TWI495193B - 微型植入式天線 - Google Patents

Description

微型植入式天線

本發明係關於一種天線，特別關於一種微型植入式天線。

現代人飲食習慣的改變與繁忙工商的壓力下，使得現代的文明病如：心臟病、中風、糖尿病到癌症逐漸加增且有越來越年經化的趨勢。不過這些文明病若都能夠透過長期的生理信號監測而得以及早被發現與治療，因此為了自身健康的需求，這些生理信號需要被長期監測。

生理信號的植入式量測技術有很多種，依據量測的方式可分成三大類：非侵入式、低侵入式與侵入式。其中，低侵入式介於非侵入式與侵入式之間，並具有兩者之優點。例如，低侵入式植入量測裝置之量測較非侵入式精準，卻又可以輕易的從人體中取出與替換，這樣的特性使得低侵入式的量測裝置可以輕易的更換電池與藥物，又可以達到很好的藥效與有效的量測，而低侵入式植入量測裝置最具魅力的是它不需要冒動手術的風險，也不會帶給受測者困擾及不舒服感，更不會限制受測者的行動。

因此，如何提供一種微型植入式天線，能夠應用於植入式量測裝置，以提供量測資訊的無線傳輸，進而提升使用便利性與產品競爭力，實為當前重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能夠應用於植入式量測裝置，以提供量測資訊的無線傳輸之微型植入式天線。

為達上述目的，依據本發明之一種微型植入式天線包含一接地單元、一螺旋單元以及一第一彎折單元。螺旋單元與接地單元相對而設。第一彎折單元位於螺旋單元之一側並與螺旋單元連接。

在一實施例中，接地單元為一金屬片。

在一實施例中，接地單元具有一凹槽容置一饋入部，該饋入部與螺旋單元連接。

在一實施例中，螺旋單元具有一第一螺旋部以及一第二螺旋部，該等螺旋部相互螺旋。

在一實施例中，第一彎折單元具有一分形天線圖案。

在一實施例中，第一彎折單元係與第一螺旋部連接且不與第二螺旋部連接。

在一實施例中，微型植入式天線更包含一第二彎折單元與螺旋單元連接，第一彎折單元產生一較高頻模態，螺旋單元與第二彎折單元產生一較低頻模態。

在一實施例中，微型植入式天線更包含一第二彎折單元。第一彎折單元與第一螺旋部連接，第二彎折部與第二螺旋部連接。

在一實施例中，微型植入式天線更包含一第二彎折單元與螺旋單元連接，第一彎折單元與第二彎折單元分別位於螺旋單元之兩側。

在一實施例中，微型植入式天線更包含一植入式元件。接地單元、螺旋單元與第一彎折單元設置於植入式元件。

承上所述，在本發明之微型植入式天線中，螺旋單元為螺旋狀的輻射體，而第一彎折單元為連續彎折狀的輻射體。藉由螺旋狀與連續彎折狀的輻射體，可延伸電流傳遞路徑，以應用於較長波段與較低頻段之醫療頻段。藉此，本發明之微型植入式天線能夠應用於植入式量測裝置，以提供量測資訊的無線傳輸，進而提升使用便利性與產品競爭力。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種微型植入式天線，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1為本發明較佳實施例之一種微型植入式天線1的示意圖。微型植入式天線1包含一天線圖案，該天線圖案包含一接地單元11、一螺旋單元12以及一第一彎折單元13。其中，螺旋單元12與接地單元11相對而設，第一彎折單元13位於螺旋單元12之一側並與螺旋單元12連接。以下再進一步說明微型植入式天線1。

在本實施例，接地單元11為一金屬片。接地單元11具有一凹槽111容置一饋入部121。於此，凹槽111位於接地單元11鄰近螺旋單元12之一側的位置，且呈方形。饋入部121用以饋入訊號。饋入部121與螺旋單元12連接，其可與螺旋單元12一體成型製成。

螺旋單元12與接地單元11相對而設且不接觸。螺旋單元12具有一第一螺旋部122以及一第二螺旋部123，該等螺旋部122、123相互螺旋。於此，第一螺旋部122之一臂124係與饋入部121連接並鄰設於接地單元11。在本實施例中，螺旋單元12係以螺旋天線(Spiral antenna)中的阿基米德螺線(Archimedean Spirals)構成。

第一彎折單元13位於螺旋單元12之一側並與螺旋單元12連接。於此，第一彎折單元13係與螺旋單元12之第一螺旋部122連接，且不與第二螺旋部123連接。並且，若在螺旋單元12與接地單元11之間畫一條虛擬線，則第一彎折單元13與螺旋單元12位於該虛擬線的同一側。在本實施例中，第一彎折單元13具有一分形(Fractal)天線圖案，例如為適合矩形空間演化的Hilbert曲線的分形天線，並藉由公式計算出所需的階數與曲線長度，以達到特定的共振頻率，例如為醫療用之頻率。當然，上述頻段僅為舉例說明，並非用以限制本發明之應用。

此外，本實施例之微型植入式天線1更包含一第二彎折單元14，其與螺旋單元12連接。於此，第二彎折單元14係與螺旋單元12之第二螺旋部123連接。第一彎折單元13與第二彎折單元14分別位於螺旋單元12之兩側。另外，若在螺旋單元12與接地單元11之間畫一條虛擬 線，則第一彎折單元13、第二彎折單元14與螺旋單元12係位於該虛擬線的同一側。此外，若在螺旋單元12之中間處畫一虛擬水平線，則第一彎折單元13與第二彎折單元14分別位於該虛擬水平線之兩側。這樣巧妙的設計是有其特別果效，以下會再說明；然而，這樣的設計並非用以限制本發明之天線圖案，天線圖案可依實際需求(例如頻段或頻寬的選擇)而進行調整或變化。第二彎折單元14與第一彎折單元13類同，皆具有一分形天線圖案，故於此不再贅述。

本實施例之微型植入式天線1可形成多電流路徑、多共振模態寬頻化的天線設計，使得第一彎折單元13產生一較高頻模態，螺旋單元12與第二彎折單元14產生一較低頻模態。細部來說，較高頻模態係由第一彎折單元13與螺旋單元12之一臂124產生；較低頻模態係由螺旋單元12之第二螺旋部123與第二彎折單元14產生。

以下說明如何形成雙模態與寬頻化。當饋入部121饋入訊號時，可形成三條電流路徑如圖1所示。第一電流路徑由饋入部121開始，並經過臂124與第一彎折單元13，並構成較高頻模態。於此，第一電流路徑採1/4λ設計以使天線產生較高頻的模態。第二電流路徑從饋入部121開始，並經過螺旋單元12之第一螺旋部122。第三電流路徑係由第二電流路徑耦合而產生，並經過第二螺旋部123而達到第二彎折單元14。於此，第二電流路徑係採1/4λ設計並且造成第三電流路徑的天線耦合饋入，使得第三電流路徑達到1/2λ的較低頻模態設計。上述兩個較高頻與較低頻模態相互靠近而形成較寬的頻寬。

圖2為本發明較佳實施例之微型植入式天線1之工作頻率與反射係數的示意圖。如圖2所示，微型植入式天線1形成一個較低頻的模態與一個較高頻的模態，並組成一個寬頻化的頻帶，天線頻寬可達14MHz以上，並且這樣天線的設計可以達到更有效的輻射使得微型天線增益高達-3.8dB。

微型植入式天線1可更包含一植入式元件，天線圖案設置於植入式元件，例如形成於植入式元件之一表面上或嵌入於植入式元件內。植入式元件可為低侵入式或侵入式元件。植入式元件可為平面式或立體式，圖3顯示了植入式元件15為立體式的態樣。前述所說本實施例之巧妙天線設計可達到之特別果效係指微型植入式天線1之天線圖案可在結構上絕佳的匹配(match)於植入式元件15，以下說分明。

植入式元件15為一立體結構。於此，其具有五面，並具有一容置空間以裝設於牙齒上作為一牙套之用。藉由植入式元件15設置於牙齒上，使得植入式量測裝置可量測人體的基礎體溫(basal body temperature)，並可準確量測到體溫的變化，其確準度可控制於0.1℃之內。於此，植入式元件15包含高介電係數材質，介電係數例如介於9～21(F/m)之間。高介電係數材質例如為二氧化鋯(ZrO₂ )，其係為一種牙材，可使本實施例之微型植入式天線1應用於牙套或其他戴設於口腔之物者。

圖4為微型植入式天線1之天線圖案設置於植入式元件15的示意圖。微型植入式天線1的天線圖案可分為五個部分，分別位於植入式元件15的五個內表面。其中，接地單元11設置於植入式元件15之一內表面，第一彎折單元13位於植入式元件15之另一內表面，螺旋單元12位於植入式元件15之另二內表面，第二彎折單元14位於植入式元件15之另一內表面。藉此，微型植入式天線1充皆利用了植入式元件15之面積，並達到立體的效果。

此外，天線圖案設置於植入式元件15之至少一內表面，以致天線圖案不會直接接觸到人體組織，而解決生物相容性的問題。此外，由於天線圖案的輻射體包覆於高介電之植入式元件15內，因而能得到更高的等效介電係數，並因此對天線微型化提供一些貢獻。此外，天線圖案被高介電係數材料包覆可減少外在口腔環境變異對天線所造成的影響，並且這樣的設計可以允許在植入式元件15外表面上做個人齒模形狀的雕刻，更增加假牙天線的真實應用性。

本發明可不局限於牙套之應用，亦可應用於其他低侵入式或侵入式之應用。

綜上所述，在本發明之微型植入式天線中，螺旋單元為螺旋狀的輻射體，而第一彎折單元為連續彎折狀的輻射體。藉由螺旋狀與連續彎折狀的輻射體，可延伸電流傳遞路徑，以應用於較長波段與較低頻段之醫療頻段。藉此，本發明之微型植入式天線能夠應用於植入式量測裝置，以提供量測資訊的無線傳輸，進而提升使用便利性與產品競爭力。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1．．．微型植入式天線

11．．．接地單元

111．．．凹槽

12．．．螺旋單元

121．．．饋入部

122．．．第一螺旋部

123．．．第二螺旋部

124．．．臂

13．．．第一彎折單元

14．．．第二彎折單元

15．．．植入式元件

圖1為本發明較佳實施例之一種微型植入式天線的示意圖；

圖2為本發明較佳實施例之微型植入式天線之工作頻率與反射係數的示意圖；

圖3為本發明較佳實施例之微型植入式天線之植入式元件的示意圖；以及

圖4為微型植入式天線之天線圖案設置於植入式元件的示意圖。

1．．．微型植入式天線

11．．．接地單元

111．．．凹槽

12．．．螺旋單元

121．．．饋入部

122．．．第一螺旋部

123．．．第二螺旋部

124．．．臂

13．．．第一彎折單元

14．．．第二彎折單元

Claims (8)

1. 一種微型植入式天線，包含一天線圖案，該天線圖案包含：一接地單元；一螺旋單元，與該接地單元相對而設；以及一第一彎折單元，位於該螺旋單元之一側並與該螺旋單元連接，其中該螺旋單元具有一第一螺旋部以及一第二螺旋部，該等螺旋部相互螺旋，該第一彎折單元係與該第一螺旋部連接且不與該第二螺旋部連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微型植入式天線，其中該接地單元為一金屬片。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微型植入式天線，其中該接地單元具有一凹槽容置一饋入部，該饋入部與該螺旋單元連接。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微型植入式天線，其中該第一彎折單元具有一分形天線圖案。
5. 如申請專利範圍第1項所述之微型植入式天線，更包含一第二彎折單元與該螺旋單元連接，該第一彎折單元產生一較高頻模態，該螺旋單元與該第二彎折單元產生一較低頻模態。
6. 如申請專利範圍第1項所述之微型植入式天線，其中該微型植入式天線更包含一第二彎折單元，該第一彎折單元與該第一螺旋部連接，該第二彎折部與該第二 螺旋部連接。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微型植入式天線，其中該微型植入式天線更包含一第二彎折單元與該螺旋單元連接，該第一彎折單元與該第二彎折單元分別位於該螺旋單元之兩側。
8. 如申請專利範圍第1項所述之微型植入式天線，更包含：一植入式元件，該接地單元、該螺旋單元與該第一彎折單元設置於該植入式元件。