CN106486740A - 一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线 - Google Patents
一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106486740A CN106486740A CN201611070987.XA CN201611070987A CN106486740A CN 106486740 A CN106486740 A CN 106486740A CN 201611070987 A CN201611070987 A CN 201611070987A CN 106486740 A CN106486740 A CN 106486740A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wideband
- human body
- implanted human
- body antenna
- antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 7
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000560 biocompatible material Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 230000006806 disease prevention Effects 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
- H01Q1/273—Adaptation for carrying or wearing by persons or animals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/40—Radiating elements coated with or embedded in protective material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
Abstract
本发明公开了一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线，包括天线结构、同轴馈电结构及生物兼容镀膜结构，所述天线结构由辐射金属贴片、金属地板贴片、介质基板和短路探针所构成，所述辐射金属贴片和金属地板贴片分别位于介质基板的上下表面，所述的短路金属探针连接辐射贴片和金属地板贴片，所述同轴馈电结构由特征阻抗为50Ω的同轴电缆构成。本发明所设计的宽频植入式人体天线工作于医用植入式通信服务频段(MICS)，具有小型化、低剖面、宽频、高鲁棒性和生物相容等特点。
Description
技术领域
本发明属于移动医疗无线通信领域，具体涉及一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线。
背景技术
近些年来，社会人口老龄化不断加剧，亚健康状态人群不断增加等所带来的健康问题逐渐成为社会关注的重点。与此同时，伴随着社会经济的蓬勃发展和社会生活品质的不断提升，人们对医疗服务质量也有了更高的要求，这将促使社会改进和提高医疗保健服务的水平。而现代社会变迁过程中却产生医疗服务资源匮乏和分配不均等现象，医生与病人面对面式的传统诊疗模式已经不能满足社会发展的需要。为了能够突破时间和空间范围的限制，进而对医疗服务资源进行更加合理地分配和管理，提高诊断和治疗水平，同时降低医疗时间和成本，更好地为大众随时随地享受医疗保健提供服务，移动医疗技术逐渐受到现代社会的广泛关注。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。
采用天线作为无线通信器件是植入式医疗设备与体外设备实现可靠通信的一种有效的解决方式，然而植入式天线的设计与我们传统使用的天线设备不同。由于天线需要植入到人体内部，体内不同的生物组织不仅形态各异，而且电磁特性也不同，会随着频率、温度和含水量等的变化而改变。天线的位置、取向也会随着人体的运动而产生变化。这些特性共同构成了植入式天线复杂的工作环境。除了要考虑人体对天线性能的影响外，设计植入式天线时还必须考虑生物兼容性、小型化、低功耗以及安全性等因素。这些限制也加大了植入式天线的设计难度。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线。
本发明采用如下技术方案：
一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线，包括天线结构、同轴馈电结构及生物兼容镀膜结构，所述天线结构由辐射金属贴片、金属地板贴片、介质基板和短路探针构成，所述辐射金属贴片及金属地板贴片分别位于介质基板的上下表面，所述短路探针用于连接辐射金属贴片及金属地板。
所述天线结构为四角是弧状的方形结构。
所述辐射金属贴片采用微带线结构，所述微带线结构是微带线弯折构成的平面正方形结构。
所述短路探针为圆柱形结构，半径为0.5mm。
所述同轴馈电结构由由特征阻抗为50Ω的同轴电缆构成，所述同轴电缆内芯半径为0.4mm，同轴电缆内芯与辐射金属贴片连接，同轴电缆外表面与金属地板贴片连接。
所述平面正方形结构的边长为9.42mm。
所述方形结构的边长为9.5mm，厚度为0.635mm。
所述生物兼容镀膜结构由包裹整个天线的膜层构成，厚度为0.02mm。
本发明的有益效果：
(1)天线通过对微带线进行弯折延长有效辐射电流路径，减低天线的谐振频，从而缩小天线的尺寸，相对于普通的微带天线，天线尺寸更小，更有利于应用于植入式医疗设备；
(2)在微带天线的基础上，天线通过加载短路探针增加谐振点的方式扩展天线的带宽，确保天线在体内环境(如，介电常数)发生改变时仍能工作在频带范围内，从而使天线具有更好的鲁棒性；
(3)对整幅天线采用生物相容材料进行镀膜处理，避免人体的排异反应，保护人体的安全。同时镀膜的绝缘特性隔离了辐射贴片与具有导电性特性的生物组织接触，防止由此产生的短路效应；
(4)所设计的宽频植入式天线具有小型化、低剖面、宽频、高鲁棒性和生物相容等特征.
(5)所设计的天线具有很好的方向性，向着体外的方向具有最强辐射强度，同时背瓣增益较低，降低了背瓣辐射对人体的伤害：
(6)所设计方形结构的四个弧状角，避免了尖锐物体对人体内部组织的损伤。
附图说明
图1是本发明的俯视图；
图2是本发明的侧视图；
图3是本发明在三层人体组织模型上的反射系数仿真图；
图4(a)是植入式天线在水平方向上植入人体内的360°不同角度的增益大小相连曲线，图中每个虚线圆形对应着左边相应刻度的增益大小；
图4(b)是是植入式天线在竖直方向上植入人体内的360°不同角度的增益大小相连曲线。
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及图2所示，一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线，包括天线结构、同轴馈电结构及生物兼容镀膜结构，所述天线结构由辐射金属贴片1、金属地板贴片、介质基板和短路探针所构成，所述辐射金属贴片1和金属地板贴片2分别位于介质基板3的上下表面，所述的短路金属探针4连接辐射贴片1和金属地板贴片2。
天线结构具体为方形结构，其边长g为9.5mm，厚度h为0.635mm。为了避免方形结构的棱角对天线周围组织的伤害，所述方形结构的四个角设计为弧形。
所述辐射金属贴片采用微带线结构，具体为：由微带线弯折构成的平面正方形结构，边长l为9.42mm，所述短路探针为圆柱形结构，半径为0.5mm，连接辐射金属贴片和金属地板贴片。
本实施例中整个微带线的结构是按照四个“王”字图形变换连接得到，连接部位为“王”字中间一横，四个王字中右侧的上、下王字的竖线连接，左侧的上、下王字无连接，构成微带线结构整体。方形结构的弯折角度是90度，贴片四角的的圆形倒角半径是1mm，微带线的弯曲结构的相关数据如下表1所示：
表1微带线结构参数(单位：mm)
所述的介质基板采用具有高介电常数的罗杰斯高频板Rogers 3210，其相对介电常数为10.2，损耗角正切值为0.003。
所述同轴馈电结构5由特征阻抗为50Ω的同轴电缆构成，所述同轴电缆内芯半径为0.4mm，所述同轴电缆内芯通过金属过孔的方式与辐射金属贴片连接，金属外表面与金属地板贴片相连。
所述生物兼容镀膜结构由包裹在整幅天线外面的膜层构成。所述镀膜材料采用氧化铝(alumina)材料，其相对介电常数为9.2，损耗角正切值为0.008，不仅具有生物相容性，同时具有绝缘性，膜层厚度为0.02mm。
如图3和图4(a)及图4(b)所示，一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线工作于医用植入式通信服务频段(MICS：402MHz～405MHz)，天线也具有较宽的阻抗带宽。同时，所设计的天线具有很好的定向性，向着体外的方向具有最强辐射强度，背瓣增益较低，降低了背瓣辐射对人体的伤害。
本发明设计的宽频植入式人体天线具有小型化、低剖面、宽频、高鲁棒性和生物兼容等特征。
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 (9)
1.一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线，其特征在于，包括天线结构、同轴馈电结构及生物兼容镀膜结构，所述天线结构由辐射金属贴片、金属地板贴片、介质基板和短路探针构成，所述辐射金属贴片及金属地板贴片分别位于介质基板的上下表面，所述短路探针用于连接辐射金属贴片及金属地板。
2.根据权利要求1所述的宽频植入式人体天线，其特征在于，所述天线结构为四角是弧形的方形结构。
3.根据权利要求1所述的宽频植入式人体天线，其特征在于，所述辐射金属贴片采用微带线结构，所述微带线结构是微带线弯折构成的平面正方形结构。
4.根据权利要求1所述的宽频植入式人体天线，其特征在于，所述短路探针为圆柱形结构，半径为0.5mm。
5.根据权利要求1所述的宽频植入式人体天线，其特征在于，所述同轴馈电结构由特征阻抗为50Ω的同轴电缆构成，所述同轴电缆内芯半径为0.4mm，同轴电缆内芯与辐射金属贴片连接，同轴电缆外表面与金属地板贴片连接。
6.根据权利要求3所述的宽频植入式人体天线，其特征在于，所述平面正方形结构的边长为9.42mm。
7.根据权利要求2所述的宽频植入式人体天线，其特征在于，所述方形结构的边长为9.5mm，厚度为0.635mm。
8.根据权利要求1所述的宽频植入式人体天线，其特征在于，所述生物兼容镀膜结构由包裹整个天线的膜层构成，厚度为0.02mm。
9.根据权利要求3所述的宽频植入式人体天线，其特征在于，所述微带线结构由四个王字形微带线变形得到，相邻的两个王字的中间一横相连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611070987.XA CN106486740A (zh) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | 一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611070987.XA CN106486740A (zh) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | 一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106486740A true CN106486740A (zh) | 2017-03-08 |
Family
ID=58274325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611070987.XA Pending CN106486740A (zh) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | 一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106486740A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107394386A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-11-24 | 安徽大学 | 一种用于人体内植入设备的充电发射天线 |
| CN109244661A (zh) * | 2018-11-10 | 2019-01-18 | 苏州大学 | 一种小型圆极化植入式射频识别天线 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140132471A1 (en) * | 2011-09-26 | 2014-05-15 | Fujikura Ltd. | Antenna device and antenna mounting method |
| CN104577315A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-04-29 | 华南理工大学 | 一种应用于人体可植入设备的新型堆叠式平面倒f天线 |
| CN104638346A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-05-20 | 华南理工大学 | 一种工作在mics频段的分形可植入式天线 |
| CN105024155A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-11-04 | 华南理工大学 | 一种应用于生物医学遥测的加载互补开口环的圆极化天线 |
| CN206225534U (zh) * | 2016-11-29 | 2017-06-06 | 华南理工大学 | 一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线 |
-
2016
- 2016-11-29 CN CN201611070987.XA patent/CN106486740A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140132471A1 (en) * | 2011-09-26 | 2014-05-15 | Fujikura Ltd. | Antenna device and antenna mounting method |
| CN104577315A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-04-29 | 华南理工大学 | 一种应用于人体可植入设备的新型堆叠式平面倒f天线 |
| CN104638346A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-05-20 | 华南理工大学 | 一种工作在mics频段的分形可植入式天线 |
| CN105024155A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-11-04 | 华南理工大学 | 一种应用于生物医学遥测的加载互补开口环的圆极化天线 |
| CN206225534U (zh) * | 2016-11-29 | 2017-06-06 | 华南理工大学 | 一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107394386A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-11-24 | 安徽大学 | 一种用于人体内植入设备的充电发射天线 |
| CN109244661A (zh) * | 2018-11-10 | 2019-01-18 | 苏州大学 | 一种小型圆极化植入式射频识别天线 |
| CN109244661B (zh) * | 2018-11-10 | 2024-04-09 | 苏州大学 | 一种小型圆极化植入式射频识别天线 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Malik et al. | Implantable antennas for bio-medical applications | |
| Liu et al. | A review of implantable antennas for wireless biomedical devices | |
| CN105024155B (zh) | 一种应用于生物医学遥测的加载互补开口环的圆极化天线 | |
| Chu et al. | Antenna-in-package design and robust test for the link between wireless ingestible capsule and smart phone | |
| Patil et al. | A review on antennas for biomedical implants used for IoT based health care | |
| Liu et al. | Design of conformal spiral dual-band antenna for wireless capsule system | |
| CN104638346B (zh) | 一种工作在mics频段的分形可植入式天线 | |
| CN206225534U (zh) | 一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线 | |
| CN106486740A (zh) | 一种应用于移动医疗的宽频植入式人体天线 | |
| CN204834859U (zh) | 一种应用于生物医学遥测的加载互补开口环的圆极化天线 | |
| Poshtgol et al. | MIMO antennas for capsule endoscope systems | |
| CN104577315A (zh) | 一种应用于人体可植入设备的新型堆叠式平面倒f天线 | |
| Ferdous et al. | Design and performance of miniaturized meandered patch antenna for implantable biomedical applications | |
| Valanarasi et al. | A review on design considerations of implantable antennas | |
| Samy et al. | A review on miniature bio-implant antenna performance enhancement and impact analysis on body fluids in medical application | |
| CN110444879A (zh) | 一种加载互补开口谐振单环的双频宽带植入式天线 | |
| CN111585009B (zh) | 一种全向圆极化胶囊天线 | |
| Zaki et al. | Design of ultra-compact ISM band implantable patch antenna for bio-medical applications | |
| Singh et al. | Design of a compact superstrate-loaded slotted implantable antenna for ISM band applications | |
| CN205790392U (zh) | 微带天线及应用该微带天线的植入式医疗器械 | |
| Patil et al. | Microwave antennas suggested for Biomedical Implantation | |
| Khaleghi et al. | Capacitively coupled electrode antenna: A practical solution for biomedical implants | |
| Mosavinejad et al. | Design of miniaturized and biocompatible antenna with Y-shaped slots for implantable applications | |
| Kumar et al. | CPW fed Conformal PIFA Design for Implantable IoMT Devices with Wideband Performance | |
| Hu et al. | Biomedical Applications and Challenges of In-body Implantable Antenna for Implantable Medical Devices: A Review |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170308 |