コンテンツへスキップ
応用例

ボディ内パッチアンテナ

プロジェクトファイルのリクエスト

パッチ・アンテナのサイズは20mm(胸方向)×32mm(頭から足方向)で、基板は誘電率9.5の無損失誘電体。パッチの厚さは2mmで、グランドプレーンとパッチラジエーターは同じ寸法である。パッチ・フィードはパッチの中心から垂直方向(長さ方向)にオフセットされている。 

初期計算では、自由空間のパッチアンテナを対象としています。2mmの人体メッシュを使用することを想定して、パッチは最初2mmのFDTDセルでメッシュ化されています。メッシュの3Dレンダリングは、図1のオフセット給電位置を示しています。計算はすべて 2.45 GHz で行っています。 

 

 図1:オフセット給電を示すパッチアンテナのメッシュ表示。

図1:オフセット給電を示すパッチアンテナのメッシュ表示。

 

自由空間におけるパッチアンテナの初期計算では、入力インピーダンスは0.025 + j 11.8オームで、効率は100%でした。水平面の等方性アンテナに対する放射利得パターンを図2に示す。 青い線はEθ(垂直)偏波、赤い線はEφ(水平)偏波です。

 

rem fig2

図2:自由空間におけるパッチの遠帯域利得。

 

パッチアンテナの平面における近傍領域過渡電界を図3に示す。定常電界を図4に示します。

 

 図3:時間領域の電場。

図3:時間領域の電場。

 

 図4:定常状態の周波数領域電界。

図4:定常状態の周波数領域電界。

 

次に、VariPoseを使って得られた2mmの人体メッシュをメッシュオブジェクトとしてXFdtdにインポートし、パッチアンテナを人体メッシュに挿入します。図5はパッチアンテナのあるボディメッシュをスライスしたものです。パッチは体の前面に近い胸の数ミリ内側に配置されています。この図では、身体は読者、つまりページの外を見ている。

 

図5:ボディ内のパッチアンテナのメッシュ。

図5:ボディ内のパッチアンテナのメッシュ。

 

計算終了後、XFdtdは人体内のパッチアンテナのインピーダンスを5.42 + j 19.1オーム、効率を0.21%と求める。ー体内パッチアンテーアンテナ遠帯域放射パターンからー体内組織損失によるー利得のー減少のー。ー図6にーにー体内パッチアンテーア ンテナのー角0度、ー(ー角90度のー角のー(ー肩(ー角0度(ー角0度(ー角90ー度(ー角6(ー体のー図6) 

図7は、ボディメッシュ外部の過渡電界の3Dビューを示している。

 

 図6:体内パッチの遠帯域利得。

図6:体内パッチの遠帯域利得。

 

 図7:胸部を通る時間領域フィールドのスライス。

図7:胸部を通る時間領域フィールドのスライス。

 

図8、図9、図10は、体内のパッチアンテナの様々なメッシュスライスにおける過渡電界を示しています。体内電界を見るために、体組織とパッチアンテナのCAD表示はオフになっています。

 

 図8:身体を通る時間領域フィールドのスライス。

図8:身体を通る時間領域フィールドのスライス。

 

 図9:胸部を通る時間領域フィールドのスライス(ボディレンダリングはオン)。

図9:胸部を通る時間領域フィールドのスライス(ボディレンダリングはオン)。

 

 図10:胸部を通る時間領域フィールドのスライス(ボディのレンダリングはオフ)。

図10:胸部を通る時間領域フィールドのスライス(ボディのレンダリングはオフ)。

 

図11と図12は、パッチアンテナの平面における定常状態の電界を示している。この図でも、CADの表示はオフになっています。 

 図11:胸部を通る周波数領域フィールドのスライド(ボディレンダリングはオン)。

図11:胸部を通る周波数領域フィールドのスライド(ボディレンダリングはオン)。

 

 図12:胸部を通る周波数領域フィールドのスライス。

図12:胸部を通る周波数領域フィールドのスライス。

 

最後の計算は比吸収率(SAR)である。計算時間を短縮するため、SAR計算にはメッシュの胸部のみが使用される。胸部のみの近傍領域過渡場を図13に示す。

 

 図13:アンテナ周辺の1グラムSAR平均化の自動領域。

図13:アンテナ周辺の1グラムSAR平均化の自動領域。

 

 図14:1ワットの入力電力にスケーリングしたSARの結果。

図14:1ワットの入力電力にスケーリングしたSARの結果。

この例は、この形状に対する XFdtd の最も基本的な適用例のみを示しています。XFdtdは、希望する送信周波数で共振し、放射を改善し、SARを低減するために、パッチアンテナの設計を改善するために使用することができます。また、パッチアンテナを体内のさまざまな場所に移動させることによるSARや放射への影響も、XFdtdを使って調べることができます。

 

プロジェクトファイルのリクエスト

このアプリケーション例にご関心をお寄せいただき、ありがとうございます。以下のフォームにご記入の上、Bodyのパッチアンテナプロジェクトファイルをダウンロードしてください。