Wireless body area networks in millimeter waves : antenna, propagation and interaction with the body

Réseaux corporels sans fil en ondes millimétriques : antenne, propagation et interaction avec le corps

Caroles Leduc (1)

1 IETR - Institut d'Électronique et des Technologies du numéRique

The 60-GHz frequency band has been identified recently as attractive for body centric wireless communication development. Indeed, this band has several key advantages compared to lower frequency bands as high data rates above 7 Gbit/s, low risks of interference with neighboring wireless networks and compact devices. With the development of the future 5th generation of mobile networks in the millimeter-wave band, the number of BAN applications at 60 GHz should increase. To avoid health effects and protect user against an electromagnetic exposure of BAN devices at 60 GHz, the reduction of the coupling between human body and antennas, as well as the evaluation and quantification of exposure are main research aspect of the thesis. The main thesis contributions are divided in three parts: a quantification of antenna design effects on the interactions between human body and antennas; a study of tools and methods used to assess thermal effects due to 60 GHz exposure on a skin-equivalent phantom; and a new dosimetric and thermal approach to evaluate interaction between human body and BAN antennas at 60 GHz.

Récemment la bande 60 GHz a été mise en avant pour le développement des réseaux de communication sans fil centrés sur le corps humain. Cet intérêt de la bande 60 GHz pour les applications BAN (Body Area Network) s'explique par les avantages clefs qu'elle procure par rapport aux bandes de fréquence plus basses (possibilité de débits de données supérieurs à 7 Gbit/s, réduction des interférences avec les réseaux voisin, compacité des dispositifs, etc). Le nombre d'application de communication BAN est amené à croître dans les années à venir avec le déploiement de la 5ème génération de réseaux de télécommunications mobiles. Afin de protéger efficacement les utilisateurs des expositions générées par ces applications BAN à 60 GHz, il est nécessaire de se pencher sur les problématiques de réduction du couplage corps/antennes, mais également sur l'évaluation et la quantification du niveau d'exposition du corps à 60 GHz. Pour cela, les travaux de thèse ont été organisés suivant trois axes de recherche : le premier consiste à mettre en évidence et à quantifier l'impact de certains choix de conception en matière d'antennes sur le couplage avec le corps humain ; le second porte sur les outils et les méthodes utilisés pour estimer l'impact thermique d'une exposition électromagnétique 60 GHz sur le fantôme équivalent de la peau ; et le troisième propose une nouvelle approche à la fois dosimétrique et thermique pour évaluer et analyser le couplage corps/antennes en bande millimétrique.

Mots clés: Body area networks; Millimeter waves

Mots clés: Couplage corps / antennes; Bande millimétrique; 60 GHz; Ban; Fantôme; Dosimétrie; Débit d'absorption spécifique (DAS); Modèle thermique; Transferts de chaleur; Température

Domaines: Traitement du signal et de l'image [eess.SP]

Caroles Leduc. Réseaux corporels sans fil en ondes millimétriques : antenne, propagation et interaction avec le corps. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université de Rennes, 2015. Français. ⟨NNT : 2015REN1S084⟩. ⟨tel-01293760⟩