【摘 要】
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随着医学的发展,移动医疗将成为医学领域向前迈进的重要一步。可穿戴可植入式设备作为移动医疗的必备器材,近年来获得广泛关注,技术全面发展。但可穿戴可植入的天线受生物体环境影响较大,技术仍需突破。传统的可植入天线达成单一设计指标较易,但很难同时满足大宽带和高辐射效率的要求。因此,本文设计了一种可以覆盖特定医疗频段且辐射效率较高的可植入天线,并在此结构的基础上设计出用于脑成像和智能手表的可穿戴天线。针对可
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随着医学的发展,移动医疗将成为医学领域向前迈进的重要一步。可穿戴可植入式设备作为移动医疗的必备器材,近年来获得广泛关注,技术全面发展。但可穿戴可植入的天线受生物体环境影响较大,技术仍需突破。传统的可植入天线达成单一设计指标较易,但很难同时满足大宽带和高辐射效率的要求。因此,本文设计了一种可以覆盖特定医疗频段且辐射效率较高的可植入天线,并在此结构的基础上设计出用于脑成像和智能手表的可穿戴天线。针对可植入式天线设计,本文首先分析了偶极子天线在有损耗组织中的电磁场分布,并比较了它们辐射性能差异。基于以上分析,本文设计出来一种耦合微带环天线,整体结构由内外方形环路及容性微带结构组成。在植入肌肉组织的场景下,中心带宽可达74.1%,具备了应对植入环境变化的强鲁棒性。相比于其他类型的可植入天线,本设计在人体组织中能量损耗较小,可以达到-23.19 d Bi的高增益,实现可靠的通信链路。在1W的输入功率下,天线的SAR值可达177 W/kg,符合IEEE标准。最后,制作平面型和弯折型的两种天线实物,在模拟人体肌肉组织电磁参数的猪肉中进行实验,仿真与实验数据基本吻合。本设计在带宽、增益、尺寸及SAR值等指标上达到了相对平衡,综合性能与同类型天线相比具有一定的优势。针对可穿戴天线设计,本文基于可植入天线的结构作微调,设计出了脑成像天线和智能手表天线。对于脑成像天线,本文使用集成共面波导结构(CPW),以波导端口馈电替代原有的离散端口馈电形式,将天线贴附于头模型上共同仿真,工作带宽可覆盖1.5-4.0 GHz频段,实现多个谐振点工作,可以获得较好的脉冲保真度,优于同类型的脑成像天线。进一步简化脑模型后,搭建八天线阵列系统获取传输信号,结合共焦成像算法得到模型的成像结果。对于智能手表结构,参考开口谐振器天线设计出内外环结构组成的手表天线。放置于模拟人体手腕的三层有损介质结构进行仿真,天线在ISM的2.4GHz频段可以良好工作,也可以对低频段900 MHz的带宽加以应用。天线的整体SAR值为10 W/kg,符合安全标准。该天线的方向图满足手表在自由空间中各方向接收信号的要求。因此,环形磁天线的结构也可在可穿戴天线领域得到应用。
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