一種應(yīng)用于人體可植入設(shè)備的新型堆疊式平面倒f天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于生物醫(yī)學遙測領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于人體可植入設(shè)備的新型堆疊式平面倒F天線。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著遠程醫(yī)療遙測技術(shù)的發(fā)展，人體可植入設(shè)備漸漸成為一個研宄熱點。人體可植入設(shè)備是指植入人體或動物體內(nèi)的電子設(shè)備，例如心臟起搏器、人工耳蝸、腦神經(jīng)刺激器、動物標簽等。通過人體植入設(shè)備，收集人體組織信息，為疾病預(yù)防、疾病診斷和疾病治療提供幫助，同時也能為患者提供舒適的實時監(jiān)護。遠程醫(yī)療遙測系統(tǒng)中最重要的就是可植入生物醫(yī)學設(shè)備與外部基站的無線通信情況，它將影響整個系統(tǒng)信息傳輸?shù)臏蚀_性。只有系統(tǒng)獲得準確的人體組織信息，醫(yī)生才可以對患者進行相應(yīng)的醫(yī)學治療?？芍踩朐O(shè)備與外部基站建立起可靠通信鏈路關(guān)鍵技術(shù)之一是可植入天線的設(shè)計?？芍踩胩炀€的開發(fā)與我們尋常使用的天線設(shè)備不同，人體由多種形狀各異、電磁特性不同的生物組織構(gòu)成，而且，大多數(shù)生物組織都是非均勻的有耗色散媒質(zhì)，這些組織的電導(dǎo)率和介電常數(shù)等電參量是隨著頻率、溫度、組織結(jié)構(gòu)和含水量等的變化而不同，這些特性與人體復(fù)雜的形體共同構(gòu)成了天線電波傳播的邊界條件，加大了天線設(shè)計的難度。同時除了要考慮人體電磁特性對天線性能的影響外，還必須考慮可植入天線的生物相容性，小型化以及安全性等因素。
[0003]平面倒F 天線(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)是由線性倒 F 天線(IFA)衍變而來的，因為整個天線的形狀像個倒寫的英文字母F而得名。PIFA天線的基本結(jié)構(gòu)是采用一個平面輻射單元作為輻射體，并以一個大的地面作為反射面，輻射體上有兩個互相靠近的引腳，分別用于接地和饋電。其具有尺寸小、重量輕、剖面低、頻帶寬、效率高、增益高等一系列優(yōu)點。
[0004]醫(yī)療植入通信服務(wù)頻段(MICS頻段:402-405MHz)是專門用于短距離無線生物醫(yī)學應(yīng)用。這個頻段是由美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)和歐洲無線電通信委員會(ERC)管理。采用MICS頻段，可以降低人體內(nèi)電磁波的衰減，實現(xiàn)植入設(shè)備與體外基站之間建立可靠的無線通信鏈路，同時，可以實現(xiàn)天線的小型化。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型提供一種應(yīng)用于人體可植入設(shè)備的新型堆疊式平面倒F天線。
[0006]本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種應(yīng)用于人體可植入設(shè)備的新型堆疊式平面倒F天線，具體為圓柱形結(jié)構(gòu)，包括雙層輻射貼片結(jié)構(gòu)、同軸饋電結(jié)構(gòu)，生物相容鍍膜結(jié)構(gòu)，所述雙層輻射貼片結(jié)構(gòu)由上層螺旋輻射金屬貼片、下層螺旋輻射金屬貼片及金屬地板構(gòu)成，所述下層螺旋輻射金屬貼片與金屬地板連接，所述同軸饋電結(jié)構(gòu)由50Ω的同軸電纜構(gòu)成，所述同軸電纜內(nèi)芯分別與上層螺旋輻射金屬貼片及下層螺旋輻射金屬貼片連接。
[0008]所述上層螺旋輻射金屬貼片與下層螺旋輻射金屬貼片采用垂直堆疊放置，并成鏡像對稱結(jié)構(gòu)。
[0009]所述生物相容鍍膜結(jié)構(gòu)由包裹整個天線的鍍膜構(gòu)成，所述鍍膜的厚度為0.2_。
[0010]所述圓柱形結(jié)構(gòu)的半徑為4.5mm,厚度為1.27mm。
[0011]所述上層螺旋輻射金屬貼片及下層螺旋輻射金屬貼片分別印刷在介質(zhì)基板上，所述介質(zhì)基板的半徑為4.5mm,厚度為0.635mm。
[0012]所述同軸電纜內(nèi)芯半徑為0.3mm。
[0013]所述下層螺旋輻射金屬貼片具體通過圓柱形短路探針與金屬地板連接。
[0014]所述圓柱形短路探針的半徑為0.2mm,長度為1.27mm。
[0015]本實用新型的有益效果:
[0016](I)天線設(shè)計為圓柱形結(jié)構(gòu)，相比于常見的方形結(jié)構(gòu)，其尺寸更小，利于天線的小型化設(shè)計，同時，由于該天線是應(yīng)用于人體可植入設(shè)備，圓形結(jié)構(gòu)避免了方形結(jié)構(gòu)的銳角對人體組織的損傷；
[0017](2)天線采用堆疊式平面倒F結(jié)構(gòu)，相比與傳統(tǒng)的平面倒F結(jié)構(gòu)，天線更加緊湊，同時延長了天線的有效輻射電流長度，減小天線的尺寸，更利于應(yīng)用與人體可植入設(shè)備；
[0018](3)上下兩個鏡像對稱的輻射金屬貼片采用螺旋形結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)螺旋環(huán)的半徑以及寬度就能調(diào)節(jié)天線諧振頻率；
[0019](4)對整幅天線采用生物相容材料進行鍍膜處理，降低電磁耦合，減小人體的排異反應(yīng)，同時鍍膜的絕緣性特性隔離了輻射貼片與具有導(dǎo)電性特性的生物組織接觸；
[0020](5)新型堆疊式平面倒F天線具有小型化，低剖面，高增益，生物相容等特征。
【附圖說明】
[0021]圖1(a)是本實用新型的金屬地板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖1 (b)是本實用新型的下層螺旋輻射金屬貼片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖1 (c)是本實用新型的上層螺旋輻射金屬貼片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖1 (d)是本實用新型的側(cè)視圖；
[0025]圖2是本實用新型在三層人體模型上的反射系數(shù)仿真圖；
[0026]圖3是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)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。
[0028]實施例
[0029]如圖1 (a)?I (d)及圖3所示，一種應(yīng)用于人體可植入設(shè)備的新型堆疊式平面倒F天線，具體為圓柱形結(jié)構(gòu)，類似一個硬幣，其半徑R為4.5mm，厚度H為1.27mm。
[0030]所述雙層輻射貼片結(jié)構(gòu)由上層螺旋輻射金屬貼片、下層螺旋輻射金屬貼片及金屬地板I構(gòu)成，所述上層螺旋輻射金屬貼片及下層螺旋輻射金屬貼片成鏡像對稱，所述金屬地板位于底層，所述下層螺旋輻射金屬貼片通過圓柱形短路探針3與底層的金屬地板I連接、所述上、下層螺旋輻射金屬貼片4、6分別印刷在介質(zhì)基板5、7上，所述上、下層螺旋輻射金屬貼片采用垂直堆疊放置。
[0031]所述同軸饋電結(jié)構(gòu)由50Ω的同軸電纜2構(gòu)成，所述電纜內(nèi)芯分別與上、下層螺旋車■射金屬貼片連接。
[0032]所述生物相容鍍膜結(jié)構(gòu)由包裹在整幅天線外面的鍍膜構(gòu)成。所述的鍍膜采用具有生物相容特性以及絕緣性的材料。
[0033]如圖1(b)、圖1(c)所示，雙層輻射貼片有上下兩個鏡像對稱的螺旋輻射金屬貼片構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)螺旋福射金屬貼片的半徑以及寬度讓天線諧振于403MHz。高介電常數(shù)介質(zhì)基板采用R03010材料，其相對介電常數(shù)為10.2、電損耗角為0.0035。高介電常數(shù)介質(zhì)基板的厚度Hl為0.635mm。圓柱形短路探針3的半徑Rl為0.2mm，同軸電纜內(nèi)芯的半徑R2為0.3mmο
[0034]鍍膜材料采用parylene-C材料，其相對介電常數(shù)為2.95、電損耗角為0.013，不僅具有生物相容性，同時具有絕緣性，鍍膜厚度為0.2mm。
[0035]如圖2所示，一種應(yīng)用于人體可植入設(shè)備的新型堆疊式平面倒F天線諧振于403MHz,具有類似于半波偶極子的方向圖，同時，天線也具有較高的增益。
[0036]本實用新型設(shè)計的堆疊式平面倒F天線工作于醫(yī)療植入通信服務(wù)頻段(MICS頻段:402-405MHz)，具有小型化，低剖面，高增益，生物相容等特征。
[0037]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(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種應(yīng)用于人體可植入設(shè)備的新型堆疊式平面倒F天線，其特征在于，具體為圓柱形結(jié)構(gòu)，包括雙層輻射貼片結(jié)構(gòu)、同軸饋電結(jié)構(gòu)及生物相容鍍膜結(jié)構(gòu)，所述雙層輻射貼片結(jié)構(gòu)由上層螺旋輻射金屬貼片、下層螺旋輻射金屬貼片及金屬地板構(gòu)成，所述下層螺旋輻射金屬貼片與金屬地板連接，所述同軸饋電結(jié)構(gòu)由50Ω的同軸電纜構(gòu)成，所述同軸電纜內(nèi)芯分別與上層螺旋輻射金屬貼片及下層螺旋輻射金屬貼片連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述上層螺旋輻射金屬貼片與下層螺旋輻射金屬貼片采用垂直堆疊放置，并成鏡像對稱結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述生物相容鍍膜結(jié)構(gòu)由包裹整個天線的鍍膜構(gòu)成，所述鍍膜的厚度為0.2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述圓柱形結(jié)構(gòu)的半徑為4.5mm,厚度為1.27mm0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述上層螺旋輻射金屬貼片及下層螺旋福射金屬貼片分別印刷在介質(zhì)基板上，所述介質(zhì)基板的半徑為4.5mm,厚度為0.635mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述同軸電纜內(nèi)芯半徑為0.3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述下層螺旋輻射金屬貼片具體通過圓柱形短路探針與金屬地板連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線，其特征在于，所述圓柱形短路探針的半徑為0.2mm,長度為 1.27mm。
【專利摘要】本實用新型公開了一種應(yīng)用于人體可植入設(shè)備的新型堆疊式平面倒F天線，具體為圓柱形結(jié)構(gòu)，包括雙層輻射貼片結(jié)構(gòu)、同軸饋電結(jié)構(gòu)，生物相容鍍膜結(jié)構(gòu)，所述雙層輻射貼片結(jié)構(gòu)由上層螺旋輻射金屬貼片、下層螺旋輻射金屬貼片及金屬地板構(gòu)成，所述下層螺旋輻射金屬貼片通過圓柱形短路探針與金屬地板連接，所述同軸饋電結(jié)構(gòu)由50Ω的同軸電纜構(gòu)成，所述電纜內(nèi)芯分別與上層螺旋輻射金屬貼片及下層螺旋輻射金屬貼片連接。本實用新型具有小型化，低剖面，高增益，生物相容等特點。
【IPC分類】H01Q1-36, H01Q1-38
【公開號】CN204289705
【申請?zhí)枴緾N201420807093
【發(fā)明人】劉雄英, 吳澤濤, 韋崗
【申請人】華南理工大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月17日