移动医疗的宽频/多频植入式天线研究
发布时间：2021-07-06 09:18
随着人口老龄化和医疗资源不平衡等社会问题日益严峻,移动医疗技术受到了广泛的关注。植入式医疗设备在移动医疗系统中主要用于感知人体生理信息。相比于传统的有线连接或线圈耦合方式,植入式天线可以将植入式医疗设备检测的生理信息无线发送到人体外部的接收机,方便医生诊断。由于人体由许多具有复杂电磁特性的组织形成且因人而异,加上植入式医疗设备内部的电子元器件、植入手术误差和加工误差等因素的影响,导致植入式天线可能在所需频段内产生阻抗失配。而宽频特性能使植入式天线在复杂电磁环境中具有较好的鲁棒性。此外,多频天线使植入式医疗设备能够实现多种功能。因此,对宽频/多频植入式天线的研究具有重要的应用价值。本论文由国家自然科学基金（No.61372008）、广东省科技计划（No.2014A010103014,No.2015B010101006）等项目资助,主要研究应用于移动医疗的宽频/多频植入式天线。本课题主要研究内容有:（1）工作在MICS频段的宽频植入式平面倒F天线（PIFA）:考虑到电磁波在低频段具有较低的传输损耗,且宽带天线能够提升系统的鲁棒性,我们设计了一款工作在医疗与植入式通信服务（MICS）频段的宽...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）天线实物图（b）测试场景
第四章多功能的三频宽带植入式PIFA天线53SAR47.5W/KgSAR46.9W/KgSAR37.1W/Kg（a）（b）（c）图4-13天线的10g平均SAR值分布（a）@0.403GHz（b）@0.915GHz（c）@2.45GHz4.5天线实测结果与分析图4-14给出了该三频植入式天线的实物图和测试场景。图4-15给出了天线在HFSS和CST的仿真结果与实测结果的比较。可以看出天线实测的相对带宽分别为18.4%（375–451MHz）、18.5%（900–1084MHz）和31.2%（2071–2837MHz），均覆盖所需频段。相比于仿真结果，天线的实测结果在低频段和高频段基本吻合，但在中间频段均往高频偏移。天线在中间频段处的阻抗带宽变宽，其原因为加工误差导致天线上下层介质基板之间的空气层较厚，使得该频段两个相邻谐振点的阻抗匹配变好，且相互靠近，从而使带宽变宽；天线在高频段出现较多的谐振点，其原因为高频段的波长较短，且同轴馈电所处的可焊接区域较少，导致天线性能对焊接工艺和SMA的影响较为敏感。（a）（b）图4-14（a）天线实物图（b）测试场景
第五章带有完整地板的三频宽带植入式环形PIFA天线65表5-2天线的SAR值评估表Frequency[GHz]Maximum10-gSAR[W/Kg]Maximuminputpower[mW]IEEEC95.1-2005standardEIRPrestrictionintheMICSband0.40344.844.66610.91539.151.2–1.438.951.4–（a）（b）图5-13（a）天线实物图（b）测试场景5.5天线实测结果与分析图5-13给出了该天线的实物加工图和测试场景。图5-14给出了该天线仿真与实测结果的性能比较。从图中可以看出，该天线在低频段的回波损耗远大于10dB，这主要是由于在天线加工的过程，实际介质基板的尺寸相对于仿真使用的介质基板有所增大，导致了天线在低频段的电流分布受到影响，从而产生阻抗失配现象。在后续工作中，我们可以重新加工该天线，并测试其性能。天线在中间频段的仿真与实测结果基本吻合，而天线在高频段朝高频偏移，这主要是由于猪肉模型与三层人体仿真模型的电特性可能存在较大差异，且加工因素、焊接工艺、SMA和同轴线等均会对天线性能产生影响。此外，从图5-14中可以看出，天线在ISM频段和WMTS频段的10dB阻抗带宽分别为6.8%（872–933MHz）和14.3%（1378–1600MHz），均覆盖所需频段。
【参考文献】：
博士论文
[1]应用于生物医学的新型植入天线研究[D]. 许丽洁.南京理工大学 2015
硕士论文
[1]金属边界下的终端MIMO天线[D]. 张力维.电子科技大学 2018
[2]小型化宽频带平面倒F天线的研究与设计[D]. 王跃.华中师范大学 2013
本文编号：3267972
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）天线实物图（b）测试场景
第四章多功能的三频宽带植入式PIFA天线53SAR47.5W/KgSAR46.9W/KgSAR37.1W/Kg（a）（b）（c）图4-13天线的10g平均SAR值分布（a）@0.403GHz（b）@0.915GHz（c）@2.45GHz4.5天线实测结果与分析图4-14给出了该三频植入式天线的实物图和测试场景。图4-15给出了天线在HFSS和CST的仿真结果与实测结果的比较。可以看出天线实测的相对带宽分别为18.4%（375–451MHz）、18.5%（900–1084MHz）和31.2%（2071–2837MHz），均覆盖所需频段。相比于仿真结果，天线的实测结果在低频段和高频段基本吻合，但在中间频段均往高频偏移。天线在中间频段处的阻抗带宽变宽，其原因为加工误差导致天线上下层介质基板之间的空气层较厚，使得该频段两个相邻谐振点的阻抗匹配变好，且相互靠近，从而使带宽变宽；天线在高频段出现较多的谐振点，其原因为高频段的波长较短，且同轴馈电所处的可焊接区域较少，导致天线性能对焊接工艺和SMA的影响较为敏感。（a）（b）图4-14（a）天线实物图（b）测试场景
第五章带有完整地板的三频宽带植入式环形PIFA天线65表5-2天线的SAR值评估表Frequency[GHz]Maximum10-gSAR[W/Kg]Maximuminputpower[mW]IEEEC95.1-2005standardEIRPrestrictionintheMICSband0.40344.844.66610.91539.151.2–1.438.951.4–（a）（b）图5-13（a）天线实物图（b）测试场景5.5天线实测结果与分析图5-13给出了该天线的实物加工图和测试场景。图5-14给出了该天线仿真与实测结果的性能比较。从图中可以看出，该天线在低频段的回波损耗远大于10dB，这主要是由于在天线加工的过程，实际介质基板的尺寸相对于仿真使用的介质基板有所增大，导致了天线在低频段的电流分布受到影响，从而产生阻抗失配现象。在后续工作中，我们可以重新加工该天线，并测试其性能。天线在中间频段的仿真与实测结果基本吻合，而天线在高频段朝高频偏移，这主要是由于猪肉模型与三层人体仿真模型的电特性可能存在较大差异，且加工因素、焊接工艺、SMA和同轴线等均会对天线性能产生影响。此外，从图5-14中可以看出，天线在ISM频段和WMTS频段的10dB阻抗带宽分别为6.8%（872–933MHz）和14.3%（1378–1600MHz），均覆盖所需频段。
【参考文献】：
博士论文
[1]应用于生物医学的新型植入天线研究[D]. 许丽洁.南京理工大学 2015
硕士论文
[1]金属边界下的终端MIMO天线[D]. 张力维.电子科技大学 2018
[2]小型化宽频带平面倒F天线的研究与设计[D]. 王跃.华中师范大学 2013
本文编号：3267972
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