Since the spread of the wearable systems and the implementation of the forthcoming 5G in many devices, the question about the assessment of the exposure in wearable typical usage to millimeter waves is crucial and timely. For such frequencies, the power absorption becomes strongly superficial and involves only the most superficial tissue of the human body, i.e., the skin. In literature there are some models able to describe the layered structure of the skin but, until now, there is no literature consensus on the skin model to employ in computational exposure assessment studies. For these reasons, the present work aimed to simulate four different models of the most superficial tissues with different degree of detail exposed to two wearable patch antennas at different frequencies i.e., 28 GHz and 39 GHz. This allows to investigate the impact that the choice of a layered model rather than the homogeneous one has on the exposure. Simulations were performed through the FDTD method, implemented in the Sim4life platform and the exposure was assessed with the absorbed power density averaged over 1 cm2 and 4 cm2 (Sab). The data showed that the homogeneous model underestimates the peak value of Sab obtained for multi-layer models in the stratum corneum (by 14% to 21% depending on the number of layers of the model and the frequency). This finding was confirmed by an analytical approach with two impinging plane wave TEM-polarized with normal incidence at 28 GHz and 39 GHz respectively. Conversely, there are no substantial differences in the exposure levels between the layered models


翻译:自从可穿戴系统的普及和即将到来的 5G 在许多设备中的实现以来,对可穿戴设备在典型使用情况下对毫米波的暴露评估问题变得至关重要和及时。对于这种频率,功率吸收变得非常表面化,仅涉及人体最表层组织,即皮肤。 在文献中有一些能够描述皮肤的分层结构的模型,但是到目前为止,关于在计算暴露评估研究中使用哪种皮肤模型尚无文献共识。因此,本工作旨在模拟四种不同程度的最表层组织模型,这些模型受到了不同频率的两个可穿戴式贴片天线的照射,即28 GHz和39 GHz。这允许研究选择多层模型而不是均质模型对暴露的影响。通过Sim4life平台采用FDTD方法进行了模拟,并以1 cm²和4 cm²(Sab)上平均吸收功率密度来评估暴露情况。数据表明,均质模型低估了与多层模型在角质层中获得的Sab的峰值(根据模型的层数和频率,低估了14%至21%)。这一发现得到了采用两个 TEM 极化的矩形平面波在28 GHz和39 GHz下垂直入射时的分析验证。相比之下,分层模型之间的暴露水平差异不大。

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