本實用新型涉及生物醫(yī)學領域，具體涉及一種應用于植入式醫(yī)療器械中的差分雙頻寬帶天線。

背景技術：

目前植入式醫(yī)療設備已經(jīng)被用于實時監(jiān)控病人生理生化特征，改善生活質量。這些正在使用的植入式醫(yī)療設備包括心臟起搏器，迷走神經(jīng)刺激器，人工耳蝸，人工視網(wǎng)膜等。在如此眾多的植入式醫(yī)療設備中可植入式的天線是其不可或缺的部分，它起著為人體內的植入式生物醫(yī)療設備與體外的基站之間進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾饔?。由于植入式天線需要植入到人體內因此需要采用生物相容材料來隔離天線與生物組織以防止人體對天線產(chǎn)生排異反應同時也防止體液對天線的腐蝕。在生物醫(yī)療方面的植入式天線通常采用的頻段是醫(yī)療植入通信系統(tǒng)(Medical Implant Communication System,MICS)頻段，該頻段是歐洲電信標準協(xié)會(European Telecommunications Standards Institute,ETSI)規(guī)定的可用于人體無線通信的頻段。然而由于MICS頻段的電磁波的波長較長，因此需要采用小型化技術來縮小天線的尺寸，如采用高介電常數(shù)的基板，采用堆疊式的結構，采用彎折天線等。其次植入式醫(yī)療設備中采用的微芯片射頻系統(tǒng)中普遍采用差分電路來處理信號，因此采用差分饋電技術的天線便于系統(tǒng)接口，從而省去了增加平衡非平衡轉換器(巴倫)而帶來的損耗。相關研究分析中也表明，天線在ISM頻段處的差分反射系數(shù)曲線受到天線加工與焊接誤差、生物組織電磁特性參數(shù)變化等因素的影響明顯。這些因素的變化可能會使天線高頻處覆蓋的頻帶偏移出ISM頻段，為了能夠有效的避免這種情況的發(fā)生，要求天線在ISM頻段處具有較寬的帶寬。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術存在的缺點與不足，本實用新型提供一種應用于植入式醫(yī)療器械中的差分雙頻寬帶天線。

本實用新型采用如下技術方案：

一種應用于植入式醫(yī)療器械中的差分雙頻寬帶天線，植入到人體的皮膚層，包括天線輻射單元、短路探針、地板及介質基板，所述天線輻射單元位于介質基板的上表面，地板位于介質基板的下表面，所述短路探針具體為兩個，對稱安裝在介質基板上，且關于天線輻射單元垂直中線對稱，所述天線輻射單元由兩條變形的希爾伯特曲線構成，且關于介質基板垂直中線對稱。

所述兩條變形的希爾伯特曲線的結構相同，具體是由長度寬度不同的一階希爾伯特分形曲線進行縮伸旋轉拼接構成，其拼接夾角為90度。

所述地板開有兩個螺旋槽，所述兩個螺旋槽關于地板垂直中線對稱。

兩個螺旋槽結構相同，所述螺旋槽的起點位于地板橫向中線下方，終點位于地板的上邊緣，按照起點到終點的螺旋方向，螺旋槽由第一矩形、直角梯形、第二矩形、第三矩形、第四矩形及第五矩形構成。

地板的垂直中線下部開有矩形槽。

所述地板具體為正方形，邊長為9.5mm。

所述短路探針的直徑為0.8mm。

還包括兩個差分饋電端口，分別位于天線輻射單元的左右兩端，距離天線輻射單元頂端為3.3mm，距離天線輻射單元的左右邊緣距離為1.25mm。

還包括生物相容材料氧化鋁薄膜。

本實用新型的有益效果：

本實用新型采用分形技術和地板螺旋形開槽來增加天線輻射單元電流路徑縮小天線尺寸，同時采用平面倒F結構、高介電常數(shù)的介質基板的采用也有利于實現(xiàn)天線的小型化；

差分饋電技術的采用使得天線能夠更好的與植入式醫(yī)療器械中的射頻集成電路相連接，進而有利于植入式系統(tǒng)功耗的降低和體積的縮小；

通過在地板下部中間開矩形槽使得天線在ISM頻段附近形成兩個諧振頻點從而擴展了天線的帶寬，有利于增強天線的魯棒性，以適應不同的人體環(huán)境。

采用生物相容材料來隔離天線與生物組織，避免人體對天線產(chǎn)生排異反應以及活性生物組織對天線的腐蝕。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例一種應用于植入式醫(yī)療器械中的差分雙頻寬帶天線輻射單元的結構與參數(shù)圖；

圖2是本實用新型本實施例一種應用于植入式醫(yī)療器械中的差分雙頻寬帶天線地板的結構與參數(shù)圖；

圖3是本實用新型實施例一種應用于植入式醫(yī)療器械中的差分雙頻寬帶天線的參數(shù)圖；

圖4是本實用新型一種應用于植入式醫(yī)療器械中的差分雙頻寬帶天線的差分反射系數(shù)圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。

實施例

如圖1-圖3所示，一種應用于植入式醫(yī)療器械中的差分雙頻寬帶天線，適用于植入到人體的皮膚層，包括天線輻射單元、短路探針2A-2B、地板3及介質基板4，所述天線輻射單元位于介質基板4的上表面，地板位于介質基板的下表面，所述短路探針具體為兩個，對稱安裝在天線輻射單元用于連接天線輻射單元與地板，且關于天線輻射單元的垂直中線對稱，所述天線輻射單元的下端左右開有兩個差分饋電端口5、6，用于饋入差分信號，距離天線輻射單元頂端為3.3mm，距離天線輻射單元的左右邊緣距離為1.25mm。

所述天線外部還包裹著生物相容材料氧化鋁薄膜，所述氧化鋁薄膜覆蓋整個天線的表面，厚度為0.1mm，整個天線可植入到人體的皮膚層。

所述天線輻射單元由兩條變形的希爾伯特曲線1A-1B構成，關于介質基板垂直中線對稱，所述兩條變形的希爾伯特曲線的結構相同，具體是由長度寬度不同的一階希爾伯特分形曲線進行縮伸旋轉拼接構成，其拼接夾角為90度。

本實施例中的具體尺寸如下：

w1＝0.7mm，w2＝0.5mm，w3＝0.8mm，w4＝0.4mm，w5＝1mm，w6＝0.4mm，w7＝0.3mm，l1＝3mm，l3＝3.1mm，l4＝1.6mm，l5＝1.8mm，l6＝0.6mm，l7＝3mm，l8＝4.6mm，l9＝2.8mm，l10＝0.4mm

如圖2所示，所述地板上開有兩個螺旋槽，兩個螺旋槽關于地板垂直中線對稱，所述兩個螺旋槽的結構相同，螺旋槽的起點位于地板橫向中線的下方，其終點位于地板的上邊緣，按照起點到終點的螺旋方向，螺旋槽由第一矩形、直角梯形、第二矩形、第三矩形、第四矩形及第五矩形依次連接構成。

地板的垂直中線下半部分開有矩形槽。

本實施例中采用的具體尺寸為：

wg1＝1mm，wg2＝0.6mm，wg3＝0.4mm，wg4＝0.5mm，wg5＝1.4mm，lg1＝4.1mm，lg2＝3.4mm，lg3＝5.2mm，lg4＝2.35mm，lg5＝2.25mm，lg6＝1mm，lg7＝3mm。通過開長寬分別lg7和wg5的矩形槽能夠在ISM頻段附近構造臨近的諧振點以展寬天線的帶寬。

所述介質基板4為正方形的Rogers RO3210介質基板，其邊長L為9.5mm，厚度h為0.635mm，相對介電常數(shù)ε_r為10.2，損耗角正切tanδ為0.003。

所述短路探針2A-2B的直徑d為0.8mm，短路探針與天線邊緣的距離分別為ld1為3.3mm，ld2為1.25mm。

所述生物相容材料薄膜為氧化鋁，其相對介電常數(shù)ε_r為9.2，損耗角正切tanδ為0.008。

所述地板具體為正方形，邊長為9.5mm。

如圖4所示，天線在MICS頻段和ISM頻段的帶寬分別為89MHz(331-420MHz，22.1％)和1.34GHz(2.10-3.44GHz,54.9％)。

所述天線的工作環(huán)境為植入到人體的皮膚層中，其植入深度dp1為3mm，天線在403MHz處的總輻射效率和增益分別為-35.04dB和-32.24dBi，在2.44GHz處的總輻射效率和增益分別為-28.39dB和-21.63dBi。

本實用新型天線在MICS頻段和ISM頻段輻射方向圖朝向體外適合應用于植入式醫(yī)療器械與體外設備的通信中，并分別在MICS和ISM頻段均實現(xiàn)了較低的比吸收率。

該天線具有小型化的特點。采用分形結構，地板開螺旋形槽，高介電常數(shù)基板，平面倒F結構等技術實現(xiàn)天線的小型化。通過采用差分饋電技術使得天線能夠更好的連接可植入式醫(yī)療設備的射頻集成電路。通過在地板下部中間開矩形槽展寬天線的帶寬，實現(xiàn)天線的雙頻寬帶特性。采用生物相容材料來隔離天線與生物組織，避免人體對天線產(chǎn)生排斥反應以及人體環(huán)境對天線的腐蝕。所以能夠適用于植入式醫(yī)療器械。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。