ON-PACKAGE ANTENNAS FOR BIOMEDICAL APPLICATIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Thesis_V5.pdf - Accepted Version Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

لقد أصبحت أنظمة الاتصال اللاسلكي جزءاً أساسيا في عدد هائل من التطبيقات البشرية، بداية من الاستخدامات اليومية وانتهاء ببعض التطبيقات الهامة والحساسة، ولذلك زادت الحاجة إلى الأجهزة اليدوية المحمولة. أما في المجالات الطبية، فإن الاتصالات اللاسلكية قد تستخدم في جمع المعلومات (عن بعد) عن حالة المرضى، أو خلال عملية الكشف الطبي، أو في العمليات الجراحية. وجميع هذه التطبيقات تستلزم استخدام هوائيات ذات حجم صغير (مصغرة). إن من الضروري بالنسبة للهوائيات المستخدمة في التطبيقات الطبية أن تستوفي بعض الاشتراطات كالتوافق الطبي مع الأجسام، والحجم المحدود، والسلامة بالنسبة للمرضى بالإضافة إلى توفير جودة اتصال مقبولة. إن العرض الرئيسي من هذه الأطروحة هو استكشاف الهوائيات المدمجة والعمل على تقديم تصاميم جديدة لتوفير حلول ممكنة لاستخدام الهوائيات المدمجة في التطبيقات الصحية والطبية. اعتمادا على نتائج البحث الاستقصائي للتصاميم السابقة، فقد تم تصميم عدة هوائيات باستخدام تقنيات متعددة. أول هذه الهوائيات تم تصميمه باستخدام تقنية LTCC للتطبيقات الطبية. مساحة الهوائي 25×25 مم مربع ويعمل عند تردد 915 ميجاهرتز بعرض نطاق قيمته 138 ميجاهرتز. تم استخدام عدة طرق لتصغير مساحة الهوائي (miniaturization) وتم تقييم أداء الهوائي المقترح داخل نموذج محاكاة رقمي. أما التصميم الثاني فقد كان لهوائي مصغر مخصص للاستخدامات الطبية يعمل عند تردد 915 ميجاهرتز ومساحته 25×25 مم مربع بعرض نطاق 30 ميجاهرتز. الهوائي المقترح تم تنفيذه على قاعدة Roger RO3006 والنماذج المصممة تم اختبارها وقياس أدائها على عدة مواضع من الجسم. بالإضافة لذلك، فقد تم قياس معامل الإرسال على قطع من اللحم ذات سُمْكٍ متعدد وأظهرت النتائج المعملية توافق جيد مع نماذج المحاكاة والحسابات الرقمية. أخيراً، تتطرق هذه الأطروحة إلى تصميم مصغر لهوائي ثنائي النطاق للاستخدامات الأجهزة الطبية المزروعة (Implanted). ويعمل هذا الهوائي عند النطاقات ذات التردد 403 ميجاهرتز (MICS) و433.9 ميجاهرتز (ISM)، و2.45 غيغاهرتز (ISM) ويبلغ عرض النطاق الكلي لهذا التصميم 280 ميجاهرتز. الهوائي المقترح له شكل دائري بطول قطر 15 مم وسُمْك 1.92 مم. وقد تم اختبار أداء الهوائي داخل نموذج رقمي للأنسجة الحيوية.

English Abstract

Wireless communication systems have proliferated in numerous applications ranging from human daily activities to life critical ones. Therefore, the demand for portable and handheld devices has considerably increased. In the medical field, wireless systems have been utilized for telemetry data collection, diagnosis and treatment. These applications require well designed systems with compact size. However, antennas for biomedical applications have to satisfy certain requirements such as: biocompatibility, miniaturization, safety for patients, and acceptable communication quality. The purpose of this thesis is to investigate on-package antennas for biomedical applications and develop several designs that can constitute feasible solutions. This work presents several antennas that were designed adopting different approaches. The first design was based on low temperature co-fired ceramic (LTCC) technology for biomedical applications to be used on skin or with closed proximity to skin applications. The antenna has a size of 25×25 mm2 and resonates around 915 MHz with a bandwidth of 138 MHz. Several miniaturization techniques were applied and the antenna performance was simulated on a numerical skin model. The second design is a miniaturized biomedical antenna operating around 915 MHz with a size of 25×25 mm2 and a bandwidth of 30 MHz. The proposed antenna was fabricated on Roger RO3006 substrate and the prototype was tested on several spots of the human body. Moreover, the transmission coefficient of the antenna was measured for different lamb meat slice thicknesses. The obtained results show good agreement between simulation and measurement results. Finally, the third design consists of a dual-band circular patch antenna for implanted biomedical applications. The antenna has a diameter of 15 mm and a thickness of 1.92 mm. The antenna is a multiband one that operates at the 403 MHz Medical Implanted Communication System (MICS) band, 433.9 MHz and 2.45 GHz ISM bands with a total impedance bandwidth of 280 MHz. The performance assessment of the proposed antenna is carried out inside a numerical human-tissues model. The proposed antennas covered various ISM bands and all have very compact sizes with adequate bandwidth for wireless biomedical applications

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Sharawi, Mohammad
Committee Members:	Iqbal, Sharif and Attia, Hussein
Depositing User:	ABD ELRAHM MOHAMED (g200834360)
Date Deposited:	06 Aug 2017 12:27
Last Modified:	01 Aug 2021 11:53
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140421