CN104638346B - 一种工作在mics频段的分形可植入式天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工作在MICS频段的分形可植入式天线，植入到人体的肌肉层，包括天线辐射单元、差分馈电铜柱、介质基板及地板，所述天线辐射单元位于介质基板的上表面，地板位于介质基板的下表面，所述差分馈电铜柱具体为2个，安装在天线辐射单元上，并穿过介质基板连接差分信号馈线。采用分形技术来增加电流路径从而使得天线能够在MICS频段实现小型化，同时具有宽的频带，此外在MICS频段天线的差分发射系数Γdif<‑20dB。
Description
技术领域
本发明涉及生物医疗领域，具体涉及一种工作在MICS频段的分形可植入式天线。
背景技术
目前植入式医疗设备已经被用于实时监控病人生理生化特征，改善生活质量。这些正在使用的植入式医疗设备包括心脏起搏器，迷走神经刺激器，人工耳蜗，人工视网膜等。在如此众多的植入式医疗设备中可植入式的天线是其不可或缺的部分，它起着为人体内的植入式生物医疗设备与体外的基站之间进行无线数据传输的重要作用。由于植入式天线需要植入到人体内因此需要采用生物相容材料来隔离天线与生物组织以防止人体对天线产生排异反应同时也防止体液对天线的腐蚀。在生物医疗方面的植入式天线通常采用的频段是医疗植入通信系统(Medical Implant Communication System,MICS)频段，该频段是欧洲电信标准协会(European Telecommunications Standards Institute,ETSI)规定的可用于人体无线通信的频段。然而由于MICS频段的电磁波的波长较长，因此需要采用小型化技术来缩小天线的尺寸，如采用高介电常数的基板，采用堆叠式的结构，采用弯折天线等。其次植入式医疗设备中采用的微芯片射频系统中普遍采用差分电路来处理信号，因此采用差分馈电技术的天线便于系统接口，从而省去了增加平衡非平衡转换器(巴伦)而带来的损耗。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种工作在MICS频段的分形可植入式天线。
本发明采用如下技术方案：
一种工作在MICS频段的分形可植入式天线，植入到人体的肌肉层，包括天线辐射单元、差分馈电铜柱、介质基板及地板，所述天线辐射单元位于介质基板的上表面，地板位于介质基板的下表面，所述差分馈电铜柱具体为2个，并且关于天线辐射单元的垂直中线对称，安装在天线辐射单元上，并穿过介质基板连接差分信号馈线。
所述天线辐射单元由4阶希尔伯特曲线构成。
所述天线辐射单元为正方形，边长为9.3mm,所述希尔伯特曲线的线宽为0.3mm，单个基本单元的宽度为0.9mm。
所述差分馈电铜柱的直径为0.7mm。
所述差分馈电铜柱距离天线辐射单元顶端为2.5mm，距离天线辐射单元的左右边缘距离为1.3mm。
本发明的有益效果：
采用分形技术来增加天线辐射单元电流路径从而使得天线能够在MICS频段实现小型化，同时具有较宽的频带，此外在MICS频段差分发射系数Γdif<-20dB。使用差分馈电技术来使得天线能够更好的连接可植入式医疗设备的射频集成电路。采用高介电常数的介质材料能减小电磁波的波长，进而实现天线的小型化。采用生物相容材料来隔离天线与生物组织，避免人体对天线产生排异反应以及活性生物组织对天线的腐蚀。
附图说明
图1是本发明一种差分馈电的工作在MICS频段的分形可植入式天线的结构图；
图2是本发明本实施例一种差分馈电的工作在MICS频段的分形可植入式天线的参数图；
图3是本发明一种差分馈电的工作在MICS频段的分形可植入式天线的差分反射系数曲线图；
图4是本发明一种差分馈电的工作在MICS频段的分形可植入式天线的在403MHz的方向图；
图5是一种差分馈电的工作在MICS频段的分形可植入式天线工作环境示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1、2所示，一种工作在MICS频段的分形可植入式天线，包括天线辐射单元1、差分馈电铜柱2A-2B、介质基板3及地板4，所述天线辐射单元1位于介质基板3的上表面，地板4位于介质基板3的下表面，所述差分馈电铜柱具体为2个，对称安装在天线辐射单元1上，关于天线辐射单元的垂直中线对称，并穿过介质基板3连接差分信号馈线，差分信号馈线由两铜柱馈入天线获得，所述地板4位于介质基板的下表面，并开有圆形孔使差分信号线接入到差分馈电铜柱。还包括生物相容材料薄膜，所述该薄膜覆盖整个天线的表面，厚度为20μm，整个天线可植入到人体的肌肉层。
所述天线辐射单元1是由4阶希尔伯特曲线构成，整个天线为正方形边长L为9.3mm。所述希尔伯特曲线天线辐射单元线宽w为0.3mm，单个基本单元的宽度w1为0.9mm。天线在整个MICS频段(402-405MHz)内差分反射系数都小于-20dB，天线带宽为372-449MHz。并且具有较好的辐射特性。
所述介质基板3为正方形的Rogers RO3210介质基板，其边长L为9.3mm，厚度h为0.635mm，相对介电常数εr为10.2，损耗角正切tanδ为0.003。
所述差分馈电铜柱2A-2B的直径d为0.7mm，铜柱与天线边缘的距离分别为d1为1.3mm，d2为2.5mm。
所述生物相容材料薄膜为Parylene-C，其相对介电常数εr为2.95，损耗角正切tanδ为0.013。
如图5所示，三层人体组织从上到下分别是皮肤、脂肪、肌肉，各组织在频率为403MHz时的相对介电常数εr和导电率σ以及密度ρ已在图中分别给出。天线的工作环境为植入到人体的肌肉层，其植入深度dp的变化对天线性能影响不大。
如图3所示，天线在不同植入深度的差分反射系数在MICS频段内都小于-20dB，天线都能覆盖的频率范围为372-449MHz。
如图4所示，天线在XOZ平面，YOZ平面的辐射方向图都具有很好的向外辐射特性。
该天线具有小型化的特点。采用分形技术来增加天线辐射单元电流路径从而使得天线能够在MICS频段实现小型化，同时具有宽的带宽，此外在MICS频段差分发射系数Γdif<-20dB。使用差分馈电技术来使得天线能够更好的连接可植入式医疗设备的射频集成电路。采用高介电常数的介质材料能减小电磁波的波长也能实现天线的小型化。采用生物相容材料来隔离天线与生物组织，避免人体对天线产生排斥反应以及人体环境对天线的腐蚀。所以能够适用于植入式医疗设备。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种工作在MICS频段的分形可植入式天线，植入到人体的肌肉层，其特征在于，包括天线辐射单元、差分馈电铜柱、介质基板及地板，所述天线辐射单元位于介质基板的上表面，地板位于介质基板的下表面，所述差分馈电铜柱具体为2个，并且关于天线辐射单元的垂直中线对称，安装在天线辐射单元上，并穿过介质基板连接差分信号馈线；
所述天线辐射单元由4阶希尔伯特曲线构成；
所述天线辐射单元为正方形，边长为9.3mm,所述希尔伯特曲线的线宽为0.3mm，单个基本单元的宽度为0.9mm；
所述差分馈电铜柱的直径为0.7mm。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述差分馈电铜柱距离天线辐射单元顶端为2.5mm，距离天线辐射单元的左右边缘距离为1.3mm。
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