CN105932412A - 一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线，包括胶囊，在胶囊内腔的左、右端形成半球状的圆顶空间，在胶囊内腔依次放有顶层介质基板、中间介质基板及底层介质基板，所述底层介质基板包含的空间形成可填充电子器件的空间，所述顶层介质基板的上表面印制天线辐射单元，所述底层介质基板的下表面印制金属地板。本发明具有小型化、易集成、低剖面、高增益、抗干扰、可工作在双频模式下以节省功耗、生物相容性等优点，适用于生物医学领域。

Description

一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线
技术领域
本发明涉及远程医疗领域，具体涉及一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线。
背景技术
随着人们生活水平的提高，医疗救治以及健康监护等问题受到了越来越多的关注。在医学诊断和远程监护中，植入式天线成为了数据传输系统核心部件之一，天线性能的好坏将直接影响整个医疗过程的实施和诊断的准确性。由于植入式天线工作环境的复杂性，天线设计需要考虑许多因素，比如人体组织的有耗色散特性、植入部位空间受限、生物相容性、电磁辐射安全性以及天线辐射对人体的温度变化等。植入式胶囊天线在医疗领域有着重要的应用前景，其胶囊天线对系统的灵敏度和稳定性起了关键性的作用。设计一款适合人体植入，又能获得较好性能的植入式胶囊天线，显得尤为重要。
目前植入人体的胶囊天线技术中，大多数设计为螺旋天线或表面共形偶极子天线，表现出了体积大，设计复杂等缺点，诸多不足使得目前的胶囊天线难以应对植入人体内部复杂多变的应用环境要求。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供小尺寸、设计方法简单、具有抗电磁干扰性能的一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线。
本发明采用如下技术方案：
一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线，包括胶囊、在胶囊内腔的左、右端形成半球状的圆顶空间、在胶囊内腔依次放有顶层介质基板、中间介质基板及底层介质基板，所述底层介质基板包含的空间形成可填充电子器件的空间，所述顶层介质基板的上表面印制天线辐射单元，所述底层介质基板的下表面印制金属地板。
所述金属地板为矩形。
所述顶层介质基板及底层介质基板由柔性材料制成。
所述天线辐射单元进行弯曲并共形到所述顶层介质基板的上表面，所述金属地板进行弯曲并共形到所述底层介质基板的下表面。
所述顶层介质基板、中层介质基板及底层介质基板在胶囊内腔的形状为圆柱体状，其圆柱体的两个面与圆顶空间的底面连接。
所述顶层介质基板采用柔性材料Polyimide,其相对介电常数为3.5，电损耗角正切为0.0035，厚度为0.1mm；所述中层介质基板采用低介电常数材料Parylence-C，其相对介电常数为2.96，电损耗角正切为0.0035，厚度为0.4mm；所述底层柔性介质基板采用柔性材料Polyimide,其相对介电常数为3.5，电损耗角正切为0.0035，厚度为0.1mm。
还包括生物相容薄膜结构，所述生物相容薄膜结构由包裹整个胶囊天线的薄层介质构成，所述镀膜结构的厚度为0.02mm。
所述天线辐射单元具体为双频圆极化天线。
本发明的有益效果：
(1)本发明具有小型化、设计方法简单、具有抗电磁干扰性能的特点，并且用于生物医学遥测的植入式胶囊天线；
(2)本发明通过对传统的介质基板进行分层设计，使得共形天线的安装更加灵活，天线设计更加简便，能同时解决目前天线植入人体所面对的多种问题，改变了现有植入人体胶囊天线设计方法过于单一的现状。
附图说明
图1(a)是本发明一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线的主视图；
图1(b)是本发明一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线的侧视图；
图2是本发明本实施例一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线上表面辐射单元的参数图；
图3是本发明本实施例一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线在中心频率为915MHz时单层人体皮肤组织模型中的S参数和轴比曲线；
图4是本发明本实施例一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线在中心频率为2450MHz时单层人体皮肤组织模型中的S参数和轴比曲线；
图5是本发明本实施例一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线在中心频率为915MHz时单层人体皮肤组织模型中的增益方向图；
图6是本发明本实施例一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线在中心频率为2045MHz时单层人体皮肤组织模型中的增益方向图。
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(a)及图1(b)所示，一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线，包括胶囊1、当胶囊横向放置时，在胶囊内腔的左、右端形成半球状的圆顶空间2、在胶囊内腔沿着纵向方向依次放有顶层介质基板4、中间介质基板5及底层介质基板6，所述底层介质基板包含的空间形成可填充电子器件的空间3，所述顶层介质基板4的上表面印制天线辐射单元，所述底层介质基板的下表面印制金属地板。
所述顶层介质基板的上表面印制天线辐射单元，所述底层介质基板的下表面印制金属地板。
所述天线辐射单元采用现有的平面结构形式的植入式双频圆极化天线，结构如图2所示。
所述金属地板为矩形，印制在所述底层柔性基板的下表面。
所述天线辐射单元进行了弯曲并共形到所述顶层柔性基板的上表面，所述金属地板进行了弯曲并共形到所述底层柔性基板的下表面。
所述顶层介质基板、中层介质基板及底层介质基板在胶囊内腔的形状为圆柱体状，顶层介质基板及底层介质基板均为柔性材料，在制作时候，首先固定中层介质基板，根据实际需要确定中层介质基板分别与顶层介质基板与底层介质基板的距离，具体是顶层介质基板内套中层介质基板，中层介质基板内套底层介质基板，三个基板的两端分别与圆顶空间的底面连接。
本实施例中，所述顶层介质基板采用柔性材料Polyimide,其相对介电常数为3.5，电损耗角正切为0.0035，厚度为0.1mm。所述中层介质基板采用低介电常数材料Parylence-C，其相对介电常数为2.96，电损耗角正切为0.0035，厚度为0.4mm。所述底层介质基板采用柔性材料Polyimide,其相对介电常数为3.5，电损耗角正切为0.0035，厚度为0.1mm。
本发明包括生物相容镀膜结构，所述生物相容镀膜结构由包裹着整个胶囊天线的薄膜层构成，所述薄膜层采用氧化铝(alumina)材料，其相对介电常数为9.2，电损耗角正切为0.008，厚度为0.2mm，使得天线具有与人体辐射匹配、生物相容性，并对人体组织具有隔离和绝缘的作用。
如图3、图4、图5和图6所示，本发明采用三层介质基板，实现了将平面形式的植入式天线加以利用形成胶囊共形天线，天线结构结构和工作机制没有变化，只是尺寸需要调整，这样使得共形植入式胶囊天线设计过程更加简便和快速。本发明实现双频段覆盖，即工作于工业、科学、医学频段(ISM频段：902-928MHz和2.4-2.48GHz)，使得植入人体的天线可以工作在双模式下，其中915MHz频段用于数据传输，2.45GHz用于睡眠唤醒以节省功耗。
该天线具有小型化、易集成、低剖面、高增益、抗干扰、可工作在双频模式下以节省功耗、生物相容性等优点。
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 (7)

1.一种用于生物医学遥测的植入式胶囊天线，其特征在于，包括胶囊，在胶囊内腔的左、右端形成半球状的圆顶空间，在胶囊内腔依次放有顶层介质基板、中间介质基板及底层介质基板，所述底层介质基板包含的空间形成可填充电子器件的空间，所述顶层介质基板的上表面印制天线辐射单元，所述底层介质基板的下表面印制金属地板。
2.根据权利要求1所述的植入式胶囊天线，其特征在于，所述金属地板为矩形。
3.根据权利要求1所述的植入式胶囊天线，其特征在于，所述顶层介质基板及底层介质基板由柔性材料制成。
4.根据权利要求1所述的植入式胶囊天线，其特征在于，所述天线辐射单元进行弯曲并共形到所述顶层介质基板的上表面，所述金属地板进行弯曲并共形到所述底层介质基板的下表面。
5.根据权利要求1所述的植入式胶囊天线，其特征在于，所述顶层介质基板、中层介质基板及底层介质基板在胶囊内腔的形状为圆柱体状，其圆柱体的两个面与圆顶空间的底面连接。
6.根据权利要求1所述的植入式胶囊天线，其特征在于，还包括生物相容薄膜结构，所述生物相容薄膜结构由包裹整个胶囊天线的薄层介质构成，所述生物相容薄膜结构的厚度为0.02mm。
7.根据权利要求1所述的植入式胶囊天线，其特征在于，所述天线辐射单元具体为双频圆极化天线。
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