Radiation effects of wearable antenna in human body tissues

Abstract

[ANGLÈS] Nowadays humankind live completely surrounded by many wireless devices. Modern society lives and works with wireless applications such as mobile phones, GPS devices or other wireless devices that make our life easier. It means that we are constantly interacting with electromagnetic fields. The study of electromagnetic fields effects on human body is a very important subject, due to the possible health effects that these many electromagnetic fields can cause in humans. This project is focused on the study of the radiation effects in human tissues from one particular antenna. This antenna is a wrist wearable dual-band antenna. The particularity of this antenna is that is the first wrist wearable antenna which transmits distress signals alerts (Beacons) and at the same times receives GPS signals in a wearable PLB (personal locator beacons) device. In this project the antenna has been reproduced in HFSS and then several studies about the radiation effects have been done. In order to know if the antenna is totally safe, SAR (Specific Absorption Rate) and temperature increase have been calculated for different human tissues. This has been done for different parts of body such as arm and head. It has been considered that this kind of antenna is always close to the arm because is a wrist wearable device, but that it would be also important to know what happens if the antenna is close to other part of the body, specially head. Some interesting results, related with SAR and temperature rise has been found in this project. To obtain trustable results about the temperature increase in the different tissues simulated, the Bio-Heat Equation (by Pennes) has been used. All the simulations run, results and conclusions obtained are presented in this report.

[CASTELLÀ] Actualmente el ser humano vive completamente rodeado de un gran número de dispositivos electrónicos. La sociedad actual vive y trabaja con muchas aplicaciones de este tipo tales como los teléfonos móviles, los dispositivos GPS y otras herramientas inalámbricas que nos facilitan la vida. Esto se traduce en el hecho que vivimos permanentemente rodeados de campos electromagnéticos. Por esta razón, el estudio del efecto de estos campos electromagnéticos en el cuerpo humano es un tema de estudio muy importante, debido a los múltiples efectos en la salud que estos campos electromagnéticos pueden producir. Este proyecto se centra en el estudio de los posibles efectos sobre los tejidos del cuerpo humano de una antena concreto. La antena en cuestión es una pulsera que se coloca en la muñeca y que trabaja a dos frecuencias distintas. La principal particularidad de esta antena es que es la primera de este tipo que tiene la capacidad de transmitir mensajes de emergencia (beacons) y al mismo tiempo recibir señales GPS conectada a un dispositivo PLB (localizador personal de beacons). En este proyecto la antena descrita ha sido fielmente reproducida en el software HFSS para, a continuación, realizar estudios y simulaciones de los efectos de los campos electromagnéticos que produce en el cuerpo humano. Con el objetivo de determinar si la antena es totalmente segura, se ha realizado el cálculo de dos parámetros fundamentales en este tema, el SAR (Specific Absorption Rate) y el incremento de temperatura en todos los tejidos que han sido objeto de estudio. Este estudio se ha llevado a cabo para distintas partes del cuerpo humano como el brazo y la cabeza. Se ha considerado que este tipo de antena siempre se encuentra casi tocando el brazo ya que el brazalete está en contacto directo con la muñeca. Además, se ha considerado que también era muy interesante descubrir los efectos de esta antena cuando se encuentra a muy poca distancia de otras partes del cuerpo, especialmente la cabeza. Finalmente, se han obtenido resultados muy interesantes relacionados con el SAR y el incremento de temperatura en los diferentes tejidos del cuerpo estudiados. En relación con el aumento de temperatura, con el objetivo de encontrar resultados próximos al caso real, se ha usado la ecuación de transferencia de calor creada por Pennes. Todas las simulaciones realizadas, resultados y conclusiones se han incluido en esta proyecto

[CATALÀ] En l’actualitat l’ésser humà viu completament envoltat i rodejat de tot tipus de dispositius inalàmbrics. La societat actual viu i treballa amb molts d’aquests dispositius tal com telèfons mòbils, dispositius GPS i d’altres dispositius inalàmbrics que ens fan la vida més fàcil. Això significa que ens trobem permanentment interactuant amb camps electromagnètics. Per aquest motiu, l’estudi dels efectes dels camps electromagnètics en el cos humà és una àrea d’estudi molt important, degut als múltiples efectes en la salut que els camps electromagnètics ens poden causar. Aquest projecta se centra en l’estudi dels efectes que pot causar una antena concreta en els teixits del cos humà. L’antena en qüestió és un braçalet que es col•loca al canell i que té la particularitat de ser una antena que treballa a dues freqüències diferents. La principal característica d’aquesta antena és que és la primera del seu tipus capaç d’enviar missatges d’emergència (Beacons) i al mateix temps rebre senyals GPS mitjançant un dispositiu portàtil PLB (localitzador personal de beacons). En aquest projecte l’antena descrita ha estat reproduïda en el software HFSS per, a continuació, realitzar estudis i simulacions sobre els efectes dels camps electromagnètics que produeix en el cos humà. Amb l’objectiu de determinar si l’antena es totalment segura, fonamentalment, s’han calculat dos paràmetres clau per diversos teixits humans, el SAR (Specific Absorption Rate) i l’augment de temperatura de cadascun dels teixits que s’han avaluat. Aquest estudi s’ha dut a terme per diferents part del cos humà com ara el braç i el cap. S’ha considerat que aquest tipus d’antena sempre es troba quasi a distància nul•la del braç ja que es un braçalet i està en contacte directe amb el canell. A més, s’ha considerat que era molt interessant esbrinar els efectes de l’antena quan es troba molt propera a altres parts del cos humà, especialment al cap. Finalment, s’ha obtingut resultats molt interessants relacionats amb el SAR i l’augment de temperatura en els diferents teixits. En relació amb l’augment de temperatura, per obtenir resultats propers a la realitat, s’ha emprat l’equació de transferència de calor creada per Pennes. Totes les simulacions realitzades, resultats i conclusions s’han inclòs en aquest projecte.