Розробка гнучкої антени-браслета для носимих на руці інфокомунікаційних пристроїв стандарту LTE
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2022.261718Ключові слова:
гнучка антена, LTE, патч-антена, інфокомунікаційний пристрій, КСХ (коефіцієнт стоячої хвилі), діаграма спрямованостіАнотація
Об’єктом дослідження є процес випромінювання електромагнітних хвиль гнучкої антени-браслету. Предметом досліджень є хвильові параметри та спрямовані властивості гнучкої антени-браслету. Існуюча проблема полягає в тому, що необхідно забезпечити електромагнітну сумісність радіочастотних блоків, що носяться на руці інфокомунікаційного пристрою. Ця проблема зумовлена тим, що всередині малого за розміром корпусу інфокомунікаційного пристрою, що носиться на руці, потрібно розмістити антени LTE/NB-IoT, Bluetooth/Wi-Fi та GPS. Для вирішення цієї проблеми у роботі запропонований простий та дешевий варіант широкосмугової гнучкої антени-браслета для мереж стандарту LTE, яка розташована поза корпусом пристрою.
За основу розроблення гнучкої антени-браслету автори обрали патч-антену, яка є базовою в теорії мікросмужкових антен. Це зумовлено тим, що для розрахунку та дослідження патч-антени добре розроблений теоретичний матеріал. Конструктивно патч-антена складається з верхнього металевого шару, що випромінює електромагнітні хвилі, твердої діелектричної основи та нижнього металевого шару, що виконує роль рефлектора. За класичного підходу побудови патч-антени ширина та довжина її верхнього шару є співрозмірними, а її нижній металевий шар має геометричні розміри значно більші за верхній металевий шар. На відміну від класичного дизайну автори запропонували нову форму патч-антени, у якій довжина верхнього шару поверхні випромінювання значно більша за її ширину (у 5–6 разів), а нижній металевий шар має розміри, що незначно більші за розміри верхнього шару.
Автори розробили гнучку антену-браслет для діапазону частот 800–1300 МГц із хвильовим опором 50 Ом, що має розміри 118,7×23 мм верхнього металевого шару та 124,7×25 мм нижнього металевого шару. Довжина мікросмужкової лінії живлення антени 54,6 мм, її ширина 2 мм та довжина врізання 51,6 мм. Гнучка антена-браслет підключається до друкованої плати інфокомунікаційного пристрою за допомогою пайки або з використанням міні-коаксіального кабелю. Автори розробили експериментальний макет гнучкої антени-браслету і дослідили її хвильові та спрямовані властивості. Встановлено, що в діапазоні частот 800–1300 МГц коефіцієнт стоячої хвилі цієї антени не перевищує величини 3,5. Гнучка антени-браслет володіє спрямованими властивостями, що дозволяє зменшити рівень електромагнітного випромінювання у напрямку тіла людини.
Посилання
- Soliman, M. M., Chowdhury, M. E. H., Khandakar, A., Islam, M. T., Qiblawey, Y., Musharavati, F., Zal Nezhad, E. (2021). Review on Medical Implantable Antenna Technology and Imminent Research Challenges. Sensors, 21 (9), 3163. doi: http://doi.org/10.3390/s21093163
- Kirtania, S. G., Elger, A. W., Hasan, Md. R., Wisniewska, A., Sekhar, K., Karacolak, T., Sekhar, P. K. (2020). Flexible Antennas: A Review. Micromachines, 11 (9), 847. doi: http://doi.org/10.3390/mi11090847
- Ali Khan, M. U., Raad, R., Tubbal, F., Theoharis, P. I., Liu, S., Foroughi, J. (2021). Bending Analysis of Polymer-Based Flexible Antennas for Wearable, General IoT Applications: A Review. Polymers, 13 (3), 357. doi: http://doi.org/10.3390/polym13030357
- Mohamadzade, B., Hashmi, R. M., Simorangkir, R. B. V. B., Gharaei, R., Ur Rehman, S., Abbasi, Q. H. (2019). Recent Advances in Fabrication Methods for Flexible Antennas in Wearable Devices: State of the Art. Sensors, 19 (10), 2312. doi: http://doi.org/10.3390/s19102312
- Zhang, J., Song, R., Zhao, X., Fang, R., Zhang, B., Qian, W. et. al. (2020). Flexible Graphene-Assembled Film-Based Antenna for Wireless Wearable Sensor with Miniaturized Size and High Sensitivity. ACS Omega, 5 (22), 12937–12943. doi: http://doi.org/10.1021/acsomega.0c00263
- Mitra, D., Roy, S., Striker, R., Burczek, E., Aqueeb, A., Wolf, H. et. al. (2021). Conductive Electrifi and Nonconductive NinjaFlex Filaments based Flexible Microstrip Antenna for Changing Conformal Surface Applications. Electronics, 10 (7), 821. doi: http://doi.org/10.3390/electronics10070821
- Zhao, K., Ying, Z., He, S. (2015). Antenna designs of smart watch for cellular communications by using metal belt. 2015 9th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). Lisbon, 1–5.
- Flores-Cuadras, J. R., Medina-Monroy, J. L., Chavez-Perez, R. A., Lobato-Morales, H. (2017). Novel ultra-wideband flexible antenna for wearable wrist worn devices with 4G LTE communications. Microwave and Optical Technology Letters, 59 (4), 777–783. doi: http://doi.org/10.1002/mop.30393
- Mahe, Y., Chousseaud, A., Brunet, M., Froppier, B. (2012). New Flexible Medical Compact Antenna: Design and Analysis. International Journal of Antennas and Propagation, 2012, 1–6. doi: http://doi.org/10.1155/2012/837230
- Ahmed, S., Tahir, F. A., Shamim, A., Cheema, H. M. (2015). A Compact Kapton-Based Inkjet-Printed Multiband Antenna for Flexible Wireless Devices. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 14, 1802–1805. doi: http://doi.org/10.1109/lawp.2015.2424681
- Balanis, C. A. (2016). Antenna Theory. Analysis and Design. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 1072.
- Meulesteen, S., Semenov, A. O., Semenova, O., Koval, K., Datsiuk, D., Fomenko, H. (2022). Cellular Lifesaving Flexible Device. IFMBE Proceedings. Springer International Publishing, 382–389. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-030-92328-0_50
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Andriy Semenov, Olena Semenova, Bogdan Pinaiev, Roman Kulias, Oleksandr Shpylovyi
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
