[实用新型]引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线

说明书

本实用新型设计了引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，外侧方形环利用电磁耦合效应能够激励出与主模谐振频率接近的附加模式，展宽阻抗带宽，在外侧方形环和内侧方形环之间增加交指电容，产生容性加载特性，缩小天线尺寸。双弯折谐振环组成阵列布局的圆极化器结构更为紧凑，可以集中更强的电磁能量，激励出两个幅值相等相位差90度的简并正交模，从而实现圆极化辐射，在U形枝节中间形成裂口增加的矩形枝节，能够调节和增强天线的圆极化纯度。天线的体积仅为9×9×0.635mm³，具有小型化、宽频带、圆极化、抗干扰等特性，适用于ISM 2.45GHz频段，满足植入人体组织环境后对天线小型化、圆极化工作需求。

技术领域

本实用新型涉及植入式天线技术领域，具体涉及引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，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

生物电磁学涵盖了生物学、医疗技术和电磁学等多个领域，备受科研人员的关注，它在医学诊断和治疗等方面应用的越来越广泛。在医疗体系中应用生物电磁学不仅可以帮助医生诊断和预防疾病，还可以实时监测人体生理参数的变化，给患者提供了诸多便利。植入式天线是远程医疗监测系统的关键环节，它是信息传输的载体，对植入式天线的设计与研究非常重要。植入式天线性能的好坏直接影响远程医疗监测系统的工作效率及稳定性。植入式天线将传感器监测的生理参数传送给体外接收装置，医生对参数进行分析，完成诊断过程。常见的无线医疗设备包括穿戴式、摄入式和植入式，穿戴式无线医疗设备工作在自由空间，对天线要求较低，而摄入式和植入式无线医疗设备工作在人体内，无线医疗设备与人体之间的强耦合会影响无线医疗设备的电磁特性，如何设计性能良好、运行稳定的植入式天线是生物电磁学领域中一个亟待解决的问题。圆极化天线能接收和发送任意方向的线极化波或者相同旋向的圆极化波，具有易共形、抗干扰能力强、误码率低、抗多径干扰等优点，这些优点适用于体外天线与植入式天线相对位置经常变化的环境，植入式天线本身也要具有较宽的工作频带、较小的设计尺寸、降低人体吸收SAR值等。植入式天线展宽频带的方法包括：降低等效谐振电路Q值；增加多谐振耦合结构代替简单的谐振结构，如增加寄生贴片；在同一平面设计多个贴片，通过各贴片的耦合增加谐振点，展宽带宽；采用多层堆叠结构，天线中采用多层贴片和多层介质基板，通过电磁耦合或者孔径耦合的方式进行馈电；采用分形技术，采用分形天线阵子或者将阵列单元按照分形规律布置，分形天线可以在展宽天线带宽的同时缩小天线尺寸。植入式天线小型化的方法主要包括：增加相对介电常数；曲流技术，在辐射贴片上开槽或者缝隙，引导电流沿着槽缝分布，从而延长天线表面电流路径，使谐振频率向低频方向偏移；天线加载技术，在辐射贴片和地板之间引入短路探针、短路片或者短路面，形成四分之一波长结构，缩小天线尺寸；容性感性加载技术能够抵消感性阻抗，实现天线的小型化和阻抗匹配。实现圆极化特性的主要方法：采用口径耦合馈电方法；设置短路探针；在辐射贴片上引入微扰结构，即在辐射贴片或地板上引入缝隙或者加载枝节；加载由开口谐振环组成的圆极化器等。开口谐振环是一种亚波长的磁谐振器，具有负介电常数性质，能够抑制表面波、降低互耦、缩小天线尺寸，当植入式天线加载开口谐振环组成阵列时，会产生较弱的左手材料特性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，该天线具有小型化、宽频带、圆极化、抗干扰、生物兼容性好等特性，方便与植入式无线生物医疗装置集成，适用于ISM 2.45GHz频段，能满足植入式无线生物医疗装置对天线性能的需求。

本实用新型的技术方案是：引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，由介质基板1、引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2、下侧短路探针3、上侧短路探针 4、同轴接头5、地板6构成，其特征在于：