Napredna tehnika odredivanja prostorno usrednjenih dozimetrijskih veličina na zakrivljenim površinama

With the rapid expansion of the fifth generation wireless communication technology and systems, human exposure to radio-frequency electromagnetic fields has become increasingly prevalent. International regulatory institutions have been established to ensure the safe use of these devices by setting maximum allowable levels of exposure. However, the existing body of literature in computational dosimetry predominantly rely on simplified models that employ flat surfaces to represent the human body. This geometrical approximation may lead to inaccurate estimation of exposure, depending on the ratio of the penetration depth to the local curvature radius of a nonplanar body part that is being exposed. Recognizing the aforementioned limitation, the primary objective of this thesis is to make contributions by advancing techniques for spatial averaging of dosimetric quantities on nonplanar surfaces, with a specific focus on the 6–300 GHz frequency range. The aim is to quantify the effect of surface curvature, especially in situations where the wavelength of the incident field matches the radius defining the local curvature. Two canonical models, the sphere (Publication 1) and cylinder (Publication 2), and a detailed anatomical model of the human ear have been presented (Publication 3). To assess spatially averaged power densities on these nonplanar models with high fidelity, a novel numerical surface integration technique is incorporated into the thesis. This technique facilitates the identification of the region characterized by the worst-case exposure scenario. Furthermore, the integration of machine learning techniques has shown promise in enhancing the accuracy, increasing the efficiency, and reducing the memory requirements during electromagnetic simulations, as demonstrated in Publications 2 and 3. Finally, the thesis delves deeply into quadrature techniques specifically tailored for surface integrals on conformal surfaces at microwave and millimeter wave frequencies (Publication 4). Overall, the research output presented within the thesis improves the understanding of human exposure to high-frequency electromagnetic fields and contribute to the development of more precise dosimetric models in the context of emerging wireless communication technologies.Pojava pete generacije mobilne mrežne tehnologije i razvoj povezanih komunikacijskih sustava dovela je do povećane izloženosti ljudi elektromagnetskim poljima visokih frekvencija. Kako bi se osiguralo korištenje bežičnih komunikacijskih uređaja u neposrednoj blizini ljudskog tijela bez negativnih posljedica na zdravlje, regulatorni odbori su osnovani na međunarodnoj razini sa svrhom postavljanja najviše dopuštene razine izloženosti. Međutim, većina istraživačkih i znanstvenih radova, usmjerenih na procjenu apsorbirane snage unutar tkiva, a na kojima se granice izloženosti temelje, koristi ravne modele za predstavljanje izloženih dijelova ljudskog tijela. Ovakva aproksimacija geometrije potencijalno dovodi do poddimenzioniranja razine izloženosti, ovisno o omjeru dubine prodiranja elektromagnetskih polja i polumjera zakrivljenosti izloženih dijelova tijela. Ovaj doktorski rad doprinosi području računalne dozimetrije kroz razvoj napredne tehnike prostornog usrednjavanja dozimetrijskih veličina na zakrivljenim površinama tijela, s posebnim naglaskom na frekvencije od 6 do 300 GHz. Temeljni cilj istraživanja je kvantifikacija učinka površinske zakrivljenosti, osobito u slučaju kada valna duljina upadnih polja veličinom odgovara približnom polumjeru zakrivljenosti. Razvijena su dva kanonska modela - kugla (članak 1) i cilindar (članak 2) - te detaljan anatomski model ljudskog uha (članak 3). U svrhu što vjernije procjene usrednjene gustoće snage na zakrivljenim modelima, predstavljena je i nova tehnika numeričke integracije, koja posredno ostvaruje otkrivanje ograničenog područja najviše izloženosti. Nadalje, strojno učenje i povezane tehnike iskorištene su za unaprjeđenje učinkovitosti i smanjenje potrebe za računalnim resursima prilikom elektromagnetskih simulacija (članci 2 i 3). Konačno, rad dublje zadire i u same tehnike numeričke integracije namjenjene aproksimaciji plošnih integrala po konformnim površinama na frekvencijama iznad 6 GHz (članak 4). Istraživanje predstavljeno u okviru ovog doktorskog rada proširuje razumijevanje ljudske izloženosti elektromagnetskim poljima radijskih frekvencija i doprinosi razvoju elektromagnetskih modela izloženosti prilagodenih kontekstu nadolazećih bežičnih komunikacijskih tehnologija