Groove-Slotted Textile Antenna for Enhanced Wearable Healthcare Applications

Abstract

У цьому дослідженні запропоновано нову мікросмужкову патч-антену, розроблену на гнучкій текстильній підкладці для портативних пристроїв. Компактна антена, з розмірами 0,280  0,280, працює у трьох діапазонах: 3,5 ГГц, 8,52 ГГц та 10,9 ГГц. Перший діапазон, S-діапазон, підтримує бездротові мережі на тілі (WBAN) для моніторингу показників здоров’я в режимі реального часу. Другий діапазон, у X-діапазоні, забезпечує отримання зображень та зондування з високою роздільною здатністю для неінвазивної діагностики. Третій діапазон, у верхньому X-діапазоні, підтримує медичні та космічні дослідження, пропонуючи точне виявлення руху для моніторингу реабілітації. Невеликий розмір антени, широка смуга пропускання імпедансу та багатодіапазонна робота забезпечують надійну передачу даних та сумісність з тілом. Вона відповідає стандарту IEEE 802.15.6 для WBAN та підтримує такі програми, як WLAN, WiMAX та зв’язок на короткій відстані. Конструкція має пазоподібний паз для покращеного узгодження імпедансу та смуги пропускання, а також усічені краї та частково заземлену площину для оптимізації продуктивності. З піковим коефіцієнтом підсилення 10,1 дБі вона забезпечує ефективне випромінювання в умовах носіння. Побудована на гнучкій підкладці Бахрама, антена адаптується до форми людського тіла, вирішуючи такі проблеми, як ослаблення сигналу та деформація. Її низький питомий коефіцієнт поглинання (SAR) забезпечує безпеку, що робить її придатною для моніторингу здоров'я, відстеження фізичної форми та систем носіння зв’язкуThis study proposed a novel Microstrip Patch Antenna designed on a flexible textile substrate for wearable applications. The compact antenna, measuring 0.280  0.280, achieved triple-band operation at 3.5 GHz, 8.52 GHz, and 10.9 GHz. The first band, the S-band, supports wireless body area networks (WBANs) for real-time health monitoring. The second band, in the X-band, enables high-resolution imaging and sensing for non-invasive diagnostics. The third band, in the upper X-band, supports medical and space research, offering precise movement detection for rehabilitation monitoring. The antenna's small size, wide impedance bandwidth, and multi-band operation ensure reliable data transmission and body-conformal compatibility. It adheres to the IEEE 802.15.6 standard for WBANs and supports applications like WLAN, WiMAX, and short-range communications. The design features a groove-shaped slot for improved impedance matching and bandwidth, along with truncated edges and a partially grounded plane for performance optimization. With a peak gain of 10.1 dBi, it provides efficient radiation in wearable scenarios. Constructed on a flexible Bakhram substrate, the antenna conforms to the human body, addressing challenges like signal attenuation and deformation. Its low specific absorption rate (SAR) ensures safety, making it suitable for healthcare monitoring, fitness tracking, and wearable communication systems.