Published January 1, 2022
| Version v1
Publication
Open
Analysis on Bending Performance of the Electro-Textile Antennas With Bandwidth Enhancement for Wearable Tracking Application
Creators
- 1. Universiti Teknologi MARA
- 2. University of Technology Malaysia
- 3. National Defense Academy of Japan
- 4. Indian Institute of Technology Delhi
Description
Frequency detuning issues in antenna operation due to structural deformation have become a concern, especially for flexible devices such as a textile antenna. Under deformed conditions such as during bending, the antenna might not operate at the desired frequency, causing performance degradation. Therefore, a 1.575 GHz textile antenna for GPS tracking application with defected ground structure is proposed in this paper to alleviate the frequency detuning issues and is demonstrated under two bending conditions, H-plane and E-plane. The implementation of DGS is expected to minimize the frequency detuning by increasing the bandwidth. Hence, the frequency detuning effects could be minimized under bent conditions with broader bandwidth and acceptable antenna performance. In this paper, a planar textile-based antenna with the dimension of 90mm ( $L$ ) $\times100$ mm ( $W$ ) was designed, and three rectangular slots were applied at the ground to create DGS. A self-developed electro-textile and polyester were used as the antenna conductive material and substrate. Through the study, a detailed analysis was conducted for both antennas, with and without DGS. The significance of DGS in the proposed design is evaluated and clarified by comparing electric and magnetic field intensities in non-radiating and radiating edges. The detailed performance comparison were observed and analyzed through S-parameter, gain, radiation pattern, and current distribution. The technical performance of the proposed technique is validated through simulation and measurement. DGS implementation has improved the antenna bandwidth from 4.04% to 12.20%, with 1.45dB gain and 23.75% radiation efficiency. As a result, the antenna can operate at the desired frequency under both bending conditions. DGS method provides simplicity in its design, and this method has been widely used in conventional antennas previously. However, the detailed behaviour of field intensity around the non-radiating and radiating edges have not been demonstrated and analyzed. Therefore, the validation of the proposed design through a detailed analysis of E-field and H field intensity concerning antenna configurations; with and without DGS becomes the main contribution of this paper. In addition, the study of bending on different bending radius is also conducted in this paper.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
أصبحت مشكلات فصل التردد في تشغيل الهوائي بسبب التشوه الهيكلي مصدر قلق، خاصة بالنسبة للأجهزة المرنة مثل هوائي النسيج. في ظل الظروف المشوهة مثل أثناء الانحناء، قد لا يعمل الهوائي بالتردد المطلوب، مما يتسبب في تدهور الأداء. لذلك، يُقترح في هذه الورقة هوائي نسيجي بسرعة 1.575 جيجاهرتز لتطبيق تتبع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مع هيكل أرضي معيب للتخفيف من مشاكل تفكيك التردد ويتم عرضه في ظل حالتين من الانحناء، المستوى H والمستوى E. من المتوقع أن يؤدي تنفيذ DGS إلى تقليل فصل التردد عن طريق زيادة عرض النطاق الترددي. وبالتالي، يمكن تقليل تأثيرات فصل التردد في ظل ظروف منحنية مع عرض نطاق ترددي أوسع وأداء هوائي مقبول. في هذه الورقة، تم تصميم هوائي مستوٍ قائم على النسيج بأبعاد 90 مم ($L $) $\ times 100 $ مم ($ W$)، وتم تطبيق ثلاث فتحات مستطيلة على الأرض لإنشاء DGS. تم استخدام نسيج كهربائي مطور ذاتيًا وبوليستر كمواد موصلة للهوائي وركيزة. من خلال الدراسة، تم إجراء تحليل مفصل لكل من الهوائيات، مع وبدون DGS. يتم تقييم وتوضيح أهمية DGS في التصميم المقترح من خلال مقارنة شدة المجال الكهربائي والمغناطيسي في الحواف غير المشعة والمشعة. تمت ملاحظة مقارنة الأداء التفصيلية وتحليلها من خلال معلمة S، والكسب، ونمط الإشعاع، والتوزيع الحالي. يتم التحقق من الأداء الفني للتقنية المقترحة من خلال المحاكاة والقياس. أدى تنفيذ DGS إلى تحسين عرض النطاق الترددي للهوائي من 4.04 ٪ إلى 12.20 ٪، مع زيادة 1.45ديسيبل وكفاءة إشعاعية بنسبة 23.75 ٪. ونتيجة لذلك، يمكن أن يعمل الهوائي بالتردد المطلوب في ظل كل من ظروف الانحناء. توفر طريقة DGS البساطة في تصميمها، وقد تم استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع في الهوائيات التقليدية سابقًا. ومع ذلك، لم يتم توضيح وتحليل السلوك التفصيلي لشدة المجال حول الحواف غير المشعة والمشعة. لذلك، فإن التحقق من صحة التصميم المقترح من خلال تحليل مفصل للمجال E وشدة المجال H فيما يتعلق بتكوينات الهوائي ؛ مع وبدون DGS يصبح المساهمة الرئيسية لهذه الورقة. بالإضافة إلى ذلك، يتم أيضًا إجراء دراسة الانحناء على نصف قطر انحناء مختلف في هذه الورقة.Translated Description (French)
Les problèmes de désaccord de fréquence dans le fonctionnement de l'antenne en raison de la déformation structurelle sont devenus une préoccupation, en particulier pour les dispositifs flexibles tels qu'une antenne textile. Dans des conditions déformées telles que pendant la flexion, l'antenne peut ne pas fonctionner à la fréquence souhaitée, ce qui entraîne une dégradation des performances. Par conséquent, une antenne textile de 1,575 GHz pour une application de suivi GPS avec une structure de sol défectueuse est proposée dans cet article pour atténuer les problèmes de désaccord de fréquence et est démontrée dans deux conditions de flexion, plan H et plan E. La mise en œuvre de DGS devrait minimiser le désaccord de fréquence en augmentant la bande passante. Par conséquent, les effets de désaccord de fréquence pourraient être minimisés dans des conditions de courbure avec une bande passante plus large et des performances d'antenne acceptables. Dans cet article, une antenne plane à base de textile d'une dimension de 90 mm ( $L $ ) $ \ times100 $ mm ( $W$ ) a été conçue, et trois fentes rectangulaires ont été appliquées au sol pour créer des DG. Un électro-textile et un polyester auto-développés ont été utilisés comme matériau conducteur et substrat de l'antenne. Grâce à l'étude, une analyse détaillée a été menée pour les deux antennes, avec et sans DGS. L'importance des DG dans la conception proposée est évaluée et clarifiée en comparant les intensités de champ électrique et magnétique dans les bords non rayonnants et rayonnants. La comparaison détaillée des performances a été observée et analysée à l'aide du paramètre S, du gain, du diagramme de rayonnement et de la distribution du courant. La performance technique de la technique proposée est validée par simulation et mesure. La mise en œuvre de DGS a amélioré la bande passante de l'antenne de 4,04 % à 12,20 %, avec un gain de 1,45dB et une efficacité de rayonnement de 23,75 %. En conséquence, l'antenne peut fonctionner à la fréquence souhaitée dans les deux conditions de flexion. La méthode DGS apporte de la simplicité dans sa conception, et cette méthode a été largement utilisée dans les antennes conventionnelles auparavant. Cependant, le comportement détaillé de l'intensité du champ autour des bords non rayonnants et rayonnants n'a pas été démontré et analysé. Par conséquent, la validation de la conception proposée par une analyse détaillée du champ E et de l'intensité du champ H concernant les configurations d'antenne ; avec et sans DGS devient la principale contribution de cet article. En outre, l'étude de la flexion sur différents rayons de flexion est également menée dans cet article.Translated Description (Spanish)
Los problemas de desintonización de frecuencia en el funcionamiento de la antena debido a la deformación estructural se han convertido en una preocupación, especialmente para dispositivos flexibles como una antena textil. En condiciones de deformación, como durante la flexión, la antena podría no funcionar a la frecuencia deseada, lo que provocaría una degradación del rendimiento. Por lo tanto, en este documento se propone una antena textil de 1,575 GHz para la aplicación de seguimiento GPS con estructura de tierra defectuosa para aliviar los problemas de desintonización de frecuencia y se demuestra en dos condiciones de flexión, plano H y plano E. Se espera que la implementación de DGS minimice la desafinación de frecuencia al aumentar el ancho de banda. Por lo tanto, los efectos de desintonización de frecuencia podrían minimizarse en condiciones de curvatura con un ancho de banda más amplio y un rendimiento de antena aceptable. En este documento, se diseñó una antena plana basada en textiles con una dimensión de 90 mm ( $L $) $\ times100 $ mm ($ W$), y se aplicaron tres ranuras rectangulares en el suelo para crear DGS. Se utilizó un electrotextil de desarrollo propio y poliéster como material conductor y sustrato de la antena. A través del estudio, se realizó un análisis detallado para ambas antenas, con y sin DGS. La importancia de LAS DGS en el diseño propuesto se evalúa y aclara mediante la comparación de las intensidades de los campos eléctricos y magnéticos en los bordes no radiantes y radiantes. La comparación detallada del rendimiento se observó y analizó a través del parámetro S, la ganancia, el patrón de radiación y la distribución de corriente. El rendimiento técnico de la técnica propuesta se valida mediante simulación y medición. La implementación de DGS ha mejorado el ancho de banda de la antena del 4,04% al 12,20%, con una ganancia de 1,45dB y una eficiencia de radiación del 23,75%. Como resultado, la antena puede funcionar a la frecuencia deseada en ambas condiciones de flexión. El método DGS proporciona simplicidad en su diseño, y este método ha sido ampliamente utilizado en antenas convencionales anteriormente. Sin embargo, no se ha demostrado ni analizado el comportamiento detallado de la intensidad de campo alrededor de los bordes no radiantes y radiantes. Por lo tanto, la validación del diseño propuesto a través de un análisis detallado de la intensidad de campo E y campo H con respecto a las configuraciones de antena; con y sin DGS se convierte en la principal contribución de este documento. Además, en este documento también se realiza el estudio de la flexión en diferentes radios de flexión.Files
09738630.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:1df4fb2d2f5c6c5d1c751dfc03c5b890
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليل أداء الانحناء للهوائيات النسيجية الكهربائية مع تحسين عرض النطاق الترددي لتطبيق التتبع القابل للارتداء
- Translated title (French)
- Analyse des performances en flexion des antennes électro-textiles avec amélioration de la bande passante pour application de suivi portable
- Translated title (Spanish)
- Análisis del rendimiento de flexión de las antenas electrotextiles con mejora del ancho de banda para aplicaciones de seguimiento portátiles
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4220875606
- DOI
- 10.1109/access.2022.3160825
References
- https://openalex.org/W1479954749
- https://openalex.org/W2040015535
- https://openalex.org/W2040424762
- https://openalex.org/W2090394494
- https://openalex.org/W2095126292
- https://openalex.org/W2119969029
- https://openalex.org/W2150095435
- https://openalex.org/W2154156000
- https://openalex.org/W2164320374
- https://openalex.org/W2321788852
- https://openalex.org/W2335191405
- https://openalex.org/W2335323289
- https://openalex.org/W2338336530
- https://openalex.org/W2344054891
- https://openalex.org/W2479800294
- https://openalex.org/W2496077760
- https://openalex.org/W2500449154
- https://openalex.org/W2540117445
- https://openalex.org/W2547026050
- https://openalex.org/W2558816771
- https://openalex.org/W2559074923
- https://openalex.org/W2578630290
- https://openalex.org/W2585998088
- https://openalex.org/W2588433480
- https://openalex.org/W2598646247
- https://openalex.org/W2598838911
- https://openalex.org/W2602543586
- https://openalex.org/W2608550493
- https://openalex.org/W2731867981
- https://openalex.org/W2737976370
- https://openalex.org/W2775250756
- https://openalex.org/W2786067800
- https://openalex.org/W2788092055
- https://openalex.org/W2793525899
- https://openalex.org/W2794295637
- https://openalex.org/W2795267793
- https://openalex.org/W2802480777
- https://openalex.org/W2892167169
- https://openalex.org/W2894238510
- https://openalex.org/W2898010112
- https://openalex.org/W2910849022
- https://openalex.org/W2912445769
- https://openalex.org/W2916517947
- https://openalex.org/W2929400133
- https://openalex.org/W2936257273
- https://openalex.org/W2945737328
- https://openalex.org/W2946410126
- https://openalex.org/W2966727159
- https://openalex.org/W2968161928
- https://openalex.org/W2972984927
- https://openalex.org/W2974327352
- https://openalex.org/W2994889209
- https://openalex.org/W3001701392
- https://openalex.org/W3004260133
- https://openalex.org/W3006535226
- https://openalex.org/W3009270832
- https://openalex.org/W3018050801
- https://openalex.org/W3021180699
- https://openalex.org/W3021196010
- https://openalex.org/W3047098494
- https://openalex.org/W3094169683
- https://openalex.org/W3106224682
- https://openalex.org/W3139208868
- https://openalex.org/W3143055568
- https://openalex.org/W3200216531
- https://openalex.org/W3202733273
- https://openalex.org/W4247993436
- https://openalex.org/W4250123441
- https://openalex.org/W4285719527
- https://openalex.org/W649258662