人体通信機器の設計と応用に関する研究

人体通讯装置设计与应用研究

基本信息

批准号：
13J05924
负责人：
村松大陸
金额：
$ 2.11万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は，人体通信機器の装着箇所や周波数帯といった仕様に対して，高性能・低消費電力な機器の設計指針を示すことである．本年度は，①三層構造電磁ファントムおよび送受信治具の開発，②ファントム測定結果と解析結果の比較，を行った．①について，前年度までに明らかにした電磁ファントム各層における電気的特性の誤差許容範囲にもとづき，シリコン樹脂が主材料の三層固体ファントムを開発した．ファントムは皮膚，脂肪，筋肉の三層からなり，炭素粉末等の添加量を調整することで，10～30 MHzにおいて各組織の導電率および比誘電率を再現している．また，測定に用いるバッテリ駆動の小型送受信測定治具を開発した．これらの測定治具は，ネットワークアナライザ等の大型機器を用いる従来の測定に比較し，人体通信を行う際の電磁環境をより忠実に再現した測定に有用である．②について，①で開発したファントムと測定治具および被験者を用いて，手首に装着したウェアラブル送信機と，手で触れる設置型受信機の通信を想定して伝送特性の測定を行った．また，比較のために積層角柱モデルを用いた数値電磁界解析により伝送特性を計算した．送受信機間の距離が10 cmの状態では，ファントム測定値と積層角柱モデル計算値の差は1.0 dBで，ファントム測定値と被験者測定値の差は8.2 dBであった．測定値が解析値より大きいのは受信機に接続されたオシロスコープなど周囲との電磁的な結合が原因であり，ファントムと被験者で8.2 dBの差が生じたのは体幹の有無が原因と考えられる．実際の設計では，受信信号レベルとして数十dB程度のマージンを考慮するため，開発したファントムは機器設計の早い段階において基礎検討を行うには十分有用であるといえる．また，解析や被験者実験との比較から，伝送効率の差違の理由や範囲についてもある程度予想が可能と考えられる．

本研究的目的是根据人体通信设备的安装位置和频段等规范，为高性能、低功耗设备提供设计指南。今年，我们（1）开发了三层电磁体模和发射/接收夹具，（2）比较了体模测量结果和分析结果。对于①，我们根据去年明确的电磁体模各层电气特性的误差范围，开发了以硅树脂为主要材料的三层固体体模。模型由三层组成：皮肤、脂肪和肌肉，通过调整碳粉的添加量，可以在 10 至 30 MHz 下再现每个组织的电导率和介电常数。我们还开发了一种小型电池供电的发射/接收测量夹具，用于测量。与使用网络分析仪等大型设备的传统测量相比，这些测量夹具可用于更忠实地再现人体通信期间的电磁环境的测量。对于②，我们使用在①中开发的模型、测量夹具和被摄体来测量传输特性，假设佩戴在手腕上的可穿戴发射器和可触摸接收器之间进行通信。此外，为了进行比较，使用堆叠棱柱模型通过数值电磁场分析计算了传输特性。当发射器和接收器之间的距离为10cm时，体模测量值与堆叠棱镜模型计算值之间的差异为1.0dB，体模测量值与被摄体测量值之间的差异为8.2dB。测量值大于分析值的原因是由于与接收器连接的示波器等周围环境的电磁耦合，体模与被检体之间8.2 dB的差异被认为是由于存在或不存在所致会完成的。在实际设计中，接收信号电平考虑了数十dB的余量，因此所开发的模型对于设备设计初期的基础研究可以说是足够有用的。另外，通过与课题实验的分析和比较，认为可以在一定程度上预测传输效率差异的原因和范围。