Desain Antena Array Mikrostrip untuk Sistem Pemantauan Tanda Vital Berbasis Radar 24 GHz
Pemantauan tanda vital non-kontak menggunakan teknologi radar menjadi semakin penting dalam perawatan kesehatan modern, karena memungkinkan pengukuran fisiologis secara terus-menerus tanpa kontak langsung dengan kulit, sehingga meminimalkan ketidaknyamanan pasien dan risiko infeksi. Untuk memenuhi kebutuhan ini, penelitian ini memaparkan desain dan analisis array antena microstrip 24 GHz yang dikembangkan untuk sistem pemantauan tanda vital berbasis radar. Konfigurasi array yang terdiri dari satu hingga lima elemen patch bulat dianalisis untuk mengoptimalkan koefisien refleksi, arah pancaran, dan karakteristik radiasi, dengan tujuan mencapai sensitivitas tinggi, kompak, dan aman untuk aplikasi radar biomedis. Hasil simulasi menunjukkan bahwa array empat elemen mencapai kinerja optimal, dengan koefisien refleksi −39,27 dB, directivity 5,29 dBi, dan lebar pita 1,35 GHz pada 24 GHz. Untuk mengevaluasi keamanan elektromagnetik, analisis Absorption Rate (SAR) menggunakan model tiga lapisan jaringan manusia (kulit, lemak, dan otot) menghasilkan nilai 0,159 W/kg (1 g) dan 0,022 W/kg (10 g), keduanya berada dalam batas aman ICNIRP dan FCC. Selain itu, simulasi pembengkokan dengan jari-jari lengkung 10 mm, 20 mm, 30 mm, dan 40 mm menunjukkan kesesuaian impedansi yang stabil dan variasi frekuensi minimal, menunjukkan fleksibilitas mekanis yang tinggi. Secara keseluruhan, antena yang diusulkan menunjukkan gain tinggi, kinerja andal, dan sesuai dengan standar keamanan, menjadikannya cocok untuk diintegrasikan ke dalam perangkat medis berbasis radar portabel untuk pemantauan terus-menerus dan tanpa kontak terhadap detak jantung dan pernapasan.
Non-contact vital sign monitoring using radar technology has become increasingly important in modern healthcare, as it enables continuous physiological measurements without direct contact with the skin, minimizing patient discomfort and the risk of infection. To address this need, this study presents the design and analysis of a 24 GHz microstrip antenna array developed for a radar based vital sign monitoring system. Array configurations consisting of one to five circular patch elements were analyzed to optimize the reflection coefficient, directivity, and radiation characteristics, with the aim of achieving high sensitivity, compactness, and safety for biomedical radar applications. Simulation results show that the four-element array achieves optimal performance, with a reflection coefficient of −39.27 dB, directivity of 5.29 dBi, and a bandwidth of 1.35 GHz at 24 GHz. To evaluate electromagnetic safety, Specific Absorption Rate (SAR) analysis using a three-layer human tissue model (skin, fat, and muscle) resulted in values of 0.159 W/kg (1 g) and 0.022 W/kg (10 g), both within ICNIRP and FCC limits. Additionally, bending simulations with a radius of curve at 10 mm, 20 mm, 30 mm and 40 mm showed stable impedance matching and minimal frequency variation, demonstrating high mechanical flexibility. On the whole, the proposed antenna exhibits high gain, reliable performance, and safety compliance, making it suitable for integration into portable radar-based medical devices for continuous, contactless monitoring of heart rate and respiration.