Relativamente ao campo eletromagnético ou à radiação electromagnética de um objecto (uma antena, por exemplo), existem duas regiões: near-field e far-field.
A região near-field corresponde aos campos electromagnéticos não-radiantes, os quais têm maior predominância nas proximidades da antena ou do objecto. Por sua vez, a região far- field corresponde à radiação electromagnética com predominância em distâncias maiores. Na região near-field, a amplitude do campo eléctrico decai mais rapidamente com a distância (r) ao objecto (decaimento proporcional a ݎିଷ), enquanto que na região far-field, a amplitude de- cai mais lentamente (decaimento proporcional a ݎିଵ) [23] [24].
Outra diferença fundamental entre as regiões near-field e far-field consiste no projecto da antena. Na região near-field, o acoplamento electroestático é proporcional à área da superfície do eléctrodo. Na região far-field, a eficiência de transmissão é maximizada pela adaptação da impedância do transmissor à impedância do ar (ou espaço livre), onde são utilizadas tipicamen- te antenas com meio comprimento de onda [4].
As figuras 2.17 e 2.18 apresentam as regiões near-field e far-field e o seu modelo de três regiões, respectivamente.
Figura 2.17. Regiões near-field e far-field [23].
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18 Sistema de pagamento seguro usando comunicação através do corpo humano O alcance de transmissão de um sistema BCC é por norma reduzido pelo facto de se en- contrar confinado ao corpo humano ou às suas imediações, permitindo desta forma menor in- terferência, maior segurança e também maior eficiência energética. A sua região é, portanto, a near-field. Ao contrário das tecnologias RF onde toda a energia é radiada para o ar indepen- dentemente de existirem ou não receptores, na tecnologia BCC apenas uma pequena parte da energia é perdida entre o emissor e o receptor, devido à natureza reactiva da sua região (near- field).
Em [25] foi efectuado um estudo sobre a distribuição do campo eléctrico no corpo humano onde se investigou qual a sua dependência com a frequência portadora. Efectuaram-se várias experiências onde se transmitiram sinais através do corpo humano e posteriormente se anali- saram as distribuições do campo eléctrico para as frequências de 3 MHz, 30 MHz, 300 MHz e 3 GHz. A potência de transmissão foi de 1 mW. Os resultados obtidos são apresentados na figura 2.19 (note-se nos gráficos que 0 dB corresponde a 500 V/m) e a eficiência de radiação para os diversos casos é apresentada na tabela 2.3.
Figura 2.19. Distribuições do campo eléctrico para várias frequências. (a) 3 MHz. (b) 30 MHz. (c) 300 MHz. (d) 3 GHz. [25].
Frequência Eficiência de radiação
3 MHz 0.0014 %
30 MHz 0.081 %
300 MHz 6 %
3 GHz 49 %
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Sistema de pagamento seguro usando comunicação através do corpo humano 19 Pela análise dos resultados obtidos verifica-se que a 3 MHz e 30 MHz as distribuições são semelhantes, apesar de a 30 MHz a magnitude ser 20 dB menor. A 300 MHz, a magnitude reduz-se ainda mais mas a distribuição continua a ter semelhanças relativamente às das fre- quências anteriores. A 3 GHz já se verifica uma distribuição bastante diferente e inclusivé ripple acentuado. Isto deve-se à redução do comprimento de onda para altas frequências que, por sua vez, provocam variações bruscas no campo eléctrico. Estas variações induzem radiação electromagnética para fora do corpo humano e este acaba por operar como uma antena radian- do o sinal para o ar.
Como tal, conclui-se que a distribuição do campo eléctrico depende da frequência porta- dora e que esta limita consideravelmente a implementação de um sistema BCC. Assim, a fre- quência deve ser escolhida de modo a que o comprimento de onda seja suficientemente maior que o corpo humano, permitindo que o campo eléctrico gerado pelo emissor cubra a totalidade do corpo e reduza a eficiência de radiação.
O estudo realizado em [26] vem também confirmar estas conclusões, pelo que na figura 2.20 se apresentam mais alguns resultados interessantes obtidos no mesmo âmbito, fruto desta investigação.
Figura 2.20. Distribuição do campo eléctrico para diferentes frequências [26].
Além das conclusões anteriormente mencionadas, neste estudo observou-se que as diferen- tes morfologias e posições do corpo humano afectam de forma diferente as medições, notando- se para a mesma frequência uma maior radiação na presença de indivíduos mais altos, algo que pode ser explicado pelo facto de estes possuírem frequências de ressonância mais baixas e mais próximas da região near-field [26].
Em [27] procurou-se comparar a atenuação sofrida por um sinal ECG no caso em que este era enviado através do corpo humano e no caso em que era radiado pelo ar. Para tal utilizaram- se dois transceivers (um emissor e um receptor) e eléctrodos circulares com dimensões entre 1 e 3 cm. As modulações usadas foram OOK e FSK com frequências portadoras de 400 MHz e 480 MHz e efectuaram-se medições do ganho do sinal recebido até uma distância máxima de 50 cm. Note-se que para o caso em que o canal de transmissão era o ar, os eléctrodos simples-
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20 Sistema de pagamento seguro usando comunicação através do corpo humano mente foram deixados a flutuar, isto é, não foram acoplados ao corpo humano ou a qualquer outro meio de propagação. Na figura 2.21, apresentam-se os resultados obtidos neste estudo.
Figura 2.21. Ganho do sinal recebido para os dois casos [27]. A partir do gráfico é possível listar (de grosso modo) os seguintes valores:
Distância Atenuação (ar) Atenuação (corpo)
5 cm ~ 40 dB ~ 13 dB
20 cm ~ 50 dB ~ 15 dB
35 cm ~ 50 dB ~ 22 dB
50 cm ~ 57 dB -
Tabela 2.4. Atenuação do sinal recebido para as diferentes distâncias.
Como se pode observar pela figura 2.21 e pela tabela 2.4, a atenuação do sinal recebido é bastante maior no caso em que o canal de transmissão é o ar. Além disso, verifica-se que neste caso o sinal sofre considerável atenuação logo nos primeiros 5 cm de distância entre os electro- dos. Estes resultados vêm assim comprovar o curto alcance da tecnologia BCC quando o meio de propagação é o ar, garantindo por isso maior segurança e reduzida interferência, como já se referiu anteriormente.
Como nota final, conclui-se que a comunicação em BCC está praticamente confinada ao corpo humano desde que durante a implementação do sistema BCC se escolha correctamente a frequência portadora.