人體通信中的天線與傳播的研究.pdf

1、人體局域網(wǎng)(又稱人體通信)是實(shí)現(xiàn)體表與體內(nèi)、體表與外界、以及體表便攜式電子設(shè)備之間通信的新興技術(shù)，在國(guó)防、醫(yī)療及娛樂(lè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。解決好天線與傳播這兩項(xiàng)課題將是人體局域網(wǎng)從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵所在，而當(dāng)前占主流的數(shù)值仿真、實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法存在著耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，花費(fèi)成本高，物理機(jī)制不清晰等缺點(diǎn)。故本文提出使用解析方法研究微波頻段人體通信中的天線與傳播問(wèn)題，構(gòu)建了從基礎(chǔ)電磁理論、特殊函數(shù)計(jì)算到人體附近天線輻射與電波傳播解析研究，再

2、以解析研究成果指導(dǎo)天線設(shè)計(jì)的研究框架，為人體通信中的天線設(shè)計(jì)與信道評(píng)估提供了有效工具，與數(shù)值仿真、實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法共同構(gòu)成了完整的研究體系。
　　 本文主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)概括如下：
　　 1．提出了人體通信中天線與傳播的簡(jiǎn)化模型--有耗介質(zhì)橢圓柱附近的短振子輻射和電波傳播問(wèn)題；系統(tǒng)研究了適用于橢圓柱坐標(biāo)系的馬丟函數(shù)類的基本性質(zhì)和計(jì)算方法；編制了可計(jì)算含任意參數(shù)的馬丟函數(shù)類軟件包，為工程應(yīng)用提供了性能優(yōu)良的計(jì)算工具。
　

3、　 2．基于阻抗邊界條件，推導(dǎo)了人體附近任意極化天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向性圖和增益變化的解析表達(dá)式；據(jù)人體通信的實(shí)際情況，解決了角向馬丟函數(shù)正交性失效問(wèn)題；與軟件仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試所得結(jié)果對(duì)比表明：本文所提解析方法計(jì)算快速，結(jié)果可信，能夠反映實(shí)際天線在人體附近的輻射特性。
　　 3．首次走通了借助阻抗邊界條件和橢圓柱體模型，計(jì)算軸向極化源在人體附近傳播場(chǎng)強(qiáng)的流程；對(duì)軸向極化源置于人體不同位置、工作于不同頻率的路徑增益進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算；所得

4、結(jié)果與已有的測(cè)量數(shù)據(jù)良好符合，且反映了電磁波在人體附近傳播特性的細(xì)節(jié)。
　　 4．首次提出了使用地波傳播模型分析徑向極化波圍繞人體的路徑增益特性的方法，與測(cè)量結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的可行性和準(zhǔn)確性。
　　 5．提出使用諧振于TM01模的圓形貼片作為體表通信用天線，為解決體表通信中天線平面安裝與極化需垂直于體表的矛盾提供了良好解決方案。以此可平面集成的法向極化天線為通用化平臺(tái)，研制了可雙頻雙線極化和雙頻線-圓極化工作的雙