人体通信中发送端接触阻抗的实验研究(3)

　　VR1=R1×I

　　VTOP=R2×I

　　T1=R1×C×ln[(VTOP-VT1-)/(VTOP-VT1+)]

　　T2=R1×C×ln[(VTOP-VT2-)/(VTOP-VT2+)](1)

　　其中，T1、T2为不同频率下电容C的充电时间;VTOP为电容C充电饱和时所达到的最大电压，其值等于R2和电流幅值I的乘积;VT1-、VT2-为电容C的充电起始电压;VT1+、VT2+是电容C充电的截止电压。

　　3 结果与讨论

　　在室温26℃、湿度60%环境下，对10位自愿者每人进行3次测试，取平均值。在一定程度上排除了个体差异。结果见表1。

　　表1 前臂发送端模型参数测量结果

　　Table 1 The measurement results of transmitter-terminal circuit

　　理疗电极(cm)R1(Ω)R2(Ω)C(μF)4×4489.6211523.8920.1353×3614.2612902.4890.1052×2749.1424695.3550.095

　　发送端阻抗Z的表达式为：

　　Z=[R1+1/(jwC)]//R2(2)

　　在1～100 kHz频率范围内，前臂处3种电极的发送端阻抗频谱图见图6。

　　图6 前臂处3种电极的发送端阻抗频谱图

　　Fig 6 Impedance frequency spectrum of 3 kinds of

　　electrode at human forearm 从图6可以看出，在相同频率下，对于同种电极来说，电极面积越小，接触阻抗越大。在1～10 kHz频段内，随着频率的增加，三者的阻抗差逐渐减小。当频率位于10～100 kHz的时候，两者的阻抗差基本趋于稳定。

　　在定量测得不同电极的接触阻抗之后，有必要进一步了解发送端接触阻抗的差异究竟会给人体通信带来什么样的影响。考虑到载波频率的范围，采用衰减率来描述人体通信的信道特性，其表达式为：

　　Attenuation[dB]=20×log10(UReceive/UTransmit)(3)

　　其中UTransmit为发送电极两端的电压，UReceive为接收电极两端的电压值。

　　人体试验中采用4 cm×4 cm电极作为接收电极，固定收发距离为10 cm，以有效值为1 mA的正弦交流电流作为测试信号，测取三种发送电极在1～100 kHz情况下的衰减率，见图7。

　　图7 前臂处3种电极的衰减率曲线图

　　Fig 7 Attenuation of 3 kinds of electrode at human forearm

　　从图7中看出，对于同种电极来说，面积越大，电极和皮肤间的接触阻抗越小，其对应的衰减率也越小。因而，选用较大面积的电极作为发送端的电极，可以在一定程度上提高人体通信的质量。

　　我们将电极贴于小腿处进行了同样的实验，得到了类似的结果，见图8。