CN107171068A - 一种小型双频植入式医用柔性天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型双频植入式医用柔性天线，该天线工作在ISM频段中的科学研究频段和医疗频段中，工作范围在2.350‑2.550GHz和5.520‑5.900GHz。该天线由辐射贴片、矩形槽、短路探针、同轴馈线、接地平面、介质基板和覆盖层组成，短路探针将辐射贴片和接地平面相连；同时同轴馈线也连接辐射贴片和接地平面，介质基板和覆盖层均采用介电常数为4的聚酰亚胺柔性材料。辐射贴片上开有三个矩形槽，其中一边缘的中心位置开一个矩形槽，并且在相邻的两个边缘各开了一个相互对称的矩形槽。本发明双频天线的结构简单，易于加工，通带匹配特性良好。

Description

一种小型双频植入式医用柔性天线
技术领域
本发明属于天线领域，尤其涉及一种小型双频植入式医用柔性天线。
背景技术
当前，不断加剧的人口老龄化问题已成为包括中国在内的世界各国共同面临的难题，老龄化的进程必将伴随着医疗保健服务业的需求增长，对高质量的医疗保健需求庞大，无线生物医疗由于其使用便利成为了当前及未来医疗发展的主要趋势。无线数据遥测与能量传输在无线医疗设备的设计开发及其个人医疗保健方面具有十分广阔的应用市场，是未来生物医疗发展的必然趋势。从目前的研究来看，研发高精确、稳定可靠的无线生物医疗设备仍然面临很大的挑战。
1999年美国联邦通信委员会开放了植入式医疗服务频段（简称MICS）,其频率范围为402-405MHz，专门用于2米范围内的植入式医疗装置通信，通信速率可达250kbit/s。我国也于2007年将402-405MHz发布为生物医学遥测专用频段。目前针对植入式医疗装置的特高频通信技术主要针对MICS频段展开研究，同时也经常涉及工业、科学和医疗频段（简称ISM）的433.1-434.8MHz、868-868.6MHz、2.40-2.483GHz和5.725-5.850GHz和超宽带频率3.1-10.6GHz。
植入式天线工作频率中ISM频段较为常见，相比于MICS和WMTS，其可利用频带宽，有较高的无线信道容量，因此不少国家将2.45GHz和5.8GHz的ISM频段用于生物遥测。例如Xu. Li-Jie等人发表的《Dual-Band Implantable Antenna With Open-End Slots onGround》文章中采用平面倒F结构的天线，设计了双频植入式天线，但天线水平尺寸较大，为19mm×19.4mm×1.27mm；李明玖等人在2017年《电子元件与材料》上发表的《一种新型三频段植入式天线的设计》中采用多层平面倒F结构实现多频，但层数多达三层，既增加厚度也提高加工难度。因此设计出一种结构简单的小型化多频植入式天线具有较为现实的意义。
发明内容
本发明涉及一种小型双频植入式医用柔性天线，结构简单，尺寸较小，易于加工。通过同轴馈线进行馈电，采用加载短路探针和开矩形槽的方式实现双频工作。介质基板和覆盖层则采用介电常数为4的聚酰亚胺柔性材料，使得天线实现小型化。
本发明采用如下技术方案：
本发明一种小型双频植入式医用柔性天线包括辐射贴片，矩形槽，短路探针，同轴馈线，接地平面，介质基板和覆盖层，其特征是：所述的辐射贴片整体为正方形，在其中一边缘的中心位置开一个矩形槽，并且在相邻的两个边缘各开了一个相互对称的矩形槽。短路探针的连接点靠近辐射贴片表面的左边缘，同轴馈线的馈电点位于辐射贴片表面的中下方。所述的辐射贴片与接地平面相平行，短路探针将辐射贴片和接地平面相连。同时同轴馈线也连接辐射贴片和接地平面。所述的介质基板填充于辐射贴片与接地板之间，而覆盖层位于辐射贴片的上方。介质基板和覆盖层均采用介电常数为4的聚酰亚胺柔性材料。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：
1、结构简单：本发明结构简单，尺寸较小，易于加工；
2、频段可调：本发明通过调整短路探针的位置或调节各个槽的长宽，可以调节天线在不同频段下的谐振。
附图说明
图1是本发明一种小型双频植入式医用柔性天线的俯视图。
图2是本发明一种小型双频植入式医用柔性天线的侧视图。
图3是本发明一种小型双频植入式医用柔性天线在2.45GHz皮肤电特性下的回波损耗曲线图。
图4是本发明一种小型双频植入式医用柔性天线在5.8GHz皮肤电特性下的回波损耗曲线图。
图5是本发明一种小型双频植入式医用柔性天线在2.45GHz皮肤电特性下的方向图。
图6是本发明一种小型双频植入式医用柔性天线在5.8GHz皮肤电特性下的方向图。
具体实施方案
下面结合实例及附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明设计的小型双频植入式医用柔性天线，包括辐射贴片101，矩形槽102、103、104，短路探针201，同轴馈线301，接地平面401，介质基板501和覆盖层601。辐射贴片101是本身是边长为11mm的正方形，在其中一边缘的中心位置开了长宽尺寸为2mm×1mm的矩形槽102。并且在相邻的两个边缘上各开了一个互相对称的矩形槽103、104，长宽尺寸均为2mm×1mm。短路探针201的连接点靠近辐射贴片101表面的左边缘，同轴馈线301的馈电点位于辐射贴片101表面的中下方。本发明可以通过改变短路探针201的位置或三个矩形槽的尺寸来使其工作在其他频段。
如图2所示，辐射贴片101与接地平面401相平行，短路探针201将辐射贴片101和接地平面401相连，短路探针201长度为1mm，半径为0.6mm。同时同轴馈线301也连接辐射贴片101和接地平面401，同轴馈线301长度为1mm，半径为0.6mm。接地平面401长宽尺寸是15mm×15mm，在辐射贴片101和接地平面401之间为介质基板501，其材料为聚酰亚胺，介电常数为4。辐射贴片101的正上方为覆盖层601，采用的也是聚酰亚胺柔性材料。介质基板501和覆盖层601长宽高尺寸均为15mm×15mm×1mm。
如图3所示，是本实例在2.45GHz皮肤电特性下的回波损耗曲线图。本发明是植入人体皮肤，用来检测人体机能和病症的，人体皮肤在2.45GHz的工作频点下的介电常数为38.0,、电导率为1.464。从图中可以看出在2.45GHz频点下天线工作在2.350-2.550GHz频段内，回波损耗值达到-27.6dB。
如图4所示，是本实例在5.8GHz皮肤电特性下的回波损耗曲线图。人体皮肤在5.8GHz的工作频点下的介电常数为35.11、电导率为3.717。从图中可以看出在5.8GHz频点下天线工作在5.520-5.900GHz频段内，回波损耗值达到-28.19dB。
如图5、6分别是本实例在2.45GHz和5.8GHz时该天线的方向图，从图中可以看出本实例在整个频段内具有较好的方向性，满足设计要求。
上述实例为本发明较佳的实施方式，另外在本实例的基础上，改变辐射单元、同轴馈线的位置和接地平面的大小和尺寸，都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种小型双频植入式医用柔性天线，其结构由辐射贴片，矩形槽，短路探针，同轴馈线，接地平面，介质基板和覆盖层组成，其特征在于：
所述的辐射贴片整体为正方形，在其中一边缘的中心位置开一个矩形槽，并且在相邻的两个边缘各开了一个相互对称的矩形槽；短路探针的连接点靠近辐射贴片表面的左边缘，同轴馈线的馈电点位于辐射贴片表面的中下方；所述的辐射贴片与接地平面相平行，短路探针将辐射贴片和接地平面相连；同时同轴馈线也连接辐射贴片和接地平面；所述的介质基板位于辐射贴片与接地板之间，而覆盖层位于辐射贴片的上方；介质基板和覆盖层均采用聚酰亚胺柔性材料。
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