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
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
2. Antenne patch textile double bande
3. Antenne coplanaire textile double bande
4 Conclusion4. Conclusion
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
2. Antenne patch textile double bande
3. Antenne coplanaire textile double bande
4 Conclusion4. Conclusion
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 textile double bande
• 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
Antenne coplanaire textile double bande
• 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
Antenne coplanaire textile double bande
• 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
Antenne coplanaire textile double bande
• 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
2. Antenne patch textile double bande
3. Antenne coplanaire textile double bande
4 Conclusion4. Conclusion
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