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Publication
Antenas para aplicações biomédicas
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| 7.19 MB | Adobe PDF |
Abstract(s)
Abstract
Electromagnetic signals have been used in healthcare making possible many noninvasive techniques for diagnosis and treatment. Antennas play a key role in transmitting waves, requiring strong design for effective medical devices. Supported by the appealing use of non-ionizing radiation, this dissertation presents a study on the design, manufacturing and measurement of in-body and on-body antennas for the 2.45 GHz ISM frequency band. Two slightly different versions of a new in-body antenna were designed. A detailed description of the procedure followed to achieve a compact antenna is presented. Dimensions of the antennas are 13 x 13 x 3.2 mm and 19 x 19 x 3.2 mm. Glue was used in order to hold the superstrate in the smaller antenna, while screws were used to hold the superstrate in the bigger antenna. For the on-body antenna a previously designed
antenna by the author of this dissertation will be used. Transmission between antennas showed positive results with a transmission coefficient of -75 dB at 2.45 GHz. Additionally, transmission between antennas improved significantly when the in-body antenna was positioned at the center of the phantom, with a transmission value of -40 dB. Experimental results (namely input impedance matching) are used to validate the theoretical design. A good similarity between theory and measurement is achieved, thus validating the design procedure. SAR values for all antennas were also calculated and used to determine the maximum allowed input power to the antennas. Finally, a link-budget analysis between in-body and on-body antennas is presented. When the antenna was placed at the center of the phantom, throughput values reached 97 and 107 Gb/s for the in-body glue antenna and the in-body screws antenna, respectively.
A radiação eletromagnética tem sido utilizada de diversas formas na área da saúde nos últimos anos. O uso de ondas eletromagnéticas tem possibilitado muitos métodos não invasivos de diagnóstico e tratamento de doenças. As antenas são responsáveis por transmitir e receber ondas eletromagnéticas, levando a que um bom design destas seja crucial para dimensionar dispositivos que possam ajudar médicos e pacientes. Baseado nas vantagens do uso de radiação não-ionizante, esta dissertação apresenta um estudo sobre o design e a construção de antenas in-body e on-body para a faixa de frequência ISM 2.45 GHz. Duas versões de antenas in-body foram desenhadas. Uma descrição detalhada do processo de miniaturização da antena é apresentado. A antena mais pequena tem 13 x 13 x 3.2 mm de dimensões e a maior tem 19 x 19 x 3.2 mm. A grande diferença entre estas duas antenas é a fixação do superstrato; numa o superstrato é fixo com cola, na outra é fixo com parafusos. As antenas cobrem toda a faixa de frequência ISM 2.45 GHz. Para a antena on-body foi utilizada uma antena microstrip alimentada por fenda. A transmissão entre antenas apresentou bons resultados com o valor do coeficiente de transmissão a -75 dB. Quando a antena é colocada no centro do phantom, o valor de coeficiente de transmissão melhora para -40 dB. Os resultados experimentais são utilizados para validar a proposta teórica da antena. Os resultados experimentais e teóricos obtidos são semelhantes, validando o processo de desenho da antena. Os valores de SAR também são calculados e utilizados para determinar a potência de alimentação máxima das antennas. Foi também feito um estudo do link budget entre as antenas in-body e a antena on-body. Dependendo da BER e da posição das antenas dentro do phantoma, é possível atingir débitos entre 97 e 107 Gb/s.
A radiação eletromagnética tem sido utilizada de diversas formas na área da saúde nos últimos anos. O uso de ondas eletromagnéticas tem possibilitado muitos métodos não invasivos de diagnóstico e tratamento de doenças. As antenas são responsáveis por transmitir e receber ondas eletromagnéticas, levando a que um bom design destas seja crucial para dimensionar dispositivos que possam ajudar médicos e pacientes. Baseado nas vantagens do uso de radiação não-ionizante, esta dissertação apresenta um estudo sobre o design e a construção de antenas in-body e on-body para a faixa de frequência ISM 2.45 GHz. Duas versões de antenas in-body foram desenhadas. Uma descrição detalhada do processo de miniaturização da antena é apresentado. A antena mais pequena tem 13 x 13 x 3.2 mm de dimensões e a maior tem 19 x 19 x 3.2 mm. A grande diferença entre estas duas antenas é a fixação do superstrato; numa o superstrato é fixo com cola, na outra é fixo com parafusos. As antenas cobrem toda a faixa de frequência ISM 2.45 GHz. Para a antena on-body foi utilizada uma antena microstrip alimentada por fenda. A transmissão entre antenas apresentou bons resultados com o valor do coeficiente de transmissão a -75 dB. Quando a antena é colocada no centro do phantom, o valor de coeficiente de transmissão melhora para -40 dB. Os resultados experimentais são utilizados para validar a proposta teórica da antena. Os resultados experimentais e teóricos obtidos são semelhantes, validando o processo de desenho da antena. Os valores de SAR também são calculados e utilizados para determinar a potência de alimentação máxima das antennas. Foi também feito um estudo do link budget entre as antenas in-body e a antena on-body. Dependendo da BER e da posição das antenas dentro do phantoma, é possível atingir débitos entre 97 e 107 Gb/s.
Description
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações
Keywords
ISM In-body antennas On-body antennas SAR Numerical phantom Body-centric link budget Compact printed antennas Antenna measurements Antenas in-body Antenas on-body Phantoma Link-budget Antenas miniaturizadas Medições de antenas
Citation
RIBEIRO, André Miguel de Jesus Almeida – Antenas para aplicações biomédicas. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. 2024. Dissertação de Mestrado.