Fdtd Yöntemiyle İnsan Kafası Modelinde Elektromagnetik Etkilerin Belirlenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında insan kafasının maruz kalabileceği EM alan etkileri farklı yön, frekans ve polarizasyonda ayrıntılı olarak araştırılmıştır. EM alan enerjisinin dokularda yarattığı etkileri araştırmak için özgül soğurma oranı (SAR: Specific Absorpsition Rate) parametresi kullanılmaktadır. İnsan kafası modelleri için düzlemsel elektromagnetik alan altında oluşan SAR değerleri zamanda sonlu farklar (FDTD: Finite Difference Time Domain) sayısal elektromagnetik yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır. FDTD yöntemi Maxwell denklemlerinin doğrudan zamanda ve konumda iteratif olarak ayrıklaştırılıp adım adım çözülmesine dayanır. FDTD yöntemiyle tanımlanan sınırlı uzay içinde incelemek istenen yapı yerleştirilerek elektromagnetik alan simülasyonu yapılır. Çalışmada elektromagnetik alanların insan sağlığı üzerindeki etkileri ile ilgili bilgi verilmiş, bu konudaki mevcut standartlar sunulmuştur. Ayrıca elektromagnetik alan problemlerinde yoğun olarak kullanılan sayısal yöntemler açıklanmıştır. Uzak alan kaynaklarının oluşturdukları ve insan kafasının bilgisi dışında maruz kalabileceği EM alan etkilerinin belirlenmesi için basit geometrik küre modeli ve ayrık olarak oluşturulan benzetim modeli kafa yapıları FDTD hesap uzayına yerleştirilmiş, dokuya nüfuz eden ve ortalama SAR değişimleri hesaplanmıştır. Bu tez çalışmasında kamuya ait alanlarda kontrolsüzce maruz kalınan EM alanların yarattığı potansiyel riskler üzerinde dikkat çekilmesi hedeflenmiştir.

In this thesis work, global coverage of EM source effects to the human head has investigated for the different directions, levels and frequencies. Specific absorption rate (SAR) has been recognised as one of the most significant variables quantifying the EM field interaction with the human body, and safety guidelines recommend limits on the maximum local SAR as well as on the averaged SAR. The SAR distributions in the head were calculated using a realistic model of a human head. An anatomically based model of human head was used to field computation. For calculations of the SAR distributions, well-established finite difference time-domain (FDTD) numerical electromagnetic method. In FDTD method, developed by K.S. Yee (1966), Maxwell equations are solved numerically in a finite volume end near field values can be obtained. Model of structure to be observed is put in the FDTD calculation space and the electromagnetic problem is simulated using FDTD algorithm. In this study, information about the effects of electromagnetic waves on human health is given and existing standards are presented. Numeric methods are introduced which are used in solving these problems. In order to determine EM effects on human head which are produced by far field sources, the human head structure that is developed using geometric sphere model and discrete-simulation model, is located in FDTD calculation space. In this space, average and effecting skin SAR differences are worked out. Another objective of this study is to make people pay attention on the potential risk of EM waves which is produced without any control in public areas.