均匀头模型和天线sar比吸收率仿真案例【cst仿真案例】-凯发网站

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-09-26 | 115 次浏览 | 分享到:

这一期我们一起看一下cst自带案例之一，均匀的头模型和螺旋天线。component library 中搜sar，然后选head with helix antenna模型，或tlm。搜到的其他模型也是不错的sar 学习案例，这里重点解释怎样设置和计算sar。

specific absorption rate (sar) 是比吸收率，生物组织单位时间 (dt) 单位质量 (dm 或ρdv) 所吸收的电磁波能量(dw)。

最新2017的sar标准iec/ieee62704-1目前还是要求六面体网格，也就是用cst时域t-solver计算sar是fcc认可的软件结果，cst也是国际sar标准委员会的成员。正在起草的iec/ieee 62704-4针对的是四面体fem，目前（2020.5）还没正式公布。fcc要求1g为单位均值的max sar不超过1.6w/kg的，eu的标准则是10g均值的sar不超过2w/kg。这两个案例是用频域f-solver四面体和tlm solver六面体子网作为比较，展示这些求解器都可以算sar值，因为都可以计算电场，所以软件通过以下公式算sar。

step 1. 查看模型

头是均匀材料，名字叫liquid，介电常数42，通常人头内部组织液介电常数在40-42左右。类似的生物材料不在cst基本材料库里，需要bio model 3.1拓展包。注意，用来算sar的材料除了介电常数，一定要定义density，密度ρ。

手机为简单pec机壳加pec螺旋天线，有一个端口：

接下来看设置，频率为0-1.2ghz, 边界为open（addspace），仿天线推荐。

step 2. 功耗监视器

重点来了，仿sar值，一定要先加一个power loss density/sar 的场监视器。这里定义了一个900mhz 监视器，因为天线工作频率为900mhz。sar是人体吸收电磁波能量，power loss density是电磁波功率在介质材料中的损耗密度，正好被用来计算sar值。

接下来进行仿真，我们用三个不同的求解器t、f和tlm，不同的网格类型，在适当加密网格之后，三个s参数结果可以达到非常高的吻合度。

step 3. 后处理算sar
方法一，post-processing 的sar选项，这里可以选均值还是不均值的点sar值。均值的话单位是10克，1克，还是自定义。

然后在specials 里，可以重新定义端口的激励功率。如果不勾选userdefined，计算的sar值就是使用默认的端口峰值功率为1w（0.5w rms），这里我们用天线接收功率0.25w为例，accepted power 意思就是不考虑端口反射 (详见help) 。均值方法averaging method就用默认的2017年的ieee/ice 62704-1, 旧版本叫ieee p1528.1。该标准规定了仿真软件从一点计算sar平均值时用的能包括周围组织的正方体，正方体大小是根据被均值的质量，比如1g，和周围组织的密度。其他旧的标准也可以从该菜单中选择。这里选了1g均值, 可以估算一下等一下算sar的体积，因为头模型材料均匀，密度1000kg/m^3，所以头内部1g就是对应25px^3。subvolume是用户可以限制计算区域，选一部分体积来算sar值，可以提高后处理速度，尤其对于是更复杂的模型，比如voxel高分辨率的生物模型加上复杂手机。这里我们大概知道头的坐标区域，就定义了如下x,y, z 坐标区域：

设置好之后，点ok关掉specials，点击calculate.方法二：template based post-processing, 2d and 3d field results, sarresult选项

这里也可以做同样的设置得到sar的数据和空间分布，我们还是0.25接收功率，采样点设置为2mm，相对于25px^3的均值体积已经很精确了。

step 4. sar 数据

两种方法均可生成一个sar的2d/3d结果。右键点击，选择object information，如下图：

然后便显示sar的数据信息：

以t-solver结果为例：

是否根据用户定义的功率进行缩放	power scaling [w]	0.25 accepted
激励功率	stimulated power [w]	0.252477
天线接收功率（激励功率减去反射损耗）	accepted power [w]	0.25
平均网格质量（所有包含有密度材料的网格）	average cell mass [g]	0.008
均值方法（不是算点sar的话）	averaging method	ieee/iec 62704-1
均值质量	averaging mass [g]	1
在选择的区域内：selected volume:
计算区域最小坐标	min (x,y,z) [mm]	-90, -140, -240
计算区域最大坐标	max (x,y,z) [mm]	90, 100, 10
计算区域体积	volume [mm^3]	1.08e 07
所有介质吸收功率	absorbed power [w]	0.139361
生物组织体积	tissue volume [mm^3]	4.39679e 06
生物组织质量	tissue mass [kg]	4.39679
生物组织吸收功率	tissue power [w]	0.139361
生物组织平均功率	average power [w/mm^3]	3.16961e-08
生物组织总sar （全体均值sar）	total sar [w/kg]	0.0316961
最大的点sar	max. point sar [w/kg]	9.24563
最大的1g 均值sar	max sar (1g) [w/kg]	2.63443
最大的1g 均值sar坐标	maximum at (x,y,z) [mm]	75, -25, -151
均值最小体积坐标	avg.vol.min (x,y,z) [mm]	69.855, -30.145, -156.145
均值最大体积坐标	avg.vol.max (x,y,z) [mm]	80.145, -19.855, -145.855
最大的均值体积边长	largest valid cube [mm]	10.3573
最小的均值体积边长	smallest valid cube [mm]:	10
均值体积计算精度	avg.vol.accuracy [%]	0.0001

然后我们选几个参考值，比较一下三个算法，都是加密网格之后：

	t-solver	tlm-solver	f-solver
absorbed power [w]	0.139361	0.139815	0.140349
total sar [w/kg]	0.0316961	0.0317891	0.0319208
max sar (1g) [w/kg]	2.63443	2.64823	2.64651
maximum at (x,y,z) [mm]	75, -25, -151	75, -23, -151	75, -23, -151