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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2245| Investigación, análisis y diseño de antenas vestibles con aplicaciones en el internet de las cosas Research, analysis and design of wearable antennas with applications in the internet of things | |
| JAVIER RUBEN FLORES CUADRAS | |
| JOSE LUIS MEDINA MONROY | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Antena, Vestibles, Brazalete, Muñeca, Tobillo, IoT, Flexible, LTE, GNSS, BLE Antenna, Wearable, Bracelet, Wrist, Ankle, IoT, Flexible | |
| En este trabajo se propone una metodología para la investigación, análisis, diseño y construcción de antenas vestibles con aplicaciones en el internet de las cosas IOT. Se presenta un estudio y resultados de la caracterización de la constante dieléctrica de materiales flexibles empleados en la tecnología vestible como son textiles, pieles y materiales plásticos basados en poliamidas. La primera parte de la investigación se basa en proponer una estructura de antena de ultra ancho de banda construida en Kapton, el cual es un material muy delgado y flexible, perfecto para aplicaciones en la muñeca donde el espacio es limitado y con gran capacidad de manufactura. El tamaño de la antena es de 127x25x0.13 mm, opera en las bandas LTE (Long Term Evolution) de 698-960, 1710-2170 y 2500-2700 MHz, con un ancho de banda efectivo del 78% a -6dB de pérdidas por retorno cuando se coloca en el cuerpo humano. La antena se diseñó, analizó, y optimizó con el programa de análisis electromagnético CST, incluyendo el modelo del brazo humano propuesto en este trabajo en forma de cilindro elíptico. Los resultados de la antena muestran gran concordancia entre los resultados del análisis electromagnético en CST y las mediciones obtenidas en una cámara anecoica en 3D, con la antena montada en un brazo antropomórfico SPEAG. La solución es perfecta para ser manufacturada en tecnología de PCB hibrida, donde la electrónica se sitúa en la parte rígida superior y la antena con taper asimétrico en la parte flexible. La segunda parte de la investigación consiste en la propuesta de una estructura vestible de banda dual que opera en los estándares de comunicación GNSS (Global Navigacion Satellite System) y BLE (Bluetooth Low Energy) para colocarse en el tobillo. La antena se construyó sobre material flexible Kapton insertado entre dos capas de piel bovina, para aligerar y adelgazar el diseño del brazalete. Se proponen dos estructuras PIFA’s (Planar Inverted F Antenna) modificadas y opuestas compartiendo el plano de tierra y el substrato, cuenta con unas dimensiones de 96.8x35x4.14 mm. El plano de tierra puede utilizarse para colocar la circuitería electrónica y la batería. Las bandas de operación son BeiDou (1561 MHz), GPS-Galileo-QZSS (1575 MHz), GLONASS (1602 MHz) y BLE (2400 MHz). Los resultados de la antena muestran buena concordancia entre el análisis electromagnético ADS_Momentum en 2.5D y las mediciones realizadas en una cámara anecoica en 3D. Cuando la estructura de antena se coloc In this work, a research methodology for the design, analysis, construction and characterization of wearable antennas with applications in the Internet of Things (IOT) is proposed. A study and characterization results of the dielectric constant of flexible materials used in wearable technology such as textiles, leathers and plastic materials based on polyamides is presented. The first part of the research consist of a novel ultra wide band antenna structure proposed and built in Kapton, wich is a very thin and flexible material, suitable for limited space wrist worn applications and with great manufacturing capacity. The antenna size is 127x25x0.13 mm and operates in the LTE bands 698-960, 1710-2170 and 2500-2700 MHz, having a 78 % of usable bandwidth below -6 dB of return loss when mounted on human hand. The antenna was designed, analyzed and optimized using the electromagnetic analysis software CST, including the human arm model proposed in this work in form of an elliptical cylinder. Results of the antenna exhibited good agreement between the CST electromagnetic analysis results and measurements performed into 3D anechoic chamber, with antenna mounted in a SPEAG anthropomorphic forearm-hand. The solution is suitable to be manufactured using hybrid PCB technology, where electronic circuits can be mounted on the top rigid section, and the asymmetrical tapered antenna in the flexible sections. The second part of the research consists of a wearable dual band antenna structure proposed and designed to operate in GNSS (Global Navigation Satellite System) and BLE (Bluetooth Low Energy) communication standards, to be placed in the ankle. The antenna was built on a flexible and thin Kapton material inserted between two layers of bovine leather, suitable for limited weight and slim ankle bracelet designs. Two opposed planar inverted PIFA’s (Planar Inverted F Antenna) modified using matching stubs, sharing the same substrate and ground plane, are proposed with total size of 96.8x35x4.14 mm. The ground plane area of the antenna can be used for electronic circuit and battery placement. The antenna structure operates in the following specific four bands: BeiDou (1561 MHz), GPS-Galileo-QZSS (1575 MHz), GLONASS (1602 MHz) and BLE (2400 MHz). The antenna results exhibited good agreement between electromagnetic analysis in 2.5D ADS Momentum and measurements performed into a 3D anechoic chamber with anthropomorphic leg-foot model from Speag. The antenna peak gain is appro | |
| CICESE | |
| 2018 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Flores Cuadras, J.R. 2018. Investigación, análisis y diseño de antenas vestibles con aplicaciones en el internet de las cosas . Tesis de Doctorado. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 118 pp. | |
| ANTENAS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Electrónica y Telecomunicaciones |
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| tesis_Flores_ Cuadras_Javier_Rubén_15_junio_2018.pdf | Versión completa de la tesis | 4.78 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |