développement d’antennes pour les réseaux corporels sans … · ntt redtacton, japan apan. ......

Institut d’Électronique et de Télécommunications de Rennes

Développement d’antennes pour les réseaux corporels sans filsp

Nacer Chahat, Maxime Zhadobov, Ronan Sauleau

Plan

1. Introduction

2. Antenne patch textile double bande

3. Antenne coplanaire textile double bande

4 Conclusion4. Conclusion

Introduction

• Qu’est-ce qu’un réseau corporel sans fils?

Un système sans fils dans lequel au moins un transmetteur ourécepteur est placé sur le corps.

• Il existe trois scénarios:

p p p

1. Communication off-body

2. Communication on-body

3 Communication in-body3. Communication in body

Introduction

L i ti l tit t i té êt l li ti

M

• Les communications corporels constituent un intérêt pour les applications militaires, de divertissement, sportives, domotiques, médicales, etc.

Exemples d’applications sportives/divertissement commercialisées

Nike + Ipod (B

Motorola / B

urto

miC

oach, ABluetooth)

on (Bluetooth)

Adidas

Nikke

Exemples d’applications domotique

ei Electronics, J

NTT RedTacton, Japan

Japan

Introduction

M dèl é i d h i t i ti i ti• Modèles numériques du corps humain sont cruciaux optimisation d’antennes, caractérisation de canal de propagation, études dosimétriques, etc.Fantôme homogène Fantômes hétérogènes multicouchesFantôme homogène Fantômes hétérogènes multicouches

Virtual family, IT’IS foundation

Postures variables

CST voxel family, CST

Introduction

• Modèles expérimentaux du corps humain mesure de DAS et d’antenneMatsush

Industri

SPEAG, S

FanFan hita Electric

al Co., Ltd., Jap a

Swiss

ntôme Liquid

ntôme Liquid

SAM head pour mesure de rayonnement Torse à posture variable

an

C

dede

M

FantômFantôm

Chiba U

niversity

IETR, Université

FantôFantô

MCL Technolog m

e Semisolide

me Sem

isolide Fantôme fonctionnant

y, Japan

é de Rennes 1

ôme Solide

ôme Solide

gy, UK

ô f

ee Fantôme fonctionnant en bande millimétrique

Fantôme à base de carbone

Fantôme fonctionnant en bande centimétrique

Plan

1. Introduction




Antenne patch textile double bande

• Antenne patch double bande (f1=2.4GHz et f2=5.5GHz, εr=1.22 et tanδ=0.022)

Coeffi

Coeffi

10

0

Géom

étrieGéom

étrie

PrototypePrototype

cient de réflecient de réfle

-30

-20

-10

S 11 (d

B)

—– Mesure en espace libre. - - Simulation en espace libre. -■- Simulation sur le corps.

exionexion

2 3 4 5 6

-30

Frequency (GHz)

• Impact du corps sur le rayonnement de l’antenne

Fréquence (GHz)

Gain (dBi)Simulation

En espace libre Sur le fantôme2.45 6.1 5.85 5 8 9 9 05.5 8.9 9.0

2.45 GHz 5.5 GHz

Antenne patch textile double bande

• Débit d’absorption spécifique (DAS moyenné sur 10g de tissue – Pin=1W)

Duke, Virtual family

(male, 34 ans, 1.74m, 70kg,

Modèle d

Modèle d

Distributio

Distributio

Distributio

Distributio

( , , , g,

IMC de 23.1 kg/m²)

Propriétés diélectriques e simulation

e simulation

n du DAS à f

n du DAS à f

n du DAS à f

n du DAS à f

dispersives de chaque tissue

définies sur la bande 2‐6

GHz.

ff1 ff2

Distance entre l’antenne et le

corps d=1mm. DASmax=0.08 W/kg DASmax=0.02 W/kg

Plan

1. Introduction




Antenne coplanaire textile double bande

• Antenne coplanaire double bande

Coeffi

Coeffi

-10

-5

0

Géom

étrieGéom

étrie

PrototypePrototype

cient de réflecient de réfle -25

-20

-15

-10

S 11 (d

B)

—– Simulation - - - Mesureexion

exion

• Antenne coplanaire double bande sur un BIE

2 3 4 5 6 7-30

Frequency (GHz)

Mesure

• Antenne coplanaire double bande sur un BIE

GG PP

Coeffici

Coeffici -10

-5

0

Géom

étrieGéom

étrie

PrototypePrototype

ient de réflexient de réflex

-30

-25

-20

-15

S 11 (d

B)

—– Simulation - - - Mesure

xionxion 2 3 4 5 6 7

30

Frequency (GHz)


• Antenne coplanaire double bande sur le corps

Modè

Modè

Coeffi

-10

-5

0

• Le coefficient de réflexion le gain etèle de sim

ulaèle de sim

ula

cient de réflemesuré

-25

-20

-15

-10

Free space d=0mm d=5mm d=10mmd=30mm

S 11 (d

B)

réflexion, le gain et l’efficacité de l’antenne sont sensibles à la distance entre l’antenne

t l

ationation

exion 2 3 4 5 6 7-30

Frequency (GHz)

et le corps.

• Antenne coplanaire double bande sur le corps

Modèle d

Modèle d

Coefficienm

• Le coefficient de réflexion, le gain et l’efficacité de l’antenne15

-10

-5

0

dB)de sim

ulationde sim

ulation

nt de réflexiomesuré

l efficacité de l antenne restent insensibles à la présence du corps.

2 3 4 5 6 7-30

-25

-20

-15

S 11 (d

—– Mesure sur le corpsnn n Frequency (GHz) - - - Mesure en espace libre


• Diagramme de rayonnement avec et sans la surface BIE

100

100

- - - Antenne seule —– Antenne BIE

Diagram

Diagram

Me

Me

-40

-30

-20

-10

0

10 30

60

90270

300

330

-40

-30

-20

-40

-30

-20

-10

0

10 30

60

90270

300

330

-40

-30

-20

Diagramme devient directif sur la surface BIE i t

mme 3D

simu

mme 3D

simu

esure du planesure du plan

120

150180

210

240 -10

0

10

120

150180

210

240 -10

0

10

Plan E à 2.6 GHz Plan H à 2.6 GHz

0

100

30330 100

30330

BIE impact du corps est fortement réduitulé à 2.6 G

Hz

ulé à 2.6 GHz

n E et Hn E et H

-40

-30

-20

-10

0

60

90

120240

270

300

-40

-30

-20

-10

-30

-20

-10

0

60

90

120240

270

300

-30

-20

-10zz

150180

2100

10 150180

210

0

10

Plan E à 5.2 GHz Plan H à 5.2 GHz


• Diagramme de rayonnement avec et sans la surface BIE

- - - Antenne seule —– Antenne BIE

20

-10

0

100

30

60300

330

20

-10

0

100

30

60300

330

Diagram

me

Diagram

me

Simulatio

Simulatio

• Diagramme devient directif sur l

-40

-30

-20

90

120

150210

240

270 -40

-30

-20

-10

0

10

-40

-30

-20

90

120

150210

240

270 -40

-30

-20

-10

0

103D sim

ulé à 3D sim

ulé à

on du plan Eon du plan E

Plan E à 2.6 GHz Plan H à 2.6 GHzle corps

• Gain de l’antenne

180 180

-20

-10

0

10

-60

-300

30

60-20

-10

0

10

-60

-300

30

60

2.6 GHz

2.6 GHz

et H et H avec BIE

reste supérieur

-40

-30

-150

-120

-90 90

120

150180

-40

-30

-20

-10

0

10

-40

-30

-180-150

-120

-90 90

120

150

-40

-30

-20

-10

0

10

Plan E à 5.2 GHz Plan H à 5.2 GHz180 180


• Débit d’absorption spécifique (DAS moyenné sur 10g de tissue – Pin=1W)

Mo

Mo

Distribu

Distribu

Distribu

Distribu

Antenne double bande coplanaire sans BIE

odèle de simu

odèle de simu

ution du DA

ution du DA

ution du DA

ution du DA

Duke, Virtual family.

Distance entre l’antenne et ulationulation

AS à 2.6 G

Hz

AS à 2.6 G

Hz

AS à 5.2 G

Hz

AS à 5.2 G

Hz

le corps d=1mm.DASmax=13.1 W/kg DASmax=11.8 W/kg

Modè

Modè

Distributi

Distributi

Distributi

Distributi

Antenne double bande coplanaire avec BIE

èle de simula

èle de simula

ion du DAS à

ion du DAS à

ion du DAS à

ion du DAS à

DAS 0 15W/k DAS 0 02W/k

Duke, Virtual family.

Distance entre l’antenne et le corps d=1mm.ation

ation

à 2.6 GHz

à 2.6 GHz

à 5.2 GHz

à 5.2 GHz

DASmax=0.15 W/kg DASmax=0.02 W/kg

Plan

1. Introduction




Conclusion

• Développement d’antennes textiles• Antenne patch (performances stables sur le corps et DAS très

i fé i li it ti 0 08 W/k t 0 02 W/k )inférieurs aux limitations, 0.08 W/kg et 0.02 W/kg)• Antenne coplanaire est très sensible aux corps et les niveaux de

DAS sont trop élevés (13.1 W/kg et 11.8 W/kg)

• Intégration avec une structure BIE : • Stabilisation des performances de l’antenne• DAS très inferieurs aux limitations (0.15 W/kg et 0.02 W/kg)• Réduction de plus de 98% du DAS• Réduction de plus de 98% du DAS

• Travaux actuels: développement d’antennes textiles à 60 GHz

développement d’antennes pour les réseaux corporels sans … · ntt redtacton, japan apan. ......

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