【摘 要】
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在无线胶囊内窥镜（WCE）系统中,作为体内体外信息和能量传递桥梁的WCE天线需要工作在人体消化道内,在分析其性能时必须考虑人体组织的影响。但消化道疾病患病人群的年龄差异较大,利用单一人体模型研究WCE天线性能忽视了不同人体之间的个体差异。因此需要建立不同的人体模型,更加准确地研究WCE天线的电磁性能。本文根据CST Voxel Family中部分人体模型参数,结合真实人体生理结构相关知识,搭建了不
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在无线胶囊内窥镜（WCE）系统中,作为体内体外信息和能量传递桥梁的WCE天线需要工作在人体消化道内,在分析其性能时必须考虑人体组织的影响。但消化道疾病患病人群的年龄差异较大,利用单一人体模型研究WCE天线性能忽视了不同人体之间的个体差异。因此需要建立不同的人体模型,更加准确地研究WCE天线的电磁性能。本文根据CST Voxel Family中部分人体模型参数,结合真实人体生理结构相关知识,搭建了不同的人体腹部模型,仿真并实测了WCE天线在不同复杂人体中的电磁性能,研究结果将为WCE天线下一步的设计与研究提供参考。主要研究内容有:1.设计WCE天线,建立简化人体腹部模型。设计了一款工作在ISM（433-434MHz）和WMTS（1.395-1.4 GHz）频段的双频柔性偶极子天线,该天线体积小,带宽比较宽,作为课题研究的天线模型。根据CST Voxel Family部分人体模型参数,结合真实人体腹部的基本生理参数,建立了不同的简化人体腹部模型。这些模型涵盖了不同年龄段,具有详细的组织划分,降低了人体模型的仿真时间,实现了仿真精度和仿真时间之间的折中,大大提高了WCE天线性能研究的精确性。2.仿真分析了WCE天线在不同复杂人体中的电磁性能。首先将设计的双频WCE天线放到具有不同特性的简化人体腹部的胃肠道器官中进行电磁仿真,分析对比天线在不同人体同一器官中的仿真结果。仿真结果表明,天线在不同人体中性能差异较大,天线的回波损耗系数、阻抗带宽、增益、SAR值等最大变化量分别为19 d B,242 MHz,20.82 d Bi,160.9 W/kg。然后仿真研究了在不同肥胖程度人体中天线的电磁性能,仿真结果表明,人体肥胖程度主要影响天线的阻抗带宽,对天线的辐射性能影响不大,人体肥胖程度对SAR值的影响与人体性别有关。3.加工制作WCE天线,搭建实测平台,实际测量天线在不同复杂人体中的性能。首先利用不同部位的猪肉组织搭建不同人体腹部实测模型,放入制作好的天线实物,分别测试天线的相关电磁特性参数曲线;然后利用谐振在1.4 GHz的偶极子天线测试WCE天线在不同人体中传输信号的能力。通过对比发现实测结果与仿真结果存在差异较小,验证了仿真结果的正确性。最后探究了不同胃肠道温度对天线性能的影响。
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