Nahfelduntersuchung zur Optimierung der Kommunikation über den menschlichen Körper

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Förstner; Dr.-Ing. Christian Hedayat
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545904804

Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist die Erforschung einer Methodik zur Ermittlung der spezifischen Absorptionsrate (SAR) von körpernahen elektronischen Geräten, die anhand des Anwendungsfalls "Human Body Communication" (HBC) und dessen Optimierung untersucht wird. Ziel ist es, die SAR durch Feld-Simulationen in Kombination mit gemessenen Nahfelddaten des Prüflings (DUT) zu visualisieren und zu bewerten. HBC gewinnt aufgrund der Zunahme von Überwachungsanwendungen im Gesundheitswesen, im Sport und in der Unterhaltung zunehmend an Bedeutung, da sie eine energieeffiziente und sichere Lösung für den Austausch von Daten zwischen Geräten darstellt. Bei HBC wird das menschliche Gewebe als Leiter für die Datenübertragung genutzt. Hier wird jedoch ein sehr beschränkter Frequenzbereich vorgegeben, um das Risiko von Interferenzen mit medizinischen Geräten (Herzschrittmachern usw.) stark zu begrenzen. Daher sind die Sendeleistungen sehr begrenzt, um die Belastung des menschlichen Körpers durch elektrische Felder zu begrenzen. Ein Ziel des Projekts ist es daher, den von einem HBC-Sender erzeugten SAR-Wert auf dem menschlichen Körper mit seinem Sendepegel zu verknüpfen. Da die HBC-Signale stark von der Umgebung beeinflusst werden, müssen die Sender ihren Sendepegel ständig anpassen, um eine akzeptable Bitfehlerrate zu gewährleisten. Ziel ist es daher, einen Sender mit einer elektronischen Steuerung und Auswertung des Sendepegels zu entwickeln. Außerdem wird ein HBC-Empfänger entwickelt, der in der Lage ist, die Stärke des empfangenen Signals zu ermitteln. Ein weiteres Ziel ist der Entwurf und die Prüfung von Meta-Oberflächen zur Verbesserung der elektromagnetischen Kopplung zwischen den Geräten. Abhängig von der Verbesserung der Kopplung wird erwartet, dass der Leistungsbedarf der Geräte gesenkt und damit die sicherheitsrelevanten Metriken verbessert werden. Weiter handelt es sich bei HBC um ein komplexes Zusammenspiel mehrerer Kopplungskanäle, die aufgrund der Eigenschaften des menschlichen Gewebes stark streuend und dissipativ sind. Hier soll eine Meta-Oberfläche eingesetzt werden, die neue Kopplungskanäle ermöglicht, um die Informationsübertragung zwischen Sender und Empfänger am Körper zu optimieren. Zudem wird eine Methode für die SAR-Bewertung entwickelt, die auf einer aus den Ergebnissen der Nahfeldmessung ermittelten Nahfeldquelle beruht (Huygens-Box-Methode). Für genauere Daten werden neue, kleinere Sonden mit einer verbesserten räumlichen Auflösung entwickelt. Die sich hieraus ergebenden Auswirkungen auf Rauschen und grundlegende Messeffekte sollen untersucht werden. Außerdem haben Nahfeldscanner in der Regel eine metallische Grundplatte für definierte Messbedingungen. Als negativer Effekt kann diese Platte den Prüfling beeinflussen und führt dazu, dass das Feld auf der Unterseite nicht gemessen werden kann. Daher sollen Strategien und Methoden entwickelt werden, um aus realen Nahfeldmessungen eine Freiraum-Nahfeldquelle abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Redha Abdeddaim, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Remy Vauche, Ph.D.