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Este ejemplo sirve como ejercicio de validación para los cálculos XFdtd de SAR e impedancia y fue realizado originalmente por personal de Ericsson Radio Systems a finales de los 90 utilizando una versión muy anterior del software [1]. El proceso se repite aquí con XFdtd con algunas modificaciones, incluyendo el uso del mallado XACT Accurate Cell Technology® en el dipolo.
La geometría consiste en un cuenco esférico lleno de líquido expuesto a la radiación de una antena dipolo colocada directamente debajo del cuenco y desplazada hacia un lado del mismo. En la figura 1 se muestra la configuración con una separación centrada del dipolo (parámetro "h") de 5 mm. Las simulaciones se realizan a 835 MHz y la distancia de separación del dipolo respecto al cuenco se aumenta de 5 mm a 50 mm y se observa el impacto en el SAR y la impedancia. También se simula una posición secundaria con el dipolo desplazado de forma que un extremo del dipolo se encuentra directamente debajo del cuenco y se muestra en la Figura 2.
Figura 1: Representación CAD de la geometría con el dipolo centrado y la distancia de separación fijada en 5 mm.
Figura 2: Representación CAD de la geometría con el dipolo desplazado hacia la derecha y la distancia de separación fijada en 25 mm.
La antena se malló utilizando la función XACT, que se ajusta exactamente a la forma de la geometría. En la Figura 3 se muestra una vista detallada de la alimentación de la antena en la que se resalta la fuente de excitación entre los brazos del dipolo. El tamaño de la malla base de la geometría es de 2,5 mm, que coincide con el tamaño utilizado en la referencia. En este ejemplo la malla se ajusta para forzar que una célula se sitúe directamente sobre el centro del cuenco para registrar con mayor precisión el SAR. Este ajuste de la malla hace que la alimentación del dipolo esté ligeramente descentrada y afecta ligeramente a los resultados de la impedancia. Obsérvese que en el artículo original el balun no se incluyó en las simulaciones, pero sí en este ejemplo. En la figura 4 se muestra una vista transversal de la malla.
Figura 3: Vista detallada de la región de alimentación del dipolo en la malla XACT.
Figura 4: Vista transversal de la malla.
Se aplica una señal sinusoidal de 835 MHz entre los brazos del dipolo y se realiza la simulación hasta alcanzar el estado estacionario con una variación de la energía del campo inferior a -40 dB respecto al nivel máximo. La simulación se realiza en una tarjeta GPU NVIDIA C1060 Tesla y cada posición del dipolo tarda aproximadamente un minuto y depende de la distancia de separación del dipolo con respecto al cuenco. Obsérvese que las simulaciones originales realizadas en el artículo de referencia tardaron más de cinco horas con equipos de última generación de la década de 1990.
Tras la simulación, la potencia de entrada al dipolo se ajusta de forma que se suministre 1 vatio de potencia a la antena para todos los resultados. El SAR resultante a través de la sección transversal del cuenco se muestra en la Figura 5 para el caso del dipolo centrado y a 5 mm del fondo del cuenco. Los trazados lineales del SAR que se origina en la base en el centro del cuenco y se extiende hacia la superficie del líquido se comparan con los resultados medidos y muestran una buena concordancia. En la figura 6 se representa el SAR en función de la distancia para tres separaciones de dipolo con la antena centrada debajo del recipiente.
Figura 5: El SAR a través de la sección transversal de la esfera con el dipolo centrado y la distancia de separación fijada en 5 mm.
Figura 6: Comparación de los resultados SAR medidos y simulados en función de la distancia a lo largo de la línea central de la esfera para tres distancias de separación del dipolo.
El SAR se representa en planos horizontales a 30 mm y 50 mm por encima de la base de la cubeta para el caso del dipolo centrado. Esto se muestra en las figuras 7 y 8, donde la distribución y los niveles de SAR concuerdan bien con los datos medidos en el informe.
Figura 7: El SAR en un plano horizontal a una distancia de 30 mm por encima de la base de la cubeta para el dipolo centrado a una distancia de separación de 5 mm.
Figura 8: El SAR en un plano horizontal a una distancia de 50 mm por encima de la base de la cubeta para el dipolo centrado a una distancia de separación de 5 mm.
También se toman muestras de la impedancia para las distintas posiciones del dipolo. La tabla 1 muestra la impedancia del dipolo comparada con los valores medidos para siete posiciones de prueba diferentes. En la figura 9 se representa la impedancia del dipolo centrado en función de la distancia de separación del fondo del recipiente. La comparación con los datos medidos es buena.
Tabla 1: Comparación de las impedancias medidas y simuladas para el dipolo en varias posiciones respecto al cuenco. El parámetro h representa la distancia de separación desde el fondo del cuenco. La posición centrada tiene el punto de alimentación del dipolo centrado bajo el cuenco, mientras que la posición derecha tiene un extremo del dipolo directamente bajo el centro del cuenco.