【摘 要】
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随着移动通信技术和无线生物传感技术的发展,无线医疗通信技术被广泛应用于多种医疗设备中。而植入式天线作为无线医疗设备中的关键部分,其性能好坏决定了无线医疗通信的优劣。植入式天线工作于人体这一复杂的电磁环境中,受到的影响和限制颇多。因此,如何设计高性能的植入式天线,成为了无线生物医疗技术研究的重点和难点。本文基于对目前植入式医疗设备的调研和研究,设计仿真了几种应用于无线医疗通信的天线。本文的主要工作包
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随着移动通信技术和无线生物传感技术的发展,无线医疗通信技术被广泛应用于多种医疗设备中。而植入式天线作为无线医疗设备中的关键部分,其性能好坏决定了无线医疗通信的优劣。植入式天线工作于人体这一复杂的电磁环境中,受到的影响和限制颇多。因此,如何设计高性能的植入式天线,成为了无线生物医疗技术研究的重点和难点。本文基于对目前植入式医疗设备的调研和研究,设计仿真了几种应用于无线医疗通信的天线。本文的主要工作包括:1、分析了植入式天线在人体环境中的辐射情况,即人体组织的电参数对电磁波传播的影响。在此基础上,分析总结了植入式天线设计过程中需要考虑的因素,如工作频段的选择、人体模型的建立、体积和形式的限制以及人体安全限制等。2、设计了两种具有小型化特点的圆极化可植入式天线。为了减轻病人的痛苦,可植入式天线的体积应尽量的减缩,因此,可植入式天线的小型化问题一直是研究的热点。另外,受人体移动等外界因素的影响,可植入式天线与体外接收天线之间容易产生极化失配。为此,本文基于不同的天线设计方法,提出了两种工作于2.45GHzISM频段的圆极化可植入式天线,两种天线的体积均为8mm×8mm×1.27mm,与之前公开发表的圆极化可植入式天线相比,具有更小的体积,同时具备良好的圆极化特性。3、设计了一种全向共形胶囊天线。胶囊天线工作于人体的消化道内,位置和方向都在不断变化,容易与体外接收设备间产生失配,且辐射效率往往很低。为此,本文提出了一种工作于MICS(402MHz~405MHz)频段的全向共形胶囊天线,通过将该天线共形于胶囊外壳的内壁,避免天线与人体之间产生强耦合效应,从而减小人体对天线辐射能量的损耗,再通过优化天线的自身结构,使其具有较大的有效口径,以获得更高的天线增益,最终该天线的增益为-19.3dBi。4、设计了一种双频圆极化体表可穿戴中继天线。受人体的影响,体内-体外通信系统的数据传输速率往往较低,且传输距离较短,另外,植入式天线的方向容易改变,与体外接收设备间易产生极化失配问题。为此,本文提出了一种工作于MICS(402MHz~405MHz)和ISM(2.40GHz~2.48GHz)频段的双频圆极化体表可穿戴中继天线,该天线是基于微带线馈电的方环形缝隙天线,具有较低的剖面,通过采用C形微带线馈电结构和加载L形枝节,实现了双频圆极化辐射,其在两个频段内的工作带宽(-10dB阻抗带宽与3dB轴比带宽的交集)分别为15%和24%。
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