[发明专利]用于无线生物医疗的加载渐变结构的植入式圆极化天线

说明书

本发明公开了用于无线生物医疗的加载渐变结构的植入式圆极化天线，辐射贴片内部增加X形槽可以延长辐射贴片表面有效电流路径，进一步缩小天线的尺寸。加载伞形渐变结构能够增加单位长度的电容分布，使传播常数增加，使天线谐振频率向低频偏移，减小天线的尺寸。增加半圆环槽能够增加新的谐振点，从而展宽带宽。上、下拱形槽中的长矩形槽引入了几何微扰，形成两个幅值相等、相位相差90度的正交分量，产生圆极化特性。天线的体积仅为9×9×0.635mm³，具有抗干扰、小型化、频带宽、圆极化、生物兼容性优良等特性，易于集成到植入式无线生物医疗装置中，适用于ISM 2.45GHz频段，能满足植入人体组织后的工作需求。

技术领域

本发明涉及植入式天线技术领域，具体涉及用于无线生物医疗的加载渐变结构的植入式圆极化天线，适用于ISM 2.45GHz频段的植入式圆极化无线生物医疗装置。

背景技术

无线体域网是由人体身上或者体内的传感器和散布在人体周围的各类网络元素组成的通信网络，植入式系统是无线体域网的重要组成部分。植入式系统主要用于在保证生命体无约束状态下，测量生命体生化及生理参数，用于疾病诊断和器官代替。植入式系统的基本原理是利用植入生命体内的传感器收集各类信息，并通过芯片处理成调试信号，借助植入式天线发射到生命体外的接收设备上。可以看出，植入式天线是实现植入式系统与体外无线通信的重要组成元件。植入式天线工作在人体体内，由于工作环境的局限性和复杂性，在宽频带、小型化、圆极化、安全性和生物兼容性等方面都有严苛的要求。植入式天线小型化的方法主要包括：采用高介电常数的介质基板，高介电常数可以降低天线谐振频率，实现天线的小型化；增加天线表面电流路径，在辐射单元或者地板上延长天线电流路径，可以降低天线谐振点，实现小型化，常用的方法有在辐射单元或者地板上开槽，得到槽结构、曲流结构、螺旋结构天线等；短路加载技术，在辐射单元和地板之间增加短路探针，可以使天线的物理尺寸减少一半左右；多层堆叠技术，可以采用多层辐射单元垂直堆叠的方法增加有效电流路径，从而缩小天线物理尺寸。为了收集人体生理参数，需要植入式系统与外界接收设备之间稳定可靠的信息传输，圆极化天线可以克服天线放置角度的限制，保证植入式设备与外界设备之间可靠的信息传输，同时可以降低多路径效应带来的损耗。圆极化天线通常采用单馈形式，双馈或者多馈会增加天线的体积。引入几何微扰可以产生圆极化特性，如在天线中间增加交叉槽、在贴片对角切掉部分形状、在贴片对角线上增加条状开槽等；通过孔径耦合或者在环状结构上增加缝隙能够实现圆极化性能；采用慢波结构增加单位长度的传播常数也能够产生圆极化特性。非专利文献1公开了一种一款工作在圆环形植入式小型化天线，辐射单元由一个圆环和圆形贴片组成，在圆环内侧增加一对开路短枝节实现圆极化特性，在圆环上开矩形槽增加有效电流路径缩小天线尺寸，在中间圆形贴片上开槽调节轴比和阻抗匹配。非专利文献2公开了一种应用于远场无线能量传输的植入式圆极化天线，通过在辐射单元中间开方形槽实现天线的小型化，在加载的方形辐射单元周围增加交止电容实现耦合效应，降低天线谐振频率，在辐射贴片对角线位置增加矩形扰动单元实现圆极化性能。

引用文献列表

非专利文献1：Li R.,Guo Y.X.,Zhang B.,et al.A miniaturized circularlypolarized implantable annular-ring antenna[J].IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters,2017,16:2566-2569.

非专利文献2：Liu C.,Zhang Y.,Liu X..Circularly polarized implantableantenna for 915MHz ISM-band far-field wireless power transmission[J].IEEEAntennas and Wireless Propagation Letters,2018,17(3):373–376.

发明内容