Page 99 - 《中国医疗器械杂志》2025年第2期

Chinese Journal of Medical Instrumentation 2025 年 第49卷 第2期

监 管 与 测 试

较多的为躯干模拟器 [6-8] （体模）。由于受电导率 最终，电场只有 θ方向分量，由此可以得出
的影响，入射到体模的电场分布不同于空气中的电 |E| = |E θ |。偶极子天线的远场满足均匀平面波的特
[9]
场分布情况 ，体模中的电场衰减很大。因此，有 性，当激励源、入射波为确定值时，电场的分布与
必要通过仿真进一步了解体模中电场的分布特性， 距离 r有关，随着距离r的增加，场强衰减为1/r。
研究体模大小对体模内部电场分布的影响，为后续
改进并完善相关标准提供依据。 2 模型构建

1 空间电磁场辐射的基本原理 2.1 空气域的电场分布仿真
为了模拟体模暴露在射频场情况下的电场分
在笛卡儿坐标系中，以（ x,y,z）表示空间某一
布，当电磁波在空气域传播时，以80 MHz的电磁
点的坐标；在球面坐标系中，用（ r,θ,ϕ）表示对
场暴露为例（此时λ/2π约为0.6 m），天线距离长方
应的空间点坐标，r为该空间点与原点的距离， θ为 体假想体模3 m，远远大于0.6 m，所以在距离天线
原点与坐标形成的向量与z轴的夹角， ϕ为该向量在 3 m处存在均匀的远场场强。图2中的长方体表示
xy平面的投影与x轴的夹角，如图1所示。 假想体模，天线轴线平行于x轴，尺寸为长度（h）

z
51 cm、宽度（w）36 cm和厚度（d）14 cm。体模
坐标示意如图3所示，O点坐标为（0,0,0）。

r
ϕ 2
θ r θ 1
z
0 m
x y −1
ϕ
y
−2
2
x y 1 0 2
x m −1 −1 0 1
图1 同时使用笛卡儿坐标（ x,y,z）和球面坐标（ r,θ,ϕ）表 z −2 −2 m
示给定点 图2 电场场强的几何建模
Fig.1 A point represented in both Cartesian coordinates (x, y, z) and Fig.2 Geometric model
spherical coordinates ( r,θ,ϕ)
y
其中：
 √
2
2
 r = x +y +z 2
 D
 C



 ( )
 z
 θ = acos (1)


 r

 z

ϕ = arctan2(y, x)

h
球面上的点所受的电场E由沿着半径方向的 O(0,0,0) x
E r 、沿着该点经线切向的 E θ 和垂直于该点经线面的 3 m
E ϕ 合成，电场模 |E|的表达式为： 天线 w
√ d
2
2
|E| = E θ + E ϕ + E r 2 (2) A B
对于偶极子天线（电基本振子），距离大于 图3 体模坐标示意
Fig.3 Schematic diagram of the torso coordinate
[5]
λ/2π的场域为远场 ，其中 λ为波长。
偶极子天线 的远场表达式为： 建模时，空气域的参数设置为电导率0 S/m、
[9]
π
( ) 相对介电常数1和相对磁导率1。在空气域，远场处
cos cosθ
60I 2 −jkr 的电场模随天线距离的增大而减小，调整天线的发
E θ = j e
r sinθ 射功率，使ABCD面上的场强值为10 V/m。空气域
E r = E ϕ = 0 (3) 的电场模大小与天线距离之间关系的仿真结果如
式中： I为激励电流幅值；k为波数，k = 2π/λ，表 图4所示。其中，横坐标表示沿z轴到ABCD面的距
示波传播单位距离的相位变化； e −jkr 为相位因子 离，数值越大表示离天线越远；纵坐标表示软件仿
（ kr ≫ 1），它描述了电磁波在传播过程中的相位 真计算的电场模，随着天线距离的增大，空气域的

变化，参数 kr表示电磁波相对于观察点的相位差。 电场模减小，电场也衰减减小。

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