Homework Laboratorio Bioelettromagnetismo

Corso di Bioelettromagnetismo

A.A. 2018/2019

Laboratorio informatico

Esperienza n°1

Realizzare il modello di un'antenna a mezz'onda che operi nell'intorno della frequenza del Wi-Fi (2.4GHz). Si simulino il comportamento alle frequenze 1-3 GHz e si valutino i parametri in termini di direttività, guadagno e solido di irradiazione a 2.4 GHz.

Corso di Bioelettromagnetismo

A.A. 2018/2019

Laboratorio informatico

Esperienza n°2

Realizzare un modello anatomico semplificato composto solo di testa (una sfera di raggio 12cm) e tronco (cilindro di raggio 20cm e altezza di 132cm). Si assuma il materiale biologicamente omogeneo e caratterizzato dai seguenti parametri:

μ = permeabilità magnetica pari a quella del vuoto, ε = permettività dielettrica relativa = 43

σ = conducibilità elettrica pari a 0.99 S/m, ρ = densità di massa pari a 990 Kg/m³

κ = conducibilità termica 0.293 W/K/m, C = capacità termica

3.5 kJ/K/kg³ - coefficiente di flusso sanguigno 9100 W/K/m, tasso metabolico basale 1620 W/m^-1 per il volume d'aria conducibilità termica 0.03 W/K/m, capacità termica 1.005 kJ/K/kg e ρ densità di massa pari a 0.0001 Kg/m³. Si irraggi il modello nell'intervallo - 100 MHz con un'onda piana polarizzata di frequenze 10 linearmente e verticale al suolo e con valore di campo elettrico E pari a 6 V/m (si veda la figura RMS per l'orientazione).

a) Si trovi a che frequenza si trova il valore massimo di SAR (si campioni il fenomeno ad intervalli di 10 MHz e si calcoli il SAR mediato su 10g di tessuto).

Ripetere l'esperienza con campo elettrico polarizzato orizzontalmente al suolo

b) e commentare i risultati rispetto al caso precedente.

Risolvere l'equazione del bio-calore usando lo "steady state thermal solver" per il valore di

c) Ripetere l'esperienza innalzando a frequenza del caso più sfavorevole trovato al punto

Esperienza laboratorio

Esperienza n.1

Modello di una antenna a mezz'onda fatta di rame che opera nell'intorno della frequenza del Wi-Fi (2.4GHz), con comportamento simulato nell'intervallo di frequenze 1 - 3 GHz.

Valutazione di direttività, guadagno e solido di irradiazione

Direttività

La direttività di un'antenna in una certa direzione è il valore massimo della superficie di radiazione; ne consegue che essa è il rapporto tra la potenza necessaria ad un'antenna isotropa per produrre in tutte le direzioni dello spazio la stessa intensità prodotta dall'antenna in esame nella sola direzione di massimo, e la potenza complessiva irradiata dall'antenna stessa. Nel caso in esame:

Guadagno

Definiamo guadagno il rapporto tra la densità di potenza

irradiata da un’antenna in una data direzione e ladensità di potenza che sarebbe generata nella medesima direzione da un radiatore isotropico. A differenzadella direttività il guadagno tiene inoltre conto delle perdite ohmiche dell’antenna, dovute al fatto cheparte della potenza di alimentazione viene dissipata sull’antenna. Il valore trovato di guadagno è.

▫ Solido di irradiazione a 2.4 GHz.

Il solido di irradiazione di un’antenna è la rappresentazione tridimensionale del suo guadagno.

Nota: Valutazione a 2.4 GHz.

Il minimo locale della curva indica a quale frequenza l’antenna risponde bene; possiamo notare che il vallonon si trova a 2.4 GHz ma a 2.0508 GHz. Elena Crepaldi, nm 1136533

Esperienza laboratorio informatico

Questo avviene poiché l’antenna non è un filo infinitamente sottile e si comporta perciò diversamente daun’antenna ideale. A livello di progettazione dobbiamo accorciare la lunghezza

Dell'antenna per farla funzionare meglio, la percentuale di accorciamento dipende dal rapporto di lunghezza (lunghezza del raggio rispetto alla lunghezza dell'antenna) e dal gap. Il parametro correttivo usato è 0.84, che viene moltiplicato per la lunghezza inizialmente data al braccio. L'antenna ora è un po' più corta e quindi il reflection coefficient si sposta più in alto di frequenza.