CN107732442B - 一种应用于无线医疗遥测的植入式圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于无线医疗遥测的植入式圆极化天线，包括天线辐射单元、金属地板、上、下层介质基板及馈电单元构成，所述天线辐射单元印制在上、下层介质基板之间，所述金属地板位于下层介质基板的下表面，所述天线辐射单元包括三角形结构、箭头结构及缝隙结构。本发明植入式圆极化天线具有小型化，高增益，抗干扰，生物相容等特征。

Description

一种应用于无线医疗遥测的植入式圆极化天线
技术领域
本发明涉及生物医学遥测领域，具体涉及一种应用于无线医疗遥测的植入式圆极化天线。
背景技术
随着人口老龄化及工作压力的增加，人们对健康和医疗护理越来越关注，独特的便利性使得植入人体的医疗设备得到了广泛的研究。植入式天线作为植入式生物医学传感器与体外设备进行无线通信的关键器件，它的性能将会影响整个系统的信息传输能力。植入式天线与普通通信天线不同。由于天线需要植入到人体内部，而人体由多层不同特性(形状不同、电磁特性不同)的有耗组织介质(皮肤、脂肪、肌肉)组成，并且这些组织的介电常数和电导率是随着频率发生变化，这些构成了植入式天线的复杂特殊工作环境，天线的性能受到人体组织的影响比较大，所以对天线的小型化、宽频化、生物兼容性、安全性、抗干扰能力和低功耗等天线性能提出诸多挑战。
由于人体运动，植入式天线与体外接收天线保持一定的角度和距离是不切实际的；而且由于室内复杂的背景环境，会存在多径散射。由于圆极化天线具有抑制多径干扰和与角度无关等特性，所以我们设计植入式圆极化天线。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点不足，本发明提供一种应用于无线医疗遥测的小型化、抗极化失配的植入式圆极化天线。
本发明采用如下技术方案：
一种应用于无线医疗遥测的植入式圆极化天线，其特征在于，包括天线辐射单元、金属地板、上、下层介质基板及馈电单元构成，所述天线辐射单元印制在上、下层介质基板之间，所述金属地板位于下层介质基板的下表面，所述天线辐射单元包括两个三角形结构及两个箭头结构，所述两个三角形结构印制在下层介质基板的纵向中线两侧，两个三角形结构相同，均由等腰三角形与高阻抗线叠加构成，且关于纵向中线对称，所述两个箭头结构印制在下层介质基板的横向中线两侧，且关于横向中线对称。
天线辐射单元还包括缝隙结构，所述缝隙结构沿着箭头结构周围加载，所述缝隙结构包括三角形缝隙及两个L形缝隙，所述两个L形缝隙分别为第一及第二L形缝隙，均由短边及长边构成，所述第一及第二L形缝隙的短边分别与三角形缝隙垂直连接。
所述第一及第二L形缝隙长边的宽度不同。
所述高阻抗线的宽度为1.1mm，所述等腰三角形的高为2.5mm，底边长4.2mm。
第一L形缝隙长边的宽度为0.6mm，第二L形缝隙长边的宽度为0.4mm。
所述第一及第二L形缝隙的短边具体与三角形缝隙的底边垂直连接，且分别加载在箭头结构中矩形的两侧。
本发明的有益效果：
(1)天线通过在辐射贴片上加载两个箭头结构和两个等腰三角形，引入慢波效应，从而缩小天线的尺寸；
(2)天线通过在箭头结构的两边加载宽度不等的缝隙，使得基本的谐振模式分离为两个空间正交、相位相差90度的两个正交模式，形成了圆极化辐射特性。
(3)本发明植入式圆极化天线具有小型化，高增益，抗干扰，生物相容等特征。
附图说明
图1是本发明的一种应用于无线医疗遥测的植入式圆极化天线的俯视图；
图2是图1的侧视图；
图3是图1的参数示意图；
图4是本发明在三层人体组织模型上的反射系数和轴比仿真图；
图5是本发明在中心频率为2.45GHz时三层人体组织模型上增益方向图。
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和图2所示，一种应用于无线医疗遥测的植入式圆极化天线，包括天线辐射单元2、金属地板3、介质基板1及馈电单元4构成，所述介质基板由上下层介质基板构成，所述天线辐射单元2印制在上、下层介质基板之间，所述金属地板位于下层介质基板的下表面，所述馈电单元由50Ω的同轴电缆构成，所述同轴电缆内芯半径为0.3mm。
所述天线辐射单元包括两个三角形结构及两个箭头结构，下层介质基板纵向中线的两侧印制三角形结构7A、7B，两个三角形结构相同，且关于纵向中线对称，均由等腰三角形与高阻抗线叠加构成，三角形结构的顶点朝向天线辐射单元的中点方向。
所述下层介质基板横向中线的两侧印制箭头结构6A、6B，且关于横向中线对称，所述箭头结构包括三角形及矩形，所述矩形垂直三角形的底边，两个箭头结构的三角形的顶点朝向天线辐射单元的中点。
天线辐射单元还包括缝隙结构，所述缝隙结构设置在横向中线的两侧，包括三角形缝隙8及两个L形缝隙，所述三角形缝隙沿着箭头结构的三角形周围加载，所述两个L形缝隙分别为第一及第二L形缝隙，均由相互垂直的短边及长边构成，所述两个缝隙的短边分别与三角形缝隙的底边垂直连接，且分别加载在箭头结构的矩形两侧，所述三角形缝隙为等腰三角形。所述两个L形缝隙的长边5A、5B宽度不同，方向相反。
所述等腰三角形的高为0.6mm,底边长为1.74mm。所述高阻抗线的长度为1.5mm，宽度为0.2mm。所述两个等腰三角形结构7A、7B各自通过高阻抗线接到贴片上。所述高阻抗线的宽度为1.1mm。所述等腰三角形的高为2.5mm,底边长为4.2mm。所述两对宽度不等的缝隙5A、5B各自加载在箭头结构的两边，宽度分别为0.4mm和0.6mm，构成微扰单元，实现圆极化。
如图3所示，所述天线单元的尺寸为：L＝9mm，L1＝2.1mm，L2＝4.6mm，L3＝1.5mm，L4＝2.1mm，L5＝1.74mm，d＝3.9mm，W1＝1.1mm，W2＝1.2mm，W3＝2.5mm，W4＝2.1mm，W5＝0.9mm，S1＝0.4mm，S2＝0.6mm，H1＝1.3mm，H2＝0.9mm。
所述两层介质基板都是使用高介电常数材料RO3010,其相对介电常数为10.2，电损耗角正切为0.0035，所述两层介质基板的边长均为9.6mm，厚度都为0.635mm。
如图4和图5所示，本发明采用在方形贴片上加载两个箭头结构、两个等腰三角形结构，引入慢波效应，从而实现小型化。通过在箭头结构的两边加载宽度不等的缝隙，使得基本的谐振模式分离为两个空间正交、相位相差90度的两个正交模式，形成了圆极化辐射特性。本发明覆盖了工业、科学和医疗频段(ISM频段：2.42-2.48GHz)，使植入式天线在工作在本频段时具有比较好的圆极化特性，可以抑制多径干扰，降低比特误码率，抑制极化失配。
本发明设计的的圆极化天线具有小型化，低剖面，高增益，抗干扰等特征。
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 (3)

1.一种应用于无线医疗遥测的植入式圆极化天线，其特征在于，包括天线辐射单元、金属地板、上、下层介质基板及馈电单元构成，所述天线辐射单元印制在上、下层介质基板之间，所述金属地板位于下层介质基板的下表面，所述天线辐射单元包括两个三角形结构及两个箭头结构，所述两个三角形结构印制在下层介质基板的纵向中线两侧，两个三角形结构相同，均由等腰三角形与高阻抗线叠加构成，且关于纵向中线对称，所述两个箭头结构印制在下层介质基板的横向中线两侧，且关于横向中线对称；
所述天线辐射单元还包括缝隙结构，所述缝隙结构沿着箭头结构周围加载，所述缝隙结构包括三角形缝隙及两个L形缝隙，所述两个L形缝隙分别为第一及第二L形缝隙，均由短边及长边构成，所述第一及第二L形缝隙的短边分别与三角形缝隙垂直连接；
所述天线辐射单元还包括设置在方形贴片上的两个V形槽，每个V形槽与贴片的一边围成一个三角形结构，三角形结构的顶点朝向天线辐射单元的中点；
所述第一及第二L形缝隙长边的宽度不同；
所述第一及第二L形缝隙的短边具体与三角形缝隙的底边垂直连接，且分别加载在箭头结构中矩形的两侧；
采用在方形贴片上加载两个箭头结构、两个等腰三角形结构，引入慢波效应，从而实现小型化；
所述箭头结构包括三角形及矩形，所述矩形垂直三角形的底边，两个箭头结构的三角形的顶点朝向天线辐射单元的中点；
通过在箭头结构的两边加载宽度不等的缝隙，使得基本的谐振模式分离为两个空间正交、相位相差90度的两个正交模式，形成圆极化辐射特性。
2.根据权利要求1所述的植入式圆极化天线，其特征在于，所述高阻抗线的宽度为1.1mm，所述等腰三角形的高为2.5mm，底边长4.2mm。
3.根据权利要求1所述的植入式圆极化天线，其特征在于，第一L形缝隙长边的宽度为0.6mm，第二L形缝隙长边的宽度为0.4mm。
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