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XFdtd® 三维电磁仿真软件

XFdtd® 3D EM 仿真软件为工程师提供了强大的工具,帮助他们缩短开发时间,更快地将产品投放市场。

XF_RLD_Beamforming_Array_Transparent

 

XFdtd-频率

频域电路求解器和原理图编辑器

建立匹配网络或企业馈电网络,查看其对全波结果的影响。

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高性能计算-选项

高性能计算选项

利用最先进的高性能计算技术提高电磁仿真性能。

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GPU 加速

XStream® GPU 加速

通过 GPU 实现内置电磁仿真加速。与 GPU 集群的 MPI 技术相结合。

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5G 天线阵列仿真与分析

5G 阵列分析

利用 XF 工具优化天线阵列的辐射和波束转向特性,最大限度地提高 5G 设备的性能。

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电磁叠加模拟

叠加

只需一次模拟,即可快速分析端口相位组合。

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波导激发

波导激励

XFdtd 提供模态和节点波导接口。

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芯片组件

瞬态电磁/电路联合模拟

同时计算基于 SPICE 的电路求解器和全波 FDTD 求解器。

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介电击穿预测与仿真

介质击穿预测

利用 XF 的一系列 ESD 测试模拟工具,预测可能发生介质击穿的位置。

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电路优化器

电路元件优化器

为直接连接到电磁仿真网格中的叠加电路元件确定最佳值。

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惠更斯表面

惠更斯表面

准确传递天线辐射特性,供 XFdtd 外部使用。

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柔性 PCB 和 2D 板材包装

包裹柔性印刷电路板和二维板

只需一个简单的步骤,就能将完整的多层柔性印刷电路板设计包覆到模板上,或将薄板包覆到任意形状的表面上。

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Optenni 实验室集成

Optenni 实验室集成

为设备轻松生成匹配的网络拓扑结构和初始元件值。

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PrOGrid-Project-Optimized-Gridding

PrOGrid 项目优化网格划分

通过考虑项目的多个方面来简化网格创建,从而优化网格的精度和运行时间。

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XACT 精确细胞技术

XACT 精确细胞技术

以更少的计算资源解决最复杂的设计,实现更快、更准确的模拟。

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MATLAB-导出功能

MATLAB 导出功能

通过 XF 的结果浏览器获得的所有数据均可导出为 MATLAB 和 CSV 格式。

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生物热传感器

生物热传感器

对于生物医学分析,允许将金属和其他非生物物体纳入温升计算。

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变择-生物-网格-定位

VariPose

为生物电磁应用(包括核磁共振成像、手机等通信设备)重新定位人体生物网。

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可摆造型的手

可摆姿势的手

在移动设备设计方面,XF 可以模仿多种移动设备手柄。

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简化工作流程

简化工作流程

XF 消除了耗时的冗余任务,简化了工作流程。

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成果与产出

成果和产出

完整的结果历史。

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动态互动图表

动态互动图表

在 XF 中处理结果非常简单。

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强大-灵活-建模

功能强大的灵活建模

少花时间建模,多花时间取得成果。

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自定义脚本功能

自定义脚本功能

XF 允许您使用强大的脚本 API 创建自己的自定义功能。

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参数无处不在

参数无处不在

XF 通过参数化为您提供更多的仿真控制。

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快速智能匹配

快速智能网格划分

XF 使生成更精确、更高效的网格变得更容易,而且工作量更少。

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5G MIMO 图像

5G MIMO

Remcom 的电磁仿真软件提供完整的 5G 解决方案,从系统和多输入多输出天线设计到在真实仿真环境中的性能评估,以及 5G 网络部署规划。 我们的使命是提供准确的解决方案,使客户能够可靠地预测其系统在现实世界中的表现。

5G MIMO
天线设计图片

天线设计

天线技术在不断进步,以满足工业日益增长的需求。 同样,Remcom 也与时俱进,为工程师提供与他们的工艺相匹配的天线仿真软件,帮助他们满足设备设计要求。

天线设计
天线放置图像

天线位置

Remcom 的天线建模软件工具可确保在几乎所有应用中正确设计和安置天线。我们的仿真工具可单独使用,也可组合使用,以全面分析天线的性能。

天线位置
移动设备图像

移动设备

在设计当今复杂的移动设备时,精度是关键,工程师不能承受设备效率与仿真结果之间的差异。 Remcom 用户发现,设备效率与电磁仿真结果的差异不到 0.5 dB。

移动设备
汽车雷达图像

汽车雷达

仿真技术不断进步,以满足对 24 GHz 和 77 GHz 汽车雷达传感器(包括盲点检测 (BSD) 和变道辅助 (LCA) )更严格的设计要求。Remcom 提供从传感器设计到驾驶测试场景的综合方法。

Automotive Radar
静电放电测试图像

ESD 测试

利用 XFdtd 的静电放电测试模拟,工程师可以在产品开发的概念和设计阶段准确定位易受 ESD 损坏的位置,并优化 ESD 缓解措施。

ESD 测试
超材料图像

超材料

XF 支持对包含超材料(包括负指数材料、电子带隙结构和频率选择性表面)的设备进行模拟。此外,还支持包括频率相关模型、各向异性材料和铁氧体材料在内的特殊材料,以及 FDTD 方法的计算扩展。

超材料
微波图像

微波炉

Remcom 的 XFdtd 软件非常适合任何微波设备设计或分析任务。 无论是波导、功率分配器、滤波器、耦合器等应用,XFdtd 都能提供快速、高效和准确的电磁仿真结果。

微波炉
触摸屏电容图像

触摸屏电容

电容传感器通常用作触摸屏,用于检测手指或手写笔在智能手机、平板电脑、计算机屏幕、音乐播放器和计算机触摸板屏幕上的位置。XFdtd 可计算复杂传感器设计的电容,让设计人员无需原型设计即可根据需要选择最佳几何形状。

触摸屏电容
生物医学图像

生物医学

Remcom 的电磁仿真工具可以在成本高昂的原型设计阶段之前对设备性能进行逼真的仿真,从而加快设计和认证过程。分析选项既有面向设备的(如调谐),也有与生物相互作用相关的(包括 SAR)。除了基于 CAD 的 SAM 模型外,还提供逼真的可摆放人体模型。

生物医学

XFdtd 文档和学习资源

 

XFdtd 规格

XFdtd 功能

 
联系我们了解更多功能信息或讨论您的特定需求。

XF 主要功能
  • 利用英伟达™(NVIDIA®)CUDA 架构进行 XStream GPU 加速

  • 面向 GPU 集群的 XStream + 消息传递接口 (MPI)

  • 包裹柔性印刷电路板

  • 电路元件优化器

  • 叠加

  • 阵列优化

  • PrOGrid 项目 优化网格划分

  • XACT 精确电池技术

  • XTend 脚本库

  • 无限内存

  • 用户自定义库,包含零件、源、材料等内容

  • 全面参数化

  • 带内置编辑器的脚本界面

  • 波导接口

  • 自定义项目模板

  • 基于特征的建模

  • 实时更新结果

  • ESD 细分

  • 集成网格/CAD 查看功能

  • 通过传感器节省体积/表面场

  • 灵活定制的项目树

  • 模拟队列

  • 外部队列集成 (EQI)

  • 交互式图表操作

  • 带反馈的实时错误检查

  • 自动网格定点检测

  • Windows 和 Linux 本机多平台用户界面

材料
  • 分散材料计算器

  • 取决于时间的材料

  • 材料数据库包含 350 多个材料定义

  • 对角各向异性电/磁

  • 损耗介质/磁性

  • 随频率变化的电介质/磁性

  • 各向异性磁化铁氧体

  • 各向异性介电质(全张量)

  • 非线性电介质/磁性

  • 不同半径的细导线

  • 金属表面粗糙度

  • 介质击穿

远区结果
  • 瞬态远区 - 特定角度

  • 稳态三维远区模式

  • 路德维希和轴向比偏振结果

  • 雷达截面

  • 高级天线模式分析/地平面天线

  • 天线分集,包括 E_phi 和 E_theta 的独立 PDF

  • 圆偏振

来源/负载/端口
  • 静电求解器

  • 波导接口 - 模态接口和节点接口

  • 采用串联、并联和 RL 并联 C 布局的无源负载

  • 基于 SPICE 网表文件的无源线性和非线性负载

  • 一次模拟可使用多种激励类型

  • 任意时域波形

  • 根据感兴趣的频率范围自动生成波形

  • 带串联/并联 RLC 的电压/电流源

  • 基于 SPICE 网表文件的带匹配网络的电压/电流源

  • 非线性电容器

  • 时控开关

  • 二极管

  • 光导半导体开关

  • 具有线偏振、圆偏振或椭圆偏振的入射平面波--包括总偏振和散射偏振

  • 高斯光束

  • 为每个信号源指定时间延迟

加速选项
  • 使用英伟达™(NVIDIA®)CUDA 架构的 XStream GPU 加速,适用于单个或多个 GPU

  • 面向 GPU 集群的 XStream + 消息传递接口 (MPI)

  • MPI 多处理器(分布式内存集群)

  • 无限内核的多处理器线程功能

  • 外部队列集成 (EQI)

  • GPU 内存故障检测

生成几何图形
  • 3D 实体建模器

  • 带约束的二维草图绘制器

  • 基于特征的建模

  • 可摆姿势的手,可握住手持设备

  • 任意挤压、旋转、板材和线材主体

  • 对创建和导入的几何图形进行复杂的几何修改:

    • 包装

    • 布尔

    • 倒角边缘

    • 混合边缘

    • 贝壳固体

    • 移除面孔

    • 偏移面和板材边缘

    • 清除孔洞

    • 加厚床单

    • 阁楼

    • 拉伸

    • 扭转

    • 切片

    • 弯曲实体几何

    • 项目表

    • 缩放/平移/旋转/反射/剪切

    • 线形和圆形图案

  • 原始几何图形

    • 球体

    • 气缸

    • 锥形

    • 长方体

    • 托鲁斯

    • 金字塔

    • 棱镜

    • Frustum

    • 螺旋

  • 定位器可轻松重新定位几何图形

  • 切割平面显示内部结构

特殊功能/选项
  • 周期性外边界条件

  • 通过 DFT 得出多个频率的正弦波结果

  • 正弦波结果的缩放

  • 带延迟选项的自动收敛

  • 材料、电路元件定义、加密和几何形状

  • 惠更斯表面传感器

CAD 导入/导出
  • 导入任意包边的 ODB++ PCB 文件

  • 导入任意包边的 BRD PCB 文件

  • 导入任意裁剪的 ODB++ PCB 文件

  • 导入任意裁剪的 BRD PCB 文件

  • 导入可摆姿势的手

  • 导入 SAT/SAB 文件

  • 导入 DXF 文件

  • 导入 VDA-FS 文件

  • 导入 STL 文件

  • 导入 STEP 文件

  • 导入 IGES 文件

  • 导入 Pro-E 文件

  • 导入 CATIA V4 和 V5 文件

  • 导入 Inventor 文件

  • 导出到 SAT 文件

  • 导出为 STEP 文件

  • 导出为 IGES 文件

  • 导出为 CATIA 文件

  • 导出为 STL 文件

  • 导出为 DXF 文件

  • 编辑导入的 CAD 对象

  • CAD 合并:导入几何体更新时保留以前的修改

图形输出
  • 耗散功率密度

  • 近区磁场/电流与时间的关系

  • 阻抗、S 参数与频率、驻波比、有源驻波比

  • 极坐标天线模式

  • 史密斯图表阻抗图

  • 瞬态结果的 FFT

  • 群组延迟输出类型

  • 时域反射仪 (TDR) 和时域传输 (TDT) 输出类型

  • 稳态远区结果的累积分布函数 (CDF)

网格/视图
  • 介电体积平均法

  • XACT 精确电池技术

  • 快速网格算法 (FMA)

  • 裁剪的 3D 网布

  • 自动/手动控制网格参数

  • 自适应网格

  • 快速查看 3D 网格

  • 多线程网格划分

  • 防止网格中的物体相碰

离散频率统计
  • 辐射效率

  • 系统效率

  • 消耗功率

  • 组件损耗

  • 净输入功率

  • 净可用功率

  • 独立辐射效率

视觉输出
  • 输出显示的平面、曲面和体积与输入几何体一致

  • E/H/B、传导电流、表面电流、旋转 B 近场,以及耗散功率密度

  • E、增益、实现增益、轴向比、雷达截面、有效各向同性辐射功率 (EIRP) 的三维远场模式

  • 助听器兼容性、SAR、磁共振发射效率和磁共振图像输出近似值

  • 生物温度升高

  • 温度分布:初始温度、最终温度和升温温度

  • E、H,惠更斯表面的功率密度

输出导出
  • 电影 (*.avi):平面和容积场序列

  • MATLAB:可导出所有数据

  • 逗号分隔值文件 (*.csv):可导出所有数据

  • Optenni:S 参数和效率

  • Touchstone 文件(例如 *.s2p):S 参数

  • CITI 文件:S 参数

  • 惠更斯表面

生物特征
  • 比吸收率(SAR)

  • 生物热传感器

  • 鸟笼工具

  • 磁共振传输效率(与信噪比成正比)

  • 近似 MR 图像

  • B1+/B1- 场

  • 多次模拟的合成孔径雷达综合结果

  • 计算 1 克和 10 克 SAR 平均值

  • 全身 SAR 平均值

  • 合成孔径雷达峰值位置

  • 根据指定的输入功率或电流调整 SAR 值

  • 用于彩色显示的 SAR 平面

  • SAM 云台 CAD 文件

  • 助听器兼容性 (HAC)

  • 不同分辨率的头部和身体网格

  • 随频率变化的人体组织参数

  • VariPose® 用于重新定位车身网格

  • 支持 ICRP、NICT 和虚拟人口体素模型

  • 自动为所有导入的体素类型分配正确的生物材料

  • SAR 统计报告(质量、耗散功率、各区域平均 SAR)

  • 功率密度

示意图
  • 原理图编辑器

  • 带调整滑块的分析工作台

  • 组件

    • 电压源

    • 电阻器

    • 理想电感器和有损电感器

    • 理想有损电容器

    • 开关

    • 移相器

    • 网表

    • SnP 块

    • FDTD 块

    • 理想的传输线

    • 微带传输线

    • 微带三通

    • 微带弯曲

    • 微带步进

    • 共面波导

    • 接地共面波导

  • 运行模式

  • 多端口和多状态设备

  • 电路求解器

  • 将原理图应用于全波结果的能力

版本

XFdtd 版本比较

标准
专业人员
多输入多输出
高性能计算令牌(工作站)
1
2
4
3D CAD 建模
参数化和脚本
CAD 和 PCB 输入
XACT 精确细胞技术
静电求解器(ESS)
比吸收率(SAR)
功率密度
生物热传感器
VariPose® 网布重新定位
鸟笼工具
原理图编辑器
叠加
阵列优化
电路元件优化

XFdtd 系统要求

系统要求

最低
推荐
高级
处理器
四核英特尔 i3
四核英特尔 i7 或更高配置
双 Intel Xeon 八核处理器
内存
8 GB
32 GB
64 GB+
显示器(需要兼容 OpenGL 的适配器)
1600x900 分辨率
1920x1080 分辨率
1920x1080(或更高)分辨率
XStream® GPU 加速1
计算能力为 2.0 或更高的 NVIDIA CUDA GPU 显卡
英伟达™(NVIDIA®)特斯拉 P100
英伟达™(NVIDIA®)特斯拉 V100
硬盘空间
250 GB
2 TB
5 TB+

1.有关具体详情,请访问英伟达™(NVIDIA®)网站https://www.nvidia.com/en-us/data-center/data-center-gpus/

图形用户界面 - 支持的平台:

  • 微软视窗 10 和 11,64 位
  • Red Hat Enterprise Linux 7、Ubuntu 18,64 位(及兼容系统)

计算引擎 - 支持的平台:

  • 微软视窗 10 和 11,64 位
  • Red Hat Enterprise Linux 7、Ubuntu 18,64 位(及兼容系统)
  • 请咨询其他平台的可用性。

MPI 模块适用于以下平台:

  • 在 Red Hat Enterprise Linux 7、Ubuntu 18 64 位(以及兼容系统)上运行 Open MPI
  • 请咨询其他平台的可用性。

通过英伟达云验证

  • 要充分利用英伟达™(NVIDIA®)云验证功能,需要使用英伟达™(NVIDIA®)GPU Operator 23.3.2 或更新版本。
  • 要充分利用英伟达™(NVIDIA®)云验证功能,需要英伟达™(NVIDIA®)450 驱动程序或更新版本。

© 2023 NVIDIA 和 NVIDIA 徽标是 NVIDIA 公司在美国和其他国家的商标和/或注册商标。

 

XFdtd 参考资料

以下是作者在研究中使用 Remcom 软件的科技文章列表。 我们摘录了这些文章的摘要,并提供了原文链接。

暴露于 28 GHz 毫米波诱导的热感觉阈值及其可靠性

由于第五代无线通信系统在全球的普及,28 GHz 毫米波的应用非常普遍。它的热效应是一个主要因素,有可能对暴露在毫米波下的身体部位造成疼痛和组织损伤。然而,这种热感觉的阈值,即皮肤温度与基线相比发生变化的程度,即对毫米波的热效应产生第一次主观反应的阈值,仍不清楚。在此,我们研究了暴露于毫米波时的热感阈值并评估了其可靠性。20 名健康成年人的左手中指指尖暴露在 28 GHz 毫米波下,天线输入功率分为五个等级:0.2、1.1、1.6、2.1 和 3.4 W(入射功率密度:27-399 mW/cm2 )。2).为了评估阈值的可靠性,在同一天重复测量两次。类内相关系数(ICC)和布兰-阿特曼分析分别被用作相对可靠性和绝对可靠性的代表。在每个暴露水平的两次测试中,感知到某种感觉的参与者人数也被计为感知率。126-399 mW/cm2 的平均热感阈值在 0.9°C-1.0°C 之间。2条件下的平均热感阈值在 0.9°C-1.0°C 之间,而在 27 mW/cm 22条件下为 0.2°C。27 和 126 毫瓦/厘米 2 条件下阈值的 ICCs2的 ICC 值分别为较差和一般,而较高暴露水平下的 ICC 值为中等至较大。除了在 191 mW/cm 2 条件下的比例偏差外,在 27 和 126 mW/cm 2 条件下的 ICC 分别为较差和一般。2条件下存在比例偏差外,没有固定偏差。在 399 毫瓦/厘米 2 条件下,所有参与者都能感觉到热感。2的情况下,所有参与者都能感受到热感,而且随着照射水平的降低,感受率也逐渐降低。重要的是,三分之二的受试者回答说,在 27 mW/cm 2 条件下,他们在两次或其中一次测试中都感受到了热感。2时,尽管温度升高较低,但仍有三分之二的受试者回答在两次或一次测试中都感受到了热感。这些结果表明,热感觉阈值约为 1.0°C,在不同的暴露水平下是一致的,而其可靠性则随着暴露水平的提高而增加。此外,由于人类感知的特性,对热感觉的感知可能本身就模糊不清。

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在 7 T 下进行平行透射腹部成像时,受试者几何形状、呼吸和线圈重新定位的变化对比值吸收率的影响

研究项目越来越多地采用 7 T 的平行传输磁共振成像技术,该技术可提供更高的信噪比和新的对比度。然而,为确保扫描安全,需要仔细考虑体内磁场的相互作用。物理上灵活的人体线圈的最新进展使得高场腹部成像成为可能,但需要进一步探讨可变性增加对能量沉积的影响。本研究旨在评估受试者的几何形状、呼吸相位和线圈定位对比值吸收率(SAR)的影响。十名健康受试者(体重指数 [BMI] = 25 ± 5 kg m-2)在呼气屏气时接受扫描(3 T),并使用图像生成身体模型。其中七名受试者在吸气时也进行了扫描。首先对线圈和人体模型的简化进行了探讨,然后使用腹部上方的典型八通道平行发射线圈进行了有限差分时域模拟。模拟生成了 100,000 个相位设置的 10 g 平均 SAR (SAR10g) 图,并使用三角函数最大化确定了最坏情况下的 10 g 平均 SAR (wocSAR10g)。在每个通道输入功率为 1 W 的情况下,10 个受试者的平均最大 SAR10g 为 1.77 W kg-1。热点总是靠近体表,靠近肌肉壁边界。10 名受试者的 wocSAR10g 在 2.3 到 3.2 W kg-1 之间,与脂肪体积百分比(R = 8)和体重指数(BMI)(R = 0.6)成反比。受试者几何形状、呼吸相位和现实线圈重新定位的变化导致的 SAR10g 变异系数值分别为 12%、4% 和 12%。这项研究发现,现实线圈重新定位导致的变异性与腹部成像中不同健康受试者几何形状导致的变异性相似。这一点非常重要,因为它表明,在设定腹部成像的安全阈值时,基于人群的建模可能比个体建模更有用。

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用于 1.5 T 磁共振成像的双通道横向场射频线圈

这项理论研究介绍了用于 1.5 T 磁共振成像(MRI)的新型双通道横向射频(RF)表面线圈的设计和分析/数值优化。该研究探索了一种一排两个通道、射频线圈空间方向一致的平面设置,旨在解决单通道横向射频线圈的一个常见设计缺陷:沿射频场方向的视场(FOV)减小。这种设计的一大挑战是如何有效地解耦两组横向射频线圈,以防止相互干扰。我们的建模方法集成了细线理论建模、条状导体线圈的磁静力计算及其全波电磁仿真。在 64 MHz 频率下的主要研究结果表明,双通道射频线圈之间的战略性几何位置以及单个射频线圈设计中引入的几何不对称确实能最大限度地减少互感,为有效的双通道磁共振成像应用铺平了道路。这种去耦方法允许增强 FOV,为开发优化的双通道横向场射频线圈配置提供了理论框架。目前的设计已通过 64 MHz(1H,1.5 T)全波数值研究进行了验证,并有可能扩展到更低或更高的频率,在后一种情况下需要考虑有损样本的存在。

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毫米波和太赫兹辐射对干眼症的影响:使用 XFdtd 进行的有限差分时域 (FDTD) 计算模拟

研究射频辐射对角膜健康影响的重要性怎么强调都不为过。为了满足这一需求,本研究利用数学模拟方法研究了角膜对毫米波(mmW)和太赫兹(THz)波的吸收情况,同时考虑了正常和病理情况。

Foroughimehr N、Vilagosh Z、Yavari A、Wood A. 毫米波和太赫兹辐射对干眼症的影响:使用 XFdtd 的有限差分时域 (FDTD) 计算模拟。传感器。2023; 23(13):5853. 

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开关设备中局部放电电磁波信号的近场传播特性研究

本文内容是作者之前研究的延续。为了实现局部放电检测近场磁场探头在开关柜中的合理布局,本文模拟分析了开关柜内部结构对局部放电产生的电磁波信号近场传播特性的影响,确定了近场探头在开关柜中的安装位置。首先,分析了电磁波信号在开关柜不同介质中的传播特性,并建立了开关柜模型。然后,基于有限差分时域法,模拟了开关柜中不同设备对局部放电电磁波信号近场传播的影响。仿真结果表明,电流互感器、绝缘子、母线和柜体都明显衰减了局部放电产生的近场电磁波信号的幅值,绝缘子造成了明显的信号畸变。最后确定近场探头可安装在开关柜底板附近的内壁或右侧壁上。

Suo C, Zhao J, Wang L, Xu Z, Luo R, He M, Zhang W. 开关设备中局部放电电磁波信号的近场传播特性研究。能源。2023; 16(8):3372. 

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磁共振成像和气候箱长期测试期间 PEDOT 聚合物电极的物理特性

PEDOT 聚合物电极是一种无金属电极,由丙烯酸酯(牙科复合材料)和导电聚合物聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)组成。电极以凝胶状涂抹在皮肤上,并用蓝光固化 10-20 秒,以实现与皮肤的导电粘合。电极与由纺织骨架和 PEDOT:PSS 组成的聚合物电缆结合使用。为了在不同条件下测试这种新型电极和电缆,我们设计了两种应力测试:在磁共振成像(MRI)过程中在头部模型内进行高灵敏度温度记录,以及在高湿度气候箱内进行长期稳定性测试。为了研究 PEDOT 聚合物电极在强磁场(3 特斯拉)中的物理行为,我们在磁共振断层成像仪中将 PEDOT 聚合物电极连接到一个琼脂糖头部模型上,进行图像序列分析。磁共振安全温度传感器被放置在附近,以测量可能的加热效应。与金属电缆相比,如果将电极与导电纺织电缆结合使用,几乎不会观察到温度升高。此外,电极在气候箱内连续 4 天显示出稳定的阻抗值。这些结果为测试 PEDOT 聚合物电极作为核磁共振成像过程中的生物信号记录电极铺平了道路,特别是在心脏核磁共振成像和结合功能核磁共振成像的脑电图(EEG-fMRI)中。

de Camp, N.V., Bergeler, J. & Seifert, F. PEDOT 聚合物电极在磁共振成像和气候室长期测试中的物理行为。Sci Rep13, 5826 (2023). 

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人体头部的电磁波吸收:基于深度学习模型的虚拟传感器

本文提出了利用深度学习的人体电磁波吸收替代模型。特别是,有限差分时域分析的一系列数据使得训练卷积神经网络(CNN)成为可能,以恢复 3.5 GHz 频率下人体头部横截面区域的平均和最大功率密度。所开发的方法可以快速确定整个头部和眼球区域的平均和最大功率密度。这种方法得出的结果与基于麦克斯韦方程的方法得出的结果相似。

Di Barba P, Januszkiewicz Ł, Kawecki J, Mognaschi ME.人体头部的电磁波吸收:基于深度学习模型的虚拟传感器。传感器。2023; 23(6):3131. 

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0.45 太赫兹下汗腺导管和头发的 FDTD 仿真

太赫兹频率电磁辐射(THz)生产技术的进步使人们对探索可能的应用越来越感兴趣。新的应用将不可避免地增加人类与太赫兹辐射的偶然交互。鉴于太赫兹辐射的波长与头发和汗腺等皮肤结构的尺寸处于同一数量级,这些结构之间相互作用的可能性令人感兴趣。我们利用 0.45 太赫兹的远场激励,通过有限差分时域(FDTD)模拟对这种相互作用进行了研究。没有检测到类似天线的效应。由于头发和汗腺导管的反应性近场效应,发现比吸收率(SAR)增加的区域分别为 0.01-0.05 毫米和 0.001-0.002 毫米。使用未缠绕的汗腺导管进行模拟得出的穿透模式与螺旋结构相同,表明螺旋结构对太赫兹辐射在皮肤中的传播没有影响。

Vilagosh Z, Foroughimehr N, Lajevardipour A, Wood AW.0.45 太赫兹下汗腺导管和毛发的 FDTD 仿真。Dermato.2023; 3(1):69-84. 

查看参考资料

使用接收器选择算法和改良胶囊天线定位无线胶囊内窥镜

无线胶囊内窥镜可捕捉和传输人体胃肠道的图像,用于医学诊断。胶囊的定位功能可精确识别检查过程中发现的病变区域。天线是内窥镜胶囊的一个重要元件,用于传输包含消化系统内部记录图像的信号。天线参数也会影响根据接收信号分析确定胶囊内窥镜位置的算法的性能。本文介绍了用于内窥镜胶囊的之字形保形天线。它在模拟和组织模拟液体中都进行了检验。然后将其应用于基于接收信号相位差分析的改进型定位系统。在这种新方法中,算法从预定义集合中选择五个外部接收器,并使用人体模型介电常数的自适应估计。该定位算法通过计算机模拟进行了验证。模拟中使用了 Remcom XFdtd 软件以及简化和异质人体模型。与前一版本的算法相比,使用自动选择外部接收器和拟议天线的技术提高了约 15%的定位精度。

Oleksy P, Januszkiewicz Ł.使用接收器选择算法和改良胶囊天线的无线胶囊内窥镜定位。电子学。2023; 12(4):784. 

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电磁辐射防护眼罩:使用简化头部模型进行优化设计

本文介绍了屏蔽 3.5 GHz 频段第五代发射机电磁场的结构的设计过程。该项目的目的是限制眼区的功率密度。因此,该结构由导电线组成一个对光线半透明的网格。设计采用有限差分时域法和基于进化的优化方法进行计算机模拟。为了减少模拟所需的时间,开发了一个简化的面部和眼睛模型。本文介绍的屏蔽结构可以很容易地制作成防护眼镜的形式。计算机模拟结果表明,与无屏蔽情况相比,眼睛区域的功率密度可降低近七倍。

Kawecki J, Januszkiewicz Ł, Di Barba P, Kropidłowski K. Eye Shielding against Electromagnetic Radiation:使用头部缩小模型的优化设计。电子学。2023; 12(2):291. 

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用于低场(0.18-0.55 T)磁共振扫描仪的射频线圈:研究实验室与制造公司的合作经验

在本文中,作者介绍了电气参数(如导体几何形状和电容器质量)的选择如何影响线圈的整体性能,包括品质因数 Q、空载 Q 与加载 Q 之比以及线圈灵敏度。随后,我们将总结我们的电磁实验室与磁共振制造公司合作,在 0.18-0.55 T 磁共振(MR)临床扫描仪的射频线圈设计、制造和测试领域开展的工作,并将它们分为表面线圈、体积线圈和相控阵线圈。

Giovannetti G、Frijia F、Flori A. 用于低场(0.18-0.55 T)磁共振扫描仪的射频线圈:研究实验室与制造公司的合作经验。电子学》。2022; 11(24):4233. 

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基底细胞大小设置对暴露于 30 GHz 以上频率毫米波辐射的人类角膜的有限差分时域计算模拟的影响

本研究以对电磁波极为敏感的人体角膜与 30 至 100 GHz 范围内的电磁波的相互作用为研究对象,展示了使用不同网格尺寸时 FDTD 计算模拟系统精度的变化。对不同的基本单元尺寸规格方法进行了比较。通过使用平面传感器显示电场分布的细节以及点传感器收集的电场绝对值,确定了计算的准确性。结果发现,手动定义基底单元的大小可以减少模型的大小和计算时间。但是,计算精度会以不可预测的方式降低。结果表明,使用云计算能力在最大限度地缩短计算时间方面发挥了关键作用。

Foroughimehr N, Vilagosh Z, Yavari A, Wood A. The Impact of Base Cell Size Setup on the Finite Difference Time Domain Computational Simulation of Human Cornea Exposed to Millimeter Wave Radiation at Frequency above 30 GHz.传感器。2022; 22(15):5924. 

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无小区毫米波大规模 MU-MIMO 上行链路的波束排列

毫米波(mmWave)无蜂窝大规模多用户(MU)多输入多输出(MIMO)系统结合了毫米波频率的大带宽和无蜂窝系统的更大覆盖范围。然而,为了克服毫米波频率的高路径损耗,用户设备(UE)必须在有意义的方向上形成波束,即指向附近的接入点(AP)。同时,多个 UE 应避免向同一接入点传输,以减少多用户干扰。他们提出了一种干扰感知方法,用于无小区毫米波大规模 MU-MIMO 上行链路中的波束对齐(BA)。在考虑的场景中,AP 执行全数字接收波束成形,而 UE 执行模拟发射波束成形。他们使用商用光线跟踪器中的现实毫米波信道对我们的方法进行了评估,结果表明,与全向传输以及不考虑MU干扰的方法相比,我们提出的方法更具优势。

毫米波用户中心无小区大规模多输入多输出系统中的波束对准 2021 年电气和电子工程师学会全球通信大会(GLOBECOM)2021
S. BuzziCarmen D. AndreaMaria FresiaXiaofeng WuBuzziCarmen D'AndreaMaria FresiaXiaofeng Wu

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用于探测超高能粒子的 BEACON 仪器原型的设计和初步性能

中微子波束成形高架阵列(BEACON)是一个计划中的中微子望远镜,旨在探测地球上超高能tau中微子相互作用产生的上行气流的无线电发射。这种探测机制可以测量宇宙中微子的 tau 通量。他们在巴克罗夫特野外站的高海拔地区安装了一台8通道原型仪器,该仪器自2018年起开始运行,由4个双极化天线组成,灵敏度在30-80兆赫之间,其信号经过滤波、放大、数字化,并通过定制的数据采集系统(DAQ)保存到磁盘上。BEACON 原型位于高海拔地区,以最大限度地提高有效容积,并使用定向波束成形触发器,以提高对触发水平人为背景噪声的抑制能力。在此,我们将讨论 BEACON 原型仪器的设计、构造和校准。他们还讨论了仪器观测到的射频环境,并对仪器观测到的事件类型进行了分类,包括一个可能的宇宙射线候选事件。

用于无线电探测高能中微子的干涉触发阵列的设计与性能,《核仪器与物理研究方法》A 部分:加速器、光谱仪、探测器及相关设备 2019 年版

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磁共振应用线圈电感估算实用指南

本文介绍并比较了两种不同的线圈电感估算程序,以实现快速的线圈原型制作过程。第一种方法基于准静态近似计算,可研究射频线圈导体的横截面几何形状如何影响总电感,并可轻松计算各种线圈几何形状。第二种方法使用基于有限差分时域(FDTD)算法的全波数值方法,可以模拟任何复杂几何形状的射频线圈,包括多元件相控阵。与工作台测量结果的比较验证了在宽磁场范围(0.18-7 T)内工作的射频线圈的分析和数值结果。

Giovannetti G, Frijia F, Flori A, Galante A, Rizza C, Alecci M. A Practical Guide to Estimating Coil Inductance for Magnetic Resonance Applications.电子学》。2022; 11(13):1974. 

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用于物联网可穿戴设备的全纺织双频标识天线

本文提出了一种集成了反射器的全纺织双频徽标天线,可应用于物联网可穿戴设备。拟议天线的辐射元件形状模仿西南大学 "Neofit Rilski "的徽标,以便不显眼地集成到配件中。在纺织基板的反面安装了一个反射器,以减少可穿戴天线的辐射,并提高其抵御附近物体负载效应的稳健性。我们制作了两个天线原型,并在自由空间和三种不同物体(人体、笔记本电脑和手提电脑)上进行了测试。此外,在感兴趣的两个频率范围内,辐射效率分别达到了 25% 至 38% 和 62% 至 90%。此外,由于采用了反射器,在 2.4 GHz 和 5.47 GHz 频率下,人体模型中 10 g 重量的平均最大局部比吸收率分别为 0.5182 W/kg 和 0.16379 W/kg。此外,测量活动的结果还收集了实际使用中的体外场景的信号强度指标和数据包丢失情况,表明背包集成天线原型可以形成高质量的体外通信信道。

Atanasova GL, Atanasov BN, Atanasov NT.用于物联网可穿戴设备的全纺织双频标识天线。传感器。2022; 22(12):4516. 

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利用相位检测算法和自适应人体模型进行无线胶囊内窥镜定位

无线胶囊内窥镜拍摄并发送人体消化道的照片,用于医学诊断。通过胶囊的位置可以准确识别病变区域。这可以通过分析从胶囊接收到的电磁波参数来实现。由于人体是一个复杂的异质环境,会影响无线信号的传播,因此根据接收功率水平确定发射器和接收器之间的距离具有挑战性。本文介绍了一种使用无线信号相位检测算法识别内窥镜胶囊位置的增强方法。对于每个胶囊位置,该技术都使用了人体模型介电常数的自适应估计。该方法通过 Remcom XFdtd 软件中的异质人体数字模型进行了计算机模拟测试,并使用物理模型进行了测量。

Oleksy P, Januszkiewicz Ł.利用相位检测算法和自适应人体模型实现无线胶囊内窥镜定位。传感器。2022; 22(6):2200. 

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暴露于 3.0 GHz 射频电磁场后初级海马神经元兴奋性的变化

Exposures to radiofrequency electromagnetic fields (RF-EMFs, 100 kHz to 6 GHz) have been associated with both positive and negative effects on cognitive behavior. To elucidate the mechanism of RF-EMF interaction, a few studies have examined its impact on neuronal activity and synaptic plasticity. However, there is still a need for additional basic research that further our understanding of the underlying mechanisms of RF-EMFs on the neuronal system. The present study investigated changes in neuronal activity and synaptic transmission following a 60-min exposure to 3.0 GHz RF-EMF at a low dose (specific absorption rate (SAR) < 1 W/kg). The authors showed that RF-EMF exposure decreased the amplitude of action potential (AP), depolarized neuronal resting membrane potential (MP), and increased neuronal excitability and synaptic transmission in cultured primary hippocampal neurons (PHNs). The results show that RF-EMF exposure can alter neuronal activity and highlight that more investigations should be performed to fully explore the RF-EMF effects and mechanisms.

Echchgadda, I.、Cantu, J.C.、Tolstykh, G.P.人. 暴露于 3.0 GHz 射频电磁场后初级海马神经元兴奋性的变化。Sci Rep12, 3506 (2022). 

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应用于 5G 无线系统的导电材料头罩的屏蔽性能分析

本文展示了 "锡纸帽 "在第五代电信系统中应用于基站辐射时的实际效果。本文介绍了在第五代无线系统中使用的频率下,这些保护装置在屏蔽特性方面的有效性调查结果。研究是在计算机模拟的基础上进行的。Remcom XFdtd 软件利用有限差分时域法和头部数值模型,获得了导电头罩的屏蔽性能数据。研究发现,对于箔片头罩,头部区域功率密度的最大降低系数约为 50%。

Januszkiewicz Ł.应用于 5G 无线系统的导电材料头套屏蔽性能分析》。能源。2021; 14(21):7004. 

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利用偶极子基准问题调整进化算法优化可穿戴式多频带天线的设计

本文介绍了一种适用于第五代无线系统、蜂窝系统和非授权频段的可穿戴四频段天线的优化设计。天线的设计依赖于对适用于天线设计的优化算法的仔细研究。作者提出了一个基准问题来比较不同的优化算法。利用预先计算的数据,他们对优化程序的参数进行了调整,以便在基准问题上获得最佳性能。之后,他们优化了四波段可穿戴天线的几何形状。在优化过程中,使用了 FDTD 方法和简化的人体模型。天线设计通过制造的原型进行了评估。

Januszkiewicz Ł、Barba PD、Kawecki J.利用偶极子基准问题的进化算法调整可穿戴多频带天线的设计优化。电子学》。2021; 10(18):2249. 

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在 10.5 特斯拉条件下评估用于人体头部成像的 8 通道辐射天线阵列

本文的重点是 10.5 特斯拉 (T) 下的人体头部磁共振成像,作者为此构建了一个 8 通道收发器偶极子天线阵列,并评估了同轴馈电电缆的影响。模拟评估了同轴馈电电缆的影响,并就发射磁场 (B1+) 和比吸收率 (SAR) 效率与实际构建的阵列进行了比较。为了研究馈电位置,中心馈电偶极子天线阵列与两个 8 通道端馈电阵列(单极子和套筒天线阵列)进行了比较。用模型模拟的结果表明,与偶极子天线阵列相比,这些阵列的 SAR 效率要高出约 24%。在人体头部模型中,8 通道单极子天线阵列的 SAR 效率比模型低 30.8%。

Woo MK, DelaBarre L, Waks MT, Park YW, Lagore RL, Jungst S, Eryaman Y, Oh S-H, Ugurbil K, Adriany G. Evaluation of 8-Channel Radiative Antenna Arrays for Human Head Imaging at 10.5 Tesla.传感器。2021; 21(18):6000. 

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关于 30、60 和 90 千兆赫脉冲辐射穿透人耳的计算机模拟研究

人们对使用 30 至 90 GHz 频率范围的应用越来越感兴趣,其中包括汽车雷达、5 G 蜂窝网络和无线局域网链接。本研究利用计算模型对 30-90 GHz 脉冲辐射穿透人体耳道和鼓膜的情况进行了研究。

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0.45 太赫兹下正常人体皮肤的吸收和反射计算研究

使用太赫兹(THz)频率辐射的应用将不可避免地导致人体暴露量增加。在 0.45 太赫兹频率下对薄皮肤进行的功率密度和比吸收率(SAR)模拟显示,大部分能量在上棘层被吸收,最大温升在下棘层。在棘层/基底层交界处,有一些区域的 SAR 升幅比当地平均值高出 100%。死亡的角质层可以保护厚皮的下层组织。反射研究表明,锐角和使用偏振入射辐射可增强对糖尿病神经病变的评估。

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用于 10.5 特斯拉下头部磁共振成像应用的 16 通道环形偶极子阵列的优化与模拟 

针对 10.5 特斯拉下的头部磁共振成像应用,模拟了由八对堆叠环形和偶极子天线组成的十六通道阵列。Remcom XFdtd 用于计算环路和偶极子元件之间的隔离度,该模型带有介质负载,环路和偶极子元件之间的空间不断变化。模拟了环形偶极子阵列组件的候选元件配置和头型介质模型。

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设计安装在摩托车上的鞭状天线的简化模型

当我们驾驶汽车时,外部天线被车身静电屏蔽,乘客不会受到影响。而骑摩托车时则没有这种屏蔽,因此骑手会影响安装在摩托车上的天线的特性。因此,必须考虑天线与人体之间的相互作用。本文提出了一个简单的模型来分析骑手身体对摩托车天线的影响。使用 XFdtd 软件模拟了 145 MHz 波段的辐射特性以及安装位置对反射系数的影响。模拟结果与测量值进行了比较。

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用于 5G 可穿戴设备的高性能 MIMO 天线

本文介绍了一种用于可穿戴设备应用的双频 2×2 MIMO 天线,以支持中国 3.3-3.6 和 4.5-5 GHz 的 5G 无线电频率分配。单个天线单元由单极模式和折叠环模式组成,使用单馈电覆盖这两个频段。为了演示 MIMO 性能,在一块智能手表大小的印刷电路板(40×40 平方毫米)的上下两侧安装了两根相同的天线。XFdtd 的仿真结果表明,这些 MIMO 天线的效率超过 85%,隔离度超过 17 dB,两个频段的相关系数均为 0.02。

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核磁共振成像扫描期间胎儿射频能量吸收的计算评估

本研究对孕妇和胎儿在三个不同孕龄(第 3 个月、第 6 个月和第 9 个月)的计算模型中的比能量吸收率(SAR)进行了系统分析。数值模拟在两个频率(即 64 和 128 MHz)、两个线圈直径(即 750 和 650 毫米)和七个地标(即肩部、心脏、胸骨、腹部(即胎儿头部)、骨盆(即胎儿身体)、大腿和膝盖)下进行。还评估了其他特征对合成孔径雷达的影响,如输入源位置和孕妇模型在鸟笼线圈中的 y 位置。

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利用多通道射频线圈在 7 T 下对人体小腿肌肉进行质子去耦碳磁共振波谱分析

C 磁共振波谱是研究骨骼肌细胞新陈代谢的一种可行的非侵入性方法。本文介绍了 7 T 3 通道 C 和 4 通道 H 收发器阵列的开发、评估和首次人体小腿后部肌肉中进行 H 去耦 C-MRS 测量的情况。所开发的线圈阵列在模型和体内磁共振实验中成功进行了测试,在葡萄糖模型和人体小腿肌肉中显示出简化的光谱模式,非去耦光谱和 H 去耦光谱之间的信噪比提高了约 2 倍。

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利用人体作为天线评估传播特性

本文提出了一种非均质人体模型,以研究人体作为天线实现信号传输时的传播特性。具体来说,本文在 1 MHz 至 90 MHz 频率范围内,通过数值模拟研究了四种情况下的信道增益,即:(1)发送电极和接收电极均置于空气中;(2)发送电极附着在人体上,接收电极置于空气中;(3)发送电极置于空气中,接收电极附着在人体上;(4)发送电极和接收电极均附着在人体上。

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用于 GPR 应用的改进型反射器支撑 UWB 胖单极天线

短程雷达(如地面穿透雷达)需要大带宽以获得高分辨率,需要低频率以获得更好的穿透力。这就对天线的设计提出了限制,要求设计出中心频率较低且具有单向辐射模式的紧凑型 UWB 天线。本文重点讨论了如何改进阶梯反射器支撑的胖单极天线的分数带宽,使其在整个所需的带宽内实现单向辐射模式。本文包括设计、仿真和实验结果。

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评估 64 MHz 射频核磁共振成像人体线圈产生的电磁场:缺陷与准确性

本研究旨在系统评估用于磁共振成像(MRI)的鸟笼线圈的五个计算模型的准确性和计算成本。通过与频率响应以及电场(||E⃗|||)和磁场(||B⃗|||)幅度方面的测量结果进行比较,使用 "对称平均绝对百分比误差"("SMAPE")评估了模型的准确性。意义重大:鸟笼体线圈的计算建模广泛应用于磁共振成像期间射频诱导加热的评估。需要对数值模型进行实验验证,以确定模型是否能准确代表物理线圈。

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一种分离和定位变电站内多个局部放电源的新方法

本文提出了一种提高分离率和定位精度的新方法。利用两个定向天线搭建了一个定向测量平台。计算天线捕获信号的时间延迟(TD),并通过以不同角度旋转平台获得 TD 序列。利用 TD 分布特征对序列进行分离,并计算出多 PD 源的方向。使用误差概率法按方向定位 PD 源。为了验证该方法,利用 XFdtd 建立了一个包含三个 PD 源的模拟模型。

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在现实头部模型上研究经颅磁刺激的线圈设计

本文展示了 Fo8(八字形)线圈、V 型线圈和蝶形线圈等三种不同线圈的经颅磁刺激(TMS)模拟结果。考虑到临床应用,分析了三种不同线圈在 TMS 中的可行性。XFdtd 用于获取现实头部模型中电场和磁场的三维分布。这项研究利用真实的头部模型提供了实际的穿透深度、聚焦性和生物兼容性,而现有的一些研究中使用的均质头部模型则无法做到这一点。

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用于高速数据传输的宽带圆极化共形内窥镜天线系统

本文介绍了一种共形宽带圆极化(CP)天线,用于内窥镜胶囊在 915 MHz 工业、科学和医疗(902-928 MHz)频段上的应用。天线厚度仅为 0.2 毫米,可包裹在胶囊内壁中。初步设计和参数优化研究使用了单层均质肌肉模型箱。在分析天线性能时,讨论了胶囊内部组件的影响,以实现更实用的方案。此外,还考虑了 Remcom XFdtd 仿真环境中的真实人体模型,以评估天线特性和 CP 纯度,并明确胃肠道沿线不同器官的特定吸收率限制。

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高场强小鼠心脏磁共振成像射频线圈几何结构性能的相互比较

多圈螺旋表面线圈分为平面和圆柱形两种,用于高磁场(7.1 T)小鼠心脏磁共振成像。市售鸟笼线圈的 rSNR 比圆柱螺旋线圈高出 3-5 倍。在任何负载条件下精确设计、模拟、实施和测试任何几何形状和类型的射频线圈所采用的综合方法和方法论,可以推广到高场小鼠心脏磁共振成像的任何应用中。

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基于特征优化和双向 LSTM-GRU 的架空覆盖导线局部放电模式识别算法

局部放电(PD)模式的识别对于架空线路覆盖导体的绝缘诊断至关重要。目前的研究还没有充分解决实际环境中复杂的背景噪声问题,大多数检测方法主要依赖于特征工程或深度学习,这表明在提高准确性和效率方面存在潜力。因此,作者提出了一种集成了特征选择和深度学习的 PD 模式识别算法。该算法结合了离散小波去噪函数的设计,专门针对 PD 的特征进行数据预处理。它采用贝叶斯优化算法和轻梯度提升机来描述电晕放电特征。此外,它还开发了用于特征融合的多尺度聚类特征和相位分辨特征,并基于光梯度提升机构建了具有洞察力的特征。最后,还建立了一个新颖的深度学习模型,对覆盖导体的早期故障表现出卓越的检测性能。实验结果表明,该算法的马修斯相关系数达到 0.814,比基准算法的 0.719 提高了 13.2%,速度提高了 39.18%。最终准确率达到 97.85%。该算法在检测导体早期绝缘故障方面表现出卓越的性能。

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