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引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线

阅读：672发布：2021-12-02

专利汇可以提供引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明设计了引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，外侧方形环利用电磁耦合效应能够激励出与主模谐振频率接近的附加模式，展宽阻抗带宽，在外侧方形环和内侧方形环之间增加交指电容，产生容性加载特性，缩小天线尺寸。双弯折谐振环组成阵列布局的圆极化器结构更为紧凑，可以集中更强的电磁能量，激励出两个幅值相等相位差90度的简并正交模，从而实现圆极化辐射，在U形枝节中间形成裂口增加的矩形枝节，能够调节和增强天线的圆极化纯度。天线的体积仅为9×9×0.635mm3，具有小型化、宽频带、圆极化、抗干扰等特性，适用于ISM 2.45GHz频段，满足植入人体组织环境后对天线小型化、圆极化工作需求。，下面是引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线专利的具体信息内容。

权利要求

1.引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，由介质基板(1)、引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元(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：
a.所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元(2)由外侧方形环(2-1)、内侧方形环(2-2)、双弯折谐振环(2-3)组成，外侧方形环(2-1)利用电磁耦合效应能够激励出与主模谐振频率接近的附加模式，从而展宽天线阻抗带宽，外侧方形环(2-1)与内侧方形环(2-2)四条辐射边之间增加交指电容(2-4)、交指电容(2-5)、交指电容(2-6)、交指电容(2-
7)，产生容性加载特性，缩小植入式天线的尺寸，实现天线的小型化，在内侧方形环(2-2)的内部加载双弯折谐振环(2-3)，双弯折谐振环(2-3)组成阵列布局的圆极化器结构更为紧凑，可以集中更强的电磁能量，单个弯折谐振环是由方形环弯折一半而形成，将弯折谐振环内部断开并对称放置两个U形枝节，两个U形枝节中间形成裂口，使单个弯折谐振环内部形成E形槽，在裂口中间增加的矩形枝节，矩形枝节与E形槽上边缘连接，双弯折谐振环(2-3)组成的圆极化器能够激励出两个幅值相等相位差90度的简并正交模，从而实现圆极化辐射，增加的矩形枝节能够调节和增强植入式天线的圆极化纯度，双弯折谐振环(2-3)通过矩形导带与内侧方形环(2-2)相连接，两个单个弯折谐振环关于介质基板(1)的横向对称轴对称；
b.所述的短路探针(3)、短路探针(4)设置在引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元(2)中的内侧方形环(2-2)的左下角和左上角，短路探针(3)、短路探针(4)关于天线介质基板(1)横轴对称，增加短路探针(3)、短路探针(4)能够形成驻波结构，进一步缩小天线的尺寸；
c.所述的同轴接头(5)位于引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元(2)中的内侧方形环(2-2)的右侧，位于介质基板(1)的横向对称轴上，同轴接头(5)的内芯与引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元(2)中的内侧方形环(2-2)相连接，同轴接头(5)的外芯与地板(6)相连接；
d.所述的地板(6)为一个方形的完整金属贴片结构，能够形成一道屏蔽层，隔离无线生物医疗装置电子器件与植入式圆极化天线，降低天线对其它电子器件的干扰，提高电磁兼容性能。
2.根据权利要求1所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，其特征在于所述的介质基板(1)的长L为8mm～10mm，宽W为8mm～10mm。
3.根据权利要求1所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，其特征在于所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元(2)与介质基板(1)边缘的距离W1为0.2mm～0.3mm，引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元(2)由外侧方形环(2-1)、内侧方形环(2-2)、双弯折谐振环(2-3)组成，外侧方形环(2-1)的外侧边长为W3为
8.4mm～8.6mm，内侧边长W13为7.8mm～8mm，内侧方形环2-1的外侧边长为W12为6.2mm～
6.4mm，内侧边长W11为4.4mm～4.6mm，外侧方形环(2-1)与内侧方形环(2-2)之间的距离L2为
0.7mm～0.9mm，外侧方形环(2-1)与内侧方形环(2-2)增加的交指电容(2-4)、交指电容(2-
5)、交指电容(2-6)、交指电容(2-7)中的上下枝节长L1为0.6mm～0.7mm，宽W2为0.1mm～
0.2mm，上下枝节之间的间距宽W4为0.1mm～0.2mm，双弯折谐振环(2-3)通过矩形导带与内侧方形环(2-2)相连接，矩形导带的宽W5为0.2mm～0.4mm，长L3为0.2mm～0.4mm，单个弯折谐振环的长L7为1.7mm～1.8mm，宽W6为3.8mm～4mm，单个弯折谐振环的环宽W7为0.2mm～
0.4mm，与U形枝节相连的枝节宽W10为0.9mm～1.1mm，长L8为0.3mm～0.4mm，U形枝节左枝节长L5为0.8mm～0.9mm，右枝节长L6为0.9mm～1.1mm，上枝节长W9为0.9mm～1.1mm，U形枝节宽W14为0.3mm～0.4mm，裂口中间增加矩形枝节长L4为1.1mm～1.3mm，宽W8为0.1mm～0.3mm。
4.根据权利要求1所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，其特征在于所述的短路探针(3)、短路探针(4)半径R1为0.2mm～0.4mm，短路探针(3)、短路探针(4)中心距介质基板(1)中心的距离R2为3.5mm～3.9mm，短路探针(3)、短路探针(4)与介质基板(1)纵向对称轴的夹角a1为42度～47度，短路探针(3)、短路探针(4)半径与同轴接头(5)的内芯半径相等。
5.根据权利要求1所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，其特征在于所述的同轴接头(5)中心距介质基板(1)中心的距离W0为2.5mm～2.9mm。
6.根据权利要求1所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，其特征在于所述的地板(6)为一个完整的方形金属贴片，地板(6)的尺寸与介质基板(1)的尺寸相同，L为8mm～10mm，宽W为8mm～10mm。
7.根据权利要求1所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，其特征在于所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线外表面镀一层超薄的生物兼容薄膜氧化铝，对反射系数和天线增益影响较小，与介质基板(1)的介电常数接近，介电常数εr为9.2，损耗正切tanδ为0.008，镀膜厚度为0.03mm，将植入式圆极化与天线人体组织隔离，防止天线的导电贴片与人体组织直接接触，减少人体组织对植入式圆极化天线性能的影响。

说明书全文

引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线

技术领域

[0001] 本发明涉及植入式天线技术领域，具体涉及引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，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

[0002] 生物电磁学涵盖了生物学、医疗技术和电磁学等多个领域，备受科研人员的关注，它在医学诊断和治疗等方面应用的越来越广泛。在医疗体系中应用生物电磁学不仅可以帮助医生诊断和预防疾病，还可以实时监测人体生理参数的变化，给患者提供了诸多便利。植入式天线是远程医疗监测系统的关键环节，它是信息传输的载体，对植入式天线的设计与研究非常重要。植入式天线性能的好坏直接影响远程医疗监测系统的工作效率及稳定性。植入式天线将传感器监测的生理参数传送给体外接收装置，医生对参数进行分析，完成诊断过程。常见的无线医疗设备包括穿戴式、摄入式和植入式，穿戴式无线医疗设备工作在自由空间，对天线要求较低，而摄入式和植入式无线医疗设备工作在人体内，无线医疗设备与人体之间的强耦合会影响无线医疗设备的电磁特性，如何设计性能良好、运行稳定的植入式天线是生物电磁学领域中一个亟待解决的问题。圆极化天线能接收和发送任意方向的线极化波或者相同旋向的圆极化波，具有易共形、抗干扰能力强、误码率低、抗多径干扰等优点，这些优点适用于体外天线与植入式天线相对位置经常变化的环境，植入式天线本身也要具有较宽的工作频带、较小的设计尺寸、降低人体吸收SAR值等。植入式天线展宽频带的方法包括：降低等效谐振电路Q值；增加多谐振耦合结构代替简单的谐振结构，如增加寄生贴片；在同一平面设计多个贴片，通过各贴片的耦合增加谐振点，展宽带宽；采用多层堆叠结构，天线中采用多层贴片和多层介质基板，通过电磁耦合或者孔径耦合的方式进行馈电；
采用分形技术，采用分形天线阵子或者将阵列单元按照分形规律布置，分形天线可以在展宽天线带宽的同时缩小天线尺寸。植入式天线小型化的方法主要包括：增加相对介电常数；
曲流技术，在辐射贴片上开槽或者缝隙，引导电流沿着槽缝分布，从而延长天线表面电流路径，使谐振频率向低频方向偏移；天线加载技术，在辐射贴片和地板之间引入短路探针、短路片或者短路面，形成四分之一波长结构，缩小天线尺寸；容性感性加载技术能够抵消感性阻抗，实现天线的小型化和阻抗匹配。实现圆极化特性的主要方法：采用口径耦合馈电方法；设置短路探针；在辐射贴片上引入微扰结构，即在辐射贴片或地板上引入缝隙或者加载枝节；加载由开口谐振环组成的圆极化器等。开口谐振环是一种亚波长的磁谐振器，具有负介电常数性质，能够抑制表面波、降低互耦、缩小天线尺寸，当植入式天线加载开口谐振环组成阵列时，会产生较弱的左手材料特性。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，该天线具有小型化、宽频带、圆极化、抗干扰、生物兼容性好等特性，方便与植入式无线生物医疗装置集成，适用于ISM 2.45GHz频段，能满足植入式无线生物医疗装置对天线性能的需求。

[0004] 本发明的技术方案是：引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，由介质基板1、引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元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：

[0005] a.所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2由外侧方形环2-1、内侧方形环2-2、双弯折谐振环2-3组成，外侧方形环2-1利用电磁耦合效应能够激励出与主模谐振频率接近的附加模式，从而展宽天线阻抗带宽，外侧方形环2-1与内侧方形环2-2四条辐射边之间增加交指电容2-4、交指电容2-5、交指电容2-6、交指电容2-7，产生容性加载特性，缩小植入式天线的尺寸，实现天线的小型化，在内侧方形环2-2的内部加载双弯折谐振环2-3，双弯折谐振环2-3组成阵列布局的圆极化器结构更为紧凑，可以集中更强的电磁能量，单个弯折谐振环是由方形环弯折一半而形成，将弯折谐振环内部断开并对称放置两个U形枝节，两个U形枝节中间形成裂口，使单个弯折谐振环内部形成E形槽，在裂口中间增加的矩形枝节，矩形枝节与E形槽上边缘连接，双弯折谐振环2-3组成的圆极化器能够激励出两个幅值相等相位差90度的简并正交模，从而实现圆极化辐射，增加的矩形枝节能够调节和增强植入式天线的圆极化纯度，双弯折谐振环2-3通过矩形导带与内侧方形环2-2相连接，两个单个弯折谐振环关于介质基板1的横向对称轴对称；

[0006] b.所述的短路探针3、短路探针4设置在引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2中的内侧方形环2-2的左下角和左上角，短路探针3、短路探针4关于天线介质基板1横轴对称，增加短路探针3、短路探针4能够形成驻波结构，进一步缩小天线的尺寸；

[0007] c.所述的同轴接头5位于引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2中的内侧方形环2-2的右侧，位于介质基板1的横向对称轴上，同轴接头5的内芯与引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2中的内侧方形环2-2相连接，同轴接头5的外芯与地板6相连接；

[0008] d.所述的地板6为一个方形的完整金属贴片结构，能够形成一道屏蔽层，隔离无线生物医疗装置电子器件与植入式圆极化天线，降低天线对其它电子器件的干扰，提高电磁兼容性能。

[0009] 所述的介质基板1的长L为8mm～10mm，宽W为8mm～10mm。

[0010] 所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2与介质基板1边缘的距离W1为0.2mm～0.3mm，引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2由外侧方形环2-1、内侧方形环2-2、双弯折谐振环2-3组成，外侧方形环2-1的外侧边长为W3为8.4mm～8.6mm，内侧边长W13为7.8mm～8mm，内侧方形环2-1的外侧边长为W12为6.2mm～6.4mm，内侧边长W11为4.4mm～4.6mm，外侧方形环2-1与内侧方形环2-2之间的距离L2为0.7mm～0.9mm，外侧方形环2-1与内侧方形环2-2增加的交指电容2-4、交指电容2-5、交指电容2-6、交指电容2-7中的上下枝节长L1为0.6mm～0.7mm，宽W2为0.1mm～0.2mm，上下枝节之间的间距宽W4为0.1mm～
0.2mm，双弯折谐振环2-3通过矩形导带与内侧方形环2-2相连接，矩形导带的宽W5为0.2mm～0.4mm，长L3为0.2mm～0.4mm，单个弯折谐振环的长L7为1.7mm～1.8mm，宽W6为3.8mm～
4mm，单个弯折谐振环的环宽W7为0.2mm～0.4mm，与U形枝节相连的枝节宽W10为0.9mm～
1.1mm，长L8为0.3mm～0.4mm，U形枝节左枝节长L5为0.8mm～0.9mm，右枝节长L6为0.9mm～
1.1mm，上枝节长W9为0.9mm～1.1mm，U形枝节宽W14为0.3mm～0.4mm，裂口中间增加矩形枝节长L4为1.1mm～1.3mm，宽W8为0.1mm～0.3mm。

[0011] 所述的短路探针3、短路探针4半径R1为0.2mm～0.4mm，短路探针3、短路探针4中心距介质基板1中心的距离R2为3.5mm～3.9mm，短路探针3、短路探针4与介质基板1纵向对称轴的夹角a1为42度～47度，短路探针3、短路探针4半径与同轴接头5的内芯半径相等。

[0012] 所述的同轴接头5中心距介质基板1中心的距离W0为2.5mm～2.9mm。

[0013] 所述的地板6为一个完整的方形金属贴片，地板6的尺寸与介质基板1的尺寸相同，L为8mm～10mm，宽W为8mm～10mm。

[0014] 所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线外表面镀一层超薄的生物兼容薄膜氧化铝，对反射系数和天线增益影响较小，与介质基板1的介电常数接近，介电常数εr为9.2，损耗正切tanδ为0.008，镀膜厚度为0.03mm，将植入式圆极化与天线人体组织隔离，防止天线的导电贴片与人体组织直接接触，减少人体组织对植入式圆极化天线性能的影响。

[0015] 本发明的效果在于：本发明设计了引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，外侧方形环利用电磁耦合效应能够激励出与主模谐振频率接近的附加模式，从而展宽天线阻抗带宽，在外侧方形环和内侧方形环之间增加交指电容，产生容性加载特性，缩小植入式天线的尺寸，实现天线的小型化。双弯折谐振环组成阵列布局的圆极化器结构更为紧凑，可以集中更强的电磁能量，能够激励出两个幅值相等相位差90度的简并正交模，从而实现圆极化辐射，在U形枝节中间形成裂口增加的矩形枝节，能够调节和增强植入式天线的圆极化纯度。地板为一个方形的完整金属贴片结构，能够形成一道屏蔽层，隔离无线生物医疗装置电子器件与植入式圆极化天线，降低天线对其它电子器件的干扰，提高电磁兼容性能。增加短路探针能够形成驻波结构，进一步缩小天线的尺寸。该植入式圆极化天线为平面结构，天线的体积仅为9×9×0.635mm3，具有小型化、宽频带、圆极化、抗干扰、生物兼容性好等特性，适用于ISM 2.45GHz频段，满足植入人体组织环境后对天线小型化、圆极化工作需求。附图说明

[0016] 图1是本发明实施例的正面结构示意图。

[0017] 图2是本发明实施例的侧面结构示意图。

[0018] 图3是本发明实施例的背面结构示意图。

[0019] 图4是本发明实施例在外侧方形环和内侧方形环之间引入容性加载前后对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响。

[0020] 图5是本发明实施例在U形枝节中间形成的裂口增加矩形枝节长L4、宽W8对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响。

[0021] 图6是本发明实施例植入皮肤层深度示意图。

[0022] 图7是本发明实施例不同植入深度H对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响。

[0023] 图8是本发明实施例仿真与实测阻抗带宽曲线。

[0024] 图9是本发明实施例在频率为2.45GHz时的E面辐射方向图。

[0025] 图10是本发明实施例在频率为2.45GHz时的H面辐射方向图。

具体实施方式

[0026] 本发明的具体实施方式是：如图1所示，引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线，由介质基板1、引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元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：所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2由外侧方形环2-1、内侧方形环2-2、双弯折谐振环2-3组成，外侧方形环2-1利用电磁耦合效应能够激励出与主模谐振频率接近的附加模式，从而展宽天线阻抗带宽，外侧方形环2-1与内侧方形环2-2四条辐射边之间增加交指电容2-4、交指电容2-5、交指电容2-6、交指电容2-7，产生容性加载特性，缩小植入式天线的尺寸，实现天线的小型化，在内侧方形环2-2的内部加载双弯折谐振环2-3，双弯折谐振环2-3组成阵列布局的圆极化器结构更为紧凑，可以集中更强的电磁能量，单个弯折谐振环是由方形环弯折一半而形成，将弯折谐振环内部断开并对称放置两个U形枝节，两个U形枝节中间形成裂口，使单个弯折谐振环内部形成E形槽，在裂口中间增加的矩形枝节，矩形枝节与E形槽上边缘连接，双弯折谐振环
2-3组成的圆极化器能够激励出两个幅值相等相位差90度的简并正交模，从而实现圆极化辐射，增加的矩形枝节能够调节和增强植入式天线的圆极化纯度，双弯折谐振环2-3通过矩形导带与内侧方形环2-2相连接，两个单个弯折谐振环关于介质基板1的横向对称轴对称；
所述的短路探针3、短路探针4设置在引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2中的内侧方形环2-2的左下角和左上角，短路探针3、短路探针4关于天线介质基板1横轴对称，增加短路探针3、短路探针4能够形成驻波结构，进一步缩小天线的尺寸；所述的同轴接头5位于引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2中的内侧方形环2-2的右侧，位于介质基板1的横向对称轴上，同轴接头5的内芯与引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2中的内侧方形环2-2相连接，同轴接头5的外芯与地板6相连接；所述的地板6为一个方形的完整金属贴片结构，能够形成一道屏蔽层，隔离无线生物医疗装置电子器件与植入式圆极化天线，降低天线对其它电子器件的干扰，提高电磁兼容性能。

[0027] 所述的介质基板1的长L为8mm～10mm，宽W为8mm～10mm。

[0028] 所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2与介质基板1边缘的距离W1为0.2mm～0.3mm，引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2由外侧方形环2-1、内侧方形环2-2、双弯折谐振环2-3组成，外侧方形环2-1的外侧边长为W3为8.4mm～8.6mm，内侧边长W13为7.8mm～8mm，内侧方形环2-1的外侧边长为W12为6.2mm～6.4mm，内侧边长W11为4.4mm～4.6mm，外侧方形环2-1与内侧方形环2-2之间的距离L2为0.7mm～0.9mm，外侧方形环2-1与内侧方形环2-2增加的交指电容2-4、交指电容2-5、交指电容2-6、交指电容2-7中的上下枝节长L1为0.6mm～0.7mm，宽W2为0.1mm～0.2mm，上下枝节之间的间距宽W4为0.1mm～
0.2mm，双弯折谐振环2-3通过矩形导带与内侧方形环2-2相连接，矩形导带的宽W5为0.2mm～0.4mm，长L3为0.2mm～0.4mm，单个弯折谐振环的长L7为1.7mm～1.8mm，宽W6为3.8mm～
4mm，单个弯折谐振环的环宽W7为0.2mm～0.4mm，与U形枝节相连的枝节宽W10为0.9mm～
1.1mm，长L8为0.3mm～0.4mm，U形枝节左枝节长L5为0.8mm～0.9mm，右枝节长L6为0.9mm～
1.1mm，上枝节长W9为0.9mm～1.1mm，U形枝节宽W14为0.3mm～0.4mm，裂口中间增加矩形枝节长L4为1.1mm～1.3mm，宽W8为0.1mm～0.3mm。

[0029] 所述的短路探针3、短路探针4半径R1为0.2mm～0.4mm，短路探针3、短路探针4中心距介质基板1中心的距离R2为3.5mm～3.9mm，短路探针3、短路探针4与介质基板1纵向对称轴的夹角a1为42度～47度，短路探针3、短路探针4半径与同轴接头5的内芯半径相等。

[0030] 所述的同轴接头5中心距介质基板1中心的距离W0为2.5mm～2.9mm。

[0031] 所述的地板6为一个完整的方形金属贴片，地板6的尺寸与介质基板1的尺寸相同，L为8mm～10mm，宽W为8mm～10mm。

[0032] 所述的引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线外表面镀一层超薄的生物兼容薄膜氧化铝，对反射系数和天线增益影响较小，与介质基板1的介电常数接近，介电常数εr为9.2，损耗正切tanδ为0.008，镀膜厚度为0.03mm，将植入式圆极化与天线人体组织隔离，防止天线的导电贴片与人体组织直接接触，减少人体组织对植入式圆极化天线性能的影响。

[0033] 实施例：具体制作过程如实施方式所述。选择Rogers RO3210介质基板，介电常数εr＝10.2，损耗正切tanδ＝0.003，厚度H＝0.635mm，同轴接头采用标准SMA接头。介质基板的长L为9mm，宽W为9mm。外侧方形环2-1利用电磁耦合效应能够激励出与主模谐振频率接近的附加模式，从而展宽天线阻抗带宽，在外侧方形环2-1和内侧方形环2-2之间增加交指电容，产生容性加载特性，缩小植入式天线的尺寸，实现天线的小型化，引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2与介质基板1边缘的距离W1为0.25mm，引入双弯折谐振环的方环形容性加载辐射单元2由外侧方形环2-1、内侧方形环2-2、双弯折谐振环2-3组成，外侧方形环2-1的外侧边长为W3为8.5mm，内侧边长W13为7.9mm，内侧方形环2-1的外侧边长为W12为6.3mm，内侧边长W11为4.5mm，外侧方形环2-1与内侧方形环2-2之间的距离L2为0.8mm，外侧方形环2-1与内侧方形环2-2增加的交指电容2-4、交指电容2-5、交指电容2-6、交指电容2-7中的上下枝节长L1为0.66mm，宽W2为0.14mm，上下枝节之间的间距宽W4为0.14mm。双弯折谐振环2-3组成阵列布局的圆极化器结构更为紧凑，可以集中更强的电磁能量，能够激励出两个幅值相等相位差90度的简并正交模，从而实现圆极化辐射，双弯折谐振环2-3通过矩形导带与内侧方形环2-2相连接，矩形导带的宽W5为0.3mm，长L3为0.3mm，单个弯折谐振环的长L7为1.75mm，宽W6为3.9mm，单个弯折谐振环的环宽W7为0.3mm，与U形枝节相连的枝节宽W10为
1.02mm，长L8为0.32mm，U形枝节左枝节长L5为0.85mm，右枝节长L6为1.05mm，上枝节长W9为
0.96mm，U形枝节宽W14为0.32mm，裂口中间增加矩形枝节长L4为1.2mm，宽W8为0.2mm，在U形枝节中间形成裂口增加的矩形枝节，能够调节和增强植入式天线的圆极化纯度。增加短路探针能够形成驻波结构，进一步缩小天线的尺寸，短路探针3、短路探针4半径R1为0.3mm，短路探针3、短路探针4中心距介质基板1中心的距离R2为3.7mm，短路探针3、短路探针4与介质基板1纵向对称轴的夹角a1为45度，短路探针3、短路探针4半径与同轴接头5的内芯半径相等。同轴接头5中心距介质基板1中心的距离W0为2.7mm。地板6为一个方形的完整金属贴片结构，能够形成一道屏蔽层，隔离无线生物医疗装置电子器件与植入式圆极化天线，降低天线对其它电子器件的干扰，提高电磁兼容性能，地板6的尺寸与介质基板1的尺寸相同，L为
9mm，宽W为9mm。引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线外表面镀一层超薄的生物兼容薄膜氧化铝，对反射系数和天线增益影响较小，与介质基板1的介电常数接近，介电常数εr为9.2，损耗正切tanδ为0.008，镀膜厚度为0.03mm，将植入式圆极化与天线人体组织隔离，防止天线的导电贴片与人体组织直接接触，减少人体组织对植入式圆极化天线性能的影响。

[0034] 分析在外侧方形环和内侧方形环之间引入容性加载前后对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响如图4所示，从图中可以看出，引入容性加载使天线的谐振频率向低频方向偏移，谐振程度变化不大，对阻抗带宽和轴比带宽影响较小，轴比性能最佳点也随之发生偏移，增加容性加载前后天线的尺寸缩减68％，说明在外侧方形环和内侧方形环之间增加交指电容，产生容性加载特性，缩小植入式天线的尺寸，实现天线的小型化。

[0035] 选取在U形枝节中间形成的裂口增加矩形枝节长L4、宽W8分析对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响如图5所示，分别选取L4＝1.1mm、W8＝0.1mm、L4＝1.2mm、W8＝0.2mm和L4＝1.3mm、W8＝0.3mm这三种情况对天线性能进行分析，从图5中可以看出，天线的谐振频率向高频方向有微小偏移，谐振程度先增加后减小，轴比性能最低值先减小后增加，轴比性能最佳点也随之偏移，说明天线的阻抗匹配和圆极化纯度得到改善，原因是在U形枝节中间形成裂口增加的矩形枝节，能够调节和增强植入式天线的圆极化纯度。

[0036] 本发明设计的植入式圆极化天线主要应用环境为皮肤层，仿真环境为100mm×100mm×28mm的单层皮肤模型，将天线置于单层皮肤模型中心，天线的植入深度为H，植入皮肤层深度示意图如图6所示，不同植入深度H对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响如图7所示，植入深度的初值为4mm，植入深度H变化±2mm时，植入式圆极化天线阻抗带宽和轴比带宽依然能够覆盖所需的ISM 2.4GHz～2.48GHz频段，说明植入式圆极化天线具有较高的稳定性。

[0037] 将植入式圆极化天线放置在模拟人体皮肤的溶液中进行测试，皮肤溶液包括聚乙二醇辛基苯基醚36.7％、二乙二醇单丁醚5.1％和去离子水58.2％。使用网络矢量分析仪测试植入式圆极化天线的阻抗带宽，通过体外线极化偶极子天线配合的间接方式测试天线的圆极化特性，阻抗带宽和轴比带宽的仿真结果与测试结果如图8所示，植入式圆极化天线的仿真阻抗带宽为2.18GHz～2.82GHz，频带内谐振频点为2.45GHz，仿真轴比带宽为2.29GHz～2.59GHz，实测阻抗带宽为2.15GHz～2.78GHz，频带内谐振频点为2.43GHz，实测轴比带宽为2.26GHz～2.52GHz，阻抗带宽和轴比带宽能够覆盖所需的工作频率，谐振程度有一定增加，测试结果与仿真结果基本保持一致，均能在ISM 2.4GHz～2.48GHz频段实现良好的谐振，谐振频率和轴比系数略向低频方向偏移，造成频率偏移的原因主要是植入式天线同轴电缆焊接误差、与模拟人体组织之间存在气泡对天线测试的影响以及仿真测试环境介电常数存在差异所导致。

[0038] 对植入式圆极化天线在2.45GHz频率点处的E面和H面辐射方向图进行测试，检验天线的辐射特性，实测方向图如图9、图10所示。从辐射方向图可以看出，天线具有较好的方向性，植入式圆极化天线的最大辐射方向沿Z轴方向，即朝向人体外侧，主极化为右旋圆极化，沿Z轴方向的实际增益最大值为-17.5dBi，主极化与交叉极化之间相差29.6dBi，主要是双弯折谐振环组成阵列布局的圆极化器结构更为紧凑，可以集中更强的电磁能量，能够激励出两个幅值相等相位差90度的简并正交模，从而实现圆极化辐射，植入式圆极化天线在工作频段内轴比波束较宽，辐射特性较好。

[0039] 为了满足天线植入人体组织后的安全性需求，对植入式圆极化天线安全性进行综合分析，设定植入式圆极化天线输入功率为1W，利用平均SAR值评估人体模型吸收能量的安全范围，经仿真计算，植入式圆极化天线在2.45GHz处的人体组织为1g时的最大平均SAR值为235.8W/kg，人体组织10g时的最大平均SAR值为51.3W/kg，为符合IEEEC95.1-1999及IEEEC95.1-2005对SAR值的安全标准，植入式圆极化天线对应的最大输入功率分别为8.7mW和46.8mW，植入式圆极化天线满足上述条件下的电磁辐射对人体组织是安全无害的。

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引入双弯折谐振环的方环形容性加载植入式圆极化天线

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