כיצד לבצע אופטימיזציה של ביצועים אנטנה עבור מכשירים מעקב בריאות ללבוש

מכשירים ניטור בריאותיים לבישת עברו במהירות מעוקבים של כושר נישה לכלים רלוונטיים קלינית המשמשים למעקב מתמשך, אבחון מרחוק והתערבות מוקדמת.אמינות של מכשירים אלה hing לא רק על דיוק חיישן אלא על היכולת להעביר נתונים אלה באופן אלחוטי לסמארטפון, פלטפורמת ענן, או ספק שירותי בריאות אלחוטי.בלב של קישור אלחוטי זה הוא ביצועים אנטנה אופטימיזציה היא אחד קריטי ולעתים קרובות מזלזל של תכונות עיצוב יעיל מאוד, עיצוב יעיל של מערכת ההפעלה יעילה מאוד, עיצוב יעיל.

התפקיד הקריטי של ביצועי אנטנה במכשירי בריאות עישולים

צגים בריאים - בין אם שעונים חכמים, כתמים, טבעות, או צגים רציפה של גלוקוז - משתפות בסביבה רדיו מאתגרת ייחודי (RF) הגוף האנושי הוא מדיום מורכב, אובדן דיאלקטרי והתנהלותי כי סופג, משקף, אותות אנטנה דהוטונים באופן ישיר. כאשר מכשיר הוא שוחק על כף היד, החזה, או הגוף, דפוס הקרינה של האנטנה, מעוות, מעוות את התדרים שלה, או ירידה מהירה יותר, כלומר, להפחתה רפואית, או ירידה מהירה יותר, או ירידה של יעילות טיפולית משקל, או ירידה של 50%, או ירידה מהירה יותר, או ירידה מהירה יותר, או ירידה מהירה יותר, או ירידה מהירה יותר, אם זה יכול להיות יעיל יותר, כלומר, כלומר, או ירידה של יעילות טיפולית של טיפולית של טיפולית של טיפולית של טיפול רפואי, או ירידה מהירה יותר, אם זה יכול להיות יעיל יותר, אם זה יכול להיות יעיל יותר, כלומר, כלומר, כלומר, אם מכשיר זה יכול להיות יעיל יותר, כלומר, אם מכשיר זה יכול להיות יעיל יותר, 000 זמן טיפול רפואי, אם מכשיר זה יכול להיות יעיל יותר, אם זה יכול להיות יעיל יותר, אם מכשיר זה יכול להיות יעיל יותר, 000 זמן טיפול רפואי, אם מכשיר זה יכול להיות יעיל יותר, אם זה יכול להיות

אמינות:0 (איור 1) הבטחת שידור מתמשך ללא שגיאות של סימנים חיוניים, לעתים קרובות על פני אנרגיית Bluetooth Low Energy (BLE), Wi-Fi, או סלולארי IoT (NB-IoT, LTE-M).
החיים הלא יעילים של ה-FLT:0 (בחומרי חיים: 1) אנטנות בלתי יעילות מכריחות את הרדיו לשדר בעוצמה גבוהה יותר כדי לשמור על איכות הקישור, ניקוז הסוללה מהר יותר - קריטי עבור מכשירים המיועדים להילבש במשך ימים או שבועות.
(FLT:0Userנוחות וגורם צורה: FLT:1 Andreas חייב להשתלב בתוך תרכובות קטנות, גמישות ולעתים קרובות מעוקלות ללא הוספת מרכיבים גדולים או קשיחים.
(FLT:0) ציות לתקנות: FLT:1 חייב לעמוד במגבלות ספיגה ספציפיות (SAR) ולפלט בתוך להקות תדר מורשה או לא מורשה (למשל, FCC, CE).

יסודות עיצוב אנטנה עבור ללבוש

לפני צלילה לטקטיקות אופטימיזציה ספציפיות, חיוני להבין את אילוצי עיצוב הליבה להבחין אנטנה לבישה מאלה באלקטרוניקה ניידת אחרת.

גודל ו-Bandwidth Trade-Offs

בלבושות, האנטנה היא בדרך כלל אחד המרכיבים הגדולים ביותר, אך היא חייבת להתאים בתוך פרופיל מילימטר-תין.זה יוצר משחק קלאסי: אנטנה קטנה יותר בדרך כלל יש רוחב פס צר ויעילות נמוכה יותר. עבור מכשירים בריאותיים שעשויים להיות צריכים לפעול על פני תדרים מרובים (למשל, BLE ב-2.4GHz ו- LoRa ב 8/915 M), מעצבים לעתים קרובות לבחור בין רוחב פס רחב או 0, עם רוחב קומפקטי, אך ורק על גבי נפח חשמלי ארוך של 0.

השפעות הגוף

כאשר אנטנה לבישה ממוקמת על הגוף, הרקמות משמש כחומר אובדן עם קבוע דיאלקטרי גבוה (VirtualFLT:0rcioFLT:1) - 30-50 עבור עור ושרירים) זה גורם לאנטנה "לראות" נתיב חשמלי קצר יותר, שינוי תדירות הדמיון שלה כלפי מטה.

חומרים Constraints

מבנים קשיחים ואנטנות מתכתיים לעתים קרובות לא מתאימים עבור עונדים נועדו להיותנד, למתוח, או להתאים לגוף. חומרים גמישים כגון פולימר נוזלי-קריסטל (LCP), פולימידיד, או הדפס-on-fabric מוליכים דיונים נפוצים.הבחירה של חומרים תת-סטריטיים קבועים ואבדניים משפיעה ישירות על אנטנה רוחב פס ודוגמה, תוספת גבוהה יותר של חום-FLTtextretexer: גם כן, אך לא יכול גם כן, אך לא יכול להיות נמוך יותר.

אסטרטגיות אופטימיזציה

אופטימיזציה של ביצועים האנטנה דורש גישה שיטתית נוגעת בבחירת תדר, חומרים, גיאומטריה, מיקום, ומניעה התאמה.אסטרטגיות הבאות מוכחות טכניקות בשימוש על ידי מהנדסי מכשירים מובילים.

בחירת הלהקה הנכונה

בחירת הלהקה תדירות היא החלטה בסיסית המשפיעה על שיעור הנתונים, הטווח, חדירה דרך הגוף, צריכת החשמל. עבור צגים בריאות, הלהקות הנפוצות ביותר הן:

(FLT:0.2.4 GHz ISM Band (BLE, Zigbee, Wi-Fi): irph:1 מציעה שיעורי נתונים גבוהים עד 2 Mbps (BLE 5.x), טוב עבור נתוני חיישן גולמי או אודיו.עם זאת, 2.4 GHz יש חדירה גרועה דרך רקמת הגוף והוא צפוף עם הפרעה של מכשירים אחרים.
(FLT:0Sub-1 GHz (868/9) MHz עבור LoRa, Mioty, Z-Wave): cc-R1 מספק טווח ארוך יותר (מאות מטרים עד קילומטרים) וחדירה טובה יותר דרך הגוף ומכשולים.שיעורי נתונים נמוכים (בדרך כלל 50 kbps) אך מספיק עבור קצב לב תקופתי או גלוקוז.
(FLT:0Medical Implant Communications Service (MICS) ב 402–405 MHz: ההרחבה 1 שמורה עבור מכשירים מותאמים (למרות שלא רק "אכילים", כמה כתמים חיצוניים משתמשים בו).

במקרים רבים, אנטנה כפולה או רב-band (FearLT:0)BLE + LoRa היא זוג משותף של phingFLT:1) משמש כדי לאזן הזרמת זמן בזמן אמת עם העלאה תקופתית נמוכה של כוח. מעצבים צריכים לדמות את ההתנהגות של האנטנה בנוכחות מודל phantom בנוכחות כל תדירות של עניין.

שימוש בחומרים גבוהים ומוליכים

החומר הדיאלקטרי מתחת לצליל האנטנה צריך להיות מכווץ אובדן נמוך (tan ⁇ ) כדי למזער חימום דיאלקטרי וקליטת אות.

(ב) ⁇ (ב"ה) ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ :0) ⁇ (פחד, פוליסטר): 1FLT עבור אנטנה טקסטית, חוטים מוליכים או דיו כסף מודפס מסך משמשים.

חומרים מוליכים צריך לבחור עם מוליכות גבוהה (סלבר, נחושת, או דיוסי גרפן) ולהיות עמיד חמצון מן הזיעה ו הכביסה. Edge plating (sideקירות) יכול לעזור להפחית את אובדן הגל פני השטח באנטנות גמישות.

3.מיניטוריזציה עם Meandered ו- PIFA Designs

כדי להשיג טביעת רגל קטנה ללא הקרבת יותר מדי רוחב פס, מעצבים משתמשים בגיאומטריה מתקדמת:

(FLT:0) מונופולטים מנדרו: FLT:1 עקבות האנטנה מתקפלים לתוך דפוס נחשין, הגדלת אורך חשמלי באזור פיזי קטן.
(FLT:0)Planar Inverted-F Antennas (PIFA): עיצוב קומפקטי, פרופיל נמוך באמצעות מטוס קרקע מתחת לתיקון. PIFAs משמשים בדרך כלל במכשירים של כורע יד כי הם יכולים להיות מכוונים על ידי התאמת הסימון הקצר וההזנת המיקום.
(FLT:0 אנטנות אנטנות שונות: FLT:1 לחתוך לתוך המטוס הקרקע של PCB, אנטנה חריץ יכול להיות יעיל מאוד מינימלי בגודל, אם כי זה דורש עיצוב הפיכה זהיר.

עבור מכשירים הדורשים אנטנות שבב קיצוניות (למשל, טבעת או תיקון פחות מ 1 ס"מ2), (FLT:0 מסחרי שבב אנטנה לאחורFLT:1), ייתכן כי האפשרות הטובה ביותר. אנטנות צ'יפ הם pre-tuned וקטן (למשל, 3×1 מ"מ), אבל לעתים קרובות יש להם יעילות גרועה כאשר הם מתואמים על ידי הגוף וההסתמכות הכבדה על עיצוב הקרקע.

אופטימיזציה של מיקום באמצעות סימולציה ובדיקה

מיקום Antenna הוא אחד המכשולים המשפיעים ביותר אך לעתים להתעלם אופטימיזציה של כללי מיקום מפתח:

(FLT:0) שמור את האנטנה הרחק מאובייקטי מתכת גדולים: ראט" 1 (בטריות), רכיבי מתכת, ומטוסי קרקע צפופים פועלים כמשקף או קולטנים.מקם את האנטנה בקצה הלוח, רצוי באזור לחתוך (ke-out).
(FLT:0) השתמש במטוס קרקע לטובתך: ⁇ 1 (בעיצובים של PIFAs או IFA, המטוס הקרקע פועל כמשקף של האנטנה; גודלו וצורתו משפיעים על דפוס הקרינה.
מיקום:0 (Opposite-side Location:FLT:1 for aband, הנחת האנטנה בצד העליון (ממרחק מהעור) מקטין את ספיגת הגוף.
(ב) ⁇ :0) כוונון ספציפי: [13] גם לאחר מיקום, יש צורך להחזיר את האנטנה עם גוף האדם הנוכחי. השתמש במודלים של pantom מלא נוזל רקמות (למשל, מ-FLT:2SPEAGveFLT 3) כדי להפעיל ניתוח רשת וקטור (VNA) מדידות.

יישום הטמעה של רשתות

אימפולס קלט של אנטנה הוא לעתים רחוקות בדיוק 50 ⁇ כאשר ממוקם על הגוף. רשת התאמה של capacitors ו inducators (pi או L-network) משמש כדי להפוך את האנטנה להפרעה בחזרה ל 50 ⁇ כדי למזער השתקפות.רשת זו צריכה להיות ממוקמת באופן פעיל להאכיל האנטנה ככל האפשר.בהתחשב בשינוי שנגרם על ידי מעצבי גוף, לעתים קרובות להשתמש "התאמה עם שולי": גישה משתנה עם מיקום רגיל או קירור (Rice) אבל מתאים לתפקוד בפועל (Rice) אבל מתאים לתפקוד תקין של מיקום בפועל) עם מיקום בפועל (Rice) אבל הוא יכול להיות מתאים לרמה מסוימת של מיקום בפועל (Rice) אבל מתאים לרמה גבוהה יותר) עם מיקום בפועל (Rice) עם מיקום בפועל) עם מיקום בפועל (Rice) עם מיקום בפועל) עם מיקום בפועל) עם מיקום בפועל (Rice) עם מיקום בפועל.

טכניקות מתקדמות: אינטגרציה וחומרים

מעבר ליסודות, כמה אסטרטגיות מתקדמות דוחפות את המעטפה על ביצועי אנטנה לבישה.

גמישות ומתיחה של Antennas

עבור מכשירים שצריכים להתאים לצורות גוף לא סדירות או להכיל תנועה (למשל, חזיונות הברך, בגדי חכמים), אנטנה מתוחה נדרשים.מוליכים elastomer מורכב (למשל, סיליקון בעל משקל) יכול למתוח עד 100% תוך שמירה על מוליכות. האתגר הוא כי מתיחה משנה את הגיאומטריה ותדירות resonant. מעצבים משתמשים בסימולציות ביצועים ועלולים לשלב דפוסים מכניים (Ratecosoreative deload) או deloade) של סוסים.

Reconfigurable ו- Multi-Mode Antennas

כמה צגים בריאות פועלים בצורות שונות - מעקב שינה (נמוך, טווח סובלנות), מעקב חי (גבוה, טווח קרוב), ואזהרות חירום (קריירה, חייב להתחבר בכל מרחק) אנטנה ניתנת להגדרה יכול לשנות את תדירות התפעול שלהם, דפוס קרינה, או קיטוב באמצעות מתגי RF משולבים או PIN diodes. לדוגמה, אנטנה עשויה לעבור ממצב נמוך (-1) עבור טווח רפואי גבוה (עדיין) עבור טווח גבוה (Randed) אבל עדיין נראה מוקדם של מחקר זה הוא גבוה).

On-Body קרינה דפוס שיפור באמצעות מבנה AMC ו- EBG

משטחים מגנטיים מלאכותיים (AMC) ואלקטרומגנטיים Bandgap (EBG) ניתן להציב מתחת לאנטנה כדי לספק משטח של עוצמה גבוהה מבודד את האנטנה מהגוף.זה מקטין אובדן גוף ויכול לשפר את הרווח על ידי 3-6 תאים AMC זעירים מודפסים על תת-שכבות גמישות זמינים כעת מסחרית, אם כי הם מוסיפים מורכבות ומורכבות.

פרוטוקולי בדיקה ואימות

אין אסטרטגיה אופטימיזציה מלאה ללא בדיקות קפדניות המשקפות את השימוש בעולם האמיתי.עבור מכשירים רפואיים לבישים, תוכנית הבדיקה צריכה לכלול:

(FLT:0) חינם-space Baseline:FLT:1rea Measure אנטנה S-parameters (אובדן חוזר, רוחב פס) בתא אנכומי ללא נוכחות גוף.
(ב) בדיקת גוף:0) בדיקת גוף: FLT:1hil השתמש ביד סטנדרטית או טורסטו phantom (למשל, ראש SAM או phantom שטוח ספציפי עבור לבישים) עם נוזל רקמות-קלון בכל תדירות הפעלה.
(FLT:0) בדיקות אנושיות אמיתיות (מוגבלות): 1FLT:1 לאחר עמידה רגולטורית, בדיקה על נושאים מרובים (מקרי מסה גוף שונים, סוגי עור ומגדרים) בעוד הנושא מבצע תנועות אופייניות (הליכה, ריצה, ישיבה), קנה מידה קיבל סימן (RSSI) ושער שגיאות החבילה (PER) במרחק קבוע (למשל, 3 מטרים ל-BLE).
בדיקה אחרונה ב-6 ביולי 2008. ^ FLT:0.00:0.2015 Environmental Stress Testing: FIRLT:1 טמפרטורה ו-לחיות לחות, חשיפה לזיעה (באמצעות הזיעה הסינטטית), והמשך שוב ושוב (למשל, 10,000 מחזורי flex) כדי להבטיח שלמות אנטנה.
(FLT:0) תאימות אלקטרונית (EMC): ⁇ FLT:1 , לבדוק כי קרינת אנטנה אינה מפריעה לחיישנים אחרים (למשל, חיישני קצב לב אופטיים, רגישים לרעש RF).

כלי סימבול כגון:0 (CST Studio Suiteph:1 ), או Ansys HFSS הם הכרחי עבור תכנונים מוקדמים עיצוב.

מגמות עתידיות ב-Takingable Antenna Optimization

התחום מתפתח במהירות, מונע על ידי הצורך באנטנות קטנות, חכמות יותר וידידותיות לגוף.

(FLT:0) כוונון מונע על ידי AI:FLT:1 Machine Learning Models אשר חוזה פרמטרים אופטימליים של אנטנה כוונון מבוסס על נתונים של חיישן קרבה גוף בזמן אמת.
(FLT:0)אנרגיה קצירת:FLT:1ua Antennas כי גם לתפקד כמו רטיאנטנות להמיר אנרגיית RF מאוזנת (מ-WiFi, סלולארי) ל- DC עבור חיי סוללה מורחבים או פעילות ללא סוללה.
(FLT:0) אינטגרציה עם מערך חיישן: יוונית:1 אנטנות תוכנן במשותף עם חיישניים קיבוליים או תרמיים, שיתוף אותו תת-קרקעי גמישים כדי להפחית את טביעת הרגל הכוללת של המכשיר.
(FLT:0) Biopolymer substrates: ibph:1) חומרים בר קיימא לסביבה, biodegradable עבור כתמים רפואיים קצרים החיים כי לפזר לאחר השימוש.

מסקנה

אופטימיזציה של ביצועים אנטנה במכשירים ניטור בריאותיים לבישים היא אתגר הנדסי רב-צדדי שנוגע לאלקטרומגנטים, מדע חומרי, עיצוב מכני ואנטומיה אנושית. על ידי בחירת להקות תדר, באמצעות חומרים גמישים באיכות גבוהה, תוך שימוש בגיאומטריה מינית מאופיסטרים מטובים כמו monopoles או PIFAs, אופטימיזציה של מיקום ביחס לגוף, יישום יעיל של התאמה, יכול לשפר באופן משמעותי את האמינות חיים כגון בדיקות גוף-תרגול יעיל יותר.