Hüfte getragenes Mobiltelefon am beweglichen Mann

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Eine Bewertung der Leistungsänderungen wie Abstrahlverhalten, Rückflussdämpfung, Impedanz und Effizienz eines vereinfachten Mobiltelefons, das an der Hüfte eines detaillierten Menschenmodells getragen wird, wird in diesem Beispiel durchgeführt. Bei dem verwendeten Telefon handelt es sich um ein fiktives Flip-Telefon in geschlossener Position, das hauptsächlich aus einer Grundplatine mit einer Dreifachbandantenne besteht, die auf eine geringe Rückflussdämpfung bei 1,9 GHz abgestimmt ist. Das menschliche Modell basiert auf dem Männchen des Visible Human Project und wird durch ein 5mm kubisches Netz mit Materialparametern von 1,9 GHz beschrieben. Das menschliche Modell wird in mehreren Posen platziert, zuerst um einen wandelnden Mann zu simulieren und dann um die Auswirkungen verschiedener Armpositionen auf das Telefon zu zeigen.

Das vereinfachte Mobiltelefon befindet sich auf der rechten Hüfte des Körpers, um eine Situation zu simulieren, in der das Telefon nicht mit der Haut des Körpers in Berührung kommt, wie in Abbildung 1 dargestellt. Aufgrund der Detailgenauigkeit des Telefons ist eine wesentlich feinere Auflösung des FDTD-Netzes erforderlich als die für den Körper verwendeten 5mm. Detaillierte Maschenbereiche, die mit 0,1667 mm klein sind, werden verwendet, um eine klar definierte Auflösung des Telefons zu gewährleisten. Das Softwareprodukt VariPose wird dann verwendet, um die Gliedmaßen des Körpers in die verschiedenen Positionen zu bringen, und die Feldsimulationen werden mit XFdtd Release 7.3 durchgeführt.

Abbildung 1: Gezeigt ist das hüftgetragene Mobiltelefon, das neben dem menschlichen männlichen Körpernetz VariPose grau dargestellt ist.

 

Als erstes Beispiel wird der Mann in drei Gehpositionen versetzt, in denen die Arme und Beine für einen Schritt mit dem linken und rechten Fuß nach vorne mit einer neutralen Position dazwischen positioniert werden. Die erste Position mit dem linken Fuß nach vorne ist in Figur 2 dargestellt, und die neutrale und rechte Fußschrittposition ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. In allen Fällen bleibt das Telefon im Raum hängen und berührt nicht die Hüfte oder den Arm, aber wie man sieht, kommt der Arm in zwei der Posen nahe an das Telefon heran. In Position 1 (Abbildung 5) befindet sich der rechte Arm vor dem Telefon und das vom Telefon erzeugte Abstrahlverhalten zeigt den höchsten Gewinn auf der rechten Körperseite.

Abbildung 2: Position 1 des gehenden Mannes ist mit dem linken Fuß vorwärts und dem rechten Arm vorwärts der Telefonposition dargestellt.

Abbildung 3: Position 2 des gehenden Mannes ist dargestellt, wo sich der Mann in einer neutralen Position befindet, ohne Bein nach vorne und die Arme an den Seiten herunterhängen.

 

Abbildung 4: Position 3 des gehenden Mannes ist dargestellt, wo der rechte Fuß vorwärts und der rechte Arm zurück ist, aber immer noch einen Großteil des Telefons bedeckt.

Abbildung 5: Das Verstärkungsmuster für den gehenden Mann Position 1, wo das Verstärkungsmuster am stärksten zur Seite des Körpers ist.

 

Wenn sich der rechte Arm zurückbewegt, um näher an der Telefonposition in den Positionen 2 und 3 zu sein (Abbildungen 6 und 7), nimmt der Gewinn der Antenne ab und wird in Richtung Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gerichtet. Die Rückflussdämpfung und die Impedanz zeigen wenig Einfluss von den verschiedenen Körperpositionen; der Wirkungsgrad sinkt jedoch signifikant für die beiden Fälle, in denen sich der Arm in der Nähe des Telefons befindet, wie in Tabelle 1 dargestellt. Die Verstärkungsdiagramme für alle drei Positionen werden für den horizontalen Fall (Abbildung 8) und den vertikalen Fall (Abbildung 9) zusammen dargestellt, wobei der vertikale Schnitt durch den rechten zu linken Querschnitt des Körpers verläuft. In Abbildung 8 zeigt der Körper in Richtung 0 Grad und das Telefon ist bei 90 Grad. In Abbildung 9 ist die Hüfte mit dem Telefon wieder bei 90 Grad.

Tabelle 1.

Tabelle 1.

Abbildung 6: Das Verstärkungsmuster für die Position 2 des Walking Man, in der der Arm die Strahlung des Telefons blockiert und das Muster aufgeteilt wird, wobei die Spitzenverstärkung nach hinten verschoben wird.

Abbildung 7: Das Verstärkungsmuster für den gehenden Mann in Position 3, wo der rechte Arm noch das Telefon bedeckt. Das Muster ist ähnlich wie bei der neutralen Position 2, da sich der Arm in einer ähnlichen Position befindet.

 

Abbildung 8: Das planare Verstärkungsmuster in der horizontalen Ebene für die drei Positionen des gehenden Mannes. In der Handlung zeigt der Mann in Richtung 0 Grad und das Telefon ist bei 90 Grad.

Abbildung 9: Das planare Verstärkungsmuster in einem vertikalen Schnitt, der den Mann von Seite zu Seite durchquert, während das Telefon am 90-Grad-Punkt positioniert ist.

 

Schon bei der ersten Übung war klar, dass die Armhaltung einen großen Einfluss auf die Mobilfunkantenne hatte. Für ein zweites Beispiel wird die Position des rechten Armes durch einen Satz von elf Positionen in 10-Grad-Schritten gefegt, um die Auswirkungen auf die Antennenleistung zu messen. Die Bewegung des Armes in Bezug auf das Telefon ist in Abbildung 10 dargestellt, wo alle elf Positionen angezeigt werden.

Abbildung 10: Gezeigt sind die elf Positionen des beweglichen Arms, die in den Simulationen verwendet wurden.

Die Bewegung des Armes hat einen großen Einfluss auf die Telefonleistung, insbesondere auf das Verstärkungsmuster. In Abbildung 11 ist das Verstärkungsmuster für den Arm in der am weitesten hinten liegenden Position (Position 1) dargestellt und die Spitzenverstärkung liegt seitlich am Körper. In Abbildung 12 befindet sich der Arm in Position 4 und das Verstärkungsmuster unterscheidet sich signifikant von dem Spitzenwert vor dem Körper. Durch die in Figur 13 gezeigte Position 10 mit dem Arm fast vollständig nach vorne kann man sehen, dass das Verstärkungsmuster wieder zur Seite des Körpers zeigt. In Abbildung 14 sind die Verstärkungsmuster aller elf Positionen zusammen dargestellt, wobei der weiße Pfeil die Richtung der Spitzenverstärkung anzeigt. Es ist klar, dass sich die Musterform und die Ebenen mit der Bewegung des Armes stark verändern. Die Verstärkung in der horizontalen und vertikalen Ebene ist zum Vergleich in den Abbildungen 15 und 16 im Linienplotformat dargestellt.

Abbildung 11: Das Verstärkungsmuster für den Arm in Position 1, die sich nach hinten erstreckt. Der Arm ist hauptsächlich aus dem Weg des Strahlungsdiagramms und die Spitzenverstärkung liegt zur Seite des Körpers.

Abbildung 12: Das Verstärkungsmuster für den Arm in Position 4, wo die Strahlung des Telefons blockiert wird. Hier liegt der Spitzengewinn an der Vorderseite des Mannes.

 

Abbildung 13: Das Verstärkungsmuster für Position 10, wo der Arm hauptsächlich vor dem Telefon liegt. Das Muster ist immer noch betroffen, aber die Spitzenverstärkung liegt wieder seitlich am Körper.

Abbildung 14: Gezeigt sind alle elf Verstärkungsmuster für die verschiedenen Armpositionen, die zusammen dargestellt sind. Die Pfeile zeigen die Richtung der Spitzenverstärkung an, die sich bei Armposition deutlich verschieben kann.

 

Abbildung 15: Gezeigt ist das planare Liniendiagramm der Verstärkungsmuster für alle elf Fälle in der horizontalen Ebene. Hier schaut der Mann zum 0 Grad Punkt und das Telefon ist am 90 Grad Punkt.

Abbildung 16: Gezeigt ist das planare Liniendiagramm der Verstärkungsmuster für alle elf Fälle in einer vertikalen Ebene, die den Mann von einer Seite zur anderen durchquert. Das Telefon befindet sich am 90-Grad-Punkt.

 

Beim Vergleich der Einspeisewerte von Rückflussdämpfung und Impedanz hat die Bewegung des Arms wenig Einfluss. Eine Zusammenfassung der Werte für alle Armpositionen ist in Tabelle 2 dargestellt. Der Systemeffizienz variiert auch nur geringfügig über alle Armpositionen, außer im Falle von Position 5, wo der Arm direkt über dem Telefon liegt und der Wirkungsgrad deutlich sinkt.

Tabelle 2.

 

Diese Reihe von Beispielen hat gezeigt, wie die VariPose und XFdtd Softwareprodukte können zusammen verwendet werden, um die Leistung von Geräten, in diesem Fall eines Mobiltelefons, in der dynamischen Umgebung des sich bewegenden menschlichen Körpers zu analysieren.