WO2020192825A1

WO2020192825A1 - Antennenanordnung

Info

Publication number: WO2020192825A1
Application number: PCT/DE2020/100156
Authority: WO
Inventors: Qiong Wang; Xiao FANG; Dirk Plettemeier
Original assignee: Tu Dresden
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2020-10-01
Also published as: DE102019107600B4; DE102019107600A1; DE112020001527A5

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.

Description

Antennenanordnung

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.

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.

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.

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.

Hierbei werden unter diesen implantierten Anordnungen wie Kapsel sowohl nahe der Hautoberfläche implantierte Anordnungen wie auch tiefer im Körper oder Körpergewebe implantierte Anordnungen verstanden.

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.

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.

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.

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. 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.

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.

Je kleiner der Umfang der Magnetantenne in Bezug auf die Wellenlänge l der zur Übertragung von Informationen genutzten Sende- bzw. Empfangsfrequenz ist, desto größer wird die Wirkung der magnetischen Komponente der Magnetantenne gegenüber ihrer elektrischen Komponente.

So werden Antennen, bei welchen der Umfang das 0,3 bis 0,1 -fache der Wellenlänge l beträgt als elektromagnetische Antennen bezeichnet und Antennen, bei welchen der Umfang kleiner als das 0, 1 fache der Wellenlänge l beträgt als magnetische Antennen bzw. Magnetantennen bezeichnet.

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.

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.

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.

Auf der Grundlage dieses Standes der Technik besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Antennenanordnung für eine Herzschrittmacherkapsel oder eine andere zu implantierende Kapsel.

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.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und 5 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 4 sowie 6 und 7 angegeben.

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.

Vorgesehen ist es auch, dass diese magnetische Antenne in einer

miniaturisierten Größe und mit einer geringen Höhe in ihrer Bauform ausgeführt wird.

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.

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.

Vorgesehen ist es weiterhin, den kreisförmigen Stromweg der Antenne nicht vollständig, sondern nur als einen Kreisringsektor auszuführen.

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.

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.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Antennenanordnung ist für eine

Kommunikation im Nahfeld vorgesehen.

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 l abhängig sind.

Für Antennen, die kürzer oder kleiner sind als die Hälfte der Wellenlänge l 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 l der abgegebenen Strahlung definiert.

Für eine solche Antennenanordnung ist das Nahfeld die Region innerhalb eines Radius r « l, während das Fernfeld die Region ist, für die gilt r » 2 l gilt. Die Übergangszone ist somit als der Bereich zwischen r = l und r = 2l festgelegt.

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.

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.

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.

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:

Fig. 1 : eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen planaren

Antennenanordnung in einer dreilagigen Ausführung,

Fig. 2: eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen planaren

Antennenanordnung in einer dreidimensionalen Ansicht der Anordnung nach Figur 1 , Fig. 3: eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen planaren

Antennenanordnung in einer zweilagigen Ausführung und

Fig. 4: ein Ersatzschaltbild der Antennenanordnung. Die Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen planaren Antennenanordnung 1 in einer dreilagigen Ausführung.

Die Antennenanordnung 1 weist eine erste elektrisch leitfähige Schicht 2 auf, welche sich zumindest teilweise über eine erste Fläche eines ersten Substrats 5 erstreckt. Auf einer der ersten Fläche des ersten Substrats 5 gegenüberliegenden zweiten Fläche des ersten Substrats 5 ist eine zweite leitfähige Schicht 3 angeordnet. Auch diese zweite leitfähige Schicht 3 kann sich nur teilweise über die zweite Fläche des ersten Substrats 5 erstrecken.

An die zweite leitfähige Schicht 3 angrenzend ist ein zweites Substrat 6 angeordnet, welches sich parallel zum ersten Substrat 5 erstreckt, so dass eine erste Fläche eines zweiten Substrats 6 an der zweiten leitfähigen Schicht 3 anliegt. Das zweite Substrat 6 weist eine seiner ersten Fläche gegenüberliegende zweite Fläche auf an deren Oberfläche eine dritte leitfähige Schicht 4 angeordnet ist.

Um eine entsprechende Arbeitsweise der Antennenanordnung zu ermöglichen ist es vorgesehen eine Durchkontaktierung 7 anzuordnen, welche die zweite elektrisch leitfähige Schicht 3 mit der dritten elektrisch leitfähigen Schicht 4 elektrisch leitend verbindet.

Außerdem ist es vorgesehen, dass eine Ankopplung an die erste elektrisch leitfähige Schicht 2 mittels eines Anschlüss e ermöglicht wird, wobei der Anschluss 8 derart ausgeführt ist, dass er durch die Ebene der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 3 und die Ebene der dritten elektrisch leitfähigen Schicht 4 elektrisch isoliert verläuft. Über diesen Anschluss 8 erfolgt die Einspeisung in die Antennenanordnung 1.

In der Figur 2 ist eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen planaren Antennenanordnung 1 in einer dreidimensionalen Ansicht der Anordnung nach Figur 1 gezeigt.

Zu erkennen ist eine als ein Abschnitt eines Ringes, also einen Kreissektor, ausgeführte erste leitfähige Schicht 2. Im Beispiel der Figur 2 überdeckt der Kreissektor der ersten leitfähigen Schicht 2 etwa ein Viertel des gesamten Rings oder Kreises, wobei die genaue Größe dieses Abschnitts durch eine entsprechende Dimensionierung der Antennenanordnung 1 bestimmt wird.

Getrennt von dieser ersten leitfähigen Schicht 2 durch das erste Substrat 5 ist unter dem ersten Substrat 5 die zweite leitfähige Schicht 3 dargestellt, welche ebenfalls als ein Kreissektor ausgebildet ist. Diese zweite leitfähige Schicht 3 bildet einen kreisförmigen Stromweg für die Antenne aus. Durch die Öffnung des Kreissektors bzw. des kreisförmigen Stromwegs in der zweiten leitfähigen Schicht 3 kommt es zur Ausbildung einer ersten Kapazität.

In der Figur 2 ist unter der zweiten leitfähigen Schicht 3 das zweite Substrat 6 dargestellt. Einem Fachmann wird der Zusammenhang auch in einer gemeinsamen Betrachtung mit der Figur 1 gut ersichtlich. In der Figur 2 ist unter dem zweiten Substrat 6 die dritte leitfähige Schicht 4 gezeigt, welche ebenfalls einen keinen vollständige geschlossenen Ring und somit einen Kreissektor ausbildet. Zu erkennen ist auch die Durchkontaktierung 7, welche die zweite leitfähige Schicht 3 mit der dritten leitfähigen Schicht 4 elektrisch leitend verbindet. Ebenfalls zu erkennen ist der zur Einspeisung der Antennenanordnung 1 genutzte Anschluss 8, welcher nur mit der ersten leitfähigen Schicht 2 leitend verbunden ist. Zwischen der ersten leitfähigen Schicht 2 und der zweiten leitfähigen Schicht 3 bildet sich eine weitere Kapazität aus.

Die erfindungsgemäße Antennenanordnung 1 , auch als planar ausgeführte elektrisch gekoppelte Schleifenantenne bezeichnet, nachfolgend kürzer PECLA genannt, (PECLA; planar electrically coupling loop antenna) wird sehr vorteilhaft mittels einer Standard-Leiterplattentechnologie (PCB; printed Circuit board) hergestellt.

Die obere Kupferschicht einer beispielsweise dreilagigen Leiterplatte stellt die erste leitfähige Schicht 2 dar. Diese bildet eine offene Übertragungsleitung mit niedriger Impedanz, die mit der Speisesonde, dem Anschluss 8 verbunden ist. Die mittlere Kupferschicht der dreilagigen Leiterplatte stellt die zweite leitfähige Schicht 3 bereit, welche eine kurzgeschlossene Hochimpedanz- Übertragungsleitung ausbildet. Die zweite leitfähige Schicht 3 ist über die Durchkontaktierung 7 an die unteren Kupferschicht und somit die dritte leitfähige Schicht 4 der dreilagigen Leiterplatte angeschlossen. Die zweite leitfähige Schicht 3 wird durch eine kapazitive Kopplung von der oberen ersten leitfähigen Schicht 2 gespeist.

Das erste Substrat 5 hat eine geringe relative Permittivität e, beispielsweise im Bereich zwischen 2 und 4, insbesondere von etwa 3, und eine große Dicke, beispielsweise im Bereich zwischen 0,2 mm und 0,3 mm .insbesondere von etwa 0,254 mm (10m il), um die Ohmschen Verluste und die gespeicherte Energie in der Antennenanordnung 1 zu minimieren. Die Höhe der ersten leitfähigen Schicht 2, die Dicke des ersten Substrats 5 und die Permittivität des ersten Substrats 5 sind für die Skalierung der Eingangsimpedanz der Antennenanordnung 1 verantwortlich.

Die sich ausbildende Kapazität zwischen der zweiten leitfähigen Schicht 3 und der dritten leitfähigen Schicht 4 kann die Baugröße der Antennenanordnung 1 minimieren. Daher wird das zweite Substrats 6 mit einer hohen relativen Permittivität, beispielsweise im Bereich zwischen 9 und 1 1 , insbesondere von etwa 10,2 , und einer geringen Dicke, beispielsweise im Bereich zwischen 0, 1 mm und 0,2 mm, insbesondere von 0, 127 mm (5mil), bereitgestellt. Durch die gezeigte dreilagige Struktur der Antennenanordnung 1 kann die Antenne leicht auf eine Impedanz von etwa 50 Ohm angepasst werden.

Der Strahlungsteil der Antennenanordnung 1 ist die zweite leitfähige Schicht 3, die als eine „Schleife“ bzw. ein Kreisringsektor ausgebildet ist, wobei der Durchmesser der Antennenanordnung 1 kleiner als l/4 ist und wobei das Strahlungsfeld der Antennenanordnung 1 als ein magnetischer Hertzscher Dipol angenähert betrachtet werden kann.

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 1 verbessert wird.

Das Arbeitsprinzip der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 1 (PECLA) ist nicht völlig verschieden von anderen aus dem Stand der Technik bekannten Antennenanordnungen wie beispielsweise einer aus [1 ] Akbarpour, A., & Chamaani, S. (2017)„Dual-band electrically coupled loop antenna for implant applications“ IET Microwaves, Antennas & Propagation, 1 1 (7), 1020-1023 bekannten Antennenanordnung oder einer aus [2] Manteghi, M. (2013) „Electrically coupled loop antenna as a dual for the planar inverted-f antenna“ Microwave and Optical Technology Leiters, 55(6), 1409-1412 bekannten 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.

Dies Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Antennenanordnung 1 überwunden, da die erfindungsgemäße planar ausgeführte elektrisch gekoppelte Schleifenantenne 1 (PECLA) mittels einer mehrlagigen Leiterplattentechnologie gefertigt werden kann. Somit werden sowohl eine Miniaturisierung, eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit der Antennenanordnung 1 wie auch eine preiswerte Massenproduktion möglich.

Die planare Struktur der Antennenanordnung 1 verringert das benötigte Antennenvolumen. Zum Beispiel betragen die Abmessungen und das Volumen des in [1 ] vorgeschlagenen MICS-Band-ECLA ohne konzentrierten Kondensator 14,3 mm ^c 13 mm ^c 15 mm und 2788,5 mm³.

Im Gegensatz hierzu betragen die Abmessungen der Antennenanordnung 1 nur 12 mm x 12 mm ^c 0,4 mm und das Volumen wird somit auf 57,6 mm³ reduziert, was etwa 1/50 des Volumens von ECLA in [1 ] entspricht.

Außerdem erleichtert die planare Struktur der Antennenanordnung 1 die Integration in die Herzschrittmacherkapsel und spart Platz, welcher bei dem begrenzten Volumen der Herzschrittmacherkapsel den Platzbedarf der Batterie sowie anderer funktional notwendiger Komponenten vergrößert. Die elektrischen Komponenten der Herzschrittmacherkapsel werden üblicherweise als Stapelstruktur positioniert, so dass die planare Antennenanordnung 1 im oberen oder unten Bereich eine Herzschrittmacherkapsel angeordnet werden kann. Die Figur 3 zeigt eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen planaren Antennenanordnung 1 in einer zweilagigen Ausführung mit einem dargestellten Koppelkondensator 9.

Um die Struktur der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 1 (PECLA) zu vereinfachen, wird eine Lösung mit einer nur zweischichtigen Anordnung der Elemente der Antennenanordnung 1 auf einer zweilagigen Leiterplatte oder ähnlichem vorgeschlagen, wobei nur ein erstes Substrat 5 benötigt wird.

Hierbei ist die untere Kupferschicht einer Leiterplatte, also die zweite leitfähige Schicht 3, als eine offene Übertragungsleitung ausgeführt und ist mit dem positiven Teil eines Koaxialkabels verbunden, über welches die

Antennenanordnung 1 mit einer Sende- Empfangs-Anordnung verbunden ist. Der Anschluss des Koaxialkabels an die Antennenanordnung 1 ist in der Figur 3 nicht dargestellt.

Die obere Kupferschicht der Leiterplatte, also die erste leitfähige Schicht 2, ist eine kurzgeschlossene Übertragungsleitung, die an den negativen Teil des Koaxialkabels angeschlossen ist.

Die erste leitfähige Schicht 2 wird durch eine kapazitive Kopplung von der zweiten leitfähigen Schicht 3 gespeist, wobei zwischen der ersten leitfähigen Schicht 2 und der zweiten leitfähigen Schicht 3 das erste Substrat 5

angeordnet ist.

Die Schichtdicke der ersten leitfähigen Schicht 2 und der zweiten leitfähigen Schicht 3, die Dicke und die Permittivität des ersten Substrats 5 beeinflussen den realen Teil der Eingangsimpedanz Zm 10 der Antennenanordnung 1. Somit kann die Eingangsimpedanz Zm 10 der Antennenanordnung 1 durch eine entsprechende Dimensionierung und Materialauswahl eingestellt werden. Vorgesehen ist es einen Koppelkondensator 9 auf der ersten leitfähigen Schicht 2 anzuordnen.

Durch die Anordnung eines Koppelkondensators 9 wird die Größe der

Antennenanordnung 1 verkleinert. Außerdem kann mittels des

Koppelkondensators 9 der imaginäre Anteil der Eingangsimpedanz abgestimmt also beeinflusst werden.

Mittels einer zweischichtigen erfindungsgemäßen Antennenanordnung 1 werden die Struktur weiter vereinfacht und die Anforderung in einem

Fertigungsprozess verringert. Insbesondere führt der eingesetzte

Koppelkondensator 9 zu einer weiteren Verringerung der Baugröße der Antennenanordnung 1.

In der Figur 4 ist ein Ersatzschaltbild der Antennenanordnung 1 dargestellt. Die Figur 4 zeigt die Eingangsimpedanz Zin 10. Diese Eingangsimpedanz Zin 10 ergibt sich gemäß:

Zi_n = Ri_n + j^i_n = ( _r + ) + j< (L_A + L_t— C_r )

Hierbei ist R_r der Strahlungswiderstand 11 , R_L der Verlustwiderstand 12, L_A eine Schleifeninduktivität 13, L_t eine Induktivität des Schleifenleiters 14 und C_r eine Kapazität 15 eines Parallelkondensators.

Bei der ersten Ausführung der Antennenanordnung 1 gemäß Figur 1 und 2 mittels einer dreilagigen Leiterplatte wird die Kapazität C_r 15 zwischen der zweiten leitenden Schicht 3 und der dritten leitenden Schicht 4 ausgebildet.

In der zweiten Ausführung der Antennenanordnung 1 gemäß der Figur 3 mittels einer zweilagigen Leiterplatte wird die Kapazität C_r 15 durch den

Koppelkondensator 9 ausgebildet. 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 R_r von etwa 50 Ohm einzustellen.

Eine derartige erfindungsgemäße Antennenanordnung 1 kann beispielsweise auch im Bereich von medizinischen Sonden zur Anwendung kommen, welche beispielsweise bei medizinischen Untersuchungen oder einer Therapie an schwer zugänglichen Körperstellen zum Einsatz kommen.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1 Antennenanordnung

2 erste leitfähige Schicht (top layer)

3 zweite leitfähige Schicht (middle layer)

4 dritte leitfähige Schicht (bottom layer)

5 erstes Substrat

6 zweites Substrat

7 Durchkontaktierung (via)

8 Anschluss (feeding probe)

9 Koppelkondensator

10 Eingangsimpedanz Z_in

11 Strahlungswiderstand R_r

12 Verlustwiderstand R_L

13 Schleifeninduktivität L_A

14 Induktivität des Schleifenleiters L_t

15 Kapazität C_r

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Antennenanordnung (1 ), 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, dadurch gekennzeichnet, 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.

2. Antennenanordnung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Schichten (2, 3, 4) welche sich nur teilweise über die Flächen der Substrate (5, 6) erstecken in einer Form von

Kreisringsektoren angeordnet sind.

3. Antennenanordnung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (8) sich durch das erste und das zweite Substrat (5, 6) und durch die zweite leitfähige Schicht (3) und die dritte leitfähige Schicht (4) erststeckend und isoliert zu diesen angeordnet ist.

4. Antennenanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (5) das zweite Substrat (6) und die leitfähigen Schichten (2, 3, 4) in einer mehrlagigen Leiterplatte angeordnet sind.

5. Antennenanordnung (1 ), 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, dadurch gekennzeichnet, 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) angeordnet ist, dass sich die leitfähigen Schichten (2, 3) nur teilweise über die Flächen des Substrats (5) erstecken und dass im Bereich der ersten leitfähigen Schicht (2) ein Koppelkondensator (9) angeordnet ist.

6. Antennenanordnung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Schichten (2, 3) welche sich nur teilweise über die Flächen der Substrate (5, 6) erstecken in einer Form von

Kreisringsektoren angeordnet sind.

7. Antennenanordnung (1 ) nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (5) und die leitfähigen Schichten (2, 3) in einer Leiterplatte angeordnet sind.