인체 통신에 따른 인체 주변에서의 전기장 분포 계산 및 전송 손실 연구

Abstract

인체 통신이란 사람의 몸통이나 피부를 전송 매질로 하여 데이터를 송수신하는 통신 방식을 의미한다. 본 논문에서는 인체 피부 표면에 닿아 있는 자유 공간을 전송 매체로 하여 데이터를 전달하는 전송 방식에 대하여, 10~30 MHz 주파수 범위에서 5 MHz 간격으로 5개의 주파수에 대하여 송수신부 사이의 전기장 분포에 대하여 수치 해석하였다. 채널 손실 계산은 총 29종의 조직으로 구성되어 있는 한국형 남성 표준 인체 모델에 상용의 툴을 사용하여 실행하였다. 계산 주파수에 따른 인체 조직의 도전율과 비유전율을 해석 파라미터로 입력하여 송수신부로 간주되는 손등 위에서 전기장 분포를 계산하였다. 손등에 부착된 송신기에 의한 전자파비(比)흡수율(SAR: Specific Absorbtion Rate) 값을 계산한 후, 국제비전리복사방호위원회(ICNIRP: International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) 인체 보호 기준과 비교하였다. 또한, 수치 해석으로 구한 전기장을 선(線)적분하여 인접한 극판들 사이의 전압들을 계산하였고, 송신부와 수신부의 전압의 비(比)를 채널 손실로 정의하였다. 수치 해석 결과, 10~30 MHz 주파수 대역에서 채널 손실의 범위는 약 (<TEX>$75{\pm}1$</TEX>) dB로 주파수에 따른 채널 손실의 변화가 크지 않았다. Human body communication means transmitting and receiving data through human body medium or through free space along with the human body skin. Electric field distribution around the human body between the transmitter and the receiver were calculated at five different frequencies with 5 MHz interval between 10 MHz and 30 MHz. Commercial electromagnetic simulation tool was used for the calculation of E-field distributions applying the Korean standard male model including 29 different kinds of human tissues. After calculating specific absorption rate(SAR) values on back of the hand, it was compared with International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection(ICNIRP) human protection guideline. While conductivities(<TEX>${\sigma}$</TEX>) and relative permittivities(<TEX>${\varepsilon}_r$</TEX>) of the human tissues for each frequency were input as the analyzing parameters, electric field intensities near both hands were integrated along the integral line between the nearby electrodes for the calculation of the transmitting and receiving voltages whose ratio was defined as channel loss. The calculated channel losses were about (<TEX>$75{\pm}1$</TEX>) dB and showed nearly flat response all through the evaluated frequencies.