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Studi analitici:

onda piana su slab

• Il calcolo del campo assorbito viene fatto attraverso le

semplici formule di riflessione e trasmissione all’interfaccia aria pelle

piana tra due dielettrici (aria- mezzo biologico),

• pertanto, il campo assorbito dipende dalla direzione di

propagazione dell’onda incidente e dalla sua polarizzazione e

frequenza, così come dalle proprietà dielettriche del

tessuto biologico. ζ ζ ζ

• Per incidenza normale, 2

Γ Γ

= = + =

2 1 2

; T 1

ζ ζ ζ ζ

+ +

2 1 2 1

• Il campo trasmesso si propaga nel mezzo biologico che rappresenta un

mezzo con perdite. Pertanto, si attenuerà con una legge esponenziale

legata alla profondità di penetrazione del campo nel mezzo

1 1

δ = ≅

1 2 α σ μ

δ = ≅

α ωμσ ε

2

per un buon conduttore per un buon dielettrico

Studi analitici:

onda piana su slab

• I mezzi biologici sono in

genere dielettrici

dissipativi (i.e. né buoni

conduttori né buoni

dielettrici), e la

profondità di

penetrazione dipende

dalla frequenza e dal

tessuto considerato

e.g. grasso a 900 MHz

ε σ

= 11.33, = 0.11 S/m

r eq 1 −

ωε π 6 9

= ⋅

2 900 10 10 11 . 33

π

36

ωε ≈ 0 . 56

Studi analitici:

onda piana su slab multistrato

• Uno slab multistrato su cui incide un’onda piana uniforme può essere

studiato considerando il coefficiente di riflessione tra i diversi

strati e considerando il campo in ogni strato come somma di quello

incidente (trasmesso dallo strato precedente) con quello riflesso.

aria pelle grasso ......... ......... z

1 2 N

− +

+ −

jk z jk z

= +

zi zi

E ( z ) E e E e

i i i

Studi analitici:

onda piana su slab multistrato

Distribuzione dell’ampiezza del campo elettrico in uno slab multistrato

Studi analitici:

Onda piana incidente su sfera omogenea

Risultati:

aumentando la frequenza, aumenta la potenza assorbita dalla sfera;

aumentando la frequenza, diminuisce la penetrazione del campo;

si possono avere fenomeni di risonanza.

frequenza (lunghezza d’onda) / dimensioni sfera

Studi analitici:

Onda piana incidente su ellissoide prolato

k H

E H E

k E

H k

Risultati:

polarizzazione E, maggiore assorbimento di potenza

potenza assorbita funzione della frequenza

Assorbimento in funzione della frequenza

700 MHz

70 MHz

Confronti con altre tecniche

Sviluppo normative

• Esempio di uso dei risultati dosimetrici nello sviluppo delle

normative di protezione dai campi elettromagnetici

(Standard ANSI)

Soluzione numerica equazioni di Maxwell

MoM, FDTD, FIT, FEM, MMP, …..

MoM FDTD FEM

Modello uomo a cubetti (MoM)

• Il primo metodo numerico ad essere usato per il calcolo del campo

elettromagnetico assorbito è stato il metodo dei momenti.

• Negli anni ’70, Gandhi et al. calcolarono il SAR in soggetti

rappresentati da 180 cubetti.

Modello uomo a cubetti (MoM)

• Con “l’uomo a cubetti” si può

cominciare a studiare anche il

valore del SAR in zone limitate

del corpo.

• A partire da questi studi, ad

esempio, Gandhi mostrerà

l’elevato assorbimento in

corrispondenza delle caviglie alle

frequenze di risonanza del corpo

(circa 70 MHz)

Differenze finite nel dominio del tempo

Modelli del corpo

“Visible Human”

→ 33 tessuti / organi

→ risoluzione <5 mm

P.A. Mason, et al., “Recent advancements in dosimetry measurements and modeling,” in

Radio Frequency Radiation Dosimetry , B.J. Klauenberg & D. Miklavcic, eds. Norwell, MA:

Kluwer, 2000, pp. 141-155

FDTD - antenne

• il modello della sorgente di campo elettromagnetico è la parte più

critica dell’analisi dosimetrica effettuata mediante il metodo FDTD;

• recentemente, anche grazie a sviluppi del metodo (e.g.

grigliato variabile), sono state studiate anche antenne

geometricamente complesse quali antenne ad elica.....

Schema soluzione

Problema elettromagnetico Problema termico

Equazioni di Maxwell Bio-Heat equation

(FDTD) (FD) ΔT

SAR

Caratteristiche Caratteristiche

elettriche termiche

ε, σ c, k, A , B

0

Dosimetria sperimentale

E

Generatore Fantoccio

Sistema automatico

P posizionamento sensore

P inc

rifl

Misuratore di

potenza

sorgenti reali;

☺ modelli semplificati del corpo.


PAGINE

37

PESO

1.41 MB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Materiale didattico per il corso di Impatto ambientale dei campi elettromagnetici della Prof. Marta Cavagnaro, all'interno del quale sono affrontati i seguenti argomenti: dosimetria dei campi elettromagnetici; definizione di dosimetria; grandezze dosimetriche; il legame SAR; proprietà dielettriche dei tessuti biologici; dosimetria numerica; studi analitici di onda piana; calcolo del campo elettromagnetico assorbito; modello dell'uomo a cubetti; dosimetria sperimentale.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in ingegneria delle comunicazioni
SSD:
A.A.: 2012-2013

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Impatto ambientale dei campi elettromagnetici e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università La Sapienza - Uniroma1 o del prof Cavagnaro Marta.

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