Giyilebilir Antenlerın Gelistiırilmesinde Kullanılan Baskılı Ve Oyma Kumaş Bazlı İletken Malzemelerin Yüksek Frekans Karakterizasyonu

thumbnail.default.placeholder
Tarih
Yazarlar
Gargari, Toumaj Kohandel
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Özet
Elektronik, telekomünikasyon ve tekstil dünyasına Giyilebilir tekstil sistemi ve onun devrimci vurgusu günlük hayatımızda tartışılmaz bir rolü vardır. Esnek elektronik ve giyilebilir anten kullanımı her geçen gün büyüyor.Medikal, kurtarma işleri ile birlikte sanayi ve uzay ile ilgili uygulamalar, cep telefonu ve GPS, bu teknolojilerin olağanüstü kullanımlarindandir. Giyilebilir tekstil sistemleri yeni bir araştırma alanıdır ve ortaya çıkması, Doksanlı yılların sonlarında ile ifade edilir. Bu gelişme bez bizi korur ama aynı zamanda bizim ikinci bir deri gibi fonksiyonları da içerir ve sadece bu bakış açısından kaynaklanmaktadır. Sensörler, bir veri işleme birimi, bir iletişim sistemi, bir enerji kaynağı ve bağlantıları gibi gösterilmiştir. adlandırılan giyilebilir tekstil sistemi, temelde altı parçadan oluşur. Sensörler vücut veya çevre ile ilgili bilgi sistemi sağlar. Bunlar sıcaklık, solunum ve kalp hızı, ya da nem, sıcaklık ve zehirli gazların varlığı gibi çevresel verilerin hissedebilir giysi dışında konumlandırılmış olarak bez algılama verileri entegre edilebilir. Elde edilen veriler işlenmesi gerekir. Bu genellikle PCB üzerine monte edilmiş elektronik ile yapılır. Elektronik bileşenlerin esnek bir alt tabaka üzerine monte edilmiş esnek bir elektronik, giriş tekstil malzemeleri ile uyumluluğu arttırmaktadır. Giysi ve harici baz istasyonu arasındaki iletişim kablosuz bir iletişim sistemi ile etkindir. Bir çalıştırıcı bir şey yanlış giderse takan uyaran bir işitsel veya görsel alarm olabilir. Gerekli enerji piller rahat bir şekilde giysi içine entegre edilebilen tercih edilen bir esnek olanlar tarafından sağlanmaktadır.Ara bağlantılari bütün sistemleri hep birlikte bağlamak için kullanmaktadır . Bir giyilelabilir anten kablosuz iletişim içinde iletişimi sağlamak için uygulanır. Bu giyilebilir antenleri rahat ve dayanıklı kumaş, kolayca entegre edilmelidir herhangi bir eğilme veya buruşturma ve esnek olmak zorunda . Yani, giyilebilir anten tasarımı, esnek malzeme uygulanması fikrini ortaya çıkmıştır ve ilk tekstil anten inşa edilmişdir. Çeşitli nem için tasarlanmış hafif ve esnek bir malzemeden yapılmış Giyilebilir antenler, ve tüm bunları giyen rahatsız olmayan üzerindeki en önemli çalışmaktır ve onları üretmek için bilim ve endüstri enteresan avantajları vardır. Bu uygulamalarda Giyilebilir antenler alabora kurtarma grubu tarafından bulunmasını yardımcı hayat ceket içine dikilir. Başka bir uygulama olarak, itfaiyecinin giysinde uygulanabilir birbirleri ile ve merkezi kumanda istasyon ile iletişim kurmasına izin veren ya da bunu bir GPS olarak polis tarafından kullanılabilir. Genel olarak, madencilik, petrol ve doğal gaz endüstrileri gibi tehlikeli meslek için yararlıdır. Bu fenomen bir başka önemli uygulama cep telefonlarında yer almaktadır. Ayrıca, hafif ağırlığa sahip olan ve çevre ile uyumlu olması e-tekstil antenler çok geniş bir uygulama alanı olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmanın başlamasından yapılacak bunların düzeni elde etmek için Antenler ve mikroşerit hatlar simülasyonu dir. Simülasyon ADS Momentum bir ortamda gerçekleştirilir. İlk olarak, simülasyon önce de 50 Ω satırın modelleme sağlamak için antenin besleme hattında (mikroşeritli hattı) genişliğini w_f hesaplamak gerekir. Bunu yapmak için, biz Linecalc, bir iletim hattı synthesizer aracını kullanın. İkincisi, biz Azurri 3.4 mm ve pamuk 2,45 GHz ISM band rezonans frekansında 2.3 mm substrat için verilen geçirgenlik ve kayıp tanjant ve kalınlığı ile onları simule etmekdir. Simülasyonu yapılır ve layoutlar elde etdikden sonra, ikinci adımı onları imal etmektir. Onları üretmek için herhangi bir özel ve modern ekipmanları ihtiyacı yoktur çünkü bu işin en ilginç kısmı bunları yapmaktır. İlk olarak, bu lehim bağlantısı sonra kumaşlar ve kesilmiş iletken ve demir ısı ile yapışkan tabaka ile bir araya bağlamak ve. Şekil 4.3 de, fabrikasyon antenler ve mikroşerit hatlar gösterilir Bu tezde, 2.45GHz rezonans frekansında giyilebilir antenler ve mikroşerit hatlar ve karakterizasyon yöntemleri araştırılmaktadır. Öncelikle, karakterizasyon yaklaşım tekstil alt tabaka anten kompleks permitivitelerinin hem de electrotextile etkin bir iletkenlik tespit etmek için sunulmuştur. Bu ters tekniği, malzeme parametreleri ölçülen ve simüle anten sonuçları karşılaştırılarak elde edilmiştir. Ayrıca, ters problem elle ters problem çözme karşılaştırması elektromanyetik özellikleri daha hızlı ve daha doğru Surrogate Model (SUMO) Toolbox, uygulanan gibi bir vekil tabanlı optimizasyon yöntemi kullanılarak çözülmüştür. S-parametrelerinin ölçümlere dayanan bir tanımlama yöntemi, farklı uzunlukta olan bir çift mikroşeritli çizgiler de uygulanır. Geçirgenlik ve kayıp tanjantı ekstrakte edilebilir nerede ölçümlerden elde coaxial-to-microstripline hat geçişleri De-embedding kompleks yayılma sabiti verir. Son olarak, ilk kez için, taşıyıcı tabanlı optimizasyon yöntemi ile birlikte de gömme yöntemi kombinasyon ancak daha ileri bir alt tabaka olarak iki malzemenin üzerine elektromanyetik özelliklerin optimize edilmesi için, farklı uzunlukta mikroşeritli çizgiler bir çift uygulanan Daha fazla malzeme araştırmalarının kapsamlı bir sonuç sonucuna nedeniyle gereklidir. Bu araştırmanın nihai hedefi giyilebilir antenler ve mikroşerit hatlar geliştirme amacıyla electrotextile esaslı iletken malzemelerin elektromanyetik özellikleri karakterize etmek oldu. Ters anten sorunu ve mikroşerit hatlar için uygulanan De-embedding yöntemi iki kullanılan yöntemdir. Ters anten sorunu çalışmada,yöntem yüzeylerde pamuk ve Azurri iki tür substrat olarak uygulanır. Iletken kayıpları ve substrat kayıplar arasındaki ayrım üzerinde kaçınılmazlığı nedeniyle, bakır ve Flectron kayıpları ayrıyoruz.Bu yöntemle, daha istikrarlı iletkenlik pamuk bazlı antenler ulaştı. Her bir antenin beş numune üzerinde bu yöntemini icra etmek sayesinde, sonuçlar tekrarlanabilirliği incelenmiştir.De-emdedding yöntemi çalışmada,Substrat olduğu ve bağıl dielektrik kayıp tanjantı hesaplanabilir ki farklı uzunluklarda iki mikroşerit hatlar üzerindeki yöntemi uygulamak ideal kayıplı iletim hattı sürekli karmaşık yayılımı ayıklanır.De-embedding ve SBÖ çalışma birleşik bir yöntem olarak,De-embedding optimum noktaları elde etmek için SUMO Toolbox uygulanan vekil tabanlı optimizasyon ile birlikte ölçülen ve simüle edilen veriler için uygulanır. Bu antenler ve aynı miktar içinde aynı malzemeler için yapılır. Ayrıca, electrotextile mikroşeritli çizgilerinin elde edilmesi iki anten gibi olarak katlanır.Pamuk bazlı mikroşerit hatlar ve anten sonuçları arasındaki geçirgenlik, kayıp tanjantı ve iletkenlik arasında da benzerlikler vardır.Diğer taraftan, Azurri tabanlı mikroşerit hatlar ve antenler arasında, sadece geçirgenlik değerleri nispeten benzer ve kaybı oldukça büyük bir tutarsızlık geçirgenlik değerleri. Azurri tabanlı mikroşerit hatlar arasında iletkenlik aralığında kararsızlık göre Azurri antenlerden daha fazladır. Bu tezde, Ters anten sorunu sadece iki malzeme pamuk ve Azurri uzerinde gerçekleştirilir. Diğer kumaşlar üzerinde çalışmalar yapılabilir.Ayrıca, de-embedding yöntemiyle yapılabilir kumaş ve farklı kumaşlar üzerinde çalışmalar sadece iki tür malzeme üzerinde yapılmıştır. De-embedding yöntemi ve SBÖ sonuçlarının kombinasyonu bazı sapmalar olması ve halen daha fazla anten muadili ile benzer sonuçlar elde etmek için, üzerinde yapılması gereken daha fazla kesinlik önlemler gereklidir.Bu arada, ikinci yöntem substrat olarak değişik kumaşların değişik mikroşeritler üzerinde gerçekleştirilebilir. Tezin sırası gelince, Bölüm 2 ve 3 mikroşerit hat ve mikroşerit yama anten hakkında genel bilgiler endişe duymaktadır. Bölüm 4 Bölüm 5 Bu çalışmanın temel amacı tanımlayan bu Araştırmada uygulanan pratik meseleleri üzerine adamıştır, mikroşerit hatlar ve mikroşerit yama anten karakterizasyon yöntemleri. Son olarak, Bölüm 6 iki mikroşerit hatlar üzerinde uygulanan yeni kombine karakterizasyon yöntemi açıklar. Yolun sonunda, sonuçlar ve gelecekteki iş tanımları vardır.
Wearable textile system and its revolutionary emphasis on the world of electronics, telecommunication and textile has undisputable role in our daily life. The use of flexible electronics and wearable antenna are growing each day. Industrial and space related applications along with the medical, rescue affairs, cell phone and GPS are outstanding usage of these technologies. A wearable antenna is applied to enable the communication in so-called wireless communication. These wearable antennas must be integrated easily in the cloth, comfortable and endurable to any bending or crumpling and in another word they have to be flexible. This thesis is dedicated on the characterization methods of wearable antennas and microstrip lines at resonance frequency of 2.45GHz, ISM band. Primarily, the characterization approach is presented in order to determine the complex permittivity of the textile antenna substrate as well as the effective conductivity of the electrotextile. In this inverse technique, material parameters are extracted by comparing measured and simulated antenna results. Additionally, the inverse problem is solved using a surrogate-based optimization method as implemented in the SUrrogate MOdeling (SUMO) Toolbox, resulting in the quicker and more accurate determination of the electromagnetic properties in comparison of solving inverse problem of manually. Another characterization method based on S-parameters measurements, is applied to a pair of microstrip lines with different lengths. De-embedding of the coax-to-microstrip line transitions obtained from measurements yields the complex propagation constant where permittivity and loss tangent can be extracted. Finally, combination of the de-embedding method along with the surrogate-based optimization method are applied to a pair of microstrip lines in order to optimize their electromagnetic properties. Consequently, usage of electrotextile as conductor material affects the effective permittivity of the substrate. So, textile substrate characterization for wearable antennas and microstrip lines demands same conductive materials used for them in order to test them. This research concentrates on development of wearable antennas and microstrip lines.
Açıklama
Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2012
Anahtar kelimeler
Wearable Antenna,SUMO toolbox, Giyilebilir Antenler
Alıntı