本實(shí)用新型涉及一種微帶天線，還涉及應(yīng)用該微帶天線的植入式醫(yī)療器械。

背景技術(shù)：

在遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)中，通過植入天線將采集的數(shù)據(jù)發(fā)射出去，通過體外天線接收數(shù)據(jù)以監(jiān)測(cè)人體的健康狀況。因而植入天線是遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。它的應(yīng)用領(lǐng)域之一是植入醫(yī)療器械。人體內(nèi)部的植入天線面臨許多挑戰(zhàn)，如：小型化、能量消耗、生物兼容性和安全性等。其中小型化直接決定天線能否植入人體或動(dòng)物的相應(yīng)部位中以及植入后人體或動(dòng)物的舒適度，具有十分重要的意義。

微帶植入天線是一種應(yīng)用較為廣泛的植入天線，一般包括介質(zhì)基板以及附著在介質(zhì)基板正面的金屬輻射片，其中，平面倒F型的金屬輻射片因其低側(cè)面、全向的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向以及比傳統(tǒng)微帶天線小得多的尺寸等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)引起許多科研團(tuán)隊(duì)的興趣。當(dāng)前，具有單層金屬輻射片的微帶植入天線的尺寸普遍較大，需要進(jìn)一步縮減。吳昊等人在《一種新型MICS頻段可植入天線的設(shè)計(jì)》一文中提出一種具有三層平面倒F結(jié)構(gòu)的微帶植入天線，有效地減小了微帶植入天線的平面尺寸。然而，使用層疊輻射片的微帶植入天線雖然有較小的平面尺寸，但往往具有更大的厚度和更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。因此，需要設(shè)計(jì)一些新型小型化的微帶植入天線來滿足植入醫(yī)療器械的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種尺寸小、性能較好的微帶天線。本實(shí)用新型還要提供應(yīng)用該微帶天線的植入式醫(yī)療器械。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，微帶天線，包括輻射片和介質(zhì)基板，所述輻射片位于介質(zhì)基板的正面，所述輻射片的外側(cè)為弧線，內(nèi)側(cè)包含一個(gè)中心槽、一條矩形槽和n條弧形槽；矩形槽連接中心槽和輻射片的外側(cè)弧線；弧形槽位于中心槽與輻射片的外側(cè)弧線之間；每一條弧形槽都有一端與矩形槽連接，其中，第一條弧形槽始端與矩形槽連接，第二條弧形槽末端與矩形槽連接，第三條弧形槽始端與矩形槽連接，以此類推；n為自然數(shù)且≥1。

本實(shí)用新型的輻射片的外側(cè)為弧線，可以在有限空間獲得較大的輻射面積，有利于提高天線的增益，并可以根據(jù)不同的使用環(huán)境和裝配空間選擇不同的弧線形狀。所述微帶天線采用弧形開槽結(jié)構(gòu)，較傳統(tǒng)的直線開槽結(jié)構(gòu)具有更長的電流路徑，諧振頻率更小，有利于縮小微帶天線尺寸。每一條弧形槽都有一端與矩形槽相連，形成交錯(cuò)的開口結(jié)構(gòu)，使n條弧形槽 將輻射片分成首尾相連的n+1條條帶，極大地延長了電流路徑，天線的諧振頻率大大降低。

進(jìn)一步，所述弧線為圓弧線或橢圓弧線；或?yàn)閳A弧線、橢圓弧線、拋物弧線、雙曲弧線中任意幾種的結(jié)合。上述弧線的邊沿光滑、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易，且邊沿效應(yīng)小、反射較小。

進(jìn)一步，所述弧形槽為與所述圓弧線同心的圓弧形槽，或與所述橢圓弧線同軸的橢圓弧形槽。這樣設(shè)置的目的是使所得微帶天線的開槽分布更均勻，電流路徑更長，電流密度的均勻性顯著提高。

進(jìn)一步，所述矩形槽與所述圓弧線的半徑重合，或與所述橢圓弧線的軸重合。這樣設(shè)置的目的是使首尾相連的n+1條條帶中的每一條條帶中的局部寬度一致，電流密度更均勻。

進(jìn)一步，所述中心槽為與所述圓弧線同心的圓形槽或與所述橢圓弧線同軸的橢圓形槽。這樣設(shè)置的目的是使中心槽與弧形槽之間的寬度保持一致，電流密度更均勻。

進(jìn)一步，所述n條弧形槽的寬度和/或間隔相等，有利于調(diào)節(jié)微帶天線的諧振頻率，對(duì)于相同的諧振頻率，弧形槽越多，對(duì)應(yīng)的天線尺寸縮減越大。采用寬度和間隔都相等的弧形槽，不僅可以充分利用輻射片的面積，布置更多的弧形槽，使電流路徑更長，還可以簡(jiǎn)化制造工藝，降低生產(chǎn)成本。

進(jìn)一步，所述天線還包括接地面、短路線和短路點(diǎn)，接地面位于介質(zhì)基板的背面，短路線連接接地面并穿過介質(zhì)基板與輻射片上的短路點(diǎn)連接。增加接地面可以改善天線性能，滿足一些特殊用途的需要，擴(kuò)大天線的應(yīng)用領(lǐng)域。短路線能夠進(jìn)一步降低天線尺寸，并有利于調(diào)整饋電阻抗。

進(jìn)一步，所述天線還包括覆蓋輻射片的介質(zhì)加載層。介質(zhì)加載層覆蓋在輻射片的表面，可以隔離輻射片，特別適合于制備微帶植入天線，用于動(dòng)物或人體組織中，并且通過選擇不同的介質(zhì)，還可以調(diào)整天線參數(shù)，如諧振頻率等。

進(jìn)一步，所述天線還包括饋電探針和饋電點(diǎn)，饋電探針由內(nèi)部的芯線、外部的金屬薄層以及中間的絕緣層組成，饋電探針穿過接地面以及介質(zhì)基板，最終其芯線與輻射片上的饋電點(diǎn)相連，金屬薄層與接地面連接。通過調(diào)節(jié)饋電點(diǎn)和短路點(diǎn)的相對(duì)位置，可以調(diào)節(jié)天線的阻抗匹配。進(jìn)一步，所述饋電探針為差分饋電銅柱。

植入式醫(yī)療器械是指通過外科手術(shù)或內(nèi)科方法，部分或整體地植入人體體內(nèi)的醫(yī)療器械；或指通過吞入方式進(jìn)入自然口腔，收集和傳輸體內(nèi)的生理數(shù)據(jù)。植入體內(nèi)的植入式醫(yī)療器械將檢測(cè)到的患者數(shù)據(jù)通過植入天線傳輸給外部服務(wù)器，醫(yī)生則根據(jù)外部服務(wù)器的數(shù)據(jù)報(bào)告來獲取患者的狀態(tài)。因此，傳輸數(shù)據(jù)的植入天線具有非常重要的作用。以上述微帶天線為植入天線的植入式醫(yī)療器械具有更小的尺寸和更寬的工作頻率。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的微帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖(未示出介質(zhì)加載層)。

圖2為實(shí)施例1的微帶天線的A-A向剖視圖(示出介質(zhì)加載層)。

圖3為實(shí)施例2的微帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖(未示出介質(zhì)加載層)。

圖4為實(shí)施例3的微帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖(未示出介質(zhì)加載層)。

圖5為實(shí)施例4的微帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖(未示出介質(zhì)加載層)。

其中，1為輻射片；11為中心槽；12為矩形槽；13為弧形槽；2為介質(zhì)基板；3為饋電點(diǎn)；30為饋電探針；4為短路點(diǎn)；40為短路線；5為介質(zhì)加載層；6為接地面。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

從圖1可以看出，輻射片1的外側(cè)為圓弧線，其半徑為6.6mm，內(nèi)側(cè)包含一個(gè)中心槽11、一條矩形槽12和2條圓弧形槽13。中心槽11和2條圓弧形槽13與圓弧線同心，中心槽11為圓形槽。矩形槽12連接中心槽11和輻射片1的外側(cè)圓弧線并與圓弧線的半徑重合；每一條圓弧形槽13都有一端與矩形槽12連接，其中，第一條圓弧形槽13始端與矩形槽12連接，第二條圓弧形槽13末端與矩形槽12連接；這種開槽方式將輻射片1分為3條寬度相等、首尾相連的弧形條帶，形成蜿蜒曲折的電流路徑，大大降低了輻射片1的諧振頻率，使微帶天線的尺寸大大降低。兩條圓弧形槽13的寬度均為0.3mm；弧形條帶寬度均為1.7mm。

如圖2所示，該微帶天線由輻射片1、介質(zhì)基板2、饋電探針30、短路線40、介質(zhì)加載層5、接地面6組成。輻射片1位于介質(zhì)基板2的正面，介質(zhì)基板2的面積略大于輻射片1的面積。接地面6位于介質(zhì)基板2的背面，接地面6為金屬涂覆層，并通過短路線40與輻射片1上的短路點(diǎn)4處。短路點(diǎn)4的中心距輻射片1的中心5.8mm，距矩形槽1.1mm。介質(zhì)基板2和介質(zhì)加載層5采用Rogers 6010，其相對(duì)介電常數(shù)為10.2，厚為0.635mm，損耗角正切值為0.003。饋電探針30由內(nèi)部的芯線、外部的金屬薄層以及中間的絕緣層組成，饋電探針30具體為差分饋電銅柱，其電阻為50Ω，饋電探針30穿過接地面6以及介質(zhì)基板2，最終其芯線連接在輻射片1上的饋電點(diǎn)3處，金屬薄層與接地面6連接。饋電點(diǎn)3的中心距輻射片的中心5.8mm，距短路點(diǎn)中心11.4mm。

微帶天線的仿真模型為人體皮膚組織，該模型能近似模擬人體皮膚的電性質(zhì)，在402MHz時(shí)的相對(duì)介電常數(shù)為46.74，電導(dǎo)率為0.69S/m。仿真模型的上邊界面與微帶天線相距3mm,其它邊界面與微帶天線相距40mm，經(jīng)測(cè)試微帶天線的仿真與測(cè)試的回波損耗可知，微帶天線的差分反射系數(shù)在MICS頻段(402-405MHz)內(nèi)都小于-10dB，微帶天線都能覆蓋的頻率范圍為395-423MHz，具有28MHz的帶寬。經(jīng)測(cè)試微帶天線在402MHz時(shí)的三維遠(yuǎn)場(chǎng)增益方向可知，其峰值增益為-38.5dBi，能實(shí)現(xiàn)全向的輻射方向，具有較寬的通信范圍。

實(shí)施例2

如圖3所示，本實(shí)施例的微帶天線與實(shí)施例1所述微帶天線的主要區(qū)別在于弧形條帶的寬度不相同，其中，第一條圓弧形槽13與中心槽11之間的弧形條帶及第一條圓弧形槽13與第二條圓弧形槽13之間的弧形條帶寬度均為1.7mm，而第二條圓弧形槽13與外側(cè)弧線之間的弧形條帶的寬度為1.4mm。中心槽11、矩形槽12和圓弧形槽13的連接方式見圖3。對(duì)應(yīng)的微帶天線結(jié)構(gòu)參見實(shí)施例1中的對(duì)圖2的描述，經(jīng)測(cè)試，該微帶天線的性能良好，此不再贅述。

實(shí)施例3

如圖4所述，輻射片1的外側(cè)為橢圓弧線，內(nèi)側(cè)包含一個(gè)中心槽11、一條矩形槽12和2條橢圓弧形槽13。中心槽11和2條橢圓弧形槽13與橢圓弧線同軸且同心，中心槽11為橢圓形槽。矩形槽12與橢圓弧線的短軸重合。兩條橢圓弧形槽13的寬度均為0.3mm；弧形條帶寬度均為1.7mm。中心槽11、矩形槽12和橢圓弧形槽13的連接方式見圖4。對(duì)應(yīng)的微帶天線結(jié)構(gòu)參見實(shí)施例1中的對(duì)圖2的描述，經(jīng)測(cè)試，該微帶天線的性能良好，此不再贅述。

實(shí)施例4

如圖5所述，輻射片1的外側(cè)由圓弧線AMB和橢圓弧線ANB組成，AB為圓弧線AMB的直徑及橢圓弧線ANB的短軸，內(nèi)側(cè)包含一個(gè)中心槽11、一條矩形槽12和2條弧形槽13。中心槽11和2條弧形槽13與橢圓弧線ANB同軸且與圓弧線AMB同心。中心槽11一半為與圓弧線AMB同心半圓形槽，一半為與橢圓弧線ANB同軸的半橢圓形槽。矩形槽12與圓弧線AMB的半徑及橢圓弧線ANB的長軸重合。兩條弧形槽13的寬度均為0.3mm；弧形條帶寬度均為1.7mm。中心槽11、矩形槽12和弧形槽13的連接方式見圖5。對(duì)應(yīng)的微帶天線結(jié)構(gòu)參見實(shí)施例1中的對(duì)圖2的描述，經(jīng)測(cè)試，該微帶天線的性能良好，此不再贅述。

本實(shí)用新型提供的微帶天線的尺寸小，電流路徑長，諧振頻率小，輻射面積和輻射方向廣，工作頻率寬，形狀可以根據(jù)具體需求做調(diào)整。應(yīng)用于植入式醫(yī)療器械時(shí)，能有效減小植入式醫(yī)療器械的尺寸，實(shí)現(xiàn)小型化目的，而且在MICS頻段(402-405MHz)內(nèi)的回波損耗都小于-10dB，能實(shí)現(xiàn)完全覆蓋，因此完全可以替代現(xiàn)有植入式醫(yī)療器械的通信天線。