电磁波在媒质分界面上的反射与透射特性

由于不同媒质的参数不同,电磁波入射到媒质分界面会产生反射和透射现象.通过对电磁波在分界面上反射和透射的理论分析,讨论了反射波透射波振幅、方向随入射角的变化特性.     

人体通信频段体内至体表信道特性分析与建模

为探究人体通信(HBC)频段体内无线通信系统的传输特性,该文对解剖学数值人体模型和多层异质几何人体模型的体内至体表信道特性进行电磁仿真分析,首次建立了人体通信频段内10～50 MHz体内至体表路径损耗模型,并通过生物液态仿体内测量验证了电磁仿真和路径损耗模型的有效性。首先,结合时域有限积分法和数值人体模型计算10～50 MHz人体心脏节点至体表各节点的平均路径损耗,分析对比解剖学数值人体模型和多层异质人体模型的路径损耗、阴影衰落和电磁场分布特性。其次,基于表面波传播机理,提出一个带有线性修正项的对数路径损耗模型,最后建立完整的10～50 MHz体内至体表植入式人体信道模型。仿真分析和实验结果表明,该文提出的带有线性修正项的路径损耗模型可以更准确地描述此频段体内至体表路径损耗特性,采用解剖学数值人体模型进行此频段信道建模与特性研究可以有效提高植入式信道模型的可靠性。     

基于平面波斜入射的人体信道远场路径损耗建模

人体信道路径损耗计算对植入式通信链路预估具有重要意义.文章利用有耗媒质的电磁场边界条件、反射和透射定理并引入切向等效波阻抗定义,推导出平面波向人体斜入射时各人体组织分界面上的入射角、透射角、反射系数、透射系数、切向等效波阻抗以及各人体组织中的电磁合成波,提出了一种基于平面波向多层有耗媒质斜入射的人体信道远场路径损耗解析模型.然后以植入在肌肉为例,计算了TM波和TE波在5个常用工业通信频率以不同角度斜入射的人体信道电磁场分布与路径损耗,结果显示,电磁波在入射面的反射是影响人体信道路径损耗的关键因素,当频率在1.4 GHz附近时总路径损耗最小,TM波性能优于TE波,且当入射角小于等于30°时,总路径损耗基本保持不变.最后采用COMSOL Multiphysics建立了有限元仿真模型验证解析模型,二者结果高度吻合,最大误差仅为0.039,有力证明了解析模型的正确性和有效性.     

人体通信信道相位特性研究

采用实验统计方法研究人体信道在1~200 MHz频段下的传播延时和相位特性。实验采用13名志愿者分别进行4个传播路径的群延时测量,并将测试频段划分为1~100 MHz和100~200 MHz两个子频段进行研究,探讨4个传播路径和两个子频段下的延时特性。统计分析表明:信号在人体通信信道的传播延时和传播路径无关;100~200 MHz频段内的传播延时均比1~100 MHz内的传播延时大。1~200 MHz频段内相位归一化曲线表明:在20~40 MHz频段信号畸变较大。根据最大似然估计算法(Maximum Likelihood Estimation,MLE)和Akaike信息量准则(Akaike Information Criterion,AIC),信号相位归一化偏差值符合Lognormal分布。     

多分层介质中平面电磁波的传播特性分析

多分层介质中平面电磁波的传播和散射是一个重要研究课题。在电磁波正入射,各区域均由双轴介质组成情况下,用代数方法对多分层介质中平面电磁波的传播特性进行分析,用波阻抗法和等效传输原理计算出了各层介质的反射系数和透射系数的理论公式。结果表明代数方法易于理解但是计算量较大,波阻抗法计算量降低了一半。     

基于波导耦合型无线人体通信技术研究

为了研究无线人体通信中信道的特征及其影响因素,建立了五层组织手臂通信模型,并据此设计了两种基于空气介质和FR-4介质的收发器。采用基于FDTD算法的CST软件进行了仿真分析和实验测试。结果表明,两种通信模型中适于人体通信的频段均在630MHz~1200MHz范围内,且在700MHz附近人体通信信道损耗最小;通过改变收发机的结构参数会引起人体通信信道内损耗的变化。     

隧道内圆极化电磁波传播特性的研究

交通隧道的发展要求实现全程的无线通信。运用波导理论及格林函数法对圆极化电磁波在长直圆形隧道中的场分布及传播特性进行了研究,得到了轴向距离的电场分布计算表达式,与已有隧道内传播损耗模型的比较也表明此模型更准确有效,其结果对于隧道内通信网络的优化有一定的指导意义。     

超宽带信号在室内不同环境下传播特性的研究

详细研究了室内不同环境下超宽带信号传播的特性,通过时域射线跟踪法对两种不同室内环境的场强信号进行预测,仿真表明接收总功率,均方根时延扩展,相干带宽以及多径到达角均和环境有密切的关系。     

梯形隧道中横截面尺寸对电磁波传播特性的影响

采用有限元法分析了梯形隧道中横截面尺寸对传输特性的影响。分别对梯形隧道上边宽度、下边宽度和高度尺寸的变化对主模和最低次高阶模截止频率及通信带宽的影响进行了研究,并得出结论：梯形隧道中上边宽度、下边宽度和高度的增大会使隧道中电磁波截止频率降低;在隧道下边宽度增加或者隧道高度减小的情况下会得到较大的通信带宽。     

人体及动物不同组织中肥大细胞颗粒超微结构的比较研究

运用透射电镜对人体正常皮肤、肺、心肌及萎缩性胃炎胃粘膜、垂体肿瘤、淋巴管瘤;大肠正常皮肤、舌粘膜、腹腔及小肠,化学致癌剂诱发肝癌、舌粘膜、腹腔及小鼠,化学致癌剂诱发肝癌以及血吸虫感染家兔肝、脾等组织中肥大细胞（MC）胸浆内颗粒的超微结构进行了对比观察,结果表明：存在于人体肺及胃粘膜中的大多数MC颗粒均具有独特 亚结构,它们由多个呈旋涡状排列的筒状结构组成,其它组织中的MC颗粒则主要呈电子致密均质状,前者属MC^T,后者为MC^CT。这种结构特征在正常及病理性组织中并无明显差异。因此,人体MC颗粒的超微结构特征可以作为区别两类不同表型MC的标志之一。与人体组织中MC相反,大鼠体内各部组织中MC颗粒超微结构基本一致,而与人体MC^T颗粒类似。因此,单从颗粒的超微结构不能区分大鼠MC表型,血吸虫感染家兔肝、脾中的MC颗粒超微结构则与上述观察均不相同,颗粒内或见有电子透明的大的结晶样结构或见有许多电子透明的小点状结构。后者有的广布于整个颗粒之中,有的则沿颗粒周边分布,沿有一些颗粒则由单膜包绕,内含多个致密亚单位。     

植入式生物医学电子的UWB无线通信可行性建模研究

为考察超宽带(UWB)实现植入式生物医学电子设备无线通信的可行性及信道传播特性,基于男性活体CT及MRI切片图像,构建了一个频率范围在1～10.8 GHz的高分辨率三维人体电磁模型,考虑了85种不同人体组织或器官的电磁特性参数;将模型嵌入基于有限积分法(FIT)的三维电磁仿真软件进行电磁计算,考察电磁波在人体内的路径损耗及比吸收率特性。实验结果表明:该模型能较好地描绘真实人体的电磁特性,信号在人体内的衰减随频率的升高及植入深度的加深而加重;在植入深度达160mm时,3.5 GHz信号的路径损耗为75 dB;参考功率为27 dBm时,人体对3.5 GHz信号的比吸收率在安全值范围内;证实了采用UWB频段内的3.5 GHz实现植入式生物医学电子无线通信的可行性和安全性。     

激光金属材料汽化及离化混合区的能量传输特性及其影响因素分析

分析了中强度激光辐照下会属材料气化、离化的物理机理,导出了混合区内的平均能量密度和平均能流密度,讨论分析发现:(1)随着激光强度的增加,混合区内各处的平均能量密度随之增加,几乎成线性关系;越是靠近创面,平均能量密度越大.(2)辐照激光越强,各处的平均能流密度也越大;当输入的激光强度一定时,随着激光波长的增加,混合区内各处平均能流密度增加.(3)在同一激光强度和波长下.不同金属材料对应的平均能量密度是不同的,"离子"的电荷数越小、质量越小,平均能量密度也越小.(4)在同一激光强度和波长下,不同金属材料对应的平均能流密度也不同,材料"离子"的电荷数越小、质量越小.平均能流密度越小,但其差异没有平均能量密度那样大.