一种应用于人体可植入设备的新型堆叠式平面倒f天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医学遥测领域，具体涉及一种应用于人体可植入设备的新型堆叠式平面倒F天线。
【背景技术】
[0002]近年来，随着远程医疗遥测技术的发展，人体可植入设备渐渐成为一个研宄热点。人体可植入设备是指植入人体或动物体内的电子设备，例如心脏起搏器、人工耳蜗、脑神经刺激器、动物标签等。通过人体植入设备，收集人体组织信息，为疾病预防、疾病诊断和疾病治疗提供帮助，同时也能为患者提供舒适的实时监护。远程医疗遥测系统中最重要的就是可植入生物医学设备与外部基站的无线通信情况，它将影响整个系统信息传输的准确性。只有系统获得准确的人体组织信息，医生才可以对患者进行相应的医学治疗。可植入设备与外部基站建立起可靠通信链路关键技术之一是可植入天线的设计。可植入天线的开发与我们寻常使用的天线设备不同，人体由多种形状各异、电磁特性不同的生物组织构成，而且，大多数生物组织都是非均匀的有耗色散媒质，这些组织的电导率和介电常数等电参量是随着频率、温度、组织结构和含水量等的变化而不同，这些特性与人体复杂的形体共同构成了天线电波传播的边界条件，加大了天线设计的难度。同时除了要考虑人体电磁特性对天线性能的影响外，还必须考虑可植入天线的生物相容性，小型化以及安全性等因素。
[0003]平面倒F 天线(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)是由线性倒 F 天线(IFA)衍变而来的，因为整个天线的形状像个倒写的英文字母F而得名。PIFA天线的基本结构是采用一个平面辐射单元作为辐射体，并以一个大的地面作为反射面，辐射体上有两个互相靠近的引脚，分别用于接地和馈电。其具有尺寸小、重量轻、剖面低、频带宽、效率高、增益高等一系列优点。
[0004]医疗植入通信服务频段(MICS频段:402-405MHz)是专门用于短距离无线生物医学应用。这个频段是由美国联邦通信委员会(FCC)和欧洲无线电通信委员会(ERC)管理。采用MICS频段，可以降低人体内电磁波的衰减，实现植入设备与体外基站之间建立可靠的无线通信链路，同时，可以实现天线的小型化。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种应用于人体可植入设备的新型堆叠式平面倒F天线。
[0006]本发明采用如下技术方案:
[0007]一种应用于人体可植入设备的新型堆叠式平面倒F天线，具体为圆柱形结构，包括双层辐射贴片结构、同轴馈电结构及生物相容镀膜结构，所述双层辐射贴片结构由上层螺旋辐射金属贴片、下层螺旋辐射金属贴片及金属地板构成，所述下层螺旋辐射金属贴片与金属地板连接，所述同轴馈电结构由50Ω的同轴电缆构成，所述同轴电缆内芯分别与上层螺旋福射金属贴片及下层螺旋福射金属贴片连接。
[0008]所述上层螺旋辐射金属贴片与下层螺旋辐射金属贴片采用垂直堆叠放置，并成镜像对称结构。
[0009]所述生物相容镀膜结构由包裹整个天线的镀膜构成，所述镀膜的厚度为0.2_。
[0010]所述圆柱形结构的半径为4.5mm,厚度为1.27mm。
[0011]所述上层螺旋辐射金属贴片及下层螺旋辐射金属贴片分别印刷在介质基板上，所述介质基板的半径为4.5mm,厚度为0.635mm。
[0012]所述同轴电缆内芯半径为0.3mm。
[0013]所述下层螺旋辐射金属贴片具体通过圆柱形短路探针与金属地板连接。
[0014]所述圆柱形短路探针的半径为0.2mm,长度为1.27mm。
[0015]本发明的有益效果:
[0016](I)天线设计为圆柱形结构，相比于常见的方形结构，其尺寸更小，利于天线的小型化设计，同时，由于该天线是应用于人体可植入设备，圆形结构避免了方形结构的锐角对人体组织的损伤；
[0017](2)天线采用堆叠式平面倒F结构，相比与传统的平面倒F结构，天线更加紧凑，同时延长了天线的有效辐射电流长度，减小天线的尺寸，更利于应用与人体可植入设备；
[0018](3)上下两个镜像对称的辐射金属贴片采用螺旋形结构，通过调节螺旋环的半径以及宽度就能调节天线谐振频率；
[0019](4)对整幅天线采用生物相容材料进行镀膜处理，降低电磁耦合，减小人体的排异反应，同时镀膜的绝缘性特性隔离了辐射贴片与具有导电性特性的生物组织接触；
[0020](5)新型堆叠式平面倒F天线具有小型化，低剖面，高增益，生物相容等特征。
【附图说明】
[0021]图1(a)是本发明的金属地板结构示意图；
[0022]图1(b)是本发明的下层螺旋辐射金属贴片结构示意图；
[0023]图1 (c)是本发明的上层螺旋辐射金属贴片结构示意图；
[0024]图1 (d)是本发明的侧视图；
[0025]图2是本发明在三层人体模型上的反射系数仿真图；
[0026]图3是本发明的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0028]实施例
[0029]如图1 (a)?I (d)及图3所示，一种应用于人体可植入设备的新型堆叠式平面倒F天线，具体为圆柱形结构，类似一个硬币，其半径R为4.5mm，厚度H为1.27mm。
[0030]所述双层辐射贴片结构由上层螺旋辐射金属贴片、下层螺旋辐射金属贴片及金属地板I构成，所述上层螺旋辐射金属贴片及下层螺旋辐射金属贴片成镜像对称，所述金属地板位于底层，所述下层螺旋辐射金属贴片通过圆柱形短路探针3与底层的金属地板I连接、所述上、下层螺旋辐射金属贴片4、6分别印刷在介质基板5、7上，所述上、下层螺旋辐射金属贴片采用垂直堆叠放置。
[0031]所述同轴馈电结构由50Ω的同轴电缆2构成，所述电缆内芯分别与上、下层螺旋车■射金属贴片连接。
[0032]所述生物相容镀膜结构由包裹在整幅天线外面的镀膜构成。所述的镀膜采用具有生物相容特性以及绝缘性的材料。
[0033]如图1(b)、图1(c)所示，双层辐射贴片有上下两个镜像对称的螺旋辐射金属贴片构成，通过调节螺旋福射金属贴片的半径以及宽度让天线谐振于403MHz。高介电常数介质基板采用R03010材料，其相对介电常数为10.2、电损耗角为0.0035。高介电常数介质基板的厚度Hl为0.635mm。圆柱形短路探针3的半径Rl为0.2mm，同轴电缆内芯的半径R2为0.3mmο
[0034]镀膜材料采用parylene-C材料，其相对介电常数为2.95、电损耗角为0.013，不仅具有生物相容性，同时具有绝缘性，镀膜厚度为0.2mm。
[0035]如图2所示，一种应用于人体可植入设备的新型堆叠式平面倒F天线谐振于403MHz,具有类似于半波偶极子的方向图，同时，天线也具有较高的增益。
[0036]本发明设计的堆叠式平面倒F天线工作于医疗植入通信服务频段(MICS频段:402-405MHz)，具有小型化，低剖面，高增益，生物相容等特征。
[0037]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种应用于人体可植入设备的新型堆叠式平面倒F天线，其特征在于，具体为圆柱形结构，包括双层辐射贴片结构、同轴馈电结构及生物相容镀膜结构，所述双层辐射贴片结构由上层螺旋辐射金属贴片、下层螺旋辐射金属贴片及金属地板构成，所述下层螺旋辐射金属贴片与金属地板连接，所述同轴馈电结构由50Ω的同轴电缆构成，所述同轴电缆内芯分别与上层螺旋辐射金属贴片及下层螺旋辐射金属贴片连接。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述上层螺旋辐射金属贴片与下层螺旋辐射金属贴片采用垂直堆叠放置，并成镜像对称结构。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述生物相容镀膜结构由包裹整个天线的镀膜构成，所述镀膜的厚度为0.2mm。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述圆柱形结构的半径为4.5mm,厚度为1.27mm0
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述上层螺旋辐射金属贴片及下层螺旋福射金属贴片分别印刷在介质基板上，所述介质基板的半径为4.5mm,厚度为0.635mm。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述同轴电缆内芯半径为0.3mm。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述下层螺旋辐射金属贴片具体通过圆柱形短路探针与金属地板连接。
8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述圆柱形短路探针的半径为0.2mm,长度为 1.27mm。
【专利摘要】本发明公开了一种应用于人体可植入设备的新型堆叠式平面倒F天线，具体为圆柱形结构，包括双层辐射贴片结构、同轴馈电结构，生物相容镀膜结构，所述双层辐射贴片结构由上层螺旋辐射金属贴片、下层螺旋辐射金属贴片及金属地板构成，所述下层螺旋辐射金属贴片通过圆柱形短路探针与金属地板连接，所述同轴馈电结构由50Ω的同轴电缆构成，所述电缆内芯分别与上层螺旋辐射金属贴片及下层螺旋辐射金属贴片连接。本发明具有小型化，低剖面，高增益，生物相容等特点。
【IPC分类】H01Q1-38, H01Q1-36
【公开号】CN104577315
【申请号】CN201410787833
【发明人】刘雄英, 吴泽涛, 韦岗
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月17日