CN107275773B - 一种适用于mics频段的宽频带的小型化植入天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，包括：天线基板，附着于天线基板上的辐射贴片，设置于天线基板下的磁铁板，设于磁铁板下的天线接地板，覆盖于辐射贴片上并具有生物兼容性的绝缘层。提供一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，本发明在覆盖医疗植入通信服务即MICS频段（402‑405MHz）的基础上，不仅减小了天线的尺寸，而且增大了天线的带宽。

Description

一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线。
背景技术
植入天线(Implantable Antenna),是置于人体内部的植入式医疗设备与体外设备进行无线通信的一个关键元件。随着用于医疗健康服务的植入式设备受到越来越多的关注，现已研发了包括心脏起搏器、植入式耳蜗和用于视网膜假体的眼内植入天线等多种电子植入设备。与传统微型天线是以天线辐射性能和尺寸的最佳化平衡为目标不同的是，植入式天线因为特殊的工作环境，决定了天线的尺寸尽量小。
由于天线的工作环境为人体，人体各组织的介电常数都随频率而变化，所以人体建模对天线性能的仿真至关重要。通常，简单的人体模型会用单层或三层介质盒子模型来代替。单层的为皮肤模型，三层的为皮肤、脂肪和肌肉模型组成。
但是目前植入天线频带窄，并且由于人体内部生物组织是不均匀的，它们的介电常数是色散的，而且组织形状和植入位置的不同也会对天线的辐射特性产生影响，受影响后频带发生偏移，所以市场需要一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，现有技术还未解决这样的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，本发明在覆盖医疗植入通信服务(MICS)频段 (402-405MHz)的基础上，不仅减小了天线的尺寸，而且增大了天线的带宽。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，包括：天线基板，附着于天线基板上的辐射贴片，设置于天线基板下的磁铁板，设于磁铁板下的天线接地板，覆盖于辐射贴片上并具有生物兼容性的绝缘层。
前述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，辐射贴片弯折附着于天线基板上，辐射贴片组成有：辐射贴片本体，位于辐射贴片本体之间的折弯部。
前述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，折弯部的宽度大于辐射贴片本体宽度。
前述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，辐射贴片本体的宽度为1mm，折弯部的宽度为2mm。
前述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，天线基板上设有实现目标频带的馈电孔和短路孔。
前述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，天线接地板底部设有能够拓宽天线频带的开口槽。
前述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，天线基板为FR4 FR4环氧玻璃纤维板。
前述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，磁铁板为NiCo 铁氧体板。
前述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，绝缘层为酚醛树脂层。
前述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，植入天线的尺寸为17mm*8mm*0.8mm。
本发明的有益之处在于：本发明提供一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，实现如下有益效果：1)采用FR4材料作为天线基板，同时在天线辐射贴片上层覆盖一层厚度为1mm的酚醛树脂，实现生物兼容性和绝缘性，保证天线在植入人体后能够正常工作；2)仅在地板开槽，使天线产生多个谐振，实现宽频带，覆盖医疗植入通信服务(MICS)频段(402-405MHz)；3)在接地板上方添加了一层厚度0.02mm的NiCo铁氧体，利用铁氧体的电磁特性，在满足宽频带的同时，实现了天线的小型化；4)通过调节馈电孔和短路孔的位置实现目标频带；5)采用弯折式走线，从而减小了天线的体积。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的截面图；
图2是本发明辐射贴片的一种实施例的结构示意图；
图3是本发明开口槽的一种实施例的结构示意图；
图4是本天线S11参数图；
图5是本天线在xz平面时的方向图；
图6是本天线在yz平面时的方向图；
图7是本天线的增益图；
图中附图标记的含义：
1天线基板，101馈电孔，102短路孔，2辐射贴片，201辐射贴片本体， 202折弯部，3磁铁板，4天线接地板，5绝缘层，6开口槽，601第一开口槽， 602第二开口槽，603第三开口槽。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，包括：天线基板，附着于天线基板上的辐射贴片，设置于天线基板下的磁铁板，设于磁铁板下的天线接地板，覆盖于辐射贴片上并具有生物兼容性的绝缘层。
辐射贴片弯折附着于天线基板上，辐射贴片组成有：辐射贴片本体，位于辐射贴片本体之间的折弯部。为了减小天线的体积，辐射贴片采用弯折式走线，使得植入天线的尺寸为17mm*8mm*0.8mm；折弯部的宽度大于辐射贴片本体宽度。作为一种实施例；辐射贴片的枝条宽度均为1mm，枝条与枝条之间的间隙也是1mm，在天线纸条的弯折处，贴片的宽度增加为2mm。
在天线基板上打孔，左侧的馈电孔用来进行馈电，右侧的短路孔作为天线短路点，使贴片与地板链接，馈电孔和短路孔的位置对天线的阻抗匹配有较大影响，可以通过调节二者位置实现目标频带。馈电孔和短路孔的相对位置影响着天线的输入阻抗，通过改变两者的距离，找到输入阻抗为50ohm的情况，实现天线的阻抗匹配。
如图3所示，天线接地板底部设有能够拓宽天线频带的开口槽；开口槽组成员：长度影响天线低频部分的谐振点的第一开口槽，长度影响天线高频部分的谐振点的第二开口槽，连接第一开口槽和第二开口槽之间的第三开口槽。接地板开槽技术是利用开槽来改变电流路径，通过改变电流路径进而改变天线谐振，使之产生多频段，所以带宽也会随之增加。如图4所示，植入天线的回波损耗(S11)参数，从图中可以看出，地板开槽后，增加了电流路径，使得本天线与传统植入天线只有单谐振的辐射特性不同，在高频处形成了一个新的谐振，增加了带宽，在覆盖MICS频段的前提下，实现了宽频带的性能。开口槽的长宽以及位置都影响着天线的性能，第一开口槽的长度主要影响着天线低频部分的谐振点，增加开槽的长度会使谐振中心向低频移动；第二开口槽的长度主要影响天线高频部分的谐振点，增加开槽长度会使谐振中心向低频移动。通过改变开口槽第一开口槽的长度来改变电流，使得电流沿着开口槽流动，增加电流路径，改变天线低频部分的频率；在天线开槽后，可以拓宽天线频带。
作为一种优选，天线基板为FR4环氧玻璃纤维板；FR4材质板的尺寸为 17mm*8mm*0.8mm，FR4材质的相对介电常数为4.4，损耗正切为0.02。为了防止人体组织液可能导致的天线的短路，影响天线的性能，在辐射贴片的上方覆盖了一层厚度为1mm的绝缘层，作为一种优选，绝缘层为酚醛树脂层，酚醛树脂的相对介电常数为4.8，能够实现生物兼容性和绝缘性，保证天线在植入人体后能够正常工作。
为了降低天线Q值(Q＝1/BW，BW为天线带宽)增加带宽，在天线基板与天线接地板之间磁铁板，作为一种优选，磁铁板为NiCo铁氧体板，也可以采用其他具有高磁导率的材质，NiCo铁氧体是个性价比的选择。高磁导率可以使天线尺寸变小，NiCo铁氧体板的厚度为0.02mm。NiCo铁氧体(εr＝7.59，μ＝13), 是一种具有铁磁性的金属氧化物，就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金材料都要大，而且还具有较高的介电性能，同时在磁性能方面还表现出较高的磁导率。利用铁氧体的电磁特性，实现在满足宽频带的同时，实现天线的小型化。
如图4所示，为本天线S11参数图；S11是S参数中的一个，表示频率和回波损耗之间的关系。S11参数的值越大，表示天线本身反射回来的能量越大，这样天线的效率就越差。天线-10dB带宽为388.8MHz-994.3MHz，相比现有的可植入天线(一般只能覆盖402-405MHz)，实现的了宽频带的特性。频带越宽，这个天线抗干扰的能力就越强，不论频带受影响如何变化都可以覆盖目标频带。
如图5、6所示的是天线在xz以及yz平面的方向图，从图中可以看出，在天线地板进行开槽处理后，天线具有良好的方向性。
本发明提供一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，实现如下有益效果：1)采用FR4材料作为天线基板，同时在天线辐射贴片上层覆盖一层厚度为1mm的酚醛树脂，实现生物兼容性和绝缘性，保证天线在植入人体后能够正常工作；2)仅在地板开槽，使天线产生多个谐振，实现宽频带，覆盖医疗植入通信服务(MICS)频段(402-405MHz)，如图7所示的天线增益图，在 MICS频段，天线增益-29dB，满足数据传输的基本要求。3)在接地板上方添加了一层厚度0.02mm的NiCo铁氧体，利用铁氧体的电磁特性，在满足宽频带的同时，实现了天线的小型化；4)通过调节馈电孔和短路孔的位置实现目标频带； 5)采用弯折式走线，从而减小了天线的体积。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，其特征在于，包括：天线基板，附着于天线基板上的辐射贴片，设置于上述天线基板下的磁铁板，设于磁铁板下的天线接地板，覆盖于辐射贴片上并具有生物兼容性的绝缘层。
2.根据权利要求1所述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，其特征在于，上述辐射贴片弯折附着于天线基板上，上述辐射贴片组成有：辐射贴片本体，位于辐射贴片本体之间的折弯部。
3.根据权利要求2所述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，其特征在于，上述折弯部的宽度大于辐射贴片本体宽度。
4.根据权利要求3所述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，其特征在于，上述辐射贴片本体的宽度为1mm，上述折弯部的宽度为2mm。
5.根据权利要求1所述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，其特征在于，上述天线基板上设有实现目标频带的馈电孔和短路孔。
6.根据权利要求1所述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，其特征在于，上述天线接地板底部设有能够拓宽天线频带的开口槽。
7.根据权利要求1所述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，其特征在于，上述天线基板为FR4 环氧玻璃纤维板。
8.根据权利要求1所述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，其特征在于，磁铁板为NiCo铁氧体板。
9.根据权利要求1所述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，其特征在于，上述绝缘层为酚醛树脂层。
10.根据权利要求1所述的一种适用于MICS频段的宽频带的小型化植入天线，其特征在于，上述植入天线的尺寸为17mm*8mm*0.8mm。
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