A Compact Slotted Wearable Wideband Antenna for Biomedical Telemetry Applications

Abstract

Технології, що використовуються в одязі, стають все більш популярними, що сприяє збільшенню використання носимих антен, особливо в бездротових телемережах (WBAN). Однак побудувати антени для носіїв є складним через наявність людського тіла. Такі фактори, як гнучкість, точність і розмір, є вирішальними міркуваннями. Дослідники активно працюють над цими проблемами та досягли значного прогресу в цій галузі. У цій роботі представлено компактну широкосмугову (WB), низькопрофільну та недорогу антену, яка підходить для переносних біомедичних телеметричних застосувань. Антена розроблена з використанням епоксидного діелектричного матеріалу FR4 з розмірами 0,44λ0 x 0,44λ0 x 0,028λ0 мм³. Два прямокутних слота вигравірувані на патчі для покращення пропускної здатності імпедансу та посилення. Запропонована щілинна носима антена досягла смуги пропускання опору 2,26 ГГц (3,58 – 5,84 ГГц) із центральною частотою 5,3 ГГц і високим коефіцієнтом посилення 5,9 дБі. Ця антена є рішенням для переносної біомедичної телеметрії, пропонуючи компактний розмір, високу продуктивність і адаптованість до різних умов. Результати моделювання зворотних втрат, коефіцієнта стоячої хвилі напруги (КСВН), узгодження імпедансу, посилення та діаграми спрямованості запропонованої антени отримані за допомогою програмного забезпечення симулятора високочастотної структури Ansys 2021 R2 (HFSS).

Wearable technologies are increasingly popular, prompting a rise in wearable antenna usage, especially in wireless body area networks (WBAN). However, constructing antennas for wearable is challenging due to the presence of the human body. Factors such as flexibility, precision, and size are crucial considerations. Researchers are actively working on these challenges and have made significant progress in the field. This work presents a compact wideband (WB), low profile and low-cost antenna, which is suitable for wearable biomedical telemetry applications. The antenna is designed using FR4_epoxy dielectric material having dimensions of 0.44λ0 x 0.44λ0 x 0.028λ0 mm³. Two rectangular slots are engraved on the patch to improve the impedance bandwidth and gain. The proposed slotted wearable antenna achieved an impedance bandwidth of 2.26 GHz (3.58 – 5.84 GHz) with a center frequency at 5.3 GHz and high gain of 5.9 dBi. This antenna presents a solution for wearable biomedical telemetry, offering compact size, high performance, and adaptability to various conditions. The simulation results of return loss, voltage standing wave ratio (VSWR,),impedance matching, gain and radiation pattern of the proposed antenna are obtained through Ansys 2021 R2 high frequency structure simulator(HFSS) software.