izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-1-44-48izmertech-1489Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSДифференциальный метод определения удельного коэффициента поглощения электромагнитной энергии жидкого фантомаDifferential method for determining the specific absorption rate coefficient of electromagnetic energy for a liquid phantomhttps://orcid.org/0000-0002-4997-3327РаноД.RanoD.

Динеш Рано

Москва

Delhi, India

Dinesh Rano

Moscow

Delhi, India

dineshr@iiitd.ac.inhttps://orcid.org/0000-0003-1115-7700ЕлизаровА. А.YelizarovA. A.

Андрей Альбертович Елизаров

Москва

Andrey A. Yelizarov

Moscow

a.yelizarov@hse.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8869-1920НазаровИ. В.NazarovI. V.

Игорь Васильевич Назаров

Москва

Igor V. Nazarov

Moscow

inazarov@hse.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4025-3507СкуридинА. А.SkuridinA. A.

Андрей Андреевич Скуридин

Москва

Andrey A. Skuridin

Moscow

askuridin@hse.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0620-2271ЗакироваЭ. А.ZakirovaE. A.

Эльмира Алексеевна Закирова

Москва

Elmira A. Zakirova

Moscow

ezakirova@hse.ruНациональный исследовательский университет «Высшая школа экономики»; Indraprastha Institute of Information Technology (IIITD)РоссияNational Research University Higher School of Economics; Indraprastha Institute of Information Technology (IIITD)Russian FederationНациональный исследовательский университет «Высшая школа экономики»РоссияNational Research University Higher School of EconomicsRussian Federation202320032023014448Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1489

Рассмотрены методы измерения параметров электромагнитного излучения, определяющих поглощаемую телом человека долю электромагнитной энергии при использовании малогабаритных носимых и нательных электронных устройств. Один из важнейших рассматриваемых параметров – удельный коэффициент поглощения электромагнитной энергии. Предложен метод определения удельного коэффициента поглощения электромагнитной энергии для жидкого фантома. Метод исследован с помощью компьютерного моделирования и экспериментального измерения параметров микрополосковой патч-антенны, расположенной на эллиптическом цилиндре и работающей в системе беспроводной медицинской нательной компьютерной сети.  Суть метода заключается в измерении повышения температуры жидкости фантома, подвергшегося воздействию электромагнитных волн, создаваемых микрополосковой патч-антенной за заданное время. Однородный (гомогенный) жидкий фантом создан в результате изменения процентного содержания соли и сахара в 250 г воды, кожный фантом – процентного содержания воды в 200 г глицерина. Предложенный метод измерения удельного коэффициента поглощения электромагнитной энергии позволяет исключить необходимость приобретения дорогостоящего комплекта диэлектрических зондов, что демонстрирует экономическую эффективность рассмотренного метода. Результаты экспериментальных измерений соответствуют результатам компьютерного моделирования.

The wide use of small-sized wearable electronic devices in various practical human activities makes it relevant to measure the proportion of electromagnetic energy absorbed by the human body. One of the most important parameters that determines it is the specific absorption rate. In this article we propose a method for determining this coefficient for a liquid phantom, with the use of computer simulation and experimental measurement of the microstrip patch antenna parameters.

The antenna is located on an elliptical cylinder and operates in the medical body area network. The method is based on measuring the rise in temperature of the liquid phantom exposed to electromagnetic waves generated by a microstrip antenna over a given time. Homogeneous liquid phantom was created by changing the percentage of salt and sugar in 250 g of water, skin phantom – by changing the percentage of water in 200 g of glycerol. The proposed specific absorption rate measurement method eliminates the need to purchase an expensive set of dielectric probes, which demonstrates its cost-effectiveness. The obtained results of experimental measurements are in good agreement with the results of the performed computer simulation.

удельный коэффициент поглощенияэлектромагнитная энергиякоэффициент затуханияэлектрическая проводимостьотносительная диэлектрическая проницаемостьжидкий фантоммедицинская нательная компьютерная сетьмикрополосковая патч-антеннаspecific absorption rate (SAR)electromagnetic energyattenuation coefficientelectrical conductivityrelative permittivityliquid phantommedical body area network (MBAN)microstrip patch antenna (MPA)исследование выполнено в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ «ВШЭ» в 2022 году.ReferencesKumar V., Gupta B. Wireless Personal Communications. 2017, vol. 97, pp. 5865–5895. https://doi.org/10.1007/s11277-017-4815-xKumar V., Gupta B. Wireless Personal Communications. 2017, vol. 97, pp. 5865–5895. https://doi.org/10.1007/s11277-017-4815-xСамойлов В. О., Владимиров В. Г., Шарова Л. А. Радиобиология неионизирующих и ионизирующих излучений: учебное пособие. СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2011. 207 c.Самойлов В. О., Владимиров В. Г., Шарова Л. А. Радиобиология неионизирующих и ионизирующих излучений: учебное пособие. СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2011. 207 c. [Samoilov V. O., Vladimirov V. G., Sharova L. A. Radiobiology of non-ionizing and ionizing radiation. St. Petersburg, Publ. House of the Polytechnic University, 2011, 207 p.]Кудряшов Ю. Б., Перов Ю. Ф., Рубин А. Б. Радиационная биофизика: радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения: учебник для вузов. М.: Физматлит, 2008. 184 с.Kudryashov Yu. B., Perov Yu. F., Rubin A. B. Radiation biophysics: radio frequency and microwave electromagnetic radiation: textbook for universities. Moscow, Fizmatlit Publ., 2008, 184 p.]Rano D., Hashmi M. IET Microwaves, Antennas and Propagation. 2019, vol. 13, no.7, pp. 1031–1040. https://doi.org/10.1049/iet-map.2018.6021Rano D., Hashmi M. IET Microwaves, Antennas and Propagation. 2019, vol. 13, no.7, pp. 1031–1040. https://doi.org/10.1049/iet-map.2018.6021Rano D., Hashmi M. S. 2016 Twenty Second National Conference on Communication (NCC). 2016, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/NCC.2016.7561201Rano D., Hashmi M. S. 2016 Twenty Second National Conference on Communication (NCC). 2016, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/NCC.2016.7561201Яргин С. В. О биологическом действии электромагнитного излучения радиочастотного диапазона // Сибирский научный медицинский журнал. 2019, 39(5). C. 52–61. https://doi.org/10.15372/SSMJ20190506Yargin S. V. On the biological effect of electromagnetic radiation in the radio frequency range, Siberian Scientific Medical Journal. 2019, 39(5), pp. 52–61. (In Russ.)] https://doi.org/10.15372/SSMJ20190506Яргин С. В. К вопросу о биологических эффектах электромагнитного излучения радиочастотного диапазона // Техника. Технологии. Инженерия. 2017. № 3(5). C. 14–19.Yargin S. V. On the issue of biological effects of electromagnetic radiation in the radio frequency range, Technique. Technology. Engineering. 2017, no. 3(5), pp. 14–19. (In Russ.)]Gao Y., Ghasr M. T., Nacy M., Zoughi R. In IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Feb. 2019, vol. 68, no. 2, pp. 512–524. https://doi.org/10.1109/TIM.2018.2849519Gao Y., Ghasr M. T., Nacy M., Zoughi R. In IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Feb. 2019, vol. 68, no. 2, pp. 512–524. https://doi.org/10.1109/TIM.2018.2849519Januszkiewicz Ł., Hausman S. 2015 9th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). 2015, pp. 1–4.Januszkiewicz Ł., Hausman S. 2015 9th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). 2015, pp. 1–4.Kiminami K., Iyama T., Onishi T., Uebayashi S. In IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. Nov. 2008, vol. 50, no. 4, pp. 828–836. https://doi.org/10.1109/TEMC.2008.2004608Kiminami K., Iyama T., Onishi T., Uebayashi S. In IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. Nov. 2008, vol. 50, no. 4, pp. 828–836. https://doi.org/10.1109/TEMC.2008.2004608Okano Y., Sato T., Sugama Y. In IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. June 2010, vol. 59, no. 6, pp. 1705–1714. https://doi.org/10.1109/TIM.2009.2022449Okano Y., Sato T., Sugama Y. In IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. June 2010, vol. 59, no. 6, pp. 1705–1714. https://doi.org/10.1109/TIM.2009.2022449Okano Y., Shimoji H. In IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. Feb. 2012, vol. 61, no. 2, pp. 439–446. https://doi.org/10.1109/TIM.2010.2045939Okano Y., Shimoji H. In IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. Feb. 2012, vol. 61, no. 2, pp. 439–446. https://doi.org/10.1109/TIM.2010.2045939Okano Y., Ito K., Ida I., Takahashi M. In IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Nov. 2000, vol. 48, no. 11, pp. 2094–2103. https://doi.org/10.1109/22.884200Okano Y., Ito K., Ida I., Takahashi M. In IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Nov. 2000, vol. 48, no. 11, pp. 2094–2103. https://doi.org/10.1109/22.884200

The authors declare that there are no conflicts of interest present.