, 1986年10月。
[12]c·加布里埃尔和s·加布里埃尔编译身体组织的介电性能在射频和微波频率”,布鲁克斯空军基地技术报告AL / oe - tr - 1996 - 0037, 1996年6月。
[13]D.P.约翰r . Scaramuzza A.J. Wlodarczyk,“微带-微波设计工具基于3 d-tlm”, 1日学报》国际研讨会传输线矩阵(TLM)建模-理论与应用,维多利亚,公元前,加拿大,1995年8月,pp.169 - 177
[14]c . Christopoulos传输线建模方法:TLM, IEEE出版社,1995年。
[15]境代赭石,”乘客分布对计算电磁场暴露的影响车辆车载发射器”,学报EMC欧洲研讨会无线系统的EMC,罗马,2005年9月,第411 - 414页。
[16]境代赭石,”乘客对计算字段暴露的影响由于个人TETRA无线电使用内部车辆”,7日欧洲EMC学报》研讨会,巴塞罗那,西班牙,2006年9月,第592 - 597页。
[17]SEFERE项目,见www.sefere.org。
阿拉斯泰尔•代赭石与米拉有限公司(纽尼顿、英国),他的工作主要是关心使用数值模拟方法来研究电磁问题,主要是为汽车应用。典型应用包括EMC,安装天线的性能,人体暴露于电磁场,和相关的测试和测量问题。他可以联系(电子邮件保护)