宽频带可植入天线的研究与设计

发布时间：2020-08-24 10:47

【摘要】：可植入医疗设备可以实现人体生理参数的实时检测,采用无线通信方式可以将植入设备采集的信息传输到体外。天线是无线可植入设备的重要部件,小型化与宽频带是天线设计的重要指标,但二者相互制约不易实现。本论文针对植入天线设计的难题,研究了医疗植入通信服务(Medical implant communication services,MICS)频段与人体局域通信(Human Body Communication,HBC)频段的天线设计方法,提出了几种新型可植入天线,主要内容如下:(1)对于MICS频段天线,基于24μm柔性衬底设计了新型天线,采用共面波导馈电使得天线具有宽频带,辐射部分采用多层弯折的带线以获得天线的小型化,天线结构左右对称,尺寸为12mm×13mm,测试的-10dB带宽为270-420MHz。在此天线结构的基础上,将天线沿着对称边切半,切半天线的尺寸缩减为12mm×7mm,测试的-10dB带宽为260-600MHz,仍然保持宽频带特性。(2)对于MICS频段天线,本文仿真分析了防水材料厚度、防水材料与空气之间的缝隙宽度、不同的人体组织等因素对天线频率特性的影响,发现天线谐振频率随着防水材料厚度而升高,而空气缝隙也会引起天线谐振频率的升高并且导致反射系数增大、天线带宽恶化,天线在不同的人体组织中S11曲线有明显变化。论文首次给出MICS频段天线在人体内部的谐振频率与在自由空间中谐振频率关系,天线从空气中放入到肌肉组织中,谐振频率往低频偏移大约700MHz。(3)对于HBC频段天线,设计了三款新型螺旋结构天线,螺旋线缠绕在半径为7mm高度为20mm的空心圆柱体外表面,内部填充磁电材料。本论文提出的天线采用多组螺旋线并且加载多个短路结构,可以激励多个谐振、覆盖宽的频带。三款天线的测试带宽分别为21-23MHz和28-31MHz、16-20MHz和27-31MHz以及38-55MHz。相比于目前发表HBC频段天线,在相同的尺寸条件下本天线的带宽更宽。(4)对于HBC频段天线,仿真了防水材料厚度、防水材料与空气之间的缝隙宽度、不同的人体组织等因素对天线频率特性的影响,发现这些因素对天线的S11影响很小。论文首次给出了HBC频段天线在在人体内部的谐振频率与在自由空间中谐振频率关系,天线从空气中放入到肌肉中,谐振频率往低频偏移,偏移量为1MHz。本论文提出的可植入天线具有体积小、频带宽、价格低、易加工等特性,在植入式医疗设备中有很好的应用的前景。本文给出的天线设计方法以及天线的性能规律可为植入天线设计提供参考。
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN822

【参考文献】