淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


  查詢圖書館館藏目錄
系統識別號 U0002-2008200914074200
中文論文名稱 應用FDTD法探討溼度對於RF傳輸的影響
英文論文名稱 Applying the FDTD Method to Simulate the Effects of Humidity to the RF Transmission
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 鄭凱元
研究生英文姓名 Kai-Yuan Cheng
學號 696371201
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-07-08
論文頁數 64頁
口試委員 指導教授-李宗翰
共同指導教授-黃曼菁
委員-沈燕士
委員-葉豐輝
委員-史建中
中文關鍵字 無線射頻技術  時域有限差分法  濕氣干擾 
英文關鍵字 Radio frequency technology  FDTD method  humidity interference 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 無線傳輸裝置的廣泛應用改善了人與人的溝通以及人與環境的變遷,透過無線射頻的技術,增加生活的便利性,改善生活科技的可行性,減少架設資料線路的成本,不論是在倉儲管理、生醫技術、運輸監控、保全管制上皆能看到其巨大的影響,然無線傳輸射頻裝置並非無所不能,在使用上尚有部分的缺點及限制,以無線傳輸射頻辨識系統(RFID)為例,當讀取機(Reader)在讀取標籤(Tag)時,存在有兩項干擾因素,包括金屬與水的干擾以及操作頻率的干擾。
近年來無線傳輸射頻辨識系統更廣泛應用於生醫裝置的應用上,而人體各部組織裡,水分就佔了人體全身的70%,所以如果要研發體內植入式生醫裝置的話,水分子吸收無線電波的因素是不可忽略的,本研究透過時域有限差分法(FDTD)先分析溼度環境下RF天線之傳輸模擬,並調整其發射功率及觀察其接收之傳輸情形,求得變化環境下之功率、頻率、距離與人體電磁波吸收率(SAR)之效能關係。
本研究之結果將應用時域有限差分法模擬RF於不同環境變數下的傳輸結果之研究,對於生醫裝置的環境設置上能提供參考,減少電磁波過強之傷害或是訊號微弱之情況發生。
英文摘要   The popularity of wireless transmission technology has improved the efficiency of communication and information in daily life. The radio frequency transmission provides the conveniences and the feasibility of environment, that helps to reduce the cost the system setup for information technologies in industries such as storage management, biomedical technology, logistics control, and security monitor. However, wireless radio frequency device is not perfect and omnipotent; there are some disadvantages and limitations. RFID as an example, metal, water and operating frequencies are the interference factors while the Reader retrieve data from Tag.
  In recent years, RFID is more widely used in biomedical device applications. The human body contains 70% of water, this is an important factor that can not be ignored because the water molecules absorb radio waves and malfunction to implantable biomedical devices. The simulation experiment of radiofrequency transmission via finite difference time domain method (FDTD) is conducted in this study to analyze humidity effects under various environments and adjust its transmission power and frequency to achieve the maximum efficiency of receiver and best SAR performance.
  The results of this study will provide information of the radio frequency performance associated with various harshness environments; these references will be helpful for implantable biomedical devices and reduce the harm of over powered electromagnetic waves or under performance by too weak signals.
論文目次 誌謝 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 序論 1
1-1、研究動機 1
1-2、研究目的 3
第二章 研究背景 4
2-1、電子標籤的設計分析 4
2-2、RFID應用於醫學上之相關研究 7
2-3、屏蔽之機械理論 11
第三章 研究方法 14
3-1、基本概念 14
3-2、時域有限差分法方程式 17
第四章 電磁模型的建模與驗證 26
4-1、人體模型的建模方法 26
4-2、特定吸收率(SAR) 30
4-3、RF於濕度空間之傳輸驗證 33
第五章 實驗設計與分析 39
5-1、實驗設計分析 39
5-2、實驗模擬規劃 42
5-3、實驗規畫 47
5-4、RF模擬偵測實驗分析 48
第六章 結論與未來方向 57
6-1、結論 57
6-2、未來展望 59
參考文獻 60
符號索引 64

圖2-1 RFID不同頻段之效能差異圖 4
圖2-2 功率傳輸於猪肉實驗之示意圖 9
圖2-3 傳輸頻率於空氣、猪里肌肉、猪肥油之功率衰減趨勢 9
圖2-4 電磁波進入屏蔽之反應 11
圖3-1 Yee氏網格 17
圖4-1 人體醫學影像 26
圖4-2 FDTD的人體建模步驟 27
圖4-3 人體醫學影像 29
圖4-4 人體電磁電磁模型 29
圖4-5 天線置放位置 34
圖4-6 環境包覆情況 34
圖4-7 真空環境下天線距離50Cm之人體SAR值 37
圖4-8 真空環境下天線距離10Cm之人體SAR值 37
圖4-9 介質包覆環境之人體SAR值(50cm) 38
圖4-10 介質包覆環境之人體SAR值(10cm) 38
圖5-1 傳輸功率與取距離的關係圖 45
圖5-2 天線位置、人體模型示意圖 46
圖5-3 RF傳輸SAR值異變數分析表 50
圖5-4 RF傳輸1g-SAR值異變數分析表 51
圖5-5 RF傳輸10g-SAR值異變數分析表 52
圖5-5 RF傳輸實驗的常態機率圖 53
圖5-6 RF傳輸實驗對實驗順序的殘差圖 54
圖5-7 RF傳輸實驗對配適值的殘差圖 54
圖5-8 功率5W時濕度距離SAR值之函數圖形 55
圖5-9 功率5W時濕度距離SAR值之函數圖形 56
圖5-10 功率45W時濕度距離SAR值之函數圖形 56

表2-1 相對介電常數 13
表4-1 FCC與CENELEC之SAR值規範數據 31
表4-2 純真空環境下之人體SAR值(A) 36
表4-3 包覆環境下之人體SAR值(B) 36
表4-4 兩方法比較之誤差值 37
表5-1 濕度與導電系數關係 44
表5-2 實驗條件設定 46
表5-3 RF傳輸偵測實驗配置表 48

參考文獻 [1] 陳政煌, 運用FDTD法在植入式生醫裝置的RF傳輸模擬, 淡江大學機電與機械工程研究所碩士班論文, 2006.
[2] C.M.Roberts, “Radio frequency identification (RFID)”, Computers &Secutity, vol. 25, pp.18-26, 2006.
[3] E.W.T.Ngai, Karen K.L.Moon, F.J.Riggins, C.Y.Yi, “RFID research An academic literature review (1995–2005) and future research directions”, Int.J.Production Econnomics, vol.112, pp.510-520, 2008.
[4] 張之傑, 環華百科全書, 環華出版事業股份有限公司, no. 16, pp.396, 1982.
[5] 黃怡詔, 建構網際網路環境下之醫院主管資訊系統及其實證研究, Journal of the Chinese Institute of Industrial Engineers, vol. 21, no. 2, pp.101-112, 2004.
[6] 李岳縉, 應用RFID 於醫療院所之分析與系統規劃, 國立中正大學醫療資訊管理研究所碩士班論文, 2005.
[7] 李政儒, 運用無線射頻技術提升病人安全之研究, 臺北醫學大學資訊研究所碩士班論文, 2005.
[8] 蘇永勝, 以無線射頻(RFID)網路建構之管制藥品管理資訊雛形系統, 國立成功大學工程科學系碩士班論文, 2005.
[9] 石源興, 應用在遠距居家照護之機電醫療器材設計與法規, 銘傳大學醫學工程學系碩士班論文, 2008.
[10] 黃君毅, 跨醫院緊急醫療救護支援系統, 國立台灣科技大學資訊工程系碩士班論文, 2004.
[11] 陳宏榮碩, 植入式生醫微型系統之無線電源傳輸製作與其電源傳輸於生物組織之探討, 中原大學醫學工程研究所士班論文, 2004.
[12] 方志行, 陳淑貞, 淺談電磁干擾, pp.89-100, 1993.
[13] R.T. Albertson, J. Arthur, M.H. Rashid, “Overview of Electromagnetic Interference”, Power Symposium, NAPS 2006. 38th North American, pp.263-266, 2006.
[14] J. Tang, R. Zeng, H. Ma, J. He, J. Zhao, X. Li, Q. “Wang, Analysis of Electromagnetic Interference on DC Line From Parallel AC Line in Close Proximity”, IEEE Transactions on power delivery, vol. 22, no. 4, pp.2401-2408, 2007.
[15] P. Gajsek, W.D. Hurt, J.M. Ziriax, P.A. Mason, “Parametric Dependence of SAR on Permittivity Values in a Man Model”, IEEE Transactions on vehicular technology, vol. 48, no. 10, pp.1169-1177, 2001.
[16] C. Guyton, Textbook of Medical Physiology, Philadelphia, 1991.
[17] 郭智明, 行動通訊電話在人體頭部內所造成的SAR分布及溫度提升, 中山大學電機工程系研究碩士班論文, 2002.
[18] 王月青, 吳桂生, 工程電磁學導論, 新文京開發出版公司, 附錄C, 2007.
[19] F.M. Tesche, M.V. Ianoz, T. Karlsson, 何金滿 譯, 電磁相容分析與計算, 復文書局, pp. 601-604, 2001.
[20] A.G. Gorriti, E.C Slob, “A new tool for accurate S-parameters measurements and permittivity reconstruction”, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 43, no. 8, pp.1727-1735, 2005.
[21] R. Van Uitert, C. Johnson, L. Zhukov, “Influence of Head Tissue Conductivity in Forward and Inverse Magetoencephalographic Simulations Using Realistic Head Models”, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 51, no. 12, pp.2129-2137, 2004.
[22] M.F. Iskander, “Electromagnetic Fields and Waves”, Prentice-Hall International, Inc., United States of America , pp. 99-263, 1992.
[23] S. Ogurtsov, G. Pan, “An Updated Review of General Dispersion Relation for Conditionally and Unconditionally Stable FDTD Algorithms”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 56, no. 8, pp.2572-2583, 2008.
[24] A.E. Raouf, E. Hany, “A Class of Finite Difference Time Domain (FDTD) Techniques for Solving Large Electromagnetic Structures”, 2006 international RF and Microwave Conference proceedings, pp301-305, 2006.
[25] Wu, J. Schuster, R. Ohs, R. Luebbers, “Application of moving window FDTD to modeling the effects of atmospheric variations and foliage on radio wave propagation over terrain”, 2004 IEEE Military Communication Conference, pp.1515-1521, 2004.
[26] 張瑞麟, 運用FDTD法模擬RFID各頻段對人體SAR值之分布與影響, 淡江大學機電與機械工程研究所碩士論文, 2008.
[27] 陳孟宗, SAR量測之探討研究, 大同大學通訊工程研究所碩士論文, 2005.
[28] 國際非游離輻射保護委員會網站ICNIRP: http://www.icnirp.de/index.html
[29] Y.C.Liu, “Study of Bioeffects after Exposure to Radio-Rrequency Electromagnetic Fields”, National Yang-Ming University Department of Biomedical Imaging and Radiological Sciences master thesis, 2007.
[30] D.C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments 6/e, John Wiley & Sons, Inc., United States of America, pp. 77-112, 2005.
[31] 陳宏宇, RFID系統入門無線射頻辨識系統, 文魁資訊股份有限公司, pp. 6-36, 2004.
[32] U.S. Inan, Electromagnetic Waves, Prentice Hall, United States of America, United States of America, App-28, 2000.
[33] M.F. Iskander, Electromagnetic Fields and Waves, Prentice-Hall International, Inc., United States of America, pp. 728-730, 1992.
[34] L.F. Fuks, C.D. Isaacson, Detection and Imaging of Electric Conductivity and Permittivity at Low Frequency, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. .38, no. I I, 1991.
[35] F.M. Tesche, M.V. Ianoz, T. Karlsson, and 何金滿 譯, 電磁相容分析與計算, 復文書局, Taiwan, pp. 601-604, 2001.
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2014-08-24公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2019-12-31起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信