随着人口老龄化和医疗资源不平衡等社会问题日益严峻,移动医疗技术受到了广泛的关注。植入式医疗设备在移动医疗系统中主要用于感知人体生理信息。相比于传统的有线连接或线圈耦合方式,植入式天线可以将植入式医疗设备检测的生理信息无线发送到人体外部的接收机,方便医生诊断。由于人体由许多具有复杂电磁特性的组织形成且因人而异,加上植入式医疗设备内部的电子元器件、植入手术误差和加工误差等因素的影响,导致植入式天线可能在所需频段内产生阻抗失配。而宽频特性能使植入式天线在复杂电磁环境中具有较好的鲁棒性。此外,多频天线使植入式医疗设备能够实现多种功能。因此,对宽频/多频植入式天线的研究具有重要的应用价值。本论文由国家自然科学基金(No.61372008)、广东省科技计划(No.2014A010103014,No.2015B010101006)等项目资助,主要研究应用于移动医疗的宽频/多频植入式天线。本课题主要研究内容有:(1)工作在MICS频段的宽频植入式平面倒F天线(PIFA):考虑到电磁波在低频段具有较低的传输损耗,且宽带天线能够提升系统的鲁棒性,我们设计了一款工作在医疗与植入式通信服务(MICS)频段的宽频植入式天线。通过在辐射贴片和地板上开螺旋形槽、引入短路探针和采用高介电常数的介质基板等方法实现了天线的小型化。其中,地板的螺旋形槽改善了天线的阻抗匹配,从而拓展带宽。天线尺寸为π×5.2~2×1.27 mm~3,实测阻抗带宽为99.2%(182–540 MHz),且最大增益为–39.9 d Bi。将天线加工后放入三层猪肉中进行测量。虽然实测结果相比于仿真结果有所频偏,但仍能覆盖所需MICS频段。此外,文中给出了天线的辐射性能、应用场景和SAR值分布,并分析了天线与体外偶极子之间的链路预算。为了解决植入式医疗设备中电池寿命有限的问题,需要用到无线能量传输技术或节能等方法。考虑到单频天线无法同时支持多种功能,本文设计了一款三频宽带植入式天线,以满足植入式医疗设备的多种应用。(2)多功能三频宽带植入式PIFA天线:通过在辐射贴片上切I形槽,延长电流路径以实现天线小型化;接着通过在辐射贴片上开槽并在地板上切两个对称的U形槽,覆盖MICS频段和2.45-GHz ISM频段;最后通过在辐射贴片的对角线上切4个弯折形槽,覆盖915-MHz ISM频段。该三频天线使得植入式医疗设备具备多种功能,如数据传输、无线能量传输和节能等。天线尺寸为11.6×11.6×1.27 mm~3,在MICS频段和ISM频段的实测阻抗带宽分别为18.4%(375–451 MHz)、18.5%(900–1084 MHz)和31.2%(2071–2837 MHz),且最大增益分别为–41.3 d Bi、–23.5 d Bi和–28.7 d Bi。文中通过分析天线的演进过程解释其工作原理,并研究了一些关键参数对天线性能的影响。由于完整地板能避免植入式天线受到医疗设备内部电子元器件的电磁干扰,所以本文设计了带有完整地板的植入式多频天线。(3)带有完整地板的三频宽带植入式环形PIFA天线:该天线通过弯折辐射贴片,在实现小型化的同时,产生了低频段和高频段。由于环形PIFA天线的不对称结构能激励出额外的偶次谐振模式,因此我们将短路探针偏移中心位置,使天线产生了中间频段,但其反射系数大于–10 d B。为了改善了天线的阻抗匹配并拓展带宽,我们在辐射贴片上加载T形弯折枝节。最终天线覆盖MICS频段、915-MHz ISM频段和1.4-GHz WMTS频段。天线尺寸为11×11×1.27 mm~3,具有低剖面特性。天线在所需频段的仿真阻抗带宽分别为30.1%(367–497 MHz)、15.2%(828–964 MHz)和29.2%(1110–1490 MHz),且最大增益分别为–44.2 d Bi、–25.6 d Bi和–28.8 d Bi。由于磁场天线的近场具有较低的电场分量,导致该天线具有较小的SAR值。此外,文中研究了短路探针位置、电路系统和植入位置等因素对天线性能的影响,并对其链路预算进行分析。本研究表明,我们所设计的植入式天线具有小型化、大带宽、多频段、低功耗、生物相容和电磁兼容等优点。希望通过本工作的研究成果,能为用于移动医疗领域的植入式天线设计提供有益参考。