一種應用于人體可植入設備的新型堆疊式平面倒f天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物醫學遙測領域，具體涉及一種應用于人體可植入設備的新型堆疊式平面倒F天線。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著遠程醫療遙測技術的發展，人體可植入設備漸漸成為一個研宄熱點。人體可植入設備是指植入人體或動物體內的電子設備，例如心臟起搏器、人工耳蝸、腦神經刺激器、動物標簽等。通過人體植入設備，收集人體組織信息，為疾病預防、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護。遠程醫療遙測系統中最重要的就是可植入生物醫學設備與外部基站的無線通信情況，它將影響整個系統信息傳輸的準確性。只有系統獲得準確的人體組織信息，醫生才可以對患者進行相應的醫學治療。可植入設備與外部基站建立起可靠通信鏈路關鍵技術之一是可植入天線的設計。可植入天線的開發與我們尋常使用的天線設備不同，人體由多種形狀各異、電磁特性不同的生物組織構成，而且，大多數生物組織都是非均勻的有耗色散媒質，這些組織的電導率和介電常數等電參量是隨著頻率、溫度、組織結構和含水量等的變化而不同，這些特性與人體復雜的形體共同構成了天線電波傳播的邊界條件，加大了天線設計的難度。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天線的基本結構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、增益高等一系列優點。
[0004]醫療植入通信服務頻段(MICS頻段:402-405MHz)是專門用于短距離無線生物醫學應用。這個頻段是由美國聯邦通信委員會(FCC)和歐洲無線電通信委員會(ERC)管理。采用MICS頻段，可以降低人體內電磁波的衰減，實現植入設備與體外基站之間建立可靠的無線通信鏈路，同時，可以實現天線的小型化。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術存在的不足，本發明提供一種應用于人體可植入設備的新型堆疊式平面倒F天線。
[0006]本發明采用如下技術方案:
[0007]一種應用于人體可植入設備的新型堆疊式平面倒F天線，具體為圓柱形結構，包括雙層輻射貼片結構、同軸饋電結構及生物相容鍍膜結構，所述雙層輻射貼片結構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，所述同軸饋電結構由50Ω的同軸電纜構成，所述同軸電纜內芯分別與上層螺旋福射金屬貼片及下層螺旋福射金屬貼片連接。
[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，并成鏡像對稱結構。
[0009]所述生物相容鍍膜結構由包裹整個天線的鍍膜構成，所述鍍膜的厚度為0.2_。
[0010]所述圓柱形結構的半徑為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基板上，所述介質基板的半徑為4.5mm,厚度為0.635mm。
[0012]所述同軸電纜內芯半徑為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]本發明的有益效果:
[0016](I)天線設計為圓柱形結構，相比于常見的方形結構，其尺寸更小，利于天線的小型化設計，同時，由于該天線是應用于人體可植入設備，圓形結構避免了方形結構的銳角對人體組織的損傷；
[0017](2)天線采用堆疊式平面倒F結構，相比與傳統的平面倒F結構，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，更利于應用與人體可植入設備；
[0018](3)上下兩個鏡像對稱的輻射金屬貼片采用螺旋形結構，通過調節螺旋環的半徑以及寬度就能調節天線諧振頻率；
[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，同時鍍膜的絕緣性特性隔離了輻射貼片與具有導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)是本發明的金屬地板結構示意圖；
[0022]圖1(b)是本發明的下層螺旋輻射金屬貼片結構示意圖；
[0023]圖1 (c)是本發明的上層螺旋輻射金屬貼片結構示意圖；
[0024]圖1 (d)是本發明的側視圖；
[0025]圖2是本發明在三層人體模型上的反射系數仿真圖；
[0026]圖3是本發明的整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明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，一種應用于人體可植入設備的新型堆疊式平面倒F天線，具體為圓柱形結構，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構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]所述同軸饋電結構由50Ω的同軸電纜2構成，所述電纜內芯分別與上、下層螺旋車■射金屬貼片連接。
[0032]所述生物相容鍍膜結構由包裹在整幅天線外面的鍍膜構成。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成，通過調節螺旋福射金屬貼片的半徑以及寬度讓天線諧振于403MHz。高介電常數介質基板采用R03010材料，其相對介電常數為10.2、電損耗角為0.0035。高介電常數介質基板的厚度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，一種應用于人體可植入設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]本發明設計的堆疊式平面倒F天線工作于醫療植入通信服務頻段(MICS頻段:402-405MHz)，具有小型化，低剖面，高增益，生物相容等特征。
[0037]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明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發明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，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種應用于人體可植入設備的新型堆疊式平面倒F天線，其特征在于，具體為圓柱形結構，包括雙層輻射貼片結構、同軸饋電結構及生物相容鍍膜結構，所述雙層輻射貼片結構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，所述同軸饋電結構由50Ω的同軸電纜構成，所述同軸電纜內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.根據權利要求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，并成鏡像對稱結構。
3.根據權利要求1所述的天線，其特征在于，所述生物相容鍍膜結構由包裹整個天線的鍍膜構成，所述鍍膜的厚度為0.2mm。
4.根據權利要求1所述的天線，其特征在于，所述圓柱形結構的半徑為4.5mm,厚度為1.27mm0
5.根據權利要求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基板上，所述介質基板的半徑為4.5mm,厚度為0.635mm。
6.根據權利要求1所述的天線，其特征在于，所述同軸電纜內芯半徑為0.3mm。
7.根據權利要求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.根據權利要求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】本發明公開了一種應用于人體可植入設備的新型堆疊式平面倒F天線，具體為圓柱形結構，包括雙層輻射貼片結構、同軸饋電結構，生物相容鍍膜結構，所述雙層輻射貼片結構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，所述同軸饋電結構由50Ω的同軸電纜構成，所述電纜內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。本發明具有小型化，低剖面，高增益，生物相容等特點。
【IPC分類】H01Q1-38, H01Q1-36
【公開號】CN104577315
【申請號】CN201410787833
【發明人】劉雄英, 吳澤濤, 韋崗
【申請人】華南理工大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月17日