磁耦合通信--在人体通信技术（HBC）中的应用
由于可穿戴、植入、注射和可摄入生物医学设备的进步，医疗保健领域显着增长。反过来，这些设备的互连需要保证能源效率和安全的数据传输。为了满足这些要求，人体通信技术 （HBC） 是人体内和/或人体上传感器节点无线连接的最有前景的技术之一。使用 HBC 技术，计算机辅助康复、紧急通知、可穿戴心电图或医疗问题等的早期检测电子健康应用将得到进一步的改进。
人体通信技术(HBC) 人体等效电路模型 参考文献
As shown below👇
人体通信技术(HBC)
人体通信技术(HBC)允许设备通过身体组织进行通信。
目前，有三种不同的方法可以将信号耦合到体内。
第一种选择称为电流耦合 （GHBC）
如下图所示，在 GHBC 中，使用与皮肤接触的两对电极以差分方式施加信号。使用这种电极配置，受激信号维持在体内，使该方法独立于周围环境。
第二种是电容耦合 （CHBC）
下图显示了 CHBC 方法。在这种情况下，两者TX 和RX 信号电极附着在皮肤上，而接地电极保持漂浮。因此，这种电极配置允许将信号刺 激到体内并创建通过空气的返回路径。
最后一种是磁耦合 （MHBC）
MHBC使用两个电感器来实现，这两个电感器是：
1）包裹在解剖结构周围
或 2）放置在皮肤上，如下图所示。
在这两种情况下，信号平面和接地平面都通过线圈连接。因此，MHBC受周围环境的影响较小，因为可以在没有参考的情况下感测磁场。此外，与CHBC和GHBC相比，MHBC不需要通过触摸激励电极与皮肤直接接触，对接触阻抗的变化最为稳健，例如出汗引起的湿度
人体等效电路模型的建立
基于生物物理学的等效电路模型使用平面电感器将信号刺 激到体内。
包括来自组织的纵向和横向效应，以及外部电感器与人体、MTX和MRX之间的相互耦合。此外，它还包括发射器和接收器电感器之间的环境耦合，
其中LRX、LTX、MX、MTX和MRX值可以直接从测量中获得。
使用Keysight的ADS软件进行了优化程序，以确定对LB的纵向和横向贡献，即LL和LT。
使用ADS提供的Optim工具进行优化，建立100次迭代的随机搜索，以最小化残差和小于0.01%的期望误差。
如上图（a）-（c）所示，纵向参数（RL、LL和CL）随着信道长度的增加而上升；这可能是因为当信道变长时，阻抗变高。
相比之下，横向参数（RT、LT和CT）变得相对恒定，表明由于其主要的介电行为，信号被限制在皮肤中。
因此，构成所提出模型的参数的变化表明，传输是由限制在表层中的激励波导模式建立的。
与通常用于实现电路和系统的材料相比，人体由许多同时相互作用的结构组成，每个结构都有特定的特性。主要的介电特性，如介电常数和电导率，与频率高度相关如上图所示。
相对磁导率 （μr ） 对于人体组织一般为1，因此人体对磁准静态场变得透明。
然而，生物组织的结构和组成由复杂的物理子系统组成，包括离子和极性分子，如水、蛋白质、脂质、激素、胶体颗粒等。其中一些具有磁性。因此，体内的总感应电流密度 （J） 必须由这些带电元件的漂移、扩散和极化电流的叠加来表示。
在这方面，频域安培定律给出了漂移和位移电流密度之间的比率ωε/σ.
如上图所示，该比率取决于组织的细胞结构、激发频率和电磁特性。
流经细胞、膜和细胞液的总电流遵循不同的路径，如图所示
为了获得 HBC 通道的电气解释，电容和导电元件的并联等效电路已经给出，如下图 （a） 所示，该等效电路考虑了细胞外流体阻力 （Re ）、细胞外液的并联电容 （Ce ）、细胞膜的电阻和电容 （Rm 和Cm ）以及细胞内液的电阻和电容 （R我 和C我 )。
等效电路可以简化为中频，如图（b） 所示。然而，为了获得 HBC 通道、非线性电导和电感效应 （Le ）包含在常规模型中，如图（c）所示。
非线性感应效应似乎与K+ 和娜+ 典型可激振膜中受激励的电流，以及与细胞液中扩散梯度相关的细胞扭矩和电流回路。因此，在 HBC 通道解释模型中必须同时考虑横向和纵向效应，如图
[1] G. A. Álvarez-Botero, Y. K. Hernández-Gómez and H. Lobato-Morales, "On the Orientation of Signal Excitation for Magnetically Coupled Human Body Communication," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 71, pp. 1-9, 2022, Art no. 5502609, doi: 10.1109/TIM.2022.3201535.
[2] Z. Wei et al., "A Reconfigurable Impedance Matching Method for Magnetic Coupling-Based Near-Field Human Body Communication," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 12, pp. 9437-9450, Dec. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3436685.
