Φορετή Κεραία Αποδοτικών Επιδόσεων και Περιορισμένου SAR για 5G Εφαρμογές

Abstract

Τα τελευταία χρόνια οι ασύρματες φορετές συσκευές έχουν κάνει αισθητή την παρουσία τους σε διάφορους τομείς της καθημερινότητας (ιατρική, αθλητισμός, ψυχαγωγία) καθώς μέσω της συλλογής και μεταφοράς βιολογικών δεδομένων (π.χ. θερμοκρασία, πίεση, καρδιακοί παλμοί, κ.ά.) καθιστούν εφικτή την καταγραφή της υγείας και της φυσικής κατάστασης του φορέα τους (τελικός χρήστης) σε πραγματικό χρόνο. Χάρη στις 5G τεχνολογίες, τα δίκτυα ασύρματων φορετών συσκευών που αναπτύσσονται πάνω στο σώμα (WBAN) έχουν εξελιχθεί διασφαλίζοντας υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης, μικρότερη καθυστέρηση, και μεγαλύτερη αξιοπιστία. Καθίσταται, επομένως, σαφής η ανάγκη αφενός για αξιόπιστες υπηρεσίες, και αφετέρου για προστασία του τελικού χρήστη από την ισχύ των Η/Μ πεδίων που δημιουργούνται από τις φορετές συσκευές. Σκοπός της παρούσης διπλωματικής είναι η μελέτη, σχεδίαση και αξιολόγηση κεραίας η οποία παρουσιάζει την επιθυμητή συμπεριφορά σε 5G συχνότητες, αλλά συγχρόνως εκθέτει τον τελικό χρήστη σε χαμηλά επίπεδα Η/Μ ακτινοβολίας. Πιο συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο 1 αναλύεται η 5η τεχνολογική γενιά (5G) και παρουσιάζονται τα κύρια χαρακτηριστικά της, καθώς και οι προκλήσεις που έχει κληθεί να αντιμετωπίσει. Στο Κεφάλαιο 2 μελετώνται και προσομοιώνονται βασικές τεχνολογίες κεραιών για WBAN εφαρμογές με σκοπό την επιλογή της τεχνολογίας, η οποία είναι κατάλληλη για το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής. Το Κεφάλαιο 3 εστιάζει στον Ειδικό Ρυθμό Απορρόφησης (Specific Absorption Rate, SAR) και στις οδηγίες που έχουν προτυποποιηθεί από σχετικούς οργανισμούς για ασφαλή εκπομπή. Στο ίδιο κεφάλαιο, πραγματοποιείται, επίσης, μια σύντομη βιβλιογραφική ανασκόπηση των τεχνικών μείωσης του SAR με σκοπό να επιλεχθεί και, στη συνέχεια, να υιοθετηθεί η πιο αποδοτική τεχνική. Στο Κεφάλαιο 4, μελετάται η επίδραση της παρουσίας του ανθρώπινου ομοιώματος του Κεφαλαίου 3 στην συμπεριφορά των φορετών κεραιών που επιλέχθηκαν στο Κεφάλαιο 2. Η αποτίμηση των αποτελεσμάτων οδηγεί στην επιλογή της τελικής κεραίας, η οποία είναι κατάλληλη για την μελέτη επίδρασης της τεχνικής μείωσης του SAR του Κεφαλαίου 3. Στη συνέχεια (Κεφάλαιο 5), η τελική κεραία σχεδιάζεται παρεμβαίνοντας σταδιακά στην αρχιτεκτονική της και καταγράφεται η συμπεριφορά της. Από τις προσομοιώσεις προκύπτει ότι η προτεινόμενη τεχνική μείωσης του SAR είναι μια αποτελεσματική μέθοδος καθώς όχι μόνο διατηρεί την επίδοση της κεραίας και σημαντικές σχεδιαστικές απαιτήσεις (π.χ. φορετότητα, κόστος κατασκευής, συνολικός βάρος, συντήρηση), αλλά προκαλεί και αισθητή μείωση του SAR. Τέλος, το Κεφάλαιο 6 παρουσιάζει εν συντομία τα συμπεράσματα που προέκυψαν στη διάρκεια της διπλωματικής, καθώς και προτάσεις για μελλοντική εργασία.