微带天线及应用该微带天线的植入式医疗器械的制作方法

本实用新型涉及一种微带天线，还涉及应用该微带天线的植入式医疗器械。

背景技术：

在远程医疗系统中，通过植入天线将采集的数据发射出去，通过体外天线接收数据以监测人体的健康状况。因而植入天线是远程医疗系统中的关键部件。它的应用领域之一是植入式医疗器械。人体内部的植入天线面临许多挑战，如：小型化、带宽、生物兼容性、安全性和使用周期等。其中带宽决定天线植入人体或动物组织后能否因频偏影响而正常工作，小型化则决定天线植入人体或动物组织后人体或动物的舒适度，因而设计新型小型化的宽带植入天线具有十分重要的意义。

微带植入天线是一种应用较为广泛的植入天线，一般包括介质基板以及附着在介质基板正面的金属辐射片，其中，平面倒F型结构的金属辐射片因其具有低侧面、全向的远场辐射方向图以及比传统微带天线小得多的尺寸等优点，已经引起许多科研团队的兴趣。当前，具有单层金属辐射片的微带植入天线的尺寸普遍较大，需要进一步缩减。吴昊等人在《一种新型MICS频段可植入天线的设计》一文中提出一种三层平面倒F结构的微带植入天线，有效地减小了微带植入天线的平面尺寸。然而，使用这种层叠辐射片的微带植入天线虽然有较小的平面尺寸，但往往具有更大的厚度和更复杂的结构。其次，该天线的带宽约为25MHz，很容易因人体组织电性能参数的变化而影响植入式医疗器械的正常工作。因此，需要设计一些新型的小型化宽带微带植入天线来满足植入式医疗器械的性能指标。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种宽带、小尺寸、高性能的应用于植入式医疗器械的微带天线。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是，微带天线，包括辐射片和介质基板，所述辐射片位于介质基板的正面，所述辐射片包含第一辐射带和第二辐射带，所述第一辐射带和第二辐射带为折叠式的多层C型带，第一辐射带的最内层C型带的自由端与第二辐射带的最内层C型带的自由端相连；所述辐射片还包括一个位于第一辐射带和第二辐射带之间的第三辐射带，所述第三辐射带具有至少一层C型带，其任意一个自由端与第一辐射带或第二辐射带的最内层C型带相连。

与背景技术所提及的文件相比，本实用新型的辐射带仅为一层，厚度显著降低。辐射片具有C型结构，可以在有限空间获得较大的辐射面积，有利于提高天线的增益，并可以根据 不同的使用环境和装配空间选择不同类型的C型带形状。采用折叠式的多层C型带结构，C型带相互嵌套使得辐射片的平面面积显著减小，而且多层C型带首尾相连使得微带天线具有更长的电流路径；第一辐射带和第二辐射带的内层C型带的自由端相连，使电流路径进一步延长。的第一辐射带和第二辐射带之间的空间被第三辐射带占据，且第三辐射带的一个自由端与第一辐射带或第二辐射带的最内层C型带相连，进一步延长了电流路径，扩展了电流的流动方向。电流路径的延长使得微带天线的谐振频率大大降低，有利于缩减天线的尺寸，此外，对于设定的微带天线尺寸，工作频率更宽。

进一步，所述第三辐射带为折叠式的多层C型带，其作用在于进一步延长电流路径。

进一步，所述辐射片整体呈矩形、方形、圆形或椭圆形，即所述折叠式的多层C型带的每一层形状对应为半矩形、半方形、圆弧形或椭圆弧形。优选地，当所述辐射片整体呈圆形或椭圆形时，辐射带的边沿光滑、结构简单、加工容易，且边沿效应小、反射较小。

进一步，所述第一辐射带的C型带开口方向和第二辐射带的C型带开口方向相对。这样设置的目的不仅可以节约平面空间，使辐射片的尺寸越小，而且可以使辐射片的边缘顺畅，使其边沿效应小、反射较小。

进一步，所述第一辐射带和第二辐射带的层数相同，其作用是使辐射片具有对称结构，从而使微带天线的性能更加稳定。

进一步，所述第一辐射带和第二辐射带的对应层数的C型带的宽度相同，其作用是使电流密度更均匀，微带天线的性能更加稳定。

进一步，所述第三辐射带上设有短路点。短路点使天线具有平面倒F结构，使微带天线具有低侧面、全向的远场辐射方向图以及比传统微带天线小得多的尺寸等优点；短路点将辐射片分为两部分，产生不同的电流路径，能在工作频段内实现两个邻近的谐振频率，从而增加天线的带宽。所述第一辐射带或第二辐射带上设有馈电点，通过调节馈电点和短路点的相对位置，可以调节微带天线的阻抗匹配。

进一步，所述天线还包括接地面和短路线，接地面位于介质基板的背面，短路线连接接地面并穿过介质基板与短路点连接。增加接地面可以改善天线性能，满足一些特殊用途的需要，扩大天线的应用领域。短路线能够进一步降低天线尺寸，并有利于调整天线阻抗。

进一步，所述天线还包括馈电探针，所述馈电探针穿过接地面以及介质基板，最终馈电探针的芯线与馈电点相连。进一步，所述馈电探针为差分馈电铜柱。

进一步，所述天线还包括覆盖辐射片的介质加载层。介质加载层覆盖在辐射片的表面，可以隔离辐射片，特别适合于制备微带植入天线，用于动物或人体组织中，并且通过选择不同的介质，还可以调整天线性能参数，如谐振频率等。

植入式医疗器械是指通过外科手术或内科方法，部分或整体地植入人体体内的医疗器械；或指通过吞入方式进入自然口腔，收集和传输体内的生理数据。植入体内的植入式医疗器械将检测到的患者数据通过植入天线传输给外部服务器，医生则根据外部服务器的数据报告来获取患者的状态。因此，传输数据的植入天线具有非常重要的作用。以上述微带天线为植入天线的植入式医疗器械，具有更小的尺寸和更宽的工作频率。

附图说明

图1为实施例1的第一辐射带的结构示意图。

图2为实施例1的第二辐射带的结构示意图。

图3为实施例1的第三辐射带的结构示意图。

图4为实施例1的微带天线的结构示意图(未示出介质基板和介质加载层)。

图5为实施例1的微带天线的A-A向剖视图及局部剖视图。

图6为实施例2的微带天线的结构示意图(未示出介质基板和介质加载层)。

图7为实施例3的微带天线的结构示意图(未示出介质基板和介质加载层)。

图8为实施例4的微带天线的结构示意图(未示出介质基板和介质加载层)。

其中，1为辐射片；11为第一辐射带；111为第一辐射带的自由端；12为第二辐射带；121为第二辐射带的自由端；13为第三辐射带；131为第三辐射带的自由端；2为介质基板；3为馈电点；30为馈电探针；4为短路点；5为介质加载层；6为接地面。

具体实施方式

实施例1

从图1至图4可以看出，辐射片1整体呈矩形，包含两个相对第一辐射带11和第二辐射带12，第一辐射带11和第二辐射带12为折叠式的两层C型带，每一层C型带呈半矩形状。第一辐射带11的最内层C型带的自由端111与第二辐射带12的最内层C型带的自由端121相连；所述辐射片1还包括一个位于第一辐射带11和第二辐射带12之间的第三辐射带13，所述第三辐射带13具有一层半矩形状的C型带，其下部的自由端131与第一辐射带11的最内层C型带相连。第一辐射带11和第二辐射带12均采用折叠式的多层C型带结构，不仅显著减小了辐射片1的面积，而且较传统的单层结构具有更长的电流路径；第一辐射带11和第二辐射带12的内层C型带自由端121相连，第三辐射带13的一个自由端131与第一辐射带11或第二辐射带12的最内层相连，进一步延长了电流路径。电流路径的延长使得天线的谐振频率大大降低，有利于缩减天线的尺寸，对于设定的微带天线尺寸，工作频率更低。第一辐射带11和第二辐射带12的外层C型带宽度均为2.2mm，内层C型带和第三辐射带13的宽度均为1.6mm。

如图2所示，该微带天线由上述辐射片1、介质基板2、馈电探针30、短路线40、介质加载层5、接地面6组成。辐射片1位于介质基板2的正面，介质基板2的面积略大于辐射片1的面积。接地面6位于介质基板2的背面，接地面6为金属涂覆层，并通过短路线40与辐射片1上的短路点4处。短路点4位于第三辐射带3上，其中心距图1所示辐射片1的右侧和下侧的距离分别为7.9mm和5.6mm。介质基板2和介质加载层5采用Rogers 6010，相对介电常数为10.2，厚为0.635mm，损耗角正切值为0.003。馈电探针30由内部的芯线、外部的金属薄层以及中间的绝缘层组成，馈电探针30具体为差分馈电铜柱，其电阻为50Ω，馈电探针30穿过接地面6以及介质基板2，最终其芯线连接在辐射片1上的馈电点3处，金属薄层与接地面6连接。馈电点3位于第一辐射带11的内侧C型带上，其中心距图1所示辐射片1的左侧和下侧的距离均为3.5mm。

微带天线的仿真模型为人体皮肤组织，该模型能近似模拟人体皮肤的电性质，在402MHz时的相对介电常数为46.74，电导率为0.69S/m。仿真模型的上边界面与微带天线相距3mm,其它边界面与微带天线相距40mm，经测试微带天线的回波损耗可知，微带天线的反射系数在MICS频段(402-405MHz)内都小于-10dB，微带天线能覆盖的频率范围为382-434MHz，具有52MHz的带宽。经测试微带天线在402MHz时的三维远场增益方向图可知，其峰值增益为-34.9dBi，能实现全向的辐射方向图，具有较宽的通信范围。

实施例2

如图3所示，本实施例的微带天线与实施例1所述微带天线的主要区别在于第三辐射带13具有两层C型带，具有更长的电流路径。第一辐射带11、第二辐射带12和第三辐射带13的连接方式见图3。对应的微带天线结构参见实施例1中的对图2的描述，经测试，该微带天线的性能良好，此不再赘述。

实施例3

如图4所示，本实施例的微带天线与实施例1所述微带天线的主要区别在于第一辐射带11和第二辐射带12均具有三层C型带，具有更长的电流路径。第一辐射带11、第二辐射带12和第三辐射带13的连接方式见图4。对应的微带天线结构参见实施例1中的对图2的描述，经测试，该微带天线的性能良好，此不再赘述。

实施例4

如图5所示，本实施例的微带天线与实施例1所述微带天线的主要区别在于构成第一辐射带11、第二辐射带12和第三辐射带13的C型带均为圆弧形，其边沿光滑、结构简单、加工容易，且边沿效应小、反射较小。第一辐射带11、第二辐射带12和第三辐射带13的连接方式见图5。对应的微带天线结构参见实施例1中的对图2的描述，经测试，该微带天线的 性能良好，此不再赘述。

本发明提供的微带天线的尺寸小，电流路径长，谐振频率小，辐射面积和辐射方向广，工作频率宽，形状可以根据具体需求做调整。应用于植入式医疗器械时，能有效减小医疗器械的尺寸，实现小型化目的，而且回波损耗小于-10dB的带宽完全覆盖MICS频段(402-405MHz)，因此该天线可以替代现有植入式医疗器械的通信天线。