CN113141194A - 一种基于植入式多频段共形天线的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于植入式多频段共形天线的通信方法，涉及通信电路技术领域，本发明所述方法适配植入式多频段共形天线的植入电路，植入电路分为多种工作模式，每种工作模式阻抗不同，匹配不同频段的天线，当外部设备切换通信频段时，植入电路的响应天线发生改变，所述中控模块控制电路随之切换工作模式。本发明所述方法有效降低人体植入电路的工作损耗，提高了所述天线体内外通信效率。

Description

一种基于植入式多频段共形天线的通信方法

技术领域

本发明涉及通信电路技术领域，尤其涉及一种基于植入式多频段共形天线的通信方法。

背景技术

体内植入式医疗设备逐渐向着小型化、电子化、智能化的方向发展，而针对体内外场景下进行无线通信一直是研究的难点，人体的组织对不同频段的电磁信号有着不同的损耗及频偏影响，当某一频段信号从体内发射出去后在体外接收时会有不同程度的频率偏移，而且偏移量较大，因此在设计了天线的工作频段后在人体的信道中会导致频段偏移，无法有效的辐射信号到体外，造成无法进行体内外通信。

目前针对体内外通信设备解决频率偏移问题从二方面进行，一是针对体内天线，在设计其工作频段时将频率偏移考虑进去，当天线在工作场景中发生偏移后正好补偿设计时加入的偏移量，但是其缺点是会导致天线辐射效率低下，降低了体外可接收的信噪比，在深植入的场景下无法进行通信。二是针对体外设备，采用扫频接收体内发射的信号，设置某一扫频范围后进行搜索，找到体内接收设备的发送信号后再接收其信息，但其缺点是会增加体外设备的体积且非常复杂，无法满足便捷携带或方便操作需求，且会造成体内设备的长时间工作，会导致电路产热量大，对于植入人体的部位造成伤害。

传统的体内植入式天线是基于PCB板载天线，因其便于设计及改造而广泛用于多种场景，但在人体植入式场景下无法满足安全性要求，而针对植入式医疗器械设计共形天线是必不可少的。目前体内植入式共形天线设计只考虑某一个频段，没有设计双频段天线，对于人体信道带来的频率偏移无法从天线设计上克服，只能增加额外设备。

发明内容

为此，本发明提供一种基于植入式多频段共形天线的通信方法，用以克服现有技术中无法通过设计双频段天线导致的体内外通信效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于植入式多频段共形天线的通信方法，包括：

步骤a：中控模块将植入电路适配植入式多频段共形天线；

步骤b：所述中控模块将所述植入电路分为多种工作模式，每种工作模式阻抗不同；

步骤c：所述中控模块根据不同工作模式匹配不同频段的天线；

步骤d：当外部设备切换通信频段时，所述植入电路的响应天线发生改变，所述中控模块控制所述植入电路切换工作模式；

在所述步骤d中，当外部设备切换通信频段时，所述植入电路连接的多频段共形天线的相应频段会随之响应，此时所述中控模块切换所述植入电路的工作模式，使所述植入电路的阻抗与响应天线匹配；

所述多频段共形天线设计为第一频段天线和第二频段天线，中控模块根据植入位置设置所述第一频段天线的工作频段，所述中控模块根据人体组织频偏影响设置所述第二频段天线的工作频段，当所述多频段共形天线的第一频段天线的工作频段发生频偏时，采用所述第二频段天线的工作频段进行工作；

当所述中控模块设置第一频段天线的工作频段时，所述中控模块根据所述天线的植入位置选用对应的第一频段天线的工作频段，同时，所述中控模块根据天线植入深度及支架体积对选用的第一频段天线的工作频段进行调节和修正，当所述中控模块设置第二频段天线的工作频段时，所述中控模块根据修正后的第一频段天线的工作频段大小对选用的第二频段天线的工作频段进行调节，以完成参数设置。

进一步地，所述中控模块中设置有预设植入位置矩阵C0和预设第一频段天线的工作频段矩阵M0，设定C0(C1,C2,C3,C4)，设定M0(M1,M2,M3,M4)，各预设第一频段天线的工作频段按照顺序逐渐增加，当所述植入位置为Ci时,设定i＝1,2,3,4,所述中控模块将第一频段天线的工作频段设置为Mi。

进一步地，所述中控模块中还设置有预设天线植入深度矩阵D0和预设频段调节系数矩阵a0，设定D0(D1，D2，D3，D4)，各预设天线植入深度按照顺序逐渐增加，设定a0(a1，a2，a3，a4)，各预设频段调节系数按照顺序逐渐增加，其中，0＜a1＜a2＜1＜a3＜a4；

当所述中控模块针对选用的第一频段天线的工作频段Mi进行调节时，所述中控模块将实际天线植入深度D与所述预设天线植入深度矩阵D0中的参数进行比对并根据比对结果选用对应的频段调节系数对Mi进行调节：

当D＜D1时，所述中控模块选用a1对Mi进行调节；

当D1≤D＜D2时，所述中控模块选用a2对Mi进行调节；

当D2≤D＜D3时，不调节；

当D3≤D＜D4时，所述中控模块选用a3对Mi进行调节；

当D4≤D时，所述中控模块选用a4对Mi进行调节；

当所述中控模块选用aj对选用的Mi进行调节时，设定j＝1，2，3，4，调节后的第一频段天线的工作频段为Mi’，设定Mi’＝Mi×aj。

进一步地，所述中控模块中还设置有预设支架体积矩阵V0和预设频段修正系数矩阵b0，设定V0(V1，V2，V3，V4)，各预设支架体积按照顺序逐渐增加，设定b0(b1，b2，b3，b4)，各预设频段修正系数按照顺序逐渐增加，其中0＜b1＜b2＜1＜b3＜b4；

当所述中控模块针对调节后的第一频段天线的工作频段Mi’进行修正时，所述中控模块将实际支架体积V与所述预设支架体积矩阵V0中的参数进行比对并根据比对结果选用对应的频段修正系数对Mi’进行修正：

当V＜V1时，所述中控模块选用b1对Mi’进行修正；

当V1≤V＜V2时，所述中控模块选用b2对Mi’进行修正；

当V2≤V＜V3时，不调节；

当V3≤V＜V4时，所述中控模块选用b3对Mi’进行修正；

当V4≤V时，所述中控模块选用b4对Mi’进行修正；

当所述中控模块选用bj对选用的Mi’进行修正时，设定j＝1，2，3，4，修正后的第一频段天线的工作频段为Mi”，设定Mi”＝Mi’×bj。

进一步地，所述中控模块中还设置有预设频偏影响强度矩阵F0和预设第二频段天线的工作频段矩阵N0，设定F0(F1，F2，F3,F4)，设定N0(N1，N2，N3,N4)，各预设第二频段天线的工作频段按照顺序逐渐增加，当所述频偏影响强度为Fi时,设定i＝1,2,3,4,所述中控模块将第二频段天线的工作频段设置为Ni。

进一步地，所述中控模块中还设置有预设第二频段调节系数矩阵c0，设定c0(c1，c2，c3，c4)，各预设第二频段调节系数按照顺序逐渐增加，其中，0＜c1＜c2＜1＜c3＜c4；

当所述中控模块针对选用的第二频段天线的工作频段Ni进行调节时，所述中控模块将修正后的第一频段天线的工作频段为Mi”与所述预设第一频段天线的工作频段矩阵M0中的参数进行比对并根据比对结果选用对应的第二频段调节系数对Ni进行调节：

当Mi”＜M1时，所述中控模块选用c1对Ni进行调节；

当M1≤Mi”＜M2时，所述中控模块选用c2对Ni进行调节；

当M2≤Mi”＜M3时，不调节；

当M3≤Mi”＜M4时，所述中控模块选用c3对Ni进行调节；

当M4≤Mi”时，所述中控模块选用c4对Ni进行调节；

当所述中控模块选用cj对选用的Ni进行调节时，设定j＝1，2，3，4，调节后的第二频段天线的工作频段为Ni’，设定Ni’＝Ni×cj。

进一步地，所述步骤a中，所述第一频段天线为网状结构天线。

进一步地，所述步骤a中，所述第二频段天线为正弦结构天线。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明所述方法通过设计多频段天线使天线有效利用人体组织的频偏影响，降低输入回波损耗，提高体内通信天线的辐射效率，并利用天线互易性原理有效接收体外设备发送的信号，减少体内外设备的复杂性，有效提高了体内外通信效率。

进一步地，所述中控模块根据所述天线的植入位置选用对应的第一频段天线的工作频段，同时，所述中控模块根据天线植入深度及支架体积对选用的第一频段天线的工作频段进行调节和修正，有效提高了第一频段天线工作频段的准确度，从而降低人体组织的频偏影响，进一步提高了所述天线体内外通信效率。

进一步地，所述中控模块根据实际人体组织的频偏影响强度设置第二频段天线的工作频段，并根据修正后的第一频段天线的工作频段大小对选用的第二频段天线的工作频段进行调节，有效提高了第二频段天线工作频段的准确度，从而降低人体组织的频偏影响，进一步提高了所述天线体内外通信效率。

附图说明

图1为本发明实施例基于植入式多频段共形天线的通信方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中第一频段天线的形状示意图；

图3为本发明实施例中第二频段天线的形状示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

请参阅图1所示，其为本发明实施例基于植入式多频段共形天线的通信方法的流程示意图。

本实施例提供一种基于植入式多频段共形天线的通信方法，包括：

步骤a：中控模块将植入电路适配植入式多频段共形天线；

步骤b：所述中控模块将所述植入电路分为多种工作模式，每种工作模式阻抗不同；

步骤c：所述中控模块根据不同工作模式匹配不同频段的天线；

步骤d：当外部设备切换通信频段时，所述植入电路的响应天线发生改变，所述中控模块控制所述植入电路切换工作模式；

具体而言，在所述步骤d中，当外部设备切换通信频段时，所述植入电路连接的多频段共形天线的相应频段会随之响应，此时所述中控模块切换所述植入电路的工作模式，使所述植入电路的阻抗与响应天线匹配。

具体而言，所述多频段共形天线设计为第一频段天线和第二频段天线，中控模块根据植入位置设置所述第一频段天线的工作频段，所述中控模块根据人体组织频偏影响设置所述第二频段天线的工作频段，当所述多频段共形天线的第一频段天线的工作频段发生频偏时，采用所述第二频段天线的工作频段进行工作；

当所述中控模块设置第一频段天线的工作频段时，所述中控模块根据所述天线的植入位置选用对应的第一频段天线的工作频段，同时，所述中控模块根据天线植入深度及支架体积对选用的第一频段天线的工作频段进行调节和修正，当所述中控模块设置第二频段天线的工作频段时，所述中控模块根据修正后的第一频段天线的工作频段大小对选用的第二频段天线的工作频段进行调节，以完成参数设置。

具体而言，所述共形天线可有效克服人体组织引入的天线辐射频段的偏移，当天线在自由空间中测试时工作在频段A或频段B，且在A或B频段下其回波损耗很低，具有良好的辐射特性，当其植入体内后会受到人体组织影响工作于频段A与B的某一个频段，与单频段天线相比可有效降低其输入回波损耗，提高体外接收设备的接收信噪比。

具体而言，所述中控模块中设置有预设植入位置矩阵C0和预设第一频段天线的工作频段矩阵M0，设定C0(C1,C2,C3,C4)，其中，C1为第一预设植入位置，C2为第二预设植入位置，C3为第三预设植入位置，C4为第四预设植入位置；设定M0(M1,M2,M3,M4)，其中，M1为第一预设第一频段天线的工作频段，M2为第二预设第一频段天线的工作频段，M3为第三预设第一频段天线的工作频段，M4为第四预设第一频段天线的工作频段，各预设第一频段天线的工作频段按照顺序逐渐增加，当所述植入位置为Ci时,设定i＝1,2,3,4,所述中控模块将第一频段天线的工作频段设置为Mi。

具体而言，所述中控模块中还设置有预设天线植入深度矩阵D0和预设频段调节系数矩阵a0，设定D0(D1，D2，D3，D4)，其中，D1为第一预设天线植入深度，D2为第二预设天线植入深度，D3为第三预设天线植入深度，D4为第四预设天线植入深度，各预设天线植入深度按照顺序逐渐增加；设定a0(a1，a2，a3，a4)，其中，a1为第一预设频段调节系数，a2为第二预设频段调节系数，a3为第三预设频段调节系数，a4为第四预设频段调节系数，各预设频段调节系数按照顺序逐渐增加，其中，0＜a1＜a2＜1＜a3＜a4；

当所述中控模块针对选用的第一频段天线的工作频段Mi进行调节时，所述中控模块将实际天线植入深度D与所述预设天线植入深度矩阵D0中的参数进行比对并根据比对结果选用对应的频段调节系数对Mi进行调节：

当D＜D1时，所述中控模块选用a1对Mi进行调节；

当D1≤D＜D2时，所述中控模块选用a2对Mi进行调节；

当D2≤D＜D3时，不调节；

当D3≤D＜D4时，所述中控模块选用a3对Mi进行调节；

当D4≤D时，所述中控模块选用a4对Mi进行调节；

当所述中控模块选用aj对选用的Mi进行调节时，设定j＝1，2，3，4，调节后的第一频段天线的工作频段为Mi’，设定Mi’＝Mi×aj。

具体而言，所述中控模块中还设置有预设支架体积矩阵V0和预设频段修正系数矩阵b0，设定V0(V1，V2，V3，V4)，其中，V1为第一预设支架体积，V2为第二预设支架体积，V3为第三预设支架体积，V4为第四预设支架体积，各预设支架体积按照顺序逐渐增加，设定b0(b1，b2，b3，b4)，其中，b1为第一预设频段修正系数，b2为第二预设频段修正系数，b3为第三预设频段修正系数，b4为第四预设频段修正系数，各预设频段修正系数按照顺序逐渐增加，其中0＜b1＜b2＜1＜b3＜b4；

当所述中控模块针对调节后的第一频段天线的工作频段Mi’进行修正时，所述中控模块将实际支架体积V与所述预设支架体积矩阵V0中的参数进行比对并根据比对结果选用对应的频段修正系数对Mi’进行修正：

当V＜V1时，所述中控模块选用b1对Mi’进行修正；

当V1≤V＜V2时，所述中控模块选用b2对Mi’进行修正；

当V2≤V＜V3时，不调节；

当V3≤V＜V4时，所述中控模块选用b3对Mi’进行修正；

当V4≤V时，所述中控模块选用b4对Mi’进行修正；

当所述中控模块选用bj对选用的Mi’进行修正时，设定j＝1，2，3，4，修正后的第一频段天线的工作频段为Mi”，设定Mi”＝Mi’×bj。

所述中控模块根据所述天线的植入位置选用对应的第一频段天线的工作频段，同时，所述中控模块根据天线植入深度及支架体积对选用的第一频段天线的工作频段进行调节和修正，有效提高了第一频段天线工作频段的准确度，从而降低人体组织的频偏影响，进一步提高了所述天线体内外通信效率。

具体而言，所述中控模块中还设置有预设频偏影响强度矩阵F0和预设第二频段天线的工作频段矩阵N0，设定F0(F1，F2，F3,F4)，其中，F1为第一预设频偏影响强度，F2为第二预设频偏影响强度，F3为第三预设频偏影响强度，F4为第四预设频偏影响强度，设定N0(N1，N2，N3,N4)，其中，N1为第一预设第二频段天线的工作频段，N2为第二预设第二频段天线的工作频段，N3为第三预设第二频段天线的工作频段，N4为第四预设第二频段天线的工作频段，各预设第二频段天线的工作频段按照顺序逐渐增加，当所述频偏影响强度为Fi时,设定i＝1,2,3,4,所述中控模块将第二频段天线的工作频段设置为Ni。

具体而言，所述中控模块中还设置有预设第二频段调节系数矩阵c0，设定c0(c1，c2，c3，c4)，其中，c1为第一预设第二频段调节系数，c2为第二预设第二频段调节系数，c3为第三预设第二频段调节系数，c4为第四预设第二频段调节系数，各预设第二频段调节系数按照顺序逐渐增加，其中，0＜c1＜c2＜1＜c3＜c4；

当所述中控模块针对选用的第二频段天线的工作频段Ni进行调节时，所述中控模块将修正后的第一频段天线的工作频段为Mi”与所述预设第一频段天线的工作频段矩阵M0中的参数进行比对并根据比对结果选用对应的第二频段调节系数对Ni进行调节：

当Mi”＜M1时，所述中控模块选用c1对Ni进行调节；

当M1≤Mi”＜M2时，所述中控模块选用c2对Ni进行调节；

当M2≤Mi”＜M3时，不调节；

当M3≤Mi”＜M4时，所述中控模块选用c3对Ni进行调节；

当M4≤Mi”时，所述中控模块选用c4对Ni进行调节；

当所述中控模块选用cj对选用的Ni进行调节时，设定j＝1，2，3，4，调节后的第二频段天线的工作频段为Ni’，设定Ni’＝Ni×cj。

所述中控模块根据实际人体组织的频偏影响强度设置第二频段天线的工作频段，并根据修正后的第一频段天线的工作频段大小对选用的第二频段天线的工作频段进行调节，有效提高了第二频段天线工作频段的准确度，从而降低人体组织的频偏影响，进一步提高了所述天线体内外通信效率。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于植入式多频段共形天线的通信方法，其特征在于，包括：

步骤a：中控模块将植入电路适配植入式多频段共形天线；

步骤b：所述中控模块将所述植入电路分为多种工作模式，每种工作模式阻抗不同；

步骤c：所述中控模块根据不同工作模式匹配不同频段的天线；

步骤d：当外部设备切换通信频段时，所述植入电路的响应天线发生改变，所述中控模块控制所述植入电路切换工作模式；

在所述步骤d中，当外部设备切换通信频段时，所述植入电路连接的多频段共形天线的相应频段会随之响应，此时所述中控模块切换所述植入电路的工作模式，使所述植入电路的阻抗与响应天线匹配；

所述多频段共形天线设计为第一频段天线和第二频段天线，中控模块根据植入位置设置所述第一频段天线的工作频段，所述中控模块根据人体组织频偏影响设置所述第二频段天线的工作频段，当所述多频段共形天线的第一频段天线的工作频段发生频偏时，采用所述第二频段天线的工作频段进行工作；

当所述中控模块设置第一频段天线的工作频段时，所述中控模块根据所述天线的植入位置选用对应的第一频段天线的工作频段，同时，所述中控模块根据天线植入深度及支架体积对选用的第一频段天线的工作频段进行调节和修正，当所述中控模块设置第二频段天线的工作频段时，所述中控模块根据修正后的第一频段天线的工作频段大小对选用的第二频段天线的工作频段进行调节，以完成参数设置。

2.根据权利要求1所述的基于植入式多频段共形天线的通信方法，其特征在于，所述中控模块中设置有预设植入位置矩阵C0和预设第一频段天线的工作频段矩阵M0，设定C0(C1,C2,C3,C4)，设定M0(M1,M2,M3,M4)，各预设第一频段天线的工作频段按照顺序逐渐增加，当所述植入位置为Ci时,设定i＝1,2,3,4,所述中控模块将第一频段天线的工作频段设置为Mi。

3.根据权利要求2所述的基于植入式多频段共形天线的通信方法，其特征在于，所述中控模块中还设置有预设天线植入深度矩阵D0和预设频段调节系数矩阵a0，设定D0(D1，D2，D3，D4)，各预设天线植入深度按照顺序逐渐增加，设定a0(a1，a2，a3，a4)，各预设频段调节系数按照顺序逐渐增加，其中，0＜a1＜a2＜1＜a3＜a4；

当所述中控模块针对选用的第一频段天线的工作频段Mi进行调节时，所述中控模块将实际天线植入深度D与所述预设天线植入深度矩阵D0中的参数进行比对并根据比对结果选用对应的频段调节系数对Mi进行调节：

当D＜D1时，所述中控模块选用a1对Mi进行调节；

当D1≤D＜D2时，所述中控模块选用a2对Mi进行调节；

当D2≤D＜D3时，不调节；

当D3≤D＜D4时，所述中控模块选用a3对Mi进行调节；

当D4≤D时，所述中控模块选用a4对Mi进行调节；

当所述中控模块选用aj对选用的Mi进行调节时，设定j＝1，2，3，4，调节后的第一频段天线的工作频段为Mi’，设定Mi’＝Mi×aj。

4.根据权利要求3所述的基于植入式多频段共形天线的通信方法，其特征在于，所述中控模块中还设置有预设支架体积矩阵V0和预设频段修正系数矩阵b0，设定V0(V1，V2，V3，V4)，各预设支架体积按照顺序逐渐增加，设定b0(b1，b2，b3，b4)，各预设频段修正系数按照顺序逐渐增加，其中0＜b1＜b2＜1＜b3＜b4；

当所述中控模块针对调节后的第一频段天线的工作频段Mi’进行修正时，所述中控模块将实际支架体积V与所述预设支架体积矩阵V0中的参数进行比对并根据比对结果选用对应的频段修正系数对Mi’进行修正：

当V＜V1时，所述中控模块选用b1对Mi’进行修正；

当V1≤V＜V2时，所述中控模块选用b2对Mi’进行修正；

当V2≤V＜V3时，不调节；

当V3≤V＜V4时，所述中控模块选用b3对Mi’进行修正；

当V4≤V时，所述中控模块选用b4对Mi’进行修正；

当所述中控模块选用bj对选用的Mi’进行修正时，设定j＝1，2，3，4，修正后的第一频段天线的工作频段为Mi”，设定Mi”＝Mi’×bj。

5.根据权利要求4所述的基于植入式多频段共形天线的通信方法，其特征在于，所述中控模块中还设置有预设频偏影响强度矩阵F0和预设第二频段天线的工作频段矩阵N0，设定F0(F1，F2，F3,F4)，设定N0(N1，N2，N3,N4)，各预设第二频段天线的工作频段按照顺序逐渐增加，当所述频偏影响强度为Fi时,设定i＝1,2,3,4,所述中控模块将第二频段天线的工作频段设置为Ni。

6.根据权利要求5所述的基于植入式多频段共形天线的通信方法，其特征在于，所述中控模块中还设置有预设第二频段调节系数矩阵c0，设定c0(c1，c2，c3，c4)，各预设第二频段调节系数按照顺序逐渐增加，其中，0＜c1＜c2＜1＜c3＜c4；

当所述中控模块针对选用的第二频段天线的工作频段Ni进行调节时，所述中控模块将修正后的第一频段天线的工作频段为Mi”与所述预设第一频段天线的工作频段矩阵M0中的参数进行比对并根据比对结果选用对应的第二频段调节系数对Ni进行调节：

当Mi”＜M1时，所述中控模块选用c1对Ni进行调节；

当M1≤Mi”＜M2时，所述中控模块选用c2对Ni进行调节；

当M2≤Mi”＜M3时，不调节；

当M3≤Mi”＜M4时，所述中控模块选用c3对Ni进行调节；

当M4≤Mi”时，所述中控模块选用c4对Ni进行调节；

当所述中控模块选用cj对选用的Ni进行调节时，设定j＝1，2，3，4，调节后的第二频段天线的工作频段为Ni’，设定Ni’＝Ni×cj。

7.根据权利要求1所述的基于植入式多频段共形天线的通信方法，其特征在于，所述步骤a中，所述第一频段天线为网状结构天线。

8.根据权利要求2所述的基于植入式多频段共形天线的通信方法，其特征在于，所述步骤a中，所述第二频段天线为正弦结构天线。

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