Skalierbare Kanalmodelle zur Funkfelddämpfung körperbezogener Funksysteme basierend auf Oberflächenwellenausbreitung entlang des Körpers

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Manteuffel
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252499296

Funkapplikationen im und am Körper werden zunehmend in unterschiedlichsten Lebensbereichen eingesetzt. Das Applikationsfeld erstreckt sich hierbei über Bereiche der Sicherheitstechnik, multimedialer Produkte, telemetrischer Sportanwendungen bis hin zur Medizintechnik. Die zunehmende Miniaturisierung solcher Geräte führt häufig dazu, dass der Nutzer selbst zum prägenden Teil der Funkanwendungen wird. Dieser Effekt lässt sich auf die unmittelbare Nähe zwischen der Antenne und dem menschlichen Körper zurückführen. Hier findet, anders als bei Freiraumfunksystemen, eine Überschneidung der Antennen- und Kanalcharakteristika statt. Dies und die Wellenausbreitung mittels körpergeführte Wellen verhindert die Anwendung herkömmlicher Kanalmodelle bei der Systementwicklung, da diese auf der Annahme einer Freiraumfunkfelddämpfung beruhen. Desweiteren sind herkömmliche Methoden zur strukturierten Antennenentwicklung nur eingeschränkt anwendbar, da auch diese auf die Abstrahlung in den freien Raum, und nicht auf die Anregung von körpergeführten Wellen, ausgelegt sind. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines skalierbaren, physikalisch motivierten Kanalmodells, welches basierend auf wenigen Material- und Geometrieparametern eine Abschätzung des Pathloss für verschiedene Übertragungsstrecken entlang der Körperoberfläche, den so genannten On-Body Kanälen, für reale Szenarien mit genügender Genauigkeit ermöglicht. Dieses Modell soll auf den physikalischen On-Body Ausbreitungseffekten beruhen. Zudem soll das entwickelte On-Body Modell zur Antennencharakterisierung herangezogen werden, um optimierte Antennenentwicklungsstrategien ableiten zu können. Insgesamt soll somit eine systematische Optimierung der Funkschnittstelle körperbezogener Funksysteme ermöglicht werden.Entsprechend der Vorarbeiten des Antragstellers, werden die Antennen- und Kanalcharakteristik zunächst voneinander getrennt. Zur Entwicklung des physikalisch motivierten Pathloss Modells werden anschließend analytische Lösungsansätze fachähnlicher Problemstellungen (u.a. aus der terrestrischen und maritimen Funkkommunikation) adaptiert. Numerische und messtechnische Realisierungen der Szenarien bilden hierbei zu jedem Teilschritt eine wichtige Validationsgrundlage.Schließlich wird ein physikalisch motiviertes Pathloss Modell für verschiedene Übertragungsstrecken entlang des Körpers abgeleitet. In das Modell gehen explizit grundlegende geometrische Merkmale der gewählten Ausbreitungskanäle, sowie Materialparameter, Frequenz und das Antennenintegrationsszenario als Skalierungsparameter ein. Somit kann es zielgerichtet auf spezifische Kanäle adaptiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen