Modelle zur optimierten Entwicklung von am Körper getragenen und in Implantate integrierten Antennen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Manteuffel
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299309683

Funkübertragungsstrecken entlang des menschlichen Körpers, sog. Body-Area Networks (BAN), halten zunehmend Einzug in multimediale Bereiche (3D-Brillen, Smartwatches, Smartphones, Tablets), die Sicherheitstechnik (Gefahrenschutzausrütung für Feuerwehr und Bergbau) und den medizinischen Sektor (Diagnostik: Vitaldatenüberwachung, Therapie: Prothetik, Nervenstimulierung). Insbesondere in der Sicherheitstechnik und der Medizintechnik kommt es hier auf eine möglichst sichere und verlässliche Funkverbindung an. Zudem muss das Funksystem inkl. der Antenne, z.B. bei Herzschrittmachern, möglichst kompakt in das Implantat integriert werden. Um beide o.g. Anforderungen zu adressieren, ist eine solide Kenntnis der für einen bestimmten Übertragungskanal optimalen Antenneneigenschaften erforderlich. Während in der Freiraumfernfeldübertragung eine Charakterisierung der Antenneneigenschaften mit Hilfe eines winkel- und polarisationsabhängigen Gewinndiagramms üblich ist, existiert eine ähnliche Charakterisierung für den körpergebundenen Fall nicht. Um eine zielgerichtete Antennenoptimierung körpergebundener Funksysteme zu ermöglichen, werden unterschiedliche Übertragungskanäle am Körper grundlegend untersucht. Hieraus werden analytische Pathloss-Modelle basierend auf einer Modellierung der Wellenausbreitung in Raumwellen und am Körper geführten Oberflächenwellen angestrebt. Schließlich wird eine geeignete Antennencharakterisierung, die Schlüsse über eine gezielte Ankopplung dieser Kanäle ermöglicht, abgeleitet. Zur Betrachtung aller Kombinationen von am Körper getragenen Antennen und in Implantate integrierte Antennen werden die drei grundlegenden Fälle a) On-Body zu On-Body, b) Implantat zu On-Body und c) Implantat zu Implantat herangezogen.Die Ausbreitung von Oberflächenwellen am Körper wird zunächst durch ein analytisches ebenes Modell angenähert und schließlich auf gekrümmte Pfade im Bereich einer direkten Sichtverbindung und in den abgeschatteten Bereich erweitert. Zudem ermöglicht die Modellbildung, eine am Körper platzierte Antenne in ihrer realen Umgebung derart zu charakterisieren, dass sie mit dem Kanalmodell verknüpft werden kann. Somit ist ein flexibler Austausch verschiedener Antennen für einen bestimmten Kanal möglich. Hieraus sollen möglichst allgemeine Richtlinien für die Entwicklung von Antennen für die unterschiedlichen Szenarien abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen