2.5~6.0 GHz信号的体内植入式信道特性分析及建模

该文采用基于有限积分法(FIT)的3D电磁(EM)仿真工具以及源于男性活体CT及MRI切片图像构建的3维人体电磁模型,分析研究2.5~6.0 GHz电磁波在人体内的路径损耗及比吸收率(SAR)特性,考察该频段信号在人体内外通信的有效性并建立相应的信道数学模型。分析结果表明：采用2.5~6.0 GHz频段信号实现人体植入式生物医学电子设备无线通信是可行的、安全的;所建立的改进型幂律函数信道模型能较好地描绘该频段信号在人体内的路径损耗特性,在2.5 GHz 和6.0 GHz频率处信道模型与电磁计算结果的均方根误差(RMSE)分别为2.78 dB和8.30 dB。     

UWB在生物医学电子中的应用研究进展

在介绍UWB技术在植入式和体外生物医学电子系统中的应用研究成果及进展的基础上,分析其在生物医学电子系统中广泛应用所面临关键技术、难点以及可能的解决方法;最后讨论了生物医学电子系统的发展方向,使UWB在生物医学中所需要研究的问题和方向更加具体化和明确化。     

低频UWB SAR的冲击响应函数

提取系统的冲击响应函数(impulse response function,IRF)是测量雷达系统性能指标的前提,IRF来自理想点目标的雷达图像。对于低频超宽带合成孔径雷达(ultra wide band synthetic aperture radar,UWB SAR),参考点目标的电磁散射特性是频率和方位角的函数,不满足理想点目标的散射特性要求。本文从IRF的定义出发,结合低频UWBSAR系统处理模型,利用二维数字聚焦方法消除杂波的影响,同时利用低频电磁散射数值建模的方法计算参考点目标的电磁散射特性,最后给出了计算系统IRF的方法。     

植入式医疗设备暴露于低频磁场的安全性仿真

介绍了人体暴露在低频磁场中可能产生的几种健康效应以及国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)规定的人体内感生效应的限值。建立了由无线充电系统和人体模型组成的数值模型,利用电磁场数值计算的方法,对暴露于低频磁场中佩戴植入式医疗设备的人体模型进行了电磁辐射的安全性评估。评估结果表明,低频磁场对金属植入物具有一定的影响,但均在ICNIRP限值以内。后续还需要进一步研究佩戴植入式医疗设备的患者暴露于低频磁场中的安全性。     

基于频域的低频UWB SAR极化校准

多极化,低频超宽带(Ultra Wide Band, UWB)合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是雷达技术未来发展的一个重要方向。系统的低频特性,UWB特性和大处理角特性使得常规SAR极化校准不再适用。该文基于多极化低频UWB SAR频域处理模型,考虑了极化校准中定标体的低频超宽带电磁散射特性的问题,给出了极化校准方法。计算机仿真验证了该方法的有效性。     

基于UWB的矿井无线信道测量与建模

通过研究UWB技术的特点,分析UWB信道的传输特性,可以确定信号的发射和接收脉冲信号。文中从信道路径损耗和多径损耗方向进行公式推导和分析,明确了路径损耗和多径损耗在UWB信道中的传播特点,接着分析了Δ-k信道模型和修正后的Δ-k信道模型,并对S-V信道模型和修正后的S-V模型进行了分析,再针对传播特点建立了适合矿井巷道的经过修正的S-V信道模型,并对其进行了仿真实验。     

基于自适应调制技术的MIMO UWB无线通信系统的研究

在对多输入多输出(MIMO)技术和超宽带(UWB)无线通信研究的基础上提出了一种基于自适应调制技术的时变多进制MIMO UWB系统。通过采用奇异值分解理论和速率分阶的方法对系统性能进行了分析,推导出了速率离散分阶情况下的功率和速率的分配公式,提出了相邻时隙平均功率控制(JTAPC)算法,并且对系统的性能进行了仿真。研究结果表明,功率控制算法的使用很大程度上提高了采用速率分阶的系统的性能,并且降低了系统实现的复杂度。     

通过导电壁上窗口透入的电磁波对人体作用的研究

本文用时域有限差分法和人体非均匀电磁模型研究了通过无限大导电壁上窗口透入的电磁场与人体的相互作用。首先对平面电磁波通过导电壁上窗口的透入特性进行了计算,并与解析解进行比较,证明了计算的可靠性。在此基础上对不同极化情况的入射平面波的透入场与靠近窗口的坐姿人体模型的作用进行了研究。计算了人体模型中的电磁场分布和所吸收的电磁能量。     

植入式人体通信中电磁波在不同组织分界面上的传播特性研究

通过计算电磁波在不同人体组织分界面的入射情况,研究人体信道电磁波跨越不同组织分界面时的传播特性.文章首先利用电磁场边界条件推导均匀平面电磁波向单层与多层导电媒质入射时的反射系数、透射系数及电磁波表达式;然后以人体手臂为研究对象,采用4阶Cole-Cole模型获取10 Hz~100 GHz人体组织介电参数,计算向单层、多层组织入射时各个分界面上的最大入射角、反射系数、透射系数与平均能流密度,结果显示,垂直入射是电磁波透射多层人体组织的主要路径,皮肤与空气分界面的反射系数最大,频率小于1 MHz或大于10 GHz的电磁波能量比较难在人体内外传播,电磁波平均能流密度传播随频率呈带通特性,带宽及中心频率与器件植入位置有关等;最后采用COMSOL Multiphysics建立电磁波向3层人体组织垂直入射的有限元仿真模型,仿真结果与理论计算结果相比误差小于0.000 08,验证了理论推导与计算的正确性.     

基于时域射线法的IR UWB信号穿墙传播建模与分析

研究了一种基于时域射线追踪技术(Time Domain Ray Tracing)适用于大尺度室内环境传播建模的IR-UWB信号传播模型。该模型综合考虑室内传播存在的多径效应、阴影效应和穿墙效应等物理现象,引入墙体内部的时域传输系数和墙体至空气的时域透射系数,分析并解释了时域传播系数的物理意义。模型利用了IR-UWB信号时域极窄的特点,与传统的FDTD方法相比,能够显著提高大尺度环境下的计算效率。最后通过与实测结果的对比,验证了该模型的有效性,详细研究了模型的计算精度及误差成因。     

基于SOA中XGM效应全光超宽带高斯单边信号源的研究

提出了一种基于半导体光放大器（SOA）中交叉增益调制（XGM）效应产生高斯单边信号（monocycle）脉冲的方案。该方案只需要单个外部光源和单个SOA,结构简单;采用相向的工作方式可以改善输出信号的消光比;输出的monocycle信号光只含有一个波长,在光纤传输过程中上下脉冲不会引入时间差。利用Optisystern...     

Parachute shape ultra-wideband wearable antenna for remote health care monitoring

Wireless body area networks (WBAN) is used to measure patients' health conditions continuously. Different kinds of sensors are required to measure health conditions. When such types of antennas are used on the human body, they are flexible with the movements. The usage of wearable devices is currently increasing in the biomedical field. The presented wearable antenna is suitable for biomedical applications. The presented ultra-wideband (UWB) flexible parachute shape wearable antenna is fabricated on a jeans textile substrate. The prototype antenna has a −10 dB measured impedance bandwidth of 5800 MHz (7 to 12.8 GHz) with average radiation efficiency of 75.28%. The prototype antenna's size is 40 × 40 mm² (1.32 × 1.32 ${\lambda }_0^2$ at centre frequency 9.9 GHz) and a peak gain of 4.5 dB at 12.33 GHz. The fabricated antenna is suitable for biomedical applications in X-band frequencies and can be implemented with a low-cost manufacturing process. The radiating element is made by conductive copper tape. Muscle-equivalent phantoms are used to analyze the body effect on antenna performance. The radiation effect emitted by the presented antenna on the human body is calculated by the specific absorption rate (SAR) value. The maximum SAR value of the proposed antenna is 1.84 W/kg at 12.33 GHz. This leads to promising results for wearable applications related to remote health care monitoring, such as biotelemetry and mobile health with a sensor-driven approach.     

基于反转镜技术的超宽带通信模型分析

由于超宽带系统的发射功率受到了严格的限制,因此这种系统的中心问题是通过多径传播有效地接收发射机发射的信号.对点到点无线通信来说,应把注意力放在能够有效地消除由于频率选择性衰落带来的码间干扰(ISI).根据通信中的时间反转镜技术运用在多入单出(MISO)系统中可明显地减少超宽带系统中的码间干扰 (ISI)的事实,并基于一种利用时间反转镜技术的多入单出系统,通过对信躁比的离散化分析,表明此系统的性能优于聚束系统.     

宽频带GTEM传输室接头的优化设计

研制宽频带的吉赫横电磁波传输室,其高频输入接头的设计尤为关键.采用有限积分技术进行输入转接头的驻波比计算,利用软件建立仿真计算模型对内导体过渡段、介质垫片结构和圆形到方形处的结构进行优化,从而解决高频输入转接头的设计制作难题,保证了吉赫横电磁波传输室的整体性能.测试结果表明,采用此接头研制的传榆室工作频率上限达18GHz,电压驻波比小于1.5.     

一种基于能量跳跃的脉冲超宽带TOA估计

基于到达时间估计(TOA)的脉冲超宽带(IR-UWB)测距理论上可达到厘米级的精度.当无法估计接收信噪比时,基于门限的TOA估计精度受到门限设置的限制.本文提出了一种基于能量跳跃函数(FEE)的最大能量跳跃(MEL)TOA估计算法.该算法将最大径之前一段时间内FEL取值最大的时刻作为TOA的估计,估计过程中不需要设置门限.本文通过仿真分别在CMl和CM2信道模型中比较了MEL和几种常用算法的绝对平均误差(MAE).仿真结果表明,在多径信道环境尤其是非视距(NLOS)环境中,MEL算法的估计精度比门限比较(TC)算法和最大值回推(MES-SB)算法有较大的提高,而且接收信噪比越高MEL算法的优势越明显,在信噪比高于12dB时估计精度提高约3至4纳秒.     

基于高斯二阶导数组合的UWB脉冲波形设计

提出了一种基于高斯二阶导数组合的UWB脉冲波形设计方法.依据FCC对超宽带各频段带宽划分的不同及各频段辐射限制的差异来选取基函数,利用最小均方误差准则(LSE),以FCC室内辐射掩蔽为规范选取一组加权系数对基函数进行线性组合.再通过调整基函数参数脉冲形成因子和搬移因子,对波形进一步优化.仿真结果表明,文中设计脉冲实现了在全频段对辐射掩蔽的高效逼近,与基于随机系数选择的组合脉冲比较:方法简单,具有更高的频谱利用率.     

Comparison of dimethyl sulfoxide treated highly conductive poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) electrodes for use in indium tin oxide-free organic electronic photovoltaic devices

Indium tin oxide (ITO)-free organic photovoltaic (OPV) devices were fabricated using highly conductive poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) as the transparent conductive electrode (TCE). The intrinsic conductivity of the PEDOT:PSS films was improved by two different dimethyl sulfoxide (DMSO) treatments – (i) DMSO was added directly to the PEDOT:PSS solution (PEDOT:PSS_ADD) and (ii) a pre-formed PEDOT:PSS film was immersed in DMSO (PEDOT:PSS_IMM). X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and conductive atomic force microscopy (CAFM) studies showed a large amount of PSS was removed from the PEDOT:PSS_IMM electrode surface. OPV devices based on a poly(3-hexylthiophene):[6,6]-phenyl-C₆₁-butyric acid methyl ester (P3HT:PCBM) bulk hetrojunction showed that the PEDOT:PSS_IMM electrode out-performed the PEDOT:PSS_ADD electrode, primarily due to an increase in short circuit current density from 6.62 mA cm⁻² to 7.15 mA cm⁻². The results highlight the importance of optimising the treatment of PEDOT:PSS electrodes and demonstrate their potential as an alternative TCE for rapid processing and low-cost OPV and other organic electronic devices.     

基于ZigBee协议的无线传感器网络服务质量的研究

针对于无线传感器网络的发展,以及新型的协议规范ZigBee协议在无线传感器网络中广泛应用,以分析研究基于ZigBee协议的无线传感器网络的服务质量的评价机制为目的。通过对无线传感器网络及ZigBee协议的组成、通信特点的研究,以及结合传统网络的QoS评价机制,最终总结得到可以从5个方面来评价ZigBee协议的无线传感器网络的服务质量。     

无线传感器网络时变充电和动态数据路由算法研究

利用无线充电设备周期地为无线传感器节点进行充电,可使传感器节点持续工作,解决无线传感器网络能量问题,但需设计合适的节点充电方案和网络路由方案。以无线充电设备驻站比最大化为优化目标,依次提出了充电及网络路由方案的连续时变模型、离散N+1阶段非线性模型及可解的离散N+1阶段线性模型,在证明模型合理性后最终求解。结论给出了具体网络的最优充电和路由策略。