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La antena de parche mide 20 mm (en la dirección del pecho) por 32 mm (en la dirección de la cabeza a los pies) con un sustrato dieléctrico sin pérdidas de 9,5 de permitividad. El parche tiene un grosor de 2 mm y el plano de tierra y el radiador del parche tienen las mismas dimensiones. La alimentación del parche está desplazada del centro del parche en la dimensión vertical (larga).
Los cálculos iniciales son para la antena de parche en el espacio libre. En previsión de utilizar una malla de cuerpo humano de 2 mm, el parche se malló inicialmente con celdas FDTD de 2 mm. En la figura 1 se muestra una representación tridimensional de la malla con la ubicación de la alimentación desplazada. Todos los cálculos se realizan a 2,45 GHz.
Figura 1: Representación en malla de la antena de parche mostrando la alimentación desplazada.
Los cálculos iniciales realizados para la antena de parche en el espacio libre encontraron una impedancia de entrada de 0,025 + j 11,8 Ohmios con una eficiencia del 100%. En la figura 2 se muestra el diagrama de ganancia de radiación con respecto a una antena isótropa para el plano horizontal. La línea azul es para la polarización E theta (vertical) y la línea roja es para la polarización E phi (horizontal).
Figura 2: Ganancia de la zona lejana del parche en el espacio libre.
En la Figura 3 se muestran los campos eléctricos transitorios de la zona cercana en el plano de la antena de parche. En la Figura 4 se muestra el campo eléctrico estacionario de la zona cercana.
Figura 3: Campos eléctricos en el dominio del tiempo.
Figura 4: Campos eléctricos en el dominio de la frecuencia en estado estacionario.
A continuación se importa a XFdtd una malla de cuerpo humano de 2 mm obtenida mediante VariPose como objeto de malla y se inserta la antena de parche en la malla del cuerpo. La figura 5 muestra un corte de la malla corporal con la antena de parche. El parche está situado unos milímetros dentro del pecho, cerca de la parte delantera del cuerpo. En esta figura el cuerpo está mirando hacia el lector, es decir, fuera de la página.
Figura 5: Malla de la antena de parche en el cuerpo.
Una vez realizado el cálculo, XFdtd encuentra que la impedancia de la antena de parche dentro del cuerpo humano es de 5,42 + j 19,1 Ohmios con una eficiencia del 0,21%. El diagrama de radiación de la zona lejana de la antena de parche dentro del cuerpo muestra la reducción de la ganancia debido a la pérdida en los tejidos corporales. El cuerpo está orientado hacia un ángulo de 0 grados con el hombro (izquierdo) que contiene el parche hacia un ángulo de 90 grados como se muestra en la Figura 6.
La figura 7 muestra una vista en 3D de los campos eléctricos transitorios externos a la malla del cuerpo.
Figura 6: Ganancia de la zona lejana del parche en el cuerpo.
Figura 7: Corte de los campos en el dominio del tiempo a través del tórax.
Las figuras 8, 9 y 10 muestran los campos eléctricos transitorios en varios cortes de malla para la antena de parche dentro del cuerpo. La visualización CAD de los tejidos corporales y de la antena de parche se apaga para ver los campos internos.
Figura 8: Corte de los campos en el dominio del tiempo a través del cuerpo.
Figura 9: Corte de los campos en el dominio del tiempo a través del tórax (el renderizado del cuerpo está activado).
Figura 10: Corte de los campos en el dominio del tiempo a través del tórax (la representación del cuerpo está desactivada).
Las figuras 11 y 12 muestran los campos eléctricos en estado estacionario en el plano de la antena de parche. De nuevo, en una figura la visualización CAD está apagada.
Figura 11: Diapositiva de los campos en el dominio de la frecuencia a través del tórax (el renderizado del cuerpo está activado).
Figura 12: Corte de los campos en el dominio de la frecuencia a través del tórax.
El cálculo final es para la Tasa de Absorción Específica, o SAR. Para reducir el tiempo de cálculo, sólo se utiliza la parte del pecho de la malla para los cálculos de SAR. En la Figura 13 se muestra una vista del tórax sólo con los campos transitorios de la zona cercana.
Figura 13: Región automática de promediado SAR de 1 gramo alrededor de la antena.
Figura 14: Resultados de SAR escalados a una potencia de entrada de 1 vatio.
Este ejemplo ilustra sólo la aplicación más básica de XFdtd a esta geometría. XFdtd podría utilizarse para mejorar el diseño de la antena de parche con el fin de que resuene a las frecuencias de transmisión deseadas, mejorar la radiación y reducir el SAR. Los efectos sobre el SAR y la radiación resultantes de mover la antena de parche a diferentes lugares del cuerpo también podrían investigarse utilizando XFdtd.
