基于波导耦合型无线人体通信技术研究

《基于波导耦合型无线人体通信技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于波导耦合型无线人体通信技术研究李彦旭王艳孙守胜江苏大学电气信息工程学院山东农业大学信息科学与工程学院摘要：为了研究无线人体通信屮信道的特征及其影响因素，建立了五层组织手臂通信模型，并据此设计了两种基于空气介质和FR-4介质的收发器。采用基于FDTD算法的CST软件进行了仿真分析和实验测试。结果表明，两种通信模型中适于人体通信的频段均在630MHzl200MHz范围内，且在700MHz附近人体通信信道损耗最小;通过改变收发机的结构参数会引起人体通信信道内损耗的变化。关键词：人体通信；五层组织结构;表面波导;收发机结构;作者简介：李彦旭(

2、1972-)，男，副教授，研究方向为目标探测及微电子等研究。收稿日期:2016-12-08基金：国家自然科学基金资助项冃(61304261)StudyofwirelesshumancommunicationtechnologybasedonwaveguidecouplingLIYan-xuWANGYanSUNShou-shengSchoolofElectricalandInformationEngineering,JiangsuUniversity;SchoolofInformstionScienceandEngineering,Shan

3、dongAgriculturalUniversity;Abstract：Inordertoanalyzethecharacteristicsandtheinfluencefactorsofthewirelesschannelsinhumancommunication,fivelayerorganizationalarmcommunicationmodelisestablished,andtwokindsoftransceiverbasedonairmediumandFR~4mediumaredesigned.Themodelsarever

4、ifiedbyCSTsoftwarebasedonFDTDalgorithmsandtheexperimcntaitest.Theresultsshowthat630MHz~1200MHzisthemostsuitablecommunicationfrequencybandfortwokindsofcommunicationmodel,andtheminimumlossofhumancommunicationchanneloccursaround700MHz;thechangeoflosswithinhumancommunicationc

5、hanneliscausedbychangingtheparametersofthestructureofthetransceiver.Keyword：humancommunication;fivelayerorganizationalstructure;surfacewaveguide;transceiverstructure;Received：2016-12-080引言无线人体通信技术是一种将人体作为信道，通过放置于人体上的收发电极实现数据传输的一种新兴短距离通信方式。与其它无线通信技术[1-2]相比,具有路径损耗低、保密性高，抗干扰

6、能力强和易于集成化等优点，因而在医疗、运动及健康护理、军事及太空等ai领域均有着广阔的应用前景，智能手环及智能手表的出现，更促进了无线人体通信技术的快速发展。人体通信的概念是由麻省理工学院的Zimmerman首先提出[4],并由Pereira等建立了基于电容耦合方式的人体通信电路模型，在此基础上分析了其信道的特征固。由于易受外界环境的影响，会造成人体通信的不稳定;福州人学物理与信息工程学院的高跃明等采用电流耦合方式对人体内部的通信进行了研究垃&,结果表明其通信效率受人体内部关节的影响较大，且随着信号频率的提高，信号会以电磁波的形式向外辐射

7、，从而无法实现高频通信；WangJ等通过波导耦合方式对人体模型和人体周围的电场分布进行了研究，由于采用了单层介质的人体模型，与实际人体组织结构相比过于简化，因而其模型有一定的局限性[9-10]o本文在上述文献的基础上，建立了两种不同介质、结构形式的收发机和五层组织人体手臂模型，并分别对其进行了电磁场仿真，分析了信号频段、介质层厚度及发射机电极之间距离对人体通信效率的影响，据此设计了两种基于波导耦合的集成式人体通信发射器，实测数据与仿真结果相吻合，从而验证了本文所提出模型的正确性。1两种不同介质收发器的五层组织手臂通信模型1.1空气介质层收

8、发机手臂通信模型空气介质层收发机的五层组织手臂通信模型如图1所示。人体手臂采用底面半径为2.8cm,高60cni的五层圆柱形模型，人体组织由外及里分别为皮肤、脂肪、肌肉、骨质和骨髓，各层厚度尺