인체를 통한 전력전송체계를 위해 접지 효과를 기본으로 한 최적의 거리 및 주파수 분석에 대한 연구

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시아기안 루디 맨간타
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현재 휴대전화, PDA, 휴대용 게임기 및 다른 작은 휴대용 기기들과 같은 다양한 형태의 휴대용 단말기들에 의해 많은 정보들이 다루어진다. 그래서 휴대용 단말기들 간의 통신을 위한 일반적인 방법으로 인체내 통신의 중요성이 증가하고 있다. 동시에 휴대용 단말기들간의 전원도 고려되어야 한다. 이 연구에서는 인체를 통한 최대 1mW정도의 실제 전력 전송에 대한 연구를 수행하였다.

이 논문에서는 국제 위원회(ICNIRP)의 규정에 기본으로한 인체를 통한 전력전송에 대한 최적의 거리와 주파수에 대한 조사와 분석을 하였다. 이 분석은 인체를 통해 전력을 전송하는 효율적인 변조방식을 설계하는데 사용된다. 최적의 거리 및 주파수를 결정하기 위해 기본적인 제한(예, 전류밀도)나 기준 수준(예, 전류)와 같은 기본적인 제한에 대해 정의하였다. 기본적인 제한과 기준 수준은 전기, 자기, 전자기장의 측정되는 물리적 량에 의한 특별 조건하에서의 전자기장(EMF)방출에 의해 제한 될 것이다. 첫 번째로 인체를 통한 전력 전송의 성능 (예, 가능한 전력)에 대한 실험은 무선 전력 전송에 비교하여 고효율이 나타날 때까지 전송거리를 줄이는 내용 이였다.

MATLAB을 이용한 시뮬레이션과 규제(예, ICNIRP)로부터 인체를 통한 전력전송의 최적 주파수범위는 100kHz부터 50MH 의 사이에 있음을 확인 하였으며, 최적주파수는 이 범위를 벗어나지 않는다. 또한 거리(dbody)와 접지크기(예, 송신부과 수신부) 사이에 대한 좋은 결과를 얻었다. 수신부와 송신부의 거리는 짧을수록 높은 성능을 나타났다. 추가로 접지크기가 클수록 성능을 향상시킨다.|Currently, significant amounts of data are handled on various type of mobile terminal, such as cellular phones, PDA, pocket games and other small portable devices. Therefore, the importance of Intra-body communication is increasing as a common tool for communication among mobile terminal. At the same time the of power resource among mobile terminal should be considered. In this study, we investigate the need of power transmission through the human body by transmitting the reasonable power (i.e., maximum 1 mW).

In the research reported in this thesis we investigate and analyze the optimum distance and frequency of power transmission system through the human body based on established the regulation i.e., regulations established by International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP). Our analysis is used to design an effective modulation scheme for transmitting power through the human body. In order to determine the optimum distance and frequency, we define the basic tenets of the regulation, such as basic restriction (e.g., current density) and reference level (e.g., current). Both basic restriction and reference level are intended to limit the effects and influences of the electromagnetic field (EMF) under specified test conditions by measuring the physical quantities that characterize electric, magnetic, and electromagnetic fields. First, we examine the power performance (i.e., available power) of power transmission system through the human body by reducing transmission distance until the transmission could occur with a higher efficiency than transmitting power via wireless media.

From the simulation with MATLAB and the regulation (i.e. ICNIRP), we determine that the optimum frequency for power transmission system through the human body is in the range 100 kHz to 50 MHz, and it is important that the frequency not exceed the upper of this range. Also, we obtain good agreement between distance (dbody), ground size (i.e., a transmitter Tx and a receiver Rx). The shorter the distance between Tx and Rx, the better performance of system becomes. In addition, as we increase the ground size, performance improve.
Alternative Title
A Study of Ground Effect Based on the Analysis of Optimum Distance and Frequency for Power Transmission System through the Human Body
Alternative Author(s)
Rudi Mangantar Siagian
조선대학교 OO대학원
일반대학원 IT융합학과
Awarded Date
Table Of Contents
Table of Contents

Table of contents i
List of Tables iv
List of Figures v
Acronyms vii
요약 viii

I. Introduction 1
A. Human Body Communication 1
B. Power Transmission System Trough The Human Body 3
C. Safety Regulations 5
D. Research Final Target 7
E. Thesis Organization 7

II. Literature Review 8
A. State of the Art 9
1. Zimmerman, MIT Media Laboratory, 1995 9
2. E.R Post MIT Media Laboratory, 1997 10
3. Babak Nivi,, MIT Media Laboratory, 1997 12
4. L. Williams,, Microsoft Corporation 14
B. Wireless Power Transmission (WPT) on Implantable Medical Devices (IMD) 16

III. Measurement Methodology 18
A. Modulation Scheme 19
1. Model Structure 19
2. Distance 21
3. Size of ground plane 21
B. Modulation Scheme on PTS through the Human Body 22
1. Mathematical Equation 22
2. Convolution (De-Convolution) 23
C. Measurement Method 24
D. Grounding Conditions 26

IV. Result and Discussion 29
A. Initial Results 29
1. Initial Measurement and Results 29
2. Result of Experimental Evaluation of a Power Transmission through the Human Body 31
3. Results 33
a. GR and GT are Constant 34
b. GT, dbody, and dair are constant 35
c. GR, dbody, and dair are constant 36
4. Wireless Power Transmission on Implantable Medical Device (IMD) 37
5. Comparison WPT on IMD with PTSTHB 39
6. The reasonable Ground Size of Transmitter and Receiver 41
V. Conclusion 44
References 46
List of Publications 51
Abstract 52
시아기안 루디 맨간타. (2011). 인체를 통한 전력전송체계를 위해 접지 효과를 기본으로 한 최적의 거리 및 주파수 분석에 대한 연구.
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General Graduate School > 3. Theses(Master)
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  • Embargo2011-08-12
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