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Nueva antena flexible ayuda a personas con discapacidad visual

Una antena de radar portátil y flexible mejora la movilidad de las personas con discapacidad visual.

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Los sistemas de radar vestibles pueden ayudar a las personas con discapacidad visual al alertarlas sobre obstáculos. Sin embargo, los diseños actuales tienen problemas relacionados con su forma rígida y capacidades de escaneo limitadas. Para mejorar esta tecnología, los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de antena que es Flexible, de bajo perfil y capaz de escanear rápidamente. Esta nueva antena funciona en un rango de frecuencia que no requiere licencia, lo que la hace adecuada para sistemas de radar portátiles.

La necesidad de radares vestibles

Para las personas con discapacidad visual, moverse por entornos cotidianos puede ser bastante complicado. Las ayudas tradicionales, como los bastones blancos, ayudan, pero tienen limitaciones. Los radares que se llevan en el cuerpo pueden ofrecer una mejor funcionalidad. Estos radares pueden detectar objetos frente a un usuario, permitiéndoles evitar obstáculos fácilmente. El desafío está en crear un sistema de radar que sea efectivo, liviano y cómodo de usar.

La antena propuesta

El nuevo diseño de la antena se llama Antena de Onda Filtrante (LWA). Está diseñada para ser flexible, así puede cambiar su forma para adaptarse al cuerpo humano. Esto le permite dirigir las señales de radar con precisión sin perder rendimiento. La antena utiliza una serie de tiras serpenteantes, que ayudan a mantener su efectividad cuando se dobla o se curva.

Ventajas del nuevo diseño

Uno de los principales beneficios de esta nueva antena es su capacidad para escanear un área amplia mientras se mantiene compacta. Esto es crítico para una detección efectiva de obstáculos. El diseño permite que la antena cree una dirección de señal clara mientras está montada en el cuerpo. Las pruebas han demostrado que puede mantener un rendimiento estable incluso cuando se usa sobre superficies curvas, como la rodilla.

Resultados de rendimiento

Al realizar pruebas, la antena proporcionó un nivel significativo de ganancia, lo que significa que amplificó efectivamente las señales de radar. En términos prácticos, esto significa que puede detectar objetos con precisión dentro de un rango específico. El rendimiento se mantuvo a través de varias frecuencias operativas, lo que indica fiabilidad en diferentes escenarios.

Flexibilidad y comodidad

La flexibilidad es una característica crucial de la nueva antena. Los diseños rígidos tradicionales pueden ser incómodos y pesados para los usuarios. La nueva LWA puede doblarse y ajustarse a las formas del cuerpo sin afectar significativamente su capacidad de funcionar efectivamente. Esto se probó colocando la antena en diferentes partes del cuerpo, y los resultados mostraron que funcionó bien incluso cuando se dobló.

Capacidades de escaneo 2-D

Además de su diseño flexible, la antena también puede realizar escaneo 2-D. Esto es importante ya que permite al radar cubrir un área más amplia al detectar obstáculos. Al usar múltiples antenas en una matriz, el sistema puede crear efectivamente una zona de detección completa, lo que la convierte en una herramienta invaluable para los usuarios. Las capacidades de escaneo aseguran que los usuarios puedan ser alertados sobre obstáculos desde varios ángulos.

La tecnología detrás de ello

La antena opera utilizando un método llamado radiación de onda filtrante. Esto implica el diseño de patrones específicos que permiten que las ondas de radio se emitan efectivamente. La estructura única de la antena ayuda a dirigir las ondas en la dirección deseada.

Los materiales usados están elegidos para promover la flexibilidad mientras aseguran que la calidad de la señal se mantenga alta. El uso de tecnología de microstrip minimiza complicaciones en el proceso de fabricación y reduce los costos de producción. Esto hace que la antena sea práctica y rentable.

Aplicación en la vida cotidiana

Las aplicaciones potenciales para esta antena van más allá de solo ayudar a las personas con discapacidad visual. Puede integrarse en varios dispositivos vestibles para diferentes propósitos, proporcionando a los usuarios retroalimentación en tiempo real. Esto puede incluir sistemas de alerta para otras discapacidades sensoriales e incluso aplicaciones en campos como la salud y la seguridad.

Perspectivas futuras

Mirando hacia adelante, los investigadores tienen como objetivo integrar esta antena en dispositivos comerciales. La meta es producir sistemas de radar vestibles que sean asequibles y fáciles de usar en la vida diaria. Esto podría llevar a una mejora significativa en la movilidad y la independencia de las personas con discapacidad visual y aumentar la calidad de vida de muchas.

Conclusión

El desarrollo de la antena de onda filtrante conformal representa un paso importante en la tecnología de radar vestible. Su diseño único ofrece flexibilidad y rendimiento, lo que la hace ideal para aplicaciones en el cuerpo. A medida que la investigación continúa, podemos esperar avances que traigan estas herramientas innovadoras al uso general, mejorando la vida de innumerables personas. Esta integración de tecnología y accesibilidad es esencial para crear una sociedad más inclusiva.

Fuente original

Título: Conformal Wide-Angle Scanning Leaky-Wave Antenna for V-Band On-Body Applications

Resumen: Wearable on-body millimeter-wave (mmWave) radars can provide obstacle detection and guidance for visually impaired people. However, their everyday performance is hindered by the rigid form factor and limited scanning range. In this article, we propose a low-profile, fast-scanning leaky-wave antenna (LWA) operating in the unlicensed V-band (57-64 GHz) to be integrated for on-body applications such as lightweight portable frequency-modulated continuous wave (FMCW) radars. The proposed LWA consists of meandering microstrips that can conform to the human body curvatures while maintaining beam-forming and beam-scanning properties. Experimental results demonstrate that the planar LWA achieves a realized gain above 10 dB with a fan-beam steering range in the H-plane from -40{\deg} to 43{\deg} over the operating frequency band while the half power beam-width (HPBW) is within 20{\deg}. Since for the foreseen application the antenna is supposed to conform to the user's body, the performance is also analyzed for a bent condition. The beam steering range changes to -32{\deg} to 50{\deg} when placed on the knee (corresponding to 80 mm radius). Under bending conditions, the LWA exhibits a maximum degradation of 1.75 dB, while the HPBW increases to 25{\deg}. This shows that due to the small size of the antenna, the impact of bending is low and the beam-forming and beam-scanning property of the designed LWA remain intact. Furthermore, we enable 2-D spatial scanning by employing an array of twelve LWAs with phased excitation, extending the scanning range in the E-plane from -40{\deg} to 40{\deg}, while the HPBW remains below 20{\deg} across the operational frequency range.

Autores: Pratik Vadher, Anja K. Skrivervik, Qihang Zeng, Ronan Sauleau, John S. Ho, Giulia Sacco, Denys Nikolayev

Última actualización: 2024-09-12 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2407.13644

Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2407.13644

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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