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En este ejemplo se realiza una evaluación de los cambios en las prestaciones, como el diagrama de radiación, la pérdida de retorno, la impedancia y la eficiencia de un teléfono móvil simplificado que se lleva en la cadera de un modelo de hombre detallado. El teléfono utilizado es un teléfono plegable ficticio en posición cerrada que consiste principalmente en una placa de masa con una antena de triple banda sintonizada para proporcionar una baja pérdida de retorno a 1,9 GHz. El modelo humano se basa en el varón del Visible Human Project y se describe mediante una malla cúbica de 5 mm con parámetros de material ajustados para 1,9 GHz. El modelo humano se coloca en varias posturas, primero para simular un hombre caminando y luego para mostrar el impacto de varias posiciones de los brazos en el teléfono.
El teléfono móvil simplificado se coloca en la cadera derecha del cuerpo para emular una situación en la que se monta en el cinturón y el teléfono no entra en contacto con la piel del cuerpo, como se muestra en la figura 1. Debido a la naturaleza detallada del teléfono, se requiere una resolución mucho más fina de la malla FDTD que los 5 mm utilizados para el cuerpo. Se utilizan regiones de malla detalladas tan pequeñas como 0,1667 mm para garantizar una resolución bien definida del teléfono. A continuación, se utiliza el software VariPose para reposicionar las extremidades del cuerpo en las distintas posiciones y se realizan las simulaciones de campo con XFdtd.
Figura 1: Se muestra en gris el teléfono móvil que se lleva en la cadera junto a la malla VariPose del cuerpo humano masculino.
Como primer ejemplo, se reposiciona al hombre en tres posturas para caminar en las que los brazos y las piernas se colocan para dar un paso con el pie izquierdo y el derecho adelantados con una posición neutra intermedia. La primera posición con el pie izquierdo adelantado se muestra en la figura 2, y las posiciones neutral y de paso con el pie derecho se muestran en las figuras 3 y 4. En todos los casos, el teléfono permanece suspendido en el espacio y no toca la cadera ni el brazo, pero, como puede verse, el brazo sí se acerca al teléfono en dos de las posturas. En la posición 1 (figura 5), el brazo derecho está por delante del teléfono y el patrón de radiación producido por el teléfono muestra la mayor ganancia hacia el lado derecho del cuerpo.
Figura 2: La posición 1 del hombre que camina se muestra con el pie izquierdo adelantado y el brazo derecho por delante de la ubicación del teléfono.
Figura 3: Se muestra la posición 2 del hombre que camina, en la que el hombre se encuentra en una posición neutra con ninguna pierna adelantada y los brazos colgando a los lados.
Figura 4: Se muestra la posición 3 del hombre que camina, en la que el pie derecho está adelantado y el brazo derecho está hacia atrás, pero sigue cubriendo gran parte del teléfono.
Figura 5: El patrón de ganancia para el hombre que camina Posición 1 donde el patrón de ganancia es más fuerte hacia el lado del cuerpo.
A medida que el brazo derecho se desplaza hacia atrás para estar más cerca de la posición del teléfono en las Posiciones 2 y 3 (Figuras 6 y 7), la ganancia de la antena disminuye y se dirige hacia adelante y hacia atrás. La pérdida de retorno y la impedancia muestran poco impacto de las diferentes posiciones del cuerpo; sin embargo, la eficiencia disminuye significativamente para los dos casos en los que el brazo está cerca del teléfono como se muestra en la Tabla 1. Los gráficos de ganancia para las tres posiciones se representan juntos para el caso horizontal (Figura 8) y el caso vertical (Figura 9), donde el corte vertical es a través de la sección transversal de derecha a izquierda del cuerpo. En la figura 8, el cuerpo está orientado hacia 0 grados y el teléfono está a 90 grados. En la figura 9, la cadera con el teléfono está de nuevo a 90 grados.
Cuadro 1.
Figura 6: El patrón de ganancia para el hombre que camina Posición 2 donde el brazo bloquea la radiación del teléfono y el patrón se divide con el pico de ganancia desplazado hacia atrás.
Figura 7: Patrón de ganancia para el hombre que camina Posición 3 en la que el brazo derecho sigue cubriendo el teléfono. El patrón es similar al caso neutral de la Posición 2, ya que el brazo está en una posición similar.
Figura 8: El patrón de ganancia planar en el plano horizontal para las tres posiciones del hombre caminando. En el gráfico, el hombre está orientado hacia 0 grados y el teléfono está a 90 grados.
Figura 9: El patrón de ganancia planar en un corte vertical que atraviesa al hombre de lado a lado con el teléfono situado en el punto de 90 grados.
En el primer ejercicio quedó claro que la posición del brazo tenía un gran impacto en la antena del móvil. Para un segundo ejemplo, la posición del brazo derecho se barre a través de un conjunto de once posiciones en incrementos de 10 grados para medir el impacto en el rendimiento de la antena. El movimiento del brazo en relación con el teléfono se muestra en la figura 10, donde aparecen las once posiciones.
Figura 10: Se muestran las once posiciones del brazo móvil utilizadas en las simulaciones.
El movimiento del brazo tiene un gran impacto en el rendimiento del teléfono, en particular en el patrón de ganancia. En la figura 11, se muestra el patrón de ganancia para el brazo en la posición más retrasada (posición 1) y el pico de ganancia está a un lado del cuerpo. En la Figura 12, el brazo está en la Posición 4 y el patrón de ganancia es significativamente diferente, con el pico de ganancia hacia delante del cuerpo. En la Posición 10, mostrada en la Figura 13, con el brazo casi completamente hacia delante, el patrón de ganancia puede verse con un pico hacia el lado del cuerpo de nuevo. En la figura 14, se muestran juntos los patrones de ganancia de las once posiciones, donde la flecha blanca indica la dirección del pico de ganancia. Es evidente que la forma y los niveles del patrón cambian significativamente con el movimiento del brazo. La ganancia en los planos horizontal y vertical se muestra en formato de trazado lineal en las figuras 15 y 16 para su comparación.
Figura 11: Diagrama de ganancia del brazo en la posición 1, es decir, hacia atrás. El brazo se encuentra principalmente fuera del patrón de radiación y el pico de ganancia se encuentra al lado del cuerpo.
Figura 12: Patrón de ganancia del brazo en la posición 4, donde la radiación del teléfono está bloqueada. Aquí el pico de ganancia se encuentra delante del hombre.
Figura 13: El patrón de ganancia para la posición 10, en la que el brazo está principalmente por delante del teléfono. El patrón sigue impactando, pero el pico de ganancia vuelve a estar a un lado del cuerpo.
Figura 14: Se muestran los once patrones de ganancia para las diferentes posiciones del brazo trazados juntos. Las flechas indican la dirección del pico de ganancia, que cambia considerablemente con la posición del brazo.
Figura 15: Se muestra el diagrama de líneas planas de los patrones de ganancia para los once casos en el plano horizontal. En este caso, el hombre está orientado hacia el punto de 0 grados y el teléfono hacia el punto de 90 grados.
Figura 16: Se muestra el trazado de la línea plana de los patrones de ganancia para los once casos en un plano vertical que cruza al hombre de lado a lado. El teléfono está situado en el punto de 90 grados.
Al comparar los valores de pérdida de retorno e impedancia del punto de alimentación, el movimiento del brazo tiene poco impacto. En la Tabla 2 se muestra un resumen de los valores para todas las posiciones del brazo. La eficacia del sistema también varía muy poco en todas las posiciones del brazo, excepto en el caso de la posición 5, en la que el brazo está directamente sobre el teléfono y la eficacia disminuye considerablemente.
Tabla 2.
Este conjunto de ejemplos ha mostrado cómo los productos de software VariPose y XFdtd pueden utilizarse conjuntamente para analizar el rendimiento de dispositivos, en este caso un teléfono móvil, en el entorno dinámico del cuerpo humano en movimiento.
