用于移动医疗的植入式人体天线研究

发布时间：2017-08-30 18:38

  本文关键词：用于移动医疗的植入式人体天线研究

  更多相关文章： 植入式天线 移动医疗 小型化天线 圆极化 比吸收率 链路预算

【摘要】：随着经济的发展和人们健康意识的提高,移动医疗技术逐渐受到社会的广泛关注。移动医疗技术的发展促使植入式医疗设备出现。通过植入式医疗设备不仅能够让医务工作者实时测量、获取生命体的生理信息,为疾病预防、诊断与治疗提供信息帮助,同时也能够为患者提供更加舒适的治疗服务。为了能够在体外获得体内植入式医疗设备所采集到的生理信息或者在体外发送治疗信号给体内植入式医疗设备,需要体内外两种不同的设备之间能够进行可靠地无线通信。而天线作为植入式医疗设备与体外设备进行无线通信的关键器件,影响着生物医学信号的传输,性能优良的植入式天线将提升整个移动医疗系统的安全性和可靠性。因此,对植入式天线的研究具有重要的价值和意义。本论文由国家自然科学基金(61372008)、广东省科技计划项目(2014A010103014,2015B010101006)等项目的资助,研究了应用于生物医疗设备无线通信的植入式天线。主要工作内容有:1)采用高介电常数的材料作为介质基板和堆叠式平面倒F天线结构缩小天线尺寸,设计了一款工作于医用植入式通信服务(MICS)频段(402 MHz~405 MHz)的微型植入式天线。通过参数优化后,天线结构紧凑,尺寸仅为80.75 mm3。天线的阻抗带宽为391 MHz~417 MHz(6.5%),覆盖了所需的MICS频段。在实现小型化的同时,保持-38.6dBi的天线远场增益,保证了天线工作的可靠性。考虑到植入式天线辐射对人体健康的影响,同时评估了该天线的SAR值。2)在进一步缩小天线尺寸的基础上,考虑到人体组织介电常数等电磁参数会随个体不同和环境变化,为了提高天线的鲁棒性,通过增加谐振点展宽天线阻抗带宽的方式,设计了一款工作于MICS频段的宽频植入式天线。天线的阻抗带宽达到360 MHz~550MHz(47%)。为了验证天线具有的高稳定性,基于所设计的天线,分析了天线在不同植入情况下的性能变化。3)在分析了圆极化植入式天线在体内外通信具有的特殊优势情况下,设计了一款工作于工业、科学和医疗(ISM)频段(2.4 GHz~2.48 GHz)的圆极化植入式天线。天线通过在辐射贴片的四周蚀刻了四个C形槽和在辐射贴片中间加载一个圆形的互补开口环谐振器的方式实现天线小型化,天线的尺寸为8.5×8.5×1.27 mm3。同时,通过调节开口环谐振器的开口大小和位置实现天线的圆极化特性。对所设计天线,我们详细讨论了生物兼容方案对天线性能的影响并对其通信链路进行了分析。最后对天线进行了实物制备,实际测量结果和数值仿真结果吻合,验证了理论设计的准确性。
【关键词】：植入式天线 移动医疗 小型化天线 圆极化 比吸收率 链路预算
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN828;R-05
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-23
• 1.2.1 国外研究现状13-21
• 1.2.2 国内研究现状21-23
• 1.3 本文主要工作及内容安排23-25
• 第二章 天线理论与植入式天线设计25-40
• 2.1 引言25
• 2.2 天线理论25-30
• 2.2.1 天线概述25
• 2.2.2 天线基本参数25-28
• 2.2.3 电磁波在有耗媒质中的传播特性28-30
• 2.3 植入式天线设计30-39
• 2.3.1 植入式天线的设计要素30-34
• 2.3.2 人体仿真模型的建立34-38
• 2.3.3 植入式天线的测量方法38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 新型的堆叠式平面倒F天线40-51
• 3.1 引言40
• 3.2 平面倒F天线简介40-42
• 3.3 新型的堆叠式平面倒F天线42-43
• 3.4 天线参数分析43-46
• 3.5 天线性能评估与分析46-50
• 3.5.1 三维解剖像素模型性能评估46-48
• 3.5.2 天线性能分析与讨论48-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 宽频植入式天线51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 宽频植入式天线51-52
• 4.3 天线原理分析52-54
• 4.4 天线参数分析54-55
• 4.5 天线性能评估与分析55-62
• 4.5.1 三维解剖像素模型性能评估55-58
• 4.5.2 天线性能分析与讨论58-60
• 4.5.3 通信距离评估60-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 加载互补开口环谐振器的小型圆极化天线63-81
• 5.1 引言63
• 5.2 互补开口环谐振器63-65
• 5.3 加载互补开口环谐振器的小型圆极化天线65-68
• 5.4 天线原理分析68-70
• 5.5 天线参数分析70-72
• 5.6 实测结果与分析72-74
• 5.7 天线性能评估与分析74-79
• 5.7.1 三维解剖像素模型性能分析74-75
• 5.7.2 天线性能分析与讨论75-78
• 5.7.3 通信距离评估78-79
• 5.8 本章小结79-81
• 总结与展望81-83
• 参考文献83-89
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果89-90
• 致谢90-91
• Ⅳ-2答辩委员会对论文的评定意见91

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本文编号：760956