Design of a reconfigurable antenna for compact wearable health monitoring devices

Abstract

This thesis proposes a reconfigurable electrically small antenna (ESA) system with aperture tuning. The antenna is designed to operate in multiple 5G-NR bands (932 – 959 MHz and 1.7 – 2.2 GHz) using a reconfigurable input matching network. The FR-4 design is implemented in a 3D printed case with a size of 31 x 66 x 13 mm3 with additional restrictions on the antennas volume and placement. The switchable matching changes the frequency band between a low band only configuration and a low band and high band configuration, covering the reported frequency band. A parametric study is done to determine the effect of the different parts of the antenna. The specific absorption rate of the device is studied and simulated to enable on-body performance and to ensure it complies with existing standards.

Tässä diplomityössä esitetty säädettävä elektronisesti pieni antenni apertuuri säädöllä. Antenni on suunniteltu toimimaan usealla 5G-NR kaistalla (932–959 MHz and 1.7–2.2 GHz), hyödyntäen säädettävää syöttösovitusverkkoa. FR-4 substraatille suunniteltu antenni on suunniteltu toimimaan 3D tulostetussa kotelossa, jonka koko on 31 x 66 x 13 mm3. Antennin koko ja sijainti kotelon sisällä on rajoitettu. Säädettävä sovitus vaihtaa taajuus kaistaa matalan taajuuden konfiguraatiosta, matalan ja korkean taajuuden konfiguraatioon, kattaen koko ilmoitetun kaistan. Parametrinen tutkimus antennin eri osien vaikutuksesta taajuusvasteeseen on suoritettu. Antennin ominaisabsorptionopeutta on tutkittu ja simuloitu, varmistaen että antenni täyttää vaaditut standardit ja sitä voidaan käyttää keholla.