[发明专利]加载八边形互补开口谐振环的植入式小型圆极化天线

说明书

本发明设计了加载八边形互补开口谐振环的植入式小型圆极化天线，在加载八边形互补开口谐振环辐射贴片四周增加对称C形结构能够有效延长天线表面电流路径，降低天线谐振频率。调节T形槽和L形槽的尺寸可以优化阻抗匹配，在L形槽开口端增加两个半六边形贴片可以增加单位长度电容分布，减小天线的尺寸。八边形互补开口谐振环结构的电长度远小于谐振时的信号波长，从而使天线谐振频率向低频偏移，进一步缩小天线的尺寸。天线的体积仅为8.5×8.5×0.635mm³，具有频带宽、小型化、圆极化、抗干扰、生物兼容性优良等特性，适用于ISM 2.45GHz频段，满足植入人体组织环境后的小型化、圆极化工作需求。

技术领域

本发明涉及植入式天线技术领域，具体涉及加载八边形互补开口谐振环的植入式小型圆极化天线，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

无线生物医疗能够在有限的医疗预算内提供高质量的医疗服务，已经成为全球关注的焦点之一。植入式医疗设备是无线生物医疗的核心器件，它在不考虑患者生理状态的前提下，不需要医生干预，能够持续监测人体新陈代谢水平，为医生提供全方位诊疗信息。例如：植入式医疗设备可以用于糖尿病患者的血糖监测，传统的方法主要是通过手指采血获得数据，这种方式的弊端在于给患者带来痛苦，检测结果也不能客观反映与饮食习惯相关的总体趋势和变化方向，而植入式血糖监测装置能够实时检测血糖浓度，同时将检测数据传输至体外接收设备，为医生诊断提供依据。植入式医疗设备通常由传感器、天线、电池、处理器等组成，其中植入式天线是保证植入式医疗设备能够可靠通信的关键器件，植入式天线的性能、尺寸、功耗、抗干扰能力、生物兼容性都会影响植入式医疗设备的工作性能，因此设计植入式天线是一项复杂并具有挑战性的工作。减小植入式天线设计尺寸的方法主要有：选用高介电常数介质基板，但高介电常数材料会导致天线增益的降低，减小阻抗带宽，在选取高介电常数材料时要综合考虑带宽、增益与尺寸；短路加载技术，在辐射贴片和地板之间增加短路探针或者短路片，在保证天线辐射特性不变的前提下，缩小天线尺寸；曲流技术，在辐射贴片表面开不同形式和尺寸的槽，使表面电流沿槽的方向流动，从而延长天线表面电流路径，降低谐振频率，实现天线的小型化；分形技术，分形结构可以实现辐射单元表面的填充性，增加迭代阶数可以延长电流路径，从而降低天线谐振频率。抗干扰能力的实现方法主要有多输入多输出技术、极化分集技术和圆极化技术，其中圆极化技术具有降低误码率、减小极化失配和抑制多径干扰等特性。为了收集人体生理参数，需要植入式系统与外界接收设备之间稳定可靠的信息传输，圆极化天线可以克服天线放置角度的限制，保证植入式设备与外界设备之间可靠的信息传输，同时可以降低多路径效应带来的损耗。圆极化天线通常采用单馈形式，双馈或者多馈会增加天线的体积。引入几何微扰可以产生圆极化特性，如在天线中间增加交叉槽、在贴片对角切掉部分形状、在贴片对角线上增加条状开槽等；通过孔径耦合或者在环状结构上增加缝隙能够实现圆极化性能；采用慢波结构增加单位长度的传播常数也能够产生圆极化特性。互补开口谐振环是一种几何互偶结构，将缝隙部分和金属部分互换就可以得到互补开口谐振结构，互补开口谐振结构是一种具有负磁导率的超材料结构，其介电常数远小于谐振时的波长，调节开口谐振环的位置和尺寸可以实现天线的圆极化性能，采用互补开口谐振环能够满足天线的小型化、圆极化设计需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种加载八边形互补开口谐振环的植入式小型圆极化天线，该天线具有频带宽、小型化、圆极化、抗干扰、生物兼容性优良等特性，易于集成到植入式无线生物医疗装置中，适用于ISM 2.45GHz频段，能满足植入人体组织后的工作需求。

本发明的技术方案是：加载八边形互补开口谐振环的植入式小型圆极化天线，由介质基板1、加载八边形互补开口谐振环辐射贴片2、短路探针3、短路探针4、同轴接头5、地板6构成，其特征在于：