Antennas And Propagation for Body-Centric Wireless Communications: Antennas And Propagation for Body-Centric Wireless Communications.part1.rar

Antennas And Propagation for Body-Centric Wireless Communications
By Peter S. Hall, Yang Hao




Publisher: Artech House Publishers
Number Of Pages: 314
Publication Date: 2006-08-31
ISBN-10 / ASIN: 1580534937
ISBN-13 / EAN: 9781580534932
Binding: Hardcover




Get ready for the tidal wave of “body centric” electronic systems that will take mobile communications and computing to new heights! This first-of-its-kind book will help engineers pave the way with its definitive treatment of on-body antenna theory, design and applications. It covers both the state-of-the-art in existing systems together with new advances leading to medical, personal entertainment, law enforcement, and military applications now in development.

Contents
Preface xi
CHAPTER 1
Introduction to Body-Centric Wireless Communications 1
1.1 What Are Body-Centric Communications Systems? 1
1.2 Off-Body to On-Body Communications 5
1.3 On-Body Communications 5
1.4 Medical Implants and Sensor Networks 6
1.5 Layout of the Book 7
References 8
CHAPTER 2
Electromagnetic Properties and Modeling of the Human Body 11
2.1 Electromagnetic Characteristics of Human Tissues 11
2.2 Physical Body Phantoms 12
2.2.1 Liquid Phantoms 14
2.2.2 Semisolid (Gel) or Solid (Wet) Phantoms 17
2.2.3 Solid (Dry) Phantoms 17
2.2.4 Examples of Physical Phantoms 18
2.3 Numerical Phantoms 20
2.3.1 Theoretical Phantoms 21
2.3.2 Voxel Phantoms 21
2.4 Numerical Modeling Techniques for Body-Centric Wireless
2.4 Communications 22
2.4.1 Introduction of Numerical Techniques 22
2.4.2 On-Body Radio Channel Modeling 27
References 34
CHAPTER 3
Antennas and Propagation for On-Body Communication at Microwave
Frequencies 39
3.1 Introduction 39
3.2 On-Body Channel Measurement and Modeling 41
3.3 Antenna Design 51
3.3.1 Comparison of Antenna Types 52
3.3.2 Antenna Match and Efficiency 52
3.4 Simulation and Modeling 56
v
3.5 Systems Modeling 60
3.6 Conclusions 62
Acknowledgments 63
References 63
CHAPTER 4
Transmission Mechanism of Wearable Devices Using the Human Body as
a Transmission Channel 65
4.1 Introduction to Communications Using Circuits in Direct Contact
2.4 with the Human Body 65
4.2 Numerical Analysis and Equivalent Circuit Models 68
4.2.1 Whole Body Models 68
4.2.2 Arm Models 70
4.2.3 Effective Electrode Structure 73
4.2.4 Equivalent Circuit Models 74
4.3 Experiments Using Human Phantom 76
4.3.1 Measurement of the Signal Distributions 76
4.3.2 Comparison Between Measurement and Calculation 78
4.3.3 Electric Field Distributions in and Around the Arm 82
4.3.4 Received Signal Voltage of the Receiver 83
4.4 Investigation of the Dominant Signal Transmission Path 86
4.4.1 Calculation Model 86
4.4.2 Electric Field Distributions and Received Signal Voltages 87
4.5 Conclusions 89
References 91
CHAPTER 5
Body-Centric UWB Communications 93
5.1 Overview 93
5.2 Antennas 94
5.2.1 Design and Analysis 94
5.2.2 Measurements 109
5.2.3 Concluding Remarks 111
5.3 Channel Simulation and Measurement Methodology 111
5.3.1 Simulation of the Radio Propagation in Body-Centric
5.3.1 Communication Scenarios 111
5.3.2 Measurement of the Radio Propagation in Body-Centric
5.3.1 Communication Scenarios 112
5.3.3 Concluding Remarks 120
5.4 Channel Characterization and Modeling 121
5.4.1 General Aspects 122
5.4.2 Personal Area Network Scenarios 124
5.4.3 Body Area Network Scenarios 129
5.4.4 Concluding Remarks 144
References 147
vi Contents
CHAPTER 6
Wearable Antennas: Advances in Design, Characterization, and Application 151
6.1 Background 151
6.2 Wearable Antennas: Critical Design Issues 153
6.3 Textile Materials 155
6.4 Effects of Substrate Materials: An Example of the Fabric GPS Antenna 156
6.4.1 Effects of Ground Plane Size Attached to the Fabric Substrate
6.4.1 on GPS Antenna Performance 159
6.5 Effect of Various Conductive Materials of Patch Antennas: An Example
6.5 of WLAN Antenna on Fleece Fabric 162
6.6 Dual Frequency Wearable Antenna Design: An Example of a
6.6 U-Slot Patch 166
6.6.1 Experimental Results and Discussions: Fleece and
6.6.1 Vellux Fabrics 169
6.7 Wearable Electromagnetic Bandgap Antenna: An Example of
WLAN Antenna 171
6.7.1 Remarks on Antenna Bending 176
6.8 Wearable Antennas Near the Human Body: An Example of a
WLAN Antenna 180
6.8.1 Models and Methods 180
6.8.2 Results 181
6.9 Conclusions 184
Acknowledgments 186
References 186
CHAPTER 7
Body-Sensor Networks for Space and Military Applications 189
7.1 Introduction 189
7.2 Biosensor System and Basics of Biomedical RF Telemetry 190
7.2.1 Implantable Pressure Sensor 192
7.2.2 Integrated Inductor/Antenna 192
7.2.3 External Pickup Antenna 194
7.3 Antenna Design for Body Sensors 194
7.3.1 Implantable Antennas 194
7.3.2 Antennas for External Handheld Devices 203
7.4 Space, Military, and Civilian Applications 206
7.4.1 Sensors for Space Environment 206
7.4.2 Battlefield Sensors 207
7.4.3 Sensors in Hospitals and Smart Homes 207
References 208
CHAPTER 8
Antennas and Propagation for Telemedicine and Telecare:
On-Body Systems 211
8.1 Telemedicine and Telecare Applications 211
8.1.1 Physiological Signals for Patient Monitoring 213
8.1.2 Technologies for Ward-Based Systems 213
Contents vii
8.1.3 Technologies for Home-Based and Full-Mobility Systems 215
8.1.4 Emerging Technologies and Novel Applications 215
8.1.5 Wireless Telemedicine Link Design 216
8.2 Antennas and Human Body Interaction in Personal Telemedicine 217
8.2.1 Antenna-Body Effects (Less Than 1 GHz) 220
8.2.2 Antenna-Body Effects (Greater Than 1 GHz) 224
8.2.3 Emerging Antennas 229
8.3 System Design Issues 231
8.3.1 Channel Effects 231
8.3.2 Radio Frequency Interference 232
8.4 Conclusion 236
References 236
CHAPTER 9
Medical Implant Communication Systems 241
9.1 Introduction 241
9.1.1 Inductive Coupling 242
9.1.2 MICS Standard 243
9.1.3 2.4-GHz ISM Band 244
9.2 Lossy Dispersive Media 244
9.2.1 Matter 244
9.2.2 Material Data and Measurements 245
9.2.3 Phantoms 246
9.2.4 Skin Depth 249
9.2.5 Wave Propagation: One-Dimensional FDTD Simulations 250
9.2.6 Influence of Patient 253
9.2.7 Phantom Influence on Antenna 253
9.3 Low-Profile Antennas for Implantable Medical Devices 255
9.3.1 What Is the Antenna? 256
9.3.2 Antenna Efficiency Calculations in Matter 256
9.3.3 Electric Versus Magnetic Antennas 258
9.3.4 Implantable Antenna Designs 260
9.3.5 Dependence on Insulation Thickness 266
9.3.6 SAR 267
9.4 Conclusion 268
References 269
CHAPTER 10
Summary and Conclusions 271
10.1 Overview and Conclusions 271
10.1.1 Overview of Narrowband Systems 271
10.1.2 Overview of Wideband Systems 274
10.1.3 Overview of Applications 274
10.1.4 Conclusions 275
10.2 Future Challenges 275
10.2.1 Towards Air Interfaces and New Standards 275
10.2.2 Novel Antennas for Body-Centric Wireless Communications 276
viii Contents
10.2.3 Medical Implant Systems 276
10.2.4 Characterization of Time-Domain Systems 277
References 277
About the Authors 279
Index 289

[ 本帖最后由 drjiachen 于 2008-12-8 11:45 编辑 ]

Antennas And Propagation for Body-Centric Wireless Communications.part2

�������ص�����

Antennas And Propagation for Body-Centric Wireless Communications.part1

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1.PC板之堆疊順序

   No.    6 Layers    8 Layers    10 Layers    12 Layers
   1.    Middle speed    Middle speed    Middle speed    Middle speed
   2.    CLK & High speed    GND    GND    GND
   3.    GND    CLK & High speed    CLK & High speed    CLK & High speed
   4.    Vcc    GND    CLK & High speed    CLK & High speed
   5.    Others    Vcc    GND    CLK & High speed
   6.    CLK & High speed    CLK & High speed    Vcc    GND
   7.        GND    Others    Vcc
   8.        Others    CLK & High speed    Others
   9.            GND    CLK & High speed
   10.            Middle speed    CLK & High speed
   11.                GND
   12.                Middle speed
                  
   Remark:    1.    CLK & High speed: 30MHz 以上。
2.    Middle speed: 10~30MHz。
3.         Others: 10MHz 以下。
                                                                                          
2.PC板應保持完整性以正方形或長方形為最佳，避免有缺口或不規則。

3.PC板應以一塊為最佳，避免多塊組合。

4.PC板之板邊應有3mm 以上之trace來圍繞，Ground trace以10~15mm 的
距離，並以 random方式加 through hole。

5.PC板之板邊應有3mm 以上之trace來圍繞，並可加 SMD Finger 與 PC板下之金屬表面接觸。

6.All signals 應與板邊 GND Trace 及固定孔之距離為2mm。

7.Mother board上，至少要有7個以上之固定孔，並應力求平衡，不要集中在某處，而其他區域則無螺絲孔可供下地，此螺絲孔應靠近I/O connector 及VGA IC、Clock generator、DC IN。

8.All PC板之固定孔，必須導通，不能將 PAD 除掉。



9.Glide Pad 的PC板上之 signal line 務必包地。


10.每一 I/O Chip set ，需要放置在 I/O port之最近位置。
      VGA port & TV port & S terminal port 需放置在一起。


11.All I/O ports 之 GND plane要切割。



12.All I/O ports 之 EMI components，分別以6mm之距離，靠近 I/O connector位
置。


13.All I/O connectors 之固定腳 PAD，再加2mm。

14.高速訊號線 & Clock trace應放至內層，並靠近GND Plane。

15.clock trace 若無法包地時，其 Trace & Trace之 spacing是Trace
的兩倍。

16.Clock generator and Main chip set在placement 時不可放置在板邊，應放置在中間。

17.各chip set 的信號線其trace須愈短愈好，clock trace須包地，頻率越高，trace 要越短。

18.各 Chipset 之信號線在走線時，不可平行重疊在一起，必須垂直走線。例如 VGA LVDS信號與 Printer 之信號線平行重疊，造成Printer Port 會帶Video signals。

19.LAN & MODEM Jack至 Connector 之trace、其附近之每一層，不宜走線，並且Connector之外5mm應掏空。

20.Modem & LAN card、Combo card with Modem & LAN 應盡量靠近 LAN & Modem Jack connector。
Modem & LAN Cable 應走板邊，並避開 DC/DC components & High
Frequency components。

21.若 ESD 可直接打入之訊號點，則應予絕緣包覆或圍Ground Trace 做保護。
機構部分：

1.    FDD、CO ROM、HDD 之接觸方式
1.1.    以螺絲固定。
1.2.    以彈片接觸下地，至少6個。其優劣順序以鈹銅、磷青銅、不鏽鋼、鋁、鐵。
1.3.    以Gasket接觸下地。
1.4.    以Conductive Tape 接觸下地。
1.5.    以背導電膠之Al foil接觸下地。
1.6.    儘量不要使用轉接 cable，connector 宜直接對接。

2.    Glide Pad
2.1.    Glide Pad之 GND 點必須與鐵件接觸，然以螺絲固定而下地。
2.2.    以Gasket接觸下地。
2.3.    以不鏽鋼或鐵件給予接觸下地。
2.4.    按鈕之腳 pin，應以絕緣處理之。
2.5.    PC板之固定孔，必須導通，並且以螺絲或金屬物連接下地。

3.    Audio DJ
3.1. Push button 宜噴漆，不宜電鍍。
3.2. Push button board之固定孔，至少要有2個以上之固定孔。
  3.3. PC板之固定孔，必須導通，並且以螺絲或金屬物連接下地。
3.4. Speaker Wire必須預留 Ferrite Core，其規格是
  8mm(D)X5mm(d)X10mm(L)。

4. Audio Board
  4.1. Connector 上之金屬片，應貼Gasket下地。
  4.2. 至少鎖3螺絲。

5.    DIMM & PCI 之門蓋
5.1. 底蓋與門蓋之四周接合面，應預留 3~5mm之寬度。
5.2. 底蓋之DIMM door & PCI door之設計力求密封性，建議能在設計
之初就預留一空間，使門蓋四周能貼1mm厚之gasket。門蓋鎖上
後，gasket能被壓縮小於0.7mm。　
5.3.    門蓋之螺絲，以2 顆為最佳，次之以1顆。




6.Key Board & 上蓋之關係
6.1.在設計之初就預留一空間，貼 5(w)X0.5mm(t) 之Gasket，並壓縮到0.4mm。
6.2. 鎖螺絲固定 Key board，以4顆為最佳。

7. LCD之Coaxial cable ＆ FPC cable
  7.1. LCD背蓋及主機底蓋須各留一根boss以便與LCD cable之導電布
鎖在一起而與大地連接。
  7.2. 預留 Ferrite core (6X4X10mm,DxdxL) 之空間。
  7.3. Coaxial cable 之 M/B端的 connector必須有兩個固定孔鎖到主
機板。
  7.4. Connector 上之轉接板，必須有鐵片覆蓋之。
  7.5. 包導電布時，其導電布上之任意兩點長度間的阻抗須小於1Ω。
  7.6. Cable儘量避免轉接。
  7.7. Cable上下各貼一塊10(w)X2mm(t)X20mm(l) 之gasket與背面之
金屬面接觸，並壓縮到1.6mm。

8. LCD 背蓋及底蓋及上蓋之關係
  8.1. 金屬遮蔽件，以面及多面接觸，切勿以點及線接觸。
  8.2. Al foil貼在背蓋上，並與hinge連接在一起。
  8.3. Hinge & Al foil 鎖在LCD 背蓋上。
  8.4. Hinge 整支金屬柱，應與 M/B 及上蓋全部接觸在一起。
  8.5. 上蓋必須鎖3~4顆螺絲到I/O bracket上。
  8.6. 金屬遮蔽件，應保持完整性，切勿空空洞洞。
  8.7. 金屬遮蔽件，應設計能與PCB 周圍之 Ground trace 緊密接觸，
且接觸性良好。

9. I/O bracket 接觸
  9.1. I/O bracket之上下應以面接觸，其接觸面為 5mm。
9.2. 在設計之初就預留一空間，能貼Gasket，其規格是
      5mm(w)X0.5mm(t)，並壓縮到0.4mm。
  9.3. 並且以螺絲強迫接觸，切勿以線接觸。

10. Battery 底下之鐵片
  10.1. 應與底蓋金屬連接在一起。
  10.2. 由下往上摺，並用螺絲鎖上。

11. Thermal module
  11.1. CPU之heat sink必須與外殼確實緊密結合在一起，需以螺絲直
接透過 connector 至M/B 與 Boss 瑣在一起。
  11.2. CPU 底下四周，必須銲4個彈片下地。
12. 彈片之應用
12.1. 在CPU的四周每一邊加1個適合的彈片接觸Heat Sink。
12.2. 在CPU的PCB另一面的四周每一邊加 1個適合的彈片接觸機
殼。
12.3. 在FDD & HDD之connector GND pin 旁加一個適合的彈片去接
觸機殼。
12.4. 在Battery connector之GND pin 旁加一個適合的彈片去接
觸機殼。
12.5. All I/O ports 之GND pin旁加一個適合的彈片去接觸機殼。
12.6. 在板內以 5cm平均的加一個適合的彈片去接觸機殼。

13. Wire的理線
13.1. Modem & LAN wire cable應走板邊，並避開DC/DC components
    & High Frequency components。
13.2. All wire cable應走板邊，並避開DC/DC components & High
    Frequency components。
13.3. All wire cable 應預留Ferrite Core 之空間，其規格
是6mm(D)X20mm(L)。

14. LAN & modem Jack 應在mother board 上，不宜分開而獨立。

15. 外殼電鍍
15.1. LCD前後蓋及主機上下蓋之接合面，應有2mm 之接觸。
15.2. 銅釘必須低於 Boss 20條。
15.3. 以兩端最遠之對角位置，其阻抗應
£0.2W。

16. 產品外觀表面應儘量設計為不導電，以防止ESD。

17. 小PC板，至少要有2~3個固定孔，並且均勻分佈。

:11bb :11bb :11bb

：23de ：23de ：23de

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本帖最后由 zwzhan 于 2010-11-10 21:08 编辑

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上页下页1/2救人一命，胜造七级浮屠，赶快给楼主点指引吧

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Antennas And Propagation for Body-Centric Wireless Communications

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