Impact of textile on electromagnetic power and heating in near-surface tissues at 26 GHz and 60 GHz

With the development of 5th generation (5G) networks the operating frequencies have been progressively expanding towards millimeter waves (MMW). In some exposure scenarii, presence of textiles impacts the interaction of the electromagnetic field radiated by wireless devices with human tissues. We investigate the impact of a textile layer in contact or in proximity of skin on the power transmission coefficient, absorbed power density and temperature rise using a near-surface tissue model at 26GHz and 60 GHz. Cotton and wool are considered as representative textiles. Our results demonstrate that the textile in contact with skin increases the absorbed power density up to 41.5% at 26 GHz and 34.4% at 60 GHz. The presence of an air gap between a textile and skin modifies the electromagnetic power deposition in the tissues depending on the thicknesses and permittivity. The temperature rise increases compared to the bare skin by up to 52% at 26GHz and 46% at 60 GHz with the textile in direct contact with skin. With an air gap, for typical textile thicknesses, the temperature variations range from −3.5% to 20.6% and from −11.1% to 20.9% at 26GHz and 60 GHz, respectively

Study of propagation along the body at 60 GHz with analytical models and skin-equivalent phantoms

International audiencePropagation on the surface of the human body is investigated for the first time in the mm-wave frequency range. The study, motivated by the increasing number of applications of body area networks, is performed through an accurate analytical model for the fields excited by a small source in the proximity of the human body. New asymptotic expressions are derived for the fields, uniformly valid for the range of values of the physical and geometrical parameters of interest. The theoretical analysis leads to the rigorous estimation of important parameters of the communication link. Moreover, an experimental setup is built in order to validate the approach and to obtain further physical insight into aspects not modeled by the theoretical analysis

Focusing choke ring antenna for a short-range millimeter-wave exposure system

International audienceAn advanced feed for a mm-wave short-range exposure system is reported. The feed configuration is optimized to provide a highly-uniform illumination of biological samples positioned close to the antenna aperture. The prototype of the antenna is fabricated in metallized foam and measured. Its near-field characteristics are studied using the infrared imaging technique. The significant advantages of the reported choke ring antenna in terms of the enhanced exposure efficiency, improved exposure uniformity, and reduced exposure distance, are demonstrated via comparison with standard open-ended waveguide and horn antennas

Characterization of on-body communications at millimeter waves

International audienceThis paper presents a the study of on-body communications at millimeter waves. An analytical formulation is proposed by assuming a dipole source radiating on a flat skin, whose permittivity is suitably chosen to model human tissues at those frequencies, according to previous investigation. An experimental setup, consisting of two open-ended waveguides placed on the top of a skin-equivalent phantom, is then discussed in order to validate the theoretical analysis

Conception et caractérisation dune chambre réverbérante à brassage de modes en ondes millimétriques.

International audienceCette communication porte sur la conception, la réalisation et la caractérisation d'une chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM) en ondes millimétriques. A partir d'une étude initiale du comportement statistique du champ électrique en très hautes fréquences basée sur l'utilisation d'un modèle de simulation par la théorie des images, nous avons élaboré un prototype d'une cage d'expérimentation compacte de dimensions internes 423mm×412mm×383mm. Cette cage offre une possibilité d'exploitation en bande Ka (26.5-40GHz), en bande U (40-60GHz) et en bande V (50-75GHz). La mesure de l'efficacité de blindage à 40GHz, la caractérisation statistique de la cage dans la bande 1-20GHz ainsi que dans la bande millimétrique 58.5-61.5 GHz sont présentées dans ce papier

Conception et caractérisation dune chambre réverbérante à brassage de modes en ondes millimétriques.

International audienceCette communication porte sur la conception, la réalisation et la caractérisation d'une chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM) en ondes millimétriques. A partir d'une étude initiale du comportement statistique du champ électrique en très hautes fréquences basée sur l'utilisation d'un modèle de simulation par la théorie des images, nous avons élaboré un prototype d'une cage d'expérimentation compacte de dimensions internes 423mm×412mm×383mm. Cette cage offre une possibilité d'exploitation en bande Ka (26.5-40GHz), en bande U (40-60GHz) et en bande V (50-75GHz). La mesure de l'efficacité de blindage à 40GHz, la caractérisation statistique de la cage dans la bande 1-20GHz ainsi que dans la bande millimétrique 58.5-61.5 GHz sont présentées dans ce papier

Interactions bioélectromagnétiques entre les ondes millimétriques et les membranes biologiques artificielles

L'objectif de notre travail est d'étudier l'influence éventuelle du rayonnement millimétrique de puissance non-thermique sur les membranes biologiques artificielles. Pour cela, deux types de caractérisation sont effectués: mesure de pression latérale par la méthode de Wilhelmy et observation par Microscopie à Force Atomique (AFM). Différentes sortes de lipides sont considérées (DPPC, DOPC). Les résultats obtenus avec les DPPC ou DOPC pour différents niveaux de puissance et différentes durées d'irradiation seront comparés. Les mesures de pression superficielle de membranes phospholipidiques ont mis en évidence une augmentation de la pression latéral des monocouches phospholipidique pour un faible niveau de densité superficielle de puissance. L'analyse topographique des images obtenues par AFM avant et après l'exposition à une radiation millimétrique n'a pas montré de changements significatifs dans la structure de la membrane dans laquelle les lipides se trouvaient en coexistence de deux phases

INFLUENCE DE L'IMPEDANCE D'ONDE SUR LES VALEURS DE DEBIT D'ABSORPTION SPECIFIQUE POUR UN FANTOME DE L'HUMAIN EN BANDE HF

International audienceAfin de garantir la sécurité des personnes et de limiter le risque de surexposition électromagnétique, des normes internationales définissent des limites en champ électrique, en champ magnétique, en courant induit et en débit d'absorption spécifique (DAS). Nous étudions dans cet article l'influence de l'impédance d'onde d'un champ électromagnétique sur les valeurs de courant induit et de DAS corps entier dans un fantôme de l'humain hétérogène. Nous calculons les courants induits dans un fantôme isolé et dans un fantôme formant une boucle en simulation et par des formules approchées utilisant des circuits d'impédance équivalente à l'être humain pour deux expositions. Avec nos résultats, nous montrons que les courants induits et le DAS corps entier dépendent soit de la partie électrique soit de la partie magnétique du champ appliqué selon la posture du fantôme (isolé ou en boucle). Cela permet d'envisager une meilleure prédiction des restrictions de base par des mesures de champs

Personal exposimeter for radio frequency exposure assessment in the 60-GHz band

For the first time a personal Exposimeter (PE) is presented for radiation assessment in the 60-GHz band. Numerical simulations are used to design the PE and its uncertainty is assessed using on-body calibration measurements at 61 GHz. The PE consisting of three nodes (antennas) with vertical-horizontal-horizontal (VHH) polarization has a 50% prediction interval of 1.3 dB which is 3.1 dB lower than a single node experiment. The proposed PE has a 19.7 dB smaller uncertainty compared to the currently available exposimeters at lower frequencies. A 95 % confidence interval of 6.6 dB is measured on the response of the proposed PE

Millington Effect and Propagation Enhancement in 60-GHz Body Area Networks

International audienceMillington effect for on-body propagation enhancement is presented in the 60-GHz band. Millington’s equations are developed to describe propagation above a flat inhomogeneous surface. This study focuses on mixed paths (human skin - metallic) for on-body scenarios. It is shown that adding metallic paths on the human skin can improve the power link budget between two nodes placed on the body. Two different schemes are studied experimentally to assess the analytical model using a flat phantom with electric properties of human skin and different lengths of metallic inserts. The first scheme considers a metallic plate between the transmitting and receiving antennas, while the second scheme proposes locating the metallic plates under the antennas. It is shown that the second scheme yields a better link budget than the first one for the same length of metal. Moreover, a numerical study is performed to assess the impact of the following different parameters: the location of the metal plate, size of the plate and the height of the antennas. Excellent agreement between numerical and experimental results has been shown. In the best cases, the presented techniques allow to improve the path loss of 10 to 20 dB