一種可植入人體的小型化差分饋電雙頻分形天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)遙測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種可植入人體的小型化差分饋電雙頻分形天線。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生物醫(yī)療的快速發(fā)展，植入式醫(yī)療裝置的需求與設(shè)計(jì)應(yīng)用越來越廣泛。一系列植入式裝置如人造耳蝸、心臟起搏器、植入式視網(wǎng)膜等已經(jīng)在臨床醫(yī)學(xué)中得到應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，對(duì)于植入式射頻裝置與位于身體外的基站之間進(jìn)行無線通信而言，天線是不可或缺的。聯(lián)邦通信委員會(huì)(Federal Communicat1ns Commiss1n, FCC)已批準(zhǔn)MICS (Medical Implant Communicat1n Service)頻段 402_405MHz 為植入式天線的工作頻段。并且，2.4-2.5GHz 的工業(yè)、科研、醫(yī)療(Industrial Scientific Medical, ISM)頻段也可用于植入式醫(yī)療裝置通信。然而，由于MICS頻段的電磁波頻率較低且植入人體空間受限，增加了天線小型化設(shè)計(jì)的難度；人體有耗組織會(huì)吸收電磁波，導(dǎo)致天線增益的減小。這些因素對(duì)植入式天線的設(shè)計(jì)帶來挑戰(zhàn)。
[0003]從以前的工作看，工作于MICS和ISM雙頻帶、分形、差分饋電等技術(shù)可以應(yīng)用于生物醫(yī)療鄰域。這是由于采用如希爾伯特曲線、Koch曲線等分形曲線能夠延長(zhǎng)電流有效路徑，從而降低工作頻率，實(shí)現(xiàn)天線的小型化。此外，雙頻帶使得植入式裝置不僅能夠利用MICS頻帶與體外基站進(jìn)行醫(yī)療數(shù)據(jù)的無線傳輸，而且可利用ISM頻帶接收喚醒信號(hào)，這樣當(dāng)植入式設(shè)備閑置時(shí)，可處于休眠狀態(tài)，接收到喚醒信號(hào)時(shí)再繼續(xù)工作。這樣，可以減小植入式裝置的功耗，延長(zhǎng)使用壽命。差分結(jié)構(gòu)的采用消除了共模噪聲的干擾，便于天線連接到射頻電路輸入/輸出端口。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有生物醫(yī)學(xué)遙測(cè)天線技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種可植入人體的小型化差分饋電雙頻分形天線。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種可植入人體的小型化差分饋電雙頻分形天線，包括介質(zhì)基板、天線輻射單元、對(duì)稱同軸及地板，所述天線輻射單元位于介質(zhì)基板上表面，所述地板位于介質(zhì)基板下表面，所述天線輻射單元由希爾伯特曲線構(gòu)成，所述希爾伯特曲線由寬希爾伯特曲線及窄希爾伯特曲線構(gòu)成，所述對(duì)稱同軸包括左同軸及右同軸，所述左、右同軸位于窄的希爾伯特曲線垂直中心線的兩側(cè)，且關(guān)于介質(zhì)基板垂直中心線對(duì)稱。
[0007]所述希爾伯特曲線具體包括兩條窄希爾伯特曲線及一條寬希爾伯特曲線，所述兩條窄希爾伯特曲線位于介質(zhì)基板的上方，所述寬希爾伯特曲線位于介質(zhì)基板的下方，所述寬窄希爾伯特曲線的連接點(diǎn)關(guān)于介質(zhì)基板垂直中心線對(duì)稱。
[0008]所述希爾伯特曲線的階數(shù)是四階，所述寬希爾伯特曲線的寬度是0.4mm，窄希爾伯特曲線寬度是0.3mm，每條希爾伯特曲線的基本單元長(zhǎng)度是1mm。
[0009]兩條窄希爾伯特曲線的連接點(diǎn)距離是5.8mm。
[0010]所述地板為正方形，地板邊長(zhǎng)為9.4mm。
[0011]還包括生物相容性薄膜材料，其鍍?cè)谡麄€(gè)天線的外表面。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
[0013]本發(fā)明分形曲線的應(yīng)用能有效延長(zhǎng)電流路徑，使天線尺寸縮??；雙頻帶天線能節(jié)約設(shè)備的有限能量；差分結(jié)構(gòu)能抑制共模信號(hào)，提高輻射效率，且利于連接射頻集成電路輸入輸出端口。
【附圖說明】
[0014]圖1 (a)?圖1 (b)分別是本發(fā)明一種可植入人體的小型化差分饋電雙頻分形天線的俯視及側(cè)視結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2是本發(fā)明一種可植入人體的小型化差分饋電雙頻分形天線的仿真環(huán)境圖。
[0016]圖3是本發(fā)明一種可植入人體的小型化差分饋電雙頻分形天線植入兩種三層組織模型時(shí)的差分反射系數(shù)仿真圖。
[0017]圖4是當(dāng)本發(fā)明一種可植入人體的小型化差分饋電雙頻分形天線地板下分別覆蓋Rogers R03210、理想導(dǎo)電體和空氣時(shí)的差分反射系數(shù)仿真圖。
[0018]圖5是當(dāng)本發(fā)明一種可植入人體的小型化差分饋電雙頻分形天線地板植入人體手臂模型時(shí)的輻射增益方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0020]實(shí)施例
[0021]如圖1(a)?圖1(b)所示，一種可植入人體的小型化差分饋電雙頻分形天線，包括介質(zhì)基板1、天線輻射單元2、對(duì)稱同軸及地板4，所述天線輻射單元位于介質(zhì)基板上表面，所述地板位于介質(zhì)基板下表面，所述天線福射單元由希爾伯特曲線構(gòu)成，所述天線分別在兩種三層組織模型和人體手臂模型中進(jìn)行仿真。
[0022]所述天線福射單元2由希爾伯特曲線構(gòu)成，所述希爾伯特曲線是四階曲線，選用四階的原因是考慮實(shí)際加工時(shí)寬度不可能無限小。所述希爾波特曲線由寬希爾伯特曲線3A及窄希爾伯特曲線3B構(gòu)成，所述寬希爾波特曲線3A有一條，位于介質(zhì)基板I的上表面的下方，所述窄希爾伯特曲線3B有兩條，位于介質(zhì)基板I的上表面的上方，所述寬、窄希爾伯特曲線的連接點(diǎn)是關(guān)于所述介質(zhì)基板或地板垂直中心線對(duì)稱，且所述兩個(gè)連接點(diǎn)相對(duì)距離是11 = 5.8mmο
[0023]所述寬希爾伯特曲線的寬度是wl = 0.4mm,窄的希爾伯特曲線寬度是w2 =0.3mm，每個(gè)希爾伯特曲線基本單元的長(zhǎng)度是w3 = 1mm。
[0024]本發(fā)明采用希爾伯特分形曲線，是因?yàn)槟茏畲笙薅鹊难娱L(zhǎng)電流有效路徑，空間利用率高，使設(shè)計(jì)天線尺寸減小。
[0025]所述對(duì)稱同軸包括左同軸5A及右同軸5B，所述左、右同軸位于介質(zhì)基板的上方，且位于窄的希爾伯特曲線垂直中心線的兩側(cè)，所述左、右同軸關(guān)于介質(zhì)基板垂直中心線對(duì)稱。所述對(duì)稱同軸分別與天線對(duì)稱饋電端口相連。
[0026]對(duì)稱同軸的直徑是d = 0.7mm。與對(duì)稱同軸相連的兩個(gè)饋電端口位于所述窄希爾伯特曲線