Feko | 辐射危害-人体暴露模型应用分享

在包含射频发射机的系统设计过程中，预防高辐射危害至关重要。在大众眼中，过度暴露对人类的危害是最需要考虑的问题，但作为工程师，还要面对易燃可燃液体的意外点燃（例如燃料）或者军事环境中的军械等危险情况。

世界各地都在执行各种标准或导则，以确保不同特定环境中的辐射安全水平。这些标准包括：

• ICNIRP：广泛应用于通信网络和通信设备。

• IEEE 1528：详细说明了人体头部吸收的辐射功率的限定值。

在评估辐射水平时, 这些标准通常使用以下两个参量之一：

• 辐射源周围或观测点的场强：这些值可以为离散的点值，或绘制为可测量指定最大场强的等值面。

• 人体在辐射源附近吸收的能量：单位质量人体组织吸收的电磁功率，即比吸收率（SAR），可以是空间峰值（以10克或1克组织立方平均的最大 SAR 值）或全身平均值。

Feko 含有多种混合求解器，特别适合求解辐射危害问题或者人类暴露于电磁场中的辐射危害问题。这是因为：

• 多层快速多极子 (MLFMM) 适合电大结构的近场计算。例如，全球移动通信系统（GSM）发射天线的近场计算，可通过可视化的等值面描绘危险区域边界。

• 矩量法/有限元 (MoM/FEM) 和 多层快速多极子/有限元 (MLFMM/FEM) 的混合求解器非常适合计算人体靠近辐射源时的 SAR 值。

参考电平（reference level）是基于场值定义的。等值面是描述边界的一种非常常见的方法。在此边界内部，认为是超出了规定的参考值。

下图的示例描述了移动电话基站天线周围的 ICNIRP 禁区和军用舰艇上的 HERO 区（军械安全禁区）。

GSM 基站天线周围的 

ICNIRP 公共禁区（黄色）和职业禁区（红色）

ICNIRP 案例展示了职业禁区（红色），这是射频工作人员不应进入的区域，而黄色 区域则描绘了公众不应进入的公共禁区。同样，船上的 HERO 区表示最严格的军械安全标准（红色）和较不严格的标准（黄色）。

舰载有源通信天线直升机的 HERO 限制区域，如上所示

舰载有源通信天线直升机的 HERO 限制区域，如图中左侧所示

SAR 是基于 ICNIRP 指南评估人类辐射危害最重要的参数。

Feko 与英国的一个行业合作伙伴一起进行了基准测试。该图描述了 Feko 仿真结果与模型内部场强测量值的比较，该模型内部填充了可代表人体组织液的液体。

通过比较测量结果与 Feko 的仿真结果可知，Feko 的 FEM 求解器非常适合于人体模型的仿真和 SAR 的计算。Feko 算法遵循 CENELEC 和 IEEE 标准，严格遵守 SAR 计算的基本要求，提供非常准确的仿真结果。

Feko与行业合作伙伴进行场强验证

下面用 Feko 计算不同情况下全身平均 SAR 和局部暴露峰值 SAR。

这里展示的场景需要仿真四个人体模型，每个人体模型坐在车里，并佩戴可穿戴无线接收设备。汽车的大型金属车身和介质人体模型是一个具有挑战性的仿真问题，但利用 Feko 中的 MLFMM / FEM 混合求解器则很容易解决。MLFMM 用于求解大型金属物体，而 FEM 用于求解复杂介质体，例如本案例中的人体模型。

车内佩戴个人无线电设备的人体模型的 SAR 计算

同样的，MLFMM / FEM 技术也可以用于评估人体内部的场强。Feko 可以很容易地计算出某一频率范围内的电磁场，然后基于应用法规的要求计算得到最终的评估结果。