DE102019107600B4 - Antenna arrangement - Google Patents
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Abstract
Der Erfindung, welche eine Antennenanordnung (1) betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung (1) anzugeben, welche geringen Bauraumvorgaben genügt, mit welcher eine Verbesserung der Übertragungseigenschaften insbesondere im Nahfeld erreicht wird und welche einfach und mit reduzierten Kosten herstellbar ist. Diese Aufgabe wird anordnungsseitig dadurch gelöst, dass die Antennenanordnung (1) eine planare Antennenanordnung (1) ist, dass in der Antennenanordnung (1) in einer Abfolge eine erste leitfähige Schicht (2), ein erstes Substrat (5), eine zweite leitfähige Schicht (3), ein zweites Substrat (6) und eine dritte leitfähige Schicht (4) angeordnet sind, dass sich die leitfähigen Schichten (2, 3, 4) nur teilweise über die Flächen der Substrate (5, 6) erstecken, dass eine Durchkontaktierung (7) zwischen der zweiten leitfähigen Schicht (3) und der dritten leitfähigen Schicht (4) angeordnet ist und dass an der ersten leitfähigen Schicht (2) ein Anschluss (8) angeordnet ist.The invention, which relates to an antenna arrangement (1), is based on the object of specifying an antenna arrangement (1) which meets small installation space requirements, with which an improvement in the transmission properties is achieved, especially in the near field, and which can be produced easily and at reduced costs. This object is achieved in terms of the arrangement in that the antenna arrangement (1) is a planar antenna arrangement (1) that in the antenna arrangement (1) a first conductive layer (2), a first substrate (5) and a second conductive layer in a sequence (3), a second substrate (6) and a third conductive layer (4) are arranged so that the conductive layers (2, 3, 4) only partially extend over the surfaces of the substrates (5, 6) that a via (7) is arranged between the second conductive layer (3) and the third conductive layer (4) and that a connection (8) is arranged on the first conductive layer (2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung, welche in einer Herzschrittmacherkapsel oder einer in einem Körper eines Lebewesens implantierten Kapsel angeordnet ist, wobei die Antennenanordnung für eine drahtlose Übertragung von Daten angeordnet ist.The invention relates to an antenna arrangement which is arranged in a pacemaker capsule or in a capsule implanted in a body of a living being, the antenna arrangement being arranged for wireless transmission of data.
Aus dem Stand der Technik sind Herzschrittmacher bzw. Herzschrittmacherkapseln als Geräte bekannt, welche bei Fehlfunktionen des Herzens wie beispielsweise einer zu niedrigen Frequenz der Herzschläge oder Herzrhythmusstörungen oder einer Herzdysfunktion zum Einsatz kommen. Herzschrittmacher sind elektronische Impulsgeneratoren, welche meist regelmäßige elektrische Impulse zur Stimulation bzw. Anregung eines Herzmuskels erzeugen, wobei es bei der Erzeugung eines Impulses unter Nutzung entsprechend angeordneter Elektroden zur gezielten Kontraktion eines zu stimulierenden Herzmuskels im Bereich der Elektrode kommt. Somit können Herzschrittmacher beispielsweis bei der Behandlung von Patienten zum Einsatz kommen, bei welchen der Rhythmus der Herzschläge korrigiert werden soll.Cardiac pacemakers or cardiac pacemaker capsules are known from the prior art as devices which are used in the event of malfunctions of the heart such as, for example, a heartbeat frequency that is too low or cardiac arrhythmias or cardiac dysfunction. Cardiac pacemakers are electronic pulse generators, which usually generate regular electrical pulses to stimulate or excite a heart muscle, whereby when a pulse is generated using appropriately arranged electrodes, a targeted contraction of a heart muscle to be stimulated occurs in the area of the electrode. Thus, for example, cardiac pacemakers can be used in the treatment of patients in whom the rhythm of the heartbeats is to be corrected.
Herzschrittmacher, welche ohne Anschlüsse oder Kabel zur Übertragung von Daten arbeiten, sind ein sehr spezifisches Anwendungsgebiet der innovativen Medizinprodukte-Forschung, welches in den letzten Jahren immer mehr Bedeutung erfährt.Cardiac pacemakers, which work without connections or cables to transmit data, are a very specific application area of innovative medical product research, which has become more and more important in recent years.
Derartige Herzschrittmacher mit drahtloser Übertragung von Daten werden beispielsweise tief in das menschliche Gewebe hinein im Bereich des Herzens implantiert und sollen einen drahtlosen Austausch von Daten mit einem zugehörigen externen Gerät ermöglichen. Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass mit derartigen Herzschrittmachern auch eine drahtlose Übertragung von Daten mit anderen im Körper oder Körpergewebe eines Patienten angeordneten implantierten Anordnungen wie Kapseln direkt in der Herzkammer möglich ist.Such cardiac pacemakers with wireless transmission of data are, for example, implanted deep into the human tissue in the area of the heart and are intended to enable a wireless exchange of data with an associated external device. In addition, it is desirable that such cardiac pacemakers also enable wireless transmission of data with other implanted arrangements such as capsules arranged in the body or body tissue of a patient directly in the heart chamber.
Hierbei werden unter diesen implantierten Anordnungen wie Kapsel sowohl nahe der Hautoberfläche implantierte Anordnungen wie auch tiefer im Körper oder Körpergewebe implantierte Anordnungen verstanden.In this context, these implanted arrangements such as capsules are understood to mean both arrangements implanted near the skin surface and arrangements implanted deeper in the body or body tissue.
Um eine drahtlose Übertragung von Daten zu einem Herzschrittmacher hin und von einem Herzschrittmacher weg zu ermöglichen, weisen derartige Herzschrittmacher eine Antennenanordnung mit einer Antenne auf, welche speziellen Anforderungen genügen muss.In order to enable wireless transmission of data to and from a cardiac pacemaker, such cardiac pacemakers have an antenna arrangement with an antenna, which must meet special requirements.
Um eine erfolgreiche und stabile Übertragung von Daten bzw. eine Kommunikation zwischen einem Herzschrittmacher und einer anderen implantierten Kapsel oder einem externen Gerät zu erreichen und um die Lebensdauer der Batterie im Herzschrittmacher zu verlängern, ist eine hocheffiziente implantierte Antenne notwendig.In order to achieve successful and stable transmission of data or communication between a pacemaker and another implanted capsule or an external device and to extend the life of the battery in the pacemaker, a highly efficient implanted antenna is necessary.
Zu den Herausforderungen bei der Entwicklung derartiger Antennen gehören die Miniaturisierung, die Reduzierung des Profils und die Reduzierung der Verluste, welche bei der drahtlosen Kommunikation insbesondere durch das menschliche Körpergewebe entstehen.The challenges in the development of such antennas include miniaturization, the reduction of the profile and the reduction of the losses that arise in wireless communication, particularly through human body tissue.
Aufgrund des eingeschränkten Bauraums eines Herzschrittmachers bzw. des eingeschränkten Volumens einer zu implantierenden Kapsel muss die Abmessung bzw. der Durchmesser derartiger Antennen weniger als 6 mm betragen. Außerdem soll das Profil der Antenne eine geringe Höhe aufweisen, damit mehr Platz für die zum Betrieb des Herzschrittmachers benötigte Batterie sowie andere funktionell notwendige Element eines Herzschrittmachers verbleibt.Due to the restricted installation space of a cardiac pacemaker or the restricted volume of a capsule to be implanted, the dimensions or the diameter of such antennas must be less than 6 mm. In addition, the profile of the antenna should have a small height so that more space remains for the battery required to operate the pacemaker and other functionally necessary elements of a pacemaker.
Ein weiteres Problem ist die Verbesserung der Strahlungseffizienz derartiger Antennen, da ein großer Teil der von der Antenne abgestrahlten Leistung von dem die Herzschrittmacherkapsel umgebenden menschlichen Körpergewebe absorbiert wird.Another problem is the improvement of the radiation efficiency of such antennas, since a large part of the power radiated by the antenna is absorbed by the human body tissue surrounding the pacemaker capsule.
Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Magnetantennen bekannt, bei welchen die magnetische Komponente des elektromagnetischen Felds zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen genutzt wird. Derartige Magnetantennen eignen sich beispielsweise als Empfangsantennen innerhalb von Räumen, weil die zur Übertragung von Informationen genutzten magnetischen Felder bedeutend weniger gestört werden als die elektrischen Felder.So-called magnetic antennas are known from the prior art, in which the magnetic component of the electromagnetic field is used to generate the electromagnetic waves. Such magnetic antennas are suitable, for example, as receiving antennas within rooms, because the magnetic fields used to transmit information are significantly less disturbed than the electric fields.
Je kleiner der Umfang der Magnetantenne in Bezug auf die Wellenlänge λ der zur Übertragung von Informationen genutzten Sende- bzw. Empfangsfrequenz ist, desto größer wird die Wirkung der magnetischen Komponente der Magnetantenne gegenüber ihrer elektrischen Komponente.The smaller the circumference of the magnetic antenna in relation to the wavelength λ of the transmission or reception frequency used to transmit information, the greater the effect of the magnetic component of the magnetic antenna on its electrical component.
So werden Antennen, bei welchen der Umfang das 0,3 bis 0,1-fache der Wellenlänge λ beträgt als elektromagnetische Antennen bezeichnet und Antennen, bei welchen der Umfang kleiner als das 0,1 fache der Wellenlänge λ beträgt als magnetische Antennen bzw. Magnetantennen bezeichnet.Antennas in which the circumference is 0.3 to 0.1 times the wavelength λ are referred to as electromagnetic antennas, and antennas in which the circumference is less than 0.1 times the wavelength λ are referred to as magnetic antennas or magnetic antennas designated.
Diese Magnetantennen ermöglichen eine kompakte und raumsparende Bauweise, mit dem Nachteil, dass mit der Verkleinerung der Magnetantennen der zu erreichende Wirkungsgrad abnimmt. Dadurch sind Magnetantennen nach dem Stand der Technik für Sendezwecke meist nicht geeignet.These magnetic antennas enable a compact and space-saving design, with the disadvantage that the efficiency to be achieved decreases with the reduction in size of the magnetic antennas. As a result, prior art magnetic antennas are mostly unsuitable for broadcast purposes.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Antennen weisen meist Baugrößen auf, welche zu groß sind, um in immer kleiner werdenden Herzschrittmacherkapseln oder anderen zu implantierenden Kapseln zum Einsatz zu kommen. Außerdem weisen die bekannten Antennen einen schlechten Übertragungskoeffizienten auf, insbesondere bei Anwendungen im menschlichen Körpergewebe.The antennas known from the prior art mostly have sizes that are too large to be used in increasingly smaller pacemaker capsules or other capsules to be implanted. In addition, the known antennas have a poor transmission coefficient, especially when used in human body tissue.
Außerdem würde ein Einsatz derartiger Antennen, welche einen niedrigen Wirkungsgrad aufweisen, die Leistung der Batterie stärker beanspruchen, was zu einer Verkürzung der Betriebsdauer eines Herzschrittmachers und möglicherweise zu einer Einschränkung der Zuverlässigkeit des Herzschrittmachers führt.In addition, the use of antennas of this type, which have a low degree of efficiency, would place greater demands on the battery power, which leads to a shortening of the service life of a cardiac pacemaker and possibly to a reduction in the reliability of the cardiac pacemaker.
Aus der US 2010 / 0 109 966 A1 ist eine allgemeine und implantierbare medizinische Vorrichtung (IMD) bekannt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Telemetrie-Antenne, die zum Einsatz in medizinischen Vorrichtungen geeignet ist. Die zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Telemetrie-Antenne anzugeben, welche verbesserte Übertragungseigenschaften aufweist und kleiner ist.A general and implantable medical device (IMD) is known from US 2010/0 109 966 A1. In particular, the present invention relates to a telemetry antenna suitable for use in medical devices. The object to be solved is to specify a telemetry antenna which has improved transmission properties and is smaller.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Telemetrie-Antenne für eine implantierbare medizinische Vorrichtung angegeben, die mindestens einen Antennenleiter umfasst, der auf einer dielektrischen Schicht ausgebildet ist. Weiterhin sind mehrere diskrete dielektrische Schichten, welche über dem Antennenleiter angeordnet sind, vorgesehen, auf welchen weitere Antennenleiter angeordnet sind.To achieve this object, a telemetry antenna for an implantable medical device is specified which comprises at least one antenna conductor which is formed on a dielectric layer. Furthermore, a plurality of discrete dielectric layers, which are arranged above the antenna conductor, are provided, on which further antenna conductors are arranged.
Aus der
Zur Lösung wird vorgeschlagen, dass die Antenne eine monolithische Struktur enthält, die aus mehreren diskreten dielektrischen Schichten besteht. Die Antenne umfasst Antennenabschnitte, die in verschiedenen Schichten der monolithischen Struktur ausgebildet sind, wobei leitende Durchkontaktierungen gebildet sind, um sich über die dielektrischen Schichten zu erstrecken, um einen leitenden Pfad zwischen den auf verschiedenen Schichten gebildeten Antennenabschnitten bereitzustellen, so dass eine Antenne gebildet wird, welche sich über mehrere vertikale Schichten erstreckt. Die dielektrischen Schichten können Schichten aus Keramikmaterial umfassen, die zusammen mit der Antenne gebrannt werden können, um eine hermetisch abgedichtete monolithische Antennenstruktur zu bilden. Die in die monolithische Struktur eingebettete Antenne kann so angeordnet sein, dass sie eine im Wesentlichen spiralförmige, helikale, fraktale, mäanderförmige oder planare Serpentinen-Spiralform aufweist.As a solution, it is proposed that the antenna contain a monolithic structure which consists of several discrete dielectric layers. The antenna includes antenna sections formed in different layers of the monolithic structure with conductive vias formed to extend across the dielectric layers to provide a conductive path between the antenna sections formed on different layers to form an antenna, which extends over several vertical layers. The dielectric layers can comprise layers of ceramic material that can be fired together with the antenna to form a hermetically sealed monolithic antenna structure. The antenna embedded in the monolithic structure can be arranged in such a way that it has a substantially spiral, helical, fractal, meandering or planar serpentine spiral shape.
Auf der Grundlage dieses Standes der Technik besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Antennenanordnung für eine Herzschrittmacherkapsel oder eine andere zu implantierende Kapsel.Based on this prior art, there is a need for an improved antenna assembly for a pacemaker capsule or other implantable capsule.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Antennenanordnung anzugeben, welche geringen Bauraumvorgaben genügt und mit welcher eine Verbesserung der Übertragungseigenschaften erreicht wird. Außerdem soll die Antennenanordnung einfach und mit reduzierten Kosten herstellbar sein. Die Verbesserung der Übertragungseigenschaften wird insbesondere im Nahfeld der Antenne angestrebt.The object of the invention now consists in specifying an antenna arrangement which satisfies small installation space requirements and with which an improvement in the transmission properties is achieved. In addition, the antenna arrangement should be simple to manufacture and at reduced costs. The aim is to improve the transmission properties in particular in the near field of the antenna.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 des selbstständigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen
Vorgesehen ist es, dass in der Antennenanordnung eine magnetische Antenne zum Einsatz kommt. Eine derartige optimierte Magnetantenne weist gegenüber einer elektrischen Antenne eine höhere Strahlungseffizienz im menschlichen Körpergewebe auf. Somit kann einerseits eine Verbesserung der Qualität der drahtlosen Kommunikation durch das menschliche Körpergewebe erreicht und andererseits die zur Kommunikation benötigte Energie verringert werde, womit sich eine Erhöhung der Betriebsdauer der Herzschrittmacherkapsel ergibt.It is provided that a magnetic antenna is used in the antenna arrangement. An optimized magnetic antenna of this type has a higher radiation efficiency in human body tissue than an electrical antenna. Thus, on the one hand, an improvement in the quality of wireless communication through the human body tissue can be achieved and, on the other hand, the energy required for communication can be reduced, which results in an increase in the operating time of the pacemaker capsule.
Vorgesehen ist es auch, dass diese magnetische Antenne in einer miniaturisierten Größe und mit einer geringen Höhe in ihrer Bauform ausgeführt wird.There is also provision for this magnetic antenna to be designed in a miniaturized size and with a small height.
Vorgesehen ist es, dass die Antenne der Antennenanordnung als eine planare Antenne bzw. Planarantenne ausgeführt wird. In der Erfindung wird eine planare elektrisch gekoppelte Schleifenantenne (PECLA; planar electrically coupling loop antenna) für die drahtlose Kommunikation beispielsweise in Herzschrittmacherkapseln oder anderen implantierten Kapseln vorgeschlagen.It is provided that the antenna of the antenna arrangement is designed as a planar antenna or planar antenna. In the invention, a planar electrically coupled loop antenna (PECLA; planar electrically coupling loop antenna) is proposed for wireless communication, for example in pacemaker capsules or other implanted capsules.
Verwendet wird eine elektrische Koppelstruktur bei der Signalübertragung innerhalb der Antennenanordnung, um den Realteil der Impedanz der Antenne zu verbessern und um eine Kapazität bereitzustellen, so dass die Größe der Antenne reduziert werden kann. Vorgesehen ist es auch, dass der Stromweg auf der Antenne beispielsweise kreisförmig ist. Unter dem Begriff kreisförmig wird nicht zwingend ein Verlauf der Antennenanordnung entlang einer gedachten Kreisbahn mit einem konstanten Radius verstanden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kommen auch andere kreisförmige Stromwege in Betracht, beispielsweise eine elliptische Form oder eine an ein Rechteck angenäherte Form oder eine Form einer nicht geschlossenen Acht und viele andere Formen, welche einen kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Stromfluss in der Antennenanordnung ermöglichen.An electrical coupling structure is used in the signal transmission within the antenna arrangement in order to improve the real part of the impedance of the antenna and to provide a capacitance so that the size of the antenna can be reduced. It is also provided that the current path on the antenna is circular, for example. The term circular does not necessarily mean a course of the antenna arrangement along an imaginary circular path with a constant radius. According to the present In accordance with the invention, other circular current paths can also be considered, for example an elliptical shape or a shape approximating to a rectangle or a shape of an unclosed figure of eight and many other shapes which allow a circular or approximately circular current flow in the antenna arrangement.
Vorgesehen ist es weiterhin, den kreisförmigen Stromweg der Antenne nicht vollständig, sondern nur als einen Kreisringsektor auszuführen.It is also provided that the circular current path of the antenna is not designed completely but only as a circular ring sector.
Die geringe Höhe in ihrer Bauform der Antennenanordnung wird dadurch erreicht, dass die Antenne mit einer Standard-Leiterplattentechnologie (PCB; printed circuit board) hergestellt wird. Die Anwendung einer derartigen Technologie ermöglicht auch eine kostengünstige Massenproduktion.The low height in its design of the antenna arrangement is achieved in that the antenna is manufactured using standard printed circuit board technology (PCB). The use of such technology also enables inexpensive mass production.
Darüber hinaus ist eine derartige flache und planare Antennenanordnung auf einer zweilagigen Leiterplatte einfach in eine Sende-Empfangs-Anordnung in einer Herzschrittmacherkapseln zu integrieren. Durch die geringe Höhe der Antennenanordnung verbleibt mehr Platz beispielsweise für die Batterie in der Herzschrittmacherkapsel. Eine Ausführung einer derartigen flachen und planaren Antennenanordnung auf einer drei- oder mehrlagigen Leiterplatte ist ebenfalls möglich.In addition, such a flat and planar antenna arrangement on a two-layer printed circuit board can be easily integrated into a transceiver arrangement in a pacemaker capsule. The low height of the antenna arrangement leaves more space, for example for the battery, in the pacemaker capsule. A flat and planar antenna arrangement of this type on a three-layer or multi-layer circuit board is also possible.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Antennenanordnung ist für eine Kommunikation im Nahfeld vorgesehen.The use of the antenna arrangement according to the invention is intended for communication in the near field.
Unterschieden werde bei den Raumgebieten einer Antennenanordnung beispielsweise die Begriffe des Nahfelds, des Fernfelds und des zwischen dem Nahfeld und dem Fernfeld liegenden Übergangsfelds, wobei die Grenzen zwischen den einzelnen Raumgebieten von der Wellenlänge λ abhängig sind.A distinction is made in the spatial areas of an antenna arrangement, for example, between the terms near field, far field and the transition field between the near field and the far field, the boundaries between the individual spatial areas being dependent on the wavelength λ.
Für Antennen, die kürzer oder kleiner sind als die Hälfte der Wellenlänge λ der von ihnen emittierten Strahlung, werden die fernen und nahen regionalen Grenzen im Hinblick auf ein Verhältnis zwischen der Entfernung r von der Antennenanordnung zu der Wellenlänge λ der abgegebenen Strahlung definiert.For antennas that are shorter or smaller than half the wavelength λ of the radiation they emit, the far and near regional boundaries are defined in terms of a ratio between the distance r from the antenna arrangement to the wavelength λ of the radiation emitted.
Für eine solche Antennenanordnung ist das Nahfeld die Region innerhalb eines Radius r « λ, während das Fernfeld die Region ist, für die gilt r » 2λ gilt. Die Übergangszone ist somit als der Bereich zwischen r = λ und r = 2λ festgelegt. For such an antenna arrangement, the near field is the region within a radius r «λ, while the far field is the region for which r» 2λ applies. The transition zone is thus defined as the area between r = λ and r = 2λ.
Für das beispielsweise für eine Kommunikation mit Herzschrittmacherkapseln üblicherweise genutzte MICS-Band (MSCI; Medical Implant Communication Service), welches beispielsweise in einem Frequenzband von 401 MHz bis 406 MHz genutzt werden kann, beträgt die wirksame Wellenlänge im menschlichen Körper oder Körpergewebe bei einer beispielhaften Frequenz von 403,5 MHz 91,6 mm, so dass der Nahfeldbereich einen Radius von etwa 91,6 mm aufweist.For the MICS band (MSCI; Medical Implant Communication Service), which is usually used for communication with pacemaker capsules, for example, which can be used in a frequency band from 401 MHz to 406 MHz, the effective wavelength in the human body or body tissue is at an exemplary frequency from 403.5 MHz 91.6 mm, so that the near field area has a radius of about 91.6 mm.
Das bedeutet, dass bei erfindungsgemäßer Nutzung einer magnetischen Antenne bzw. eines magnetischen Dipols als Antenne im Nahfeld von etwa 91,6 mm eine hohe magnetische Feldstärke für eine Kommunikation zwischen einer Herzschrittmacherkapsel und einem externen Gerät oder für eine Kommunikation zwischen einer Herzschrittmacherkapsel und einer anderen implantierten Kapsel zur Verfügung steht.This means that when a magnetic antenna or a magnetic dipole is used as an antenna in the near field of about 91.6 mm, a high magnetic field strength for communication between a pacemaker capsule and an external device or for communication between one pacemaker capsule and another is implanted Capsule is available.
Für das im Bereich der Industrie, Wissenschaft und Medizin genutzte ISM-Band (ISM; Industrial, Scientific and Medical Band) beträgt die wirksame Wellenlänge im menschlichen Körper oder Körpergewebe bei einer beispielhaften Frequenz von 2,45 GHz 16,3 mm, so dass der Nahfeldbereich einen Radius von etwa 16,3 mm aufweist.For the ISM band (ISM; Industrial, Scientific and Medical Band) used in industry, science and medicine, the effective wavelength in the human body or body tissue at an exemplary frequency of 2.45 GHz is 16.3 mm, so that the Near field has a radius of about 16.3 mm.
Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigen:
-
1 : eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen planaren Antennenanordnung in einer dreilagigen Ausführung, -
2 : eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen planaren Antennenanordnung in einer dreidimensionalen Ansicht der Anordnung nach1 , -
3 : eine Prinzipdarstellung einer planaren Antennenanordnung in einer zweilagigen Ausführung und -
4 : ein Ersatzschaltbild der Antennenanordnung.
-
1 : a sectional view of the planar antenna arrangement according to the invention in a three-layer design, -
2 : a schematic representation of the planar antenna arrangement according to the invention in a three-dimensional view of the arrangement according to FIG1 , -
3 : a schematic representation of a planar antenna arrangement in a two-layer design and -
4th : an equivalent circuit diagram of the antenna arrangement.
Die
Die Antennenanordnung
An die zweite leitfähige Schicht
Um eine entsprechende Arbeitsweise der Antennenanordnung zu ermöglichen ist es vorgesehen eine Durchkontaktierung
Außerdem ist es vorgesehen, dass eine Ankopplung an die erste elektrisch leitfähige Schicht
In der
Zu erkennen ist eine als ein Abschnitt eines Ringes, also einen Kreissektor, ausgeführte erste leitfähige Schicht
Getrennt von dieser ersten leitfähigen Schicht
In der
In der
Die erfindungsgemäße Antennenanordnung
Die obere Kupferschicht einer beispielsweise dreilagigen Leiterplatte stellt die erste leitfähige Schicht
Das erste Substrat
Die sich ausbildende Kapazität zwischen der zweiten leitfähigen Schicht
Der Strahlungsteil der Antennenanordnung
Für das Kurzdistanz-Kommunikationsszenario einer tief implantierten Herzschrittmacherkapsel hat das Strahlungsfeld des magnetischen Hertzschen Dipols eine geringere elektrische Felddichte als der elektrische Dipol im Nahfeld, was impliziert, dass die absorbierte Leistung im Nahfeld, also im die Herzschrittmacherkapsel direkt umgebenden menschlichen Gewebe, geringer ist, so dass der Übertragungskoeffizient der Antennenanordnung
Das Arbeitsprinzip der erfindungsgemäßen Antennenanordnung
Die Nachteile dieser bekannten Antennenanordnungen bestehen aber einerseits in der nicht ausreichend kleinen Bauform derartiger Antennen und andererseits in einem erhöhten Aufwand bei der Herstellung derartiger Antennen unter Nutzung von Mikrobearbeitungsanlagen, welche eine ausreichende Genauigkeit aufweisen müssen.The disadvantages of these known antenna arrangements are, on the one hand, the insufficiently small design of such antennas and, on the other hand, the increased effort involved in producing such antennas using micromachining systems, which must have sufficient accuracy.
Dies Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Antennenanordnung
Die planare Struktur der Antennenanordnung
Im Gegensatz hierzu betragen die Abmessungen der Antennenanordnung
Außerdem erleichtert die planare Struktur der Antennenanordnung
Die
Um die Struktur einer Antennenanordnung
Hierbei ist die untere Kupferschicht einer Leiterplatte, also die zweite leitfähige Schicht
Die obere Kupferschicht der Leiterplatte, also die erste leitfähige Schicht
Die erste leitfähige Schicht
Die Schichtdicke der ersten leitfähigen Schicht
Vorgesehen ist es einen Koppelkondensator
Durch die Anordnung eines Koppelkondensators
Mittels einer zweischichtigen Antennenanordnung
In der
Hierbei ist Rr der Strahlungswiderstand
Bei der ersten Ausführung der Antennenanordnung
In der zweiten Ausführung der Antennenanordnung
Wie bereits erwähnt, kann die Kopplung zwischen dem Speisekopf und der Schleifenleitung den Realteil der Impedanz erhöhen, so dass sich die Abmessungen der Speisekopf- und Schleifenleitung, also die Größe ihrer jeweiligen Kreisringsektoren, ändern, um eine Strahlungswiderstand Rr von etwa 50 Ohm einzustellen.As already mentioned, the coupling between the feed head and the loop line can increase the real part of the impedance, so that the dimensions of the feed head and loop line, i.e. the size of their respective circular ring sectors, change in order to set a radiation resistance R r of about 50 ohms.
Eine derartige erfindungsgemäße Antennenanordnung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- AntennenanordnungAntenna arrangement
- 22
- erste leitfähige Schicht (top layer)first conductive layer (top layer)
- 33
- zweite leitfähige Schicht (middle layer)second conductive layer (middle layer)
- 44th
- dritte leitfähige Schicht (bottom layer)third conductive layer (bottom layer)
- 55
- erstes Substratfirst substrate
- 66th
- zweites Substratsecond substrate
- 77th
- Durchkontaktierung (via)Plated through hole (via)
- 88th
- Anschluss (feeding probe)Connection (feeding probe)
- 99
- KoppelkondensatorCoupling capacitor
- 1010
- Eingangsimpedanz Zin Input impedance Z in
- 1111
- Strahlungswiderstand Rr Radiation resistance R r
- 1212
- Verlustwiderstand RL Loss resistance R L
- 1313
- Schleifeninduktivität LA Loop inductance L A
- 1414th
- Induktivität des Schleifenleiters Li Inductance of the loop conductor L i
- 1515th
- Kapazität Cr Capacity C r
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