一種應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)遙測的加載互補(bǔ)開口環(huán)的圓極化天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)遙測的加載互補(bǔ)開口環(huán)的圓極化天線。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著生活水平的提高和人口老齡化趨勢，醫(yī)療救治及健康監(jiān)護(hù)等問題受到了越來越多的關(guān)注。遠(yuǎn)程醫(yī)療遙測技術(shù)的發(fā)展為提高診斷與醫(yī)療水平、降低醫(yī)療開支、滿足廣大人民群眾保健需求提供了一項(xiàng)全新的醫(yī)療服務(wù)體驗(yàn)。無線通信作為遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的重要組成部分，將影響整個(gè)醫(yī)療過程的準(zhǔn)確性。只有系統(tǒng)獲得準(zhǔn)確的人體生理或生化信息，醫(yī)生才可以對患者進(jìn)行相應(yīng)的醫(yī)學(xué)治療。遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)可以通過植入式設(shè)備采集人體醫(yī)學(xué)信息，而植入式設(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(jì)。由于應(yīng)用環(huán)境的特殊性，可植入天線的研究具有一定的難度和挑戰(zhàn)。人體組織是非均勻的各向異性的有耗色散媒質(zhì)，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，同時(shí)，人體是形狀各異且處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，電磁波輻射邊界條件會(huì)隨著人體運(yùn)動(dòng)而改變，因而相對于自由空間，植入式天線需要考慮人體電磁特性對天線性能的影響。進(jìn)一步的，為了便于天線的植入以及避免人體的生物排斥，還必須考慮可植入天線的小型化、生物相容性、安全性等因素。
[0003]圓極化天線是指一個(gè)天線所輻射的電場和磁場的方向和大小不是固定的，而是隨著時(shí)間變化在一個(gè)平面內(nèi)形成一個(gè)橢圓。滿足一定條件下，橢圓可以變成圓，即純圓極化。相對于線極化天線，圓極化天線在實(shí)際應(yīng)用中有許多優(yōu)勢:任意擺放或任意極化形式的電磁波均可以被圓極化天線接收，而圓極化天線發(fā)射的電磁波則可以被任意極化的天線接收；圓極化波入射到對稱目標(biāo)時(shí)會(huì)發(fā)生旋向逆轉(zhuǎn)，所以圓極化天線應(yīng)用于移動(dòng)通信能抗多徑反射。微帶天線是在一個(gè)薄介質(zhì)基片上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕方法制成一定形狀的金屬貼片，微帶天線具有低剖面、易于共形，重量輕、體積小和批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于測量和通訊各個(gè)領(lǐng)域。圓極化微帶天線集微帶天線和圓極化天線的特點(diǎn)于一身，因此，圓極化微帶天線非常適用于植入人體的處于任意位置或方向的生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型提供一種應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)遙測的加載互補(bǔ)開口環(huán)的圓極化天線。
[0005]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)遙測的加載互補(bǔ)開口環(huán)的圓極化天線，包括天線結(jié)構(gòu)、同軸饋電結(jié)構(gòu)及生物相容鍍膜結(jié)構(gòu)，所述天線結(jié)構(gòu)由輻射金屬貼片、金屬地板貼片及兩層介質(zhì)基板構(gòu)成，所述金屬地板貼片位于天線的底部，兩層介質(zhì)基板印刷在金屬地板貼片上，所述兩層介質(zhì)基板由上、下層介質(zhì)基板構(gòu)成，所述輻射金屬貼片印刷在下層介質(zhì)基板頂面中間。
[0007]所述輻射金屬貼片由圓形互補(bǔ)開口環(huán)及四個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0008]所述圓形互補(bǔ)開口環(huán)加載在輻射金屬貼片的中間，該圓形互補(bǔ)開口環(huán)的圓心為輻射金屬貼片的中心，所述四個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)相同，加載輻射金屬貼片的四周。
[0009]所述兩層介質(zhì)基板垂直疊加放置，所述兩層介質(zhì)基板的邊長均為8.5mm,厚度都為
0.635mm0
[0010]所述輻射金屬貼片的邊長為8mm。
[0011]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)芯半徑為0.4mm。
[0012]所述生物相容鍍膜結(jié)構(gòu)由包裹整個(gè)天線的鍍膜構(gòu)成，所述鍍膜的厚度為0.02mm。
[0013]所述四個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)加載輻射金屬貼片的四周，具體與輻射金屬貼片的四條邊一一對應(yīng)，且圍繞圓形互補(bǔ)開口環(huán)，每個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)為左右對稱。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:
[0015](I)天線通過在輻射貼片上加載互補(bǔ)開口環(huán)，引入具有負(fù)磁導(dǎo)率的超材料結(jié)構(gòu)，縮小天線的尺寸；
[0016](2)天線通過在輻射貼片四邊增加四個(gè)變形的T型縫隙結(jié)構(gòu)，有效的延長了天線的輻射電流長度，進(jìn)一步縮小天線的尺寸，相對普通的矩形貼片天線，天線尺寸更小，更有利于應(yīng)用于生物醫(yī)療設(shè)備；
[0017](3)天線通過開口環(huán)實(shí)現(xiàn)天線的圓極化性能，調(diào)節(jié)開口環(huán)的尺寸和缺口大小就能方便的調(diào)節(jié)天線的圓極化性能；
[0018](4)天線具有圓極化性能，相比普通的線極化天線，能接受不同方向的線極化來波，方便植入式設(shè)備的安裝，同時(shí)減小無線通信過程中多徑效應(yīng)，具有較強(qiáng)的抗干擾性；
[0019](5)對整幅天線采用生物相容材料進(jìn)行鍍膜處理，降低電磁耦合，減小人體的排異反應(yīng)，同時(shí)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](6)加載互補(bǔ)開□環(huán)的圓極化天線具有小型化，低剖面，高增益，抗干擾，生物相容等特征。
【附圖說明】
[0021]圖1 (a)是本實(shí)用新型的俯視圖；
[0022]圖1 (b)是本實(shí)用新型的側(cè)視圖；
[0023]圖2是本實(shí)用新型在單層人體皮膚組織模型上的反射系數(shù)及軸比仿真圖；
[0024]圖3是本實(shí)用新型在單層人體皮膚組織模型上2-D方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0026]實(shí)施例
[0027]如圖1(a)?1(b)所示，一種應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)遙測的加載互補(bǔ)開口環(huán)的圓極化天線，具體為方形結(jié)構(gòu)，其邊長gs為8.5mm，厚度h為1.27mm。
[0028]所述天線結(jié)構(gòu)由福射金屬貼片I，金屬地板貼片2和兩層介質(zhì)基板3構(gòu)成，所述福射金屬貼片由加載圓形互補(bǔ)開口環(huán)4及四個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)5構(gòu)成，所述兩層介質(zhì)基板包括上、下層介質(zhì)基板，所述輻射金屬貼片印刷在下層介質(zhì)基板頂面中間，邊長13為8mm。所述圓形互補(bǔ)開口環(huán)圓心為福射金屬貼片中心，其外環(huán)外半徑1^為2.2mm,外環(huán)內(nèi)半徑r
1.8mm,內(nèi)環(huán)外半徑r。為1.3mm,內(nèi)環(huán)內(nèi)半徑r $ 0.9_，所述四個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)位于福射貼片四周，結(jié)構(gòu)完全一樣，長度Ib為4.8mm,寬度w 3為1.6mm,所述金屬地板貼片位于底層。
[0029]所述四個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，加載輻射金屬貼片的四周，具體與輻射金屬貼片的四條邊一一對應(yīng)，且圍繞圓形互補(bǔ)開口環(huán)，每個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)為左右對稱。
[0030]所述兩層介質(zhì)基板垂直疊加放置，都采用高介電常數(shù)材料R03210，其相對介電常數(shù)為10.2、電損耗角為0.003。介質(zhì)基板的邊長gs都為8.5mm，厚度h:和h 2都為0.635mm。
[0031]所述兩層介質(zhì)基板印刷在金屬地板貼片上。
[0032]所述同軸饋電結(jié)構(gòu)由50 Ω的同軸電纜6構(gòu)成，所述電纜內(nèi)芯輻射金屬貼片連接，外表面與金屬地板貼片相連。
[0033]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。所述鍍膜材料采用氧化鋁(alumina)材料，其相對介電常數(shù)為9.2、電損耗角為0.008，不僅具有生物相容性，同時(shí)具有絕緣性，鍍膜厚度為0.02mm。
[0034]如圖2和圖3所示，一種應(yīng)用于生物醫(yī)療的加載互補(bǔ)開口環(huán)的圓極化天線諧振于
2.45GHz，具有圓極化特性，同時(shí)，天線也具有較高的增益。
[0035]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的加載互補(bǔ)開口環(huán)的圓極化天線工作于工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)頻段(ISM頻段:2.4 - 2.48GHz)，具有小型化，低剖面，高增益，抗干擾，生物相容等特征。
[0036]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)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(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)遙測的加載互補(bǔ)開口環(huán)的圓極化天線，包括天線結(jié)構(gòu)、同軸饋電結(jié)構(gòu)及生物相容鍍膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述天線結(jié)構(gòu)由輻射金屬貼片、金屬地板貼片及兩層介質(zhì)基板構(gòu)成，所述金屬地板貼片位于天線的底部，兩層介質(zhì)基板印刷在金屬地板貼片上，所述兩層介質(zhì)基板由上、下層介質(zhì)基板構(gòu)成，所述輻射金屬貼片印刷在下層介質(zhì)基板頂面中間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線，其特征在于，所述輻射金屬貼片由圓形互補(bǔ)開口環(huán)及四個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圓極化天線，其特征在于，所述圓形互補(bǔ)開口環(huán)加載在輻射金屬貼片的中間，該圓形互補(bǔ)開口環(huán)的圓心為輻射金屬貼片的中心，所述四個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)相同，加載福射金屬貼片的四周。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線，其特征在于，所述兩層介質(zhì)基板垂直疊加放置，所述兩層介質(zhì)基板的邊長均為8.5mm，厚度都為0.635mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線，其特征在于，所述輻射金屬貼片的邊長為8mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線，其特征在于，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)芯半徑為0.4_。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化天線，其特征在于，所述生物相容鍍膜結(jié)構(gòu)由包裹整個(gè)天線的鍍膜構(gòu)成，所述鍍膜的厚度為0.02mm。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圓極化天線，其特征在于，所述四個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)加載輻射金屬貼片的四周，具體與輻射金屬貼片的四條邊一一對應(yīng)，且圍繞圓形互補(bǔ)開口環(huán)，每個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)為左右對稱。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)遙測的加載互補(bǔ)開口環(huán)的圓極化天線，包括天線結(jié)構(gòu)、同軸饋電結(jié)構(gòu)及生物相容鍍膜結(jié)構(gòu)，所述天線結(jié)構(gòu)由輻射金屬貼片，金屬地板貼片及兩層介質(zhì)基板構(gòu)成，所述輻射金屬貼片由加載圓形互補(bǔ)開口環(huán)及四個(gè)變形T型縫隙結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述兩層介質(zhì)基板垂直疊加放置，所述同軸饋電結(jié)構(gòu)由50Ω的同軸電纜構(gòu)成。本實(shí)用新型具有小型化，低剖面，高增益，抗干擾，生物相容等特點(diǎn)。
【IPC分類】H01Q1/38, H01Q1/40
【公開號】CN204834859
【申請?zhí)枴緾N201520545444
【發(fā)明人】劉雄英, 吳澤濤, 楊賢濤, 李兵
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月24日