Модель поглощения электромагнитного излучения СВЧ-диапазона биологическими тканями

В статье описана модель поглощения электромагнитной энергии радиочастотного диапазона биологическими тканями. Рассмотрены проблемы моделирования взаимодействия излучения СВЧ-диапазона и биологических тканей, представленных в виде многослойных структур. Разработаны модели полосковых излучателей для шести поддиапазонов, перекрывающих диапазон 500–3500 МГц. Модель биологической ткани разработана на основе изображения магниторезонансной томографии, что позволяет проводить моделирование в условиях, приближенным к реальным. На основании разработанных моделей приемопередатчиков и биоткани созданы модели, позволяющие провести анализ поглощения электромагнитной энергии в ближней и дальней зоне передатчика. Из результатов моделирования в ближней зоне видно, что имеются определенные максимумы поглощения на частотах 750, 938, 1250 и 1357 МГц. Исходя из результатов моделирования в дальней зоне можно отметить, что в диапазоне 750–1000 МГц не наблюдается пик поглощения на частоте 938 МГц. Также в результате моделирования зафиксировано уменьшение величины поглощения, начиная с частоты 750 МГц. Отсутствие пика поглощения также наблюдается и в районе частоты 1357 МГц. В диапазоне 2,5–3 ГГц как в ближней, так и в дальней зонах наблюдается практически линейное уменьшение величины поглощения. При анализе влияния размеров структур на поглощение электромагнитной энергии в биологических тканях было обнаружено, что характер изменения величины поглощения является нелинейной величиной. В диапазоне 0,5–2 ГГц наблюдается как увеличение, так и уменьшение поглощения при утолщении или утончении слоев. Также необходимо отметить, что при увеличении размеров каждого слоя на 10 % наблюдается пик поглощения в районе частоты 1156 МГц. Для диапазона 2–3,5 ГГц не наблюдается значительных изменений формы графика при изменении толщины слоев.

1. Квашнин Г.М., Квашнина О.П., Сорокина Т.П. Модель поглощения СВЧ-энергии в биологических тканях. Вестник Красноярского государственного аграрного университета, 2009:(2):199-203.

2. Awada B., Madi G., Mohsen A., Harb A., Diab A., Hamawy L., Hajj-Hassan M. Simulation of the Effect of 5G Cell Phone Radiation on Human Brain. 2018 IEEE International Multidisciplinary Conference on Engineering Technology (IMCET). 2018:1-6. https://doi.org/10.1109/imcet.2018.8603063.

3. Esmekaya M., Ozer C., & Seyhan N. 900 MHz pulse-modulated radiofrequency radiation induces oxidative stress on heart, lung, testis and liver tissue. General Physiology and Biophysics. 2011;30(1):84-89. https://doi.org/10.4149/gpb_2011_01_84.

4. Dasdag S., Akdag M.Z., Erdal M.E., Erdal N., Ay O.I., Ay M.E., Yegin K. Effects of 2.4 GHz radiofrequency radiation emitted from Wi-Fi equipment on microRNA expression in brain tissue. International Journal of Radiation Biology. 2015;91(7):555-561. https://doi.org/10.3109/09553002.2015.1028599.

5. Gabriel S., Lau R.W., Gabriel C. The dielectric properties of biological tissues: II. Measurements in the frequency range 10 Hz to Hz. Phys. Med. Biol. 1996;11(41):2251-2269. https://doi.org/10.1088/0031-9155/41/11/002.

6. Gabriel C. Compilation of the Dielectric Properties of Body Tissues at RF and Microwave Frequencies. Texas;1996. https://doi.org/10.21236/ada303903.