人体通信機器の設計と応用に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究の目的は，人体通信機器の装着箇所や周波数帯といった仕様に対して，高性能・低消費電力な機器の設計指針を示すことである．本年度は，①三層構造電磁ファントムおよび送受信治具の開発，②ファントム測定結果と解析結果の比較，を行った．①について， 前年度までに明らかにした電磁ファントム各層における電気的特性の誤差許容範囲にもとづき，シリコン樹脂が主材料の三層固体ファントムを開発した．ファントムは皮膚，脂肪，筋肉の三層からなり，炭素粉末等の添加量を調整することで，10～30 MHzにおいて各組織の導電率および比誘電率を再現している．また，測定に用いるバッテリ駆動の小型送受信測定治具を開発した．これらの測定治具は，ネットワークアナライザ等の大型機器を用いる従来の測定に比較し，人体通信を行う際の電磁環境をより忠実に再現した測定に有用である．②について，①で開発したファントムと測定治具および被験者を用いて，手首に装着したウェアラブル送信機と，手で触れる設置型受信機の通信を想定して伝送特性の測定を行った．また，比較のために積層角柱モデルを用いた数値電磁界解析により伝送特性を計算した．送受信機間の距離が10 cmの状態では，ファントム測定値と積層角柱モデル計算値の差は1.0 dBで，ファントム測定値と被験者測定値の差は8.2 dBであった．測定値が解析値より大きいのは受信機に接続されたオシロスコープなど周囲との電磁的な結合が原因であり，ファントムと被験者で8.2 dBの差が生じたのは体幹の有無が原因と考えられる．実際の設計では，受信信号レベルとして数十dB程度のマージンを考慮するため，開発したファントムは機器設計の早い段階において基礎検討を行うには十分有用であるといえる．また，解析や被験者実験との比較から，伝送効率の差違の理由や範囲についてもある程度予想が可能と考えられる．