基于石墨烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线
阅读：260发布：2020-05-12
专利汇可以提供基于石墨烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了基于 石墨 烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线，天线的 辐射 贴片和地板材质均为多层 石墨烯 薄膜 ，使用多层石墨烯薄膜加工天线能够提升天线的性能，有效降低损耗并提高传输效率。通过在环形回路上增加四个扇形加载贴片，可以有效减小天线的设计尺寸。在四个扇形加载贴片之间增加尺寸相同且相互交错的矩形枝节，形成交指电容结构，降低植入式天线的谐振 频率 。通过导带开缝和增加矩形开路凸起，产生几何微扰，产生圆极化特性。天线的体积仅为5.5×5.5×0.635mm3，具有频带宽、圆极化、小型化、抗干扰、 生物 兼容性好等特性，适用于WMTS 1.43GHz频段，能满足植入复杂环境后的工作要求。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是基于石墨烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线专利的具体信息内容。
1.基于石墨烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线，由介质基板(1)、石墨烯环形回路加载辐射贴片(2)、第一短路探针(3)、第二短路探针(4)、同轴接头(5)、石墨烯地板(6)构成；所述的石墨烯环形回路加载辐射贴片(2)和石墨烯地板(6)材质均为多层石墨烯薄膜；其特征在于：
a.所述的石墨烯环形回路加载辐射贴片(2)由环形回路(2-1)、第一扇形加载贴片(2-
2)、第二扇形加载贴片(2-3)、第三扇形加载贴片(2-4)、第四扇形加载贴片(2-5)和中心圆形开缝贴片(2-6)组成，环形回路(2-1)位于石墨烯环形回路加载辐射贴片(2)外侧，第一扇形加载贴片(2-2)、第二扇形加载贴片(2-3)、第三扇形加载贴片(2-4)、第四扇形加载贴片(2-5)通过四个导带与环形回路(2-1)相连接，在第一扇形加载贴片(2-2)、第二扇形加载贴片(2-3)、第三扇形加载贴片(2-4)、第四扇形加载贴片(2-5)之间增加尺寸相同且相互交错的矩形枝节，在左右导带上开一个缝隙，并在第一扇形加载贴片(2-2)和第三扇形加载贴片(2-4)内侧增加两个矩形开路凸起，插入中心圆形开缝贴片(2-6)内部，中心圆形开缝贴片(2-6)位于石墨烯环形回路加载辐射贴片(2)的中心位置，在中心圆形开缝贴片(2-6)中间开X形缝隙；
b.所述的第一短路探针(3)、第二短路探针(4)设置在石墨烯环形回路加载辐射贴片(2)中的第一扇形加载贴片(2-2)和第三扇形加载贴片(2-4)上，第一短路探针(3)、第二短路探针(4)关于天线介质基板(1)纵轴对称；
c.所述的同轴接头(5)位于石墨烯环形回路加载辐射贴片(2)中第三扇形加载贴片(2-
4)上，同轴接头(5)的内芯与石墨烯环形回路加载辐射贴片(2)相连接，同轴接头(5)的外芯与石墨烯地板(6)相连接；
d.所述的石墨烯地板(6)采用完整的圆形结构，在植入式无线生物医疗装置内形成屏蔽层。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线，其特征在于所述的多层石墨烯薄膜厚度为0.01mm～0.03mm，介质基板(1)的半径R8为4.8mm～5.7mm。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线，其特征在于所述的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线外表面镀一层生物相容材料氧化铝，厚度为0.03mm，介电常数εr为9.2，损耗正切tanδ为0.008。
基于石墨烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线
技术领域
背景技术
[0002] 随着亚健康人群激增、人口老龄化问题凸显等社会问题的出现，移动医疗护理备受人们的关注，无线人体局域网是实现移动医疗的关键技术，其作用是将人体生理信息通过网络与医院、家庭网络和大数据平台进行通信。植入式医疗设备如颅内压监测、皮下血糖监测、人工视网膜等是辅助或扩展医学诊疗的具体方式，植入式天线将人体生理信息通过网络传输到物联网或大数据平台，为专业人员实施诊疗和护理提供决策依据。植入式天线是植入式医疗设备的核心器件，其所处的工作环境特殊，尤其是人体组织的电特性对植入式天线的影响较大，设计植入式天线时要充分考虑天线的尺寸、带宽、低功耗和抗干扰等性能需求。天线植入到人体后会随人体的运动而出现移动或者旋转，如果是线极化天线，会因植入式天线与体外天线之间角度的变化而出现极化失配，从而影响通信质量。圆极化天线可以抑制天线在不同组织环境和运动产生的极化失配，从而降低对体外线极化天线的极化特性需求，同时还可以降低多径干扰和误码率。然而，设计一款圆极化植入式天线需要兼顾圆极化、小型化、电磁干扰与兼容、工作带宽与频率、生物相容性等多种需求，设计出一款性能优良的植入式圆极化天线具有一定挑战。植入式天线小型化的方法主要是延长电流路径增加电尺寸、改变介质基板结构、采用高介电常数介质基板、采取加载技术增加有源网络等。非专利文献1：公开一种工作于915MHz频段的圆极化方形环植入式天线，首先在方形环内部增加四个方形贴片从而产生慢波效应，实现天线小型化，在方形贴片上增加两个短路探针，增加谐振点展宽带宽，通过调整短路探针和同轴接头的位置，产生两个幅度相等、相位差180度的正交分量，产生圆极化特性，天线的尺寸为13mm×13mm×1.27mm。非专利文献2：公开了一种小型圆极化环形植入式天线，天线辐射单元由一个圆环和中间圆形贴片构成，在圆环上开矩形槽延长天线表面电流路径，从而缩小天线尺寸，在圆环内侧增加两个凸出的枝节，激励出两个相位差90度，振幅相等的简并模，从而产生圆极化特性，天线的尺寸为π×(5.5mm)2×1.27mm。石墨烯材料的导电性能是普通材料的50倍，石墨烯具有的蜂窝结构，能够产生较高的载流子密度，导电性能优良，同时，石墨烯材料的导电率具有动态可调节性，石墨烯材料凭借独特的性能和优势在机械、光学、电学、热学等领域受到广泛关注。在印刷天线中使用石墨烯材料能够大大提升天线效能，实现高效动态调节、高透明度、提升传输效率并降低损耗，满足摄入式无线通信系统对天线的微型化需求，同时也能大大增加通信距离。国内外学者对石墨烯材料在天线领域的研究主要集中在太赫兹天线、方向图可重构天线、滤波天线、柔性天线、可穿戴天线，对石墨烯在植入式天线的研究相对较少。
[0003] 引用文献列表
[0004] 非专利文献1：Xu L.J.,Guo Y.X.,Wu W..Miniaturized circularly polarized loop antenna for bio-medical applications[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2015,63(3): 922-930.
[0005] 非专利文献2：Li R.,Guo Y.X.,Zhang B.,et al.A miniaturized circularly polarized implantable annular-ring antenna[J].IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,2017,16: 2566-2569.实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的是提供一种基于石墨烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线，该天线具有频带宽、圆极化、小型化、抗干扰、生物兼容性好等特性，易于集成到植入式无线生物医疗装置中，适用于WMTS 1.43GHz频段，能满足植入人体组织后的工作需求。
[0007] 本实用新型的技术方案是：基于石墨烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线，由介质基板1、石墨烯环形回路加载辐射贴片2、第一短路探针3、第二短路探针4、同轴接头5、石墨烯地板6构成；所述的石墨烯环形回路加载辐射贴片2和石墨烯地板6材质均为多层石墨烯薄膜，多层石墨烯薄膜材质的导电性能好，使用多层石墨烯薄膜加工天线能够提升天线的性能，有效降低损耗并提高传输效率；其特征在于：
[0008] a.所述的石墨烯环形回路加载辐射贴片2由环形回路2-1、第一扇形加载贴片2-2、第二扇形加载贴片2-3、第三扇形加载贴片2-4、第四扇形加载贴片2-5和中心圆形开缝贴片2-6组成，环形回路2-1位于石墨烯环形回路加载辐射贴片2外侧，第一扇形加载贴片2-2、第二扇形加载贴片2-3、第三扇形加载贴片2-4、第四扇形加载贴片2-5通过四个导带与环形回路2-1相连接，通过在环形回路2-1上增加第一扇形加载贴片2-2、第二扇形加载贴片2-3、第三扇形加载贴片 2-4、第四扇形加载贴片2-5可以有效减小天线的设计尺寸，在第一扇形加载贴片2-2、第二扇形加载贴片2-3、第三扇形加载贴片2-4、第四扇形加载贴片2-5之间增加尺寸相同且相互交错的矩形枝节，形成交指电容结构，增加了单位长度耦合电容，降低植入式天线的谐振频率，在左右导带上开一个缝隙，并在第一扇形加载贴片2-2和第三扇形加载贴片2-4内侧增加两个矩形开路凸起，插入中心圆形开缝贴片2-6内部，通过导带开缝和增加矩形开路凸起，产生几何微扰，从而在空间上形成幅值相等且相位差值为90度的正交分量，产生圆极化特性，中心圆形开缝贴片2-6位于石墨烯环形回路加载辐射贴片2的中心位置，在中心圆形开缝贴片2-6中间开X形缝隙，可以调节天线阻抗匹配，提高轴比性能；
[0009] b.所述的第一短路探针3、第二短路探针4设置在石墨烯环形回路加载辐射贴片2中的第一扇形加载贴片2-2和第三扇形加载贴片2-4上，第一短路探针3、第二短路探针4关于天线介质基板1纵轴对称，增加第一短路探针3、第二短路探针4可以增加谐振点，进一步展宽植入式天线的阻抗带宽；
[0010] c.所述的同轴接头5位于石墨烯环形回路加载辐射贴片2中第三扇形加载贴片2-4上，同轴接头5的内芯与石墨烯环形回路加载辐射贴片2相连接，同轴接头5的外芯与石墨烯地板6相连接；
[0011] d.所述的石墨烯地板6采用完整的圆形结构，在植入式无线生物医疗装置内形成屏蔽层，能够降低植入式天线对无线生物医疗装置其它电子器件的干扰，提高植入式天线的电磁兼容性能。
[0012] 所述的多层石墨烯薄膜厚度为0.01mm～0.03mm，介质基板1的半径R8为4.8mm～5.7mm。
[0013] 所述的石墨烯环形回路加载辐射贴片2的环形回路2-1内圆半径R3为4.5mm～5mm，环形回路2-1的厚度为W8为0.2mm～0.3mm，环形回路与扇形加载贴片之间的上下连接导带的宽W7为 0.5mm～0.9mm，长L1为0.5mm～0.6mm，环形回路与扇形加载贴片之间的左右连接导带的长L2为0.5mm～0.9mm，左右连接导带开的缝隙长L10为2.2mm～2.4mm，宽W1为0.5mm～0.9mm，扇形加载贴片的内圆半径R1为1.4mm～1.8mm，外圆半径R4为4.1mm～4.3mm，扇形加载贴片之间相互交错矩形枝节的长L1为0.5mm～0.6mm，宽W6为0.1mm～0.2mm，矩形枝节之间的距离W5为 0.1mm～0.3mm，矩形枝节到扇形边缘的距离L9为0.1mm～0.2mm，第三扇形加载贴片2-4内侧增加两个矩形开路凸起的长L7为0.4mm～0.5mm，宽W2为0.9mm～1mm，中心圆形开缝贴片2-6与矩形开路凸起对应的矩形缝隙的长L5为0.5mm～0.9mm，宽W3为0.5mm～0.9mm，中心圆形开缝贴片2-6X形缝隙的宽W4为0.1mm～0.2mm，X形缝隙四个方向上的矩形长L8为
0.5mm～0.6mm，X形缝隙中间矩形的长L4为0.8mm～1.2mm。
0.5mm～0.6mm，X形缝隙中间矩形的长L4为0.8mm～1.2mm。
[0014] 所述的第一短路探针3、第二短路探针4距介质基板1中心的距离R6为3.2mm～3.5mm，第一短路探针3、第二短路探针4圆心位置与介质基板1垂直对称轴的夹角a1为5～15度，第一短路探针3、第二短路探针4半径R5为0.2mm～0.4mm，第一短路探针3、第二短路探针
4半径与同轴接头5的内芯半径相等。
4半径与同轴接头5的内芯半径相等。
[0015] 所述的同轴接头5距介质基板1中心的距离R7为3mm～3.3mm，同轴接头5圆心位置与介质基板1水平对称轴的夹角a2为16～24度。
[0016] 所述的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线外表面镀一层生物相容材料氧化铝，厚度为0.03mm，介电常数εr为9.2，损耗正切tanδ为0.008，隔离植入式圆极化天线与人体组织，增加植入式圆极化天线的生物相容性。
[0017] 本实用新型的效果在于：本实用新型设计了一种基于石墨烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线，石墨烯环形回路加载辐射贴片和石墨烯地板材质均为多层石墨烯薄膜，多层石墨烯薄膜材质的导电性能好，使用多层石墨烯薄膜加工天线能够提升天线的性能，有效降低损耗并提高传输效率。通过在环形回路上增加四个扇形加载贴片，可以有效减小天线的设计尺寸。在四个扇形加载贴片之间增加尺寸相同且相互交错的矩形枝节，形成交指电容结构，增加了单位长度耦合电容，降低植入式天线的谐振频率。通过导带开缝和增加矩形开路凸起，产生几何微扰，从而在空间上形成幅值相等且相位差值为90度的正交分量，产生圆极化特性。在中心圆形开缝贴片中间开X形缝隙，可以调节天线阻抗匹配，提高轴比性能。石墨烯地板采用完整的圆形结构，在植入式无线生物医疗装置内形成屏蔽层，能够降低植入式天线对无线生物医疗装置其它电子器件的干扰，提高植入式天线的电磁兼容性能。该植入式圆极化天线为平面结构，天线的体积仅为5.5×5.5×0.635mm3，具有频带宽、圆极化、小型化、抗干扰、生物兼容性好等特性，适用于WMTS 1.43GHz频段，能满足植入复杂环境后的工作要求。附图说明
[0019] 图2是本实用新型实施例的侧面结构示意图。
[0020] 图3是本实用新型实施例的背面结构示意图。
[0021] 图4是本实用新型实施例扇形加载贴片之间相互交错矩形枝节的长L1、宽W6对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响。
[0022] 图5是本实用新型实施例扇形加载贴片内侧矩形开路凸起的长L7、宽W2对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响。
[0023] 图6是本实用新型实施例X形缝隙的宽W4、X形缝隙四个方向上的矩形长L8、X形缝隙中间矩形的长L4对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响。
[0024] 图7是本实用新型实施例多层石墨烯薄膜厚度T对天线性能的影响。
[0025] 图8是本实用新型实施例植入环境、位置示意图。
[0026] 图9是本实用新型实施例植入深度对天线阻抗带宽的影响。
[0027] 图10是本实用新型实施例仿真与实测阻抗带宽曲线。
[0028] 图11是本实用新型实施例在频率为1.43GHz时的E面辐射方向图。
[0029] 图12是本实用新型实施例在频率为1.43GHz时的H面辐射方向图。
具体实施方式
[0030] 本实用新型的具体实施方式是：如图1所示，基于石墨烯的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线，由介质基板1、石墨烯环形回路加载辐射贴片2、第一短路探针3、第二短路探针4、同轴接头5、石墨烯地板6构成；所述的石墨烯环形回路加载辐射贴片2和石墨烯地板6 材质均为多层石墨烯薄膜，多层石墨烯薄膜材质的导电性能好，使用多层石墨烯薄膜加工天线能够提升天线的性能，有效降低损耗并提高传输效率；其特征在于：所述的石墨烯环形回路加载辐射贴片2由环形回路2-1、第一扇形加载贴片2-2、第二扇形加载贴片2-3、第三扇形加载贴片2-4、第四扇形加载贴片2-5和中心圆形开缝贴片2-6组成，环形回路2-1位于石墨烯环形回路加载辐射贴片2外侧，第一扇形加载贴片2-2、第二扇形加载贴片2-3、第三扇形加载贴片 2-4、第四扇形加载贴片2-5通过四个导带与环形回路2-1相连接，通过在环形回路2-1上增加第一扇形加载贴片2-2、第二扇形加载贴片2-3、第三扇形加载贴片2-4、第四扇形加载贴片2-5可以有效减小天线的设计尺寸，在第一扇形加载贴片2-2、第二扇形加载贴片2-3、第三扇形加载贴片2-4、第四扇形加载贴片2-5之间增加尺寸相同且相互交错的矩形枝节，形成交指电容结构，增加了单位长度耦合电容，降低植入式天线的谐振频率，在左右导带上开一个缝隙，并在第一扇形加载贴片2-2和第三扇形加载贴片2-4内侧增加两个矩形开路凸起，插入中心圆形开缝贴片2-6内部，通过导带开缝和增加矩形开路凸起，产生几何微扰，从而在空间上形成幅值相等且相位差值为90度的正交分量，产生圆极化特性，中心圆形开缝贴片2-6位于石墨烯环形回路加载辐射贴片2的中心位置，在中心圆形开缝贴片2-6中间开X形缝隙，可以调节天线阻抗匹配，提高轴比性能；所述的第一短路探针
3、第二短路探针4设置在石墨烯环形回路加载辐射贴片2中的第一扇形加载贴片2-2和第三扇形加载贴片2-4上，第一短路探针3、第二短路探针4关于天线介质基板1纵轴对称，增加第一短路探针3、第二短路探针4可以增加谐振点，进一步展宽植入式天线的阻抗带宽；所述的同轴接头5位于石墨烯环形回路加载辐射贴片2中第三扇形加载贴片2-4上，同轴接头5的内芯与石墨烯环形回路加载辐射贴片2相连接，同轴接头5的外芯与石墨烯地板6相连接；所述的石墨烯地板6采用完整的圆形结构，在植入式无线生物医疗装置内形成屏蔽层，能够降低植入式天线对无线生物医疗装置其它电子器件的干扰，提高植入式天线的电磁兼容性能。
3、第二短路探针4设置在石墨烯环形回路加载辐射贴片2中的第一扇形加载贴片2-2和第三扇形加载贴片2-4上，第一短路探针3、第二短路探针4关于天线介质基板1纵轴对称，增加第一短路探针3、第二短路探针4可以增加谐振点，进一步展宽植入式天线的阻抗带宽；所述的同轴接头5位于石墨烯环形回路加载辐射贴片2中第三扇形加载贴片2-4上，同轴接头5的内芯与石墨烯环形回路加载辐射贴片2相连接，同轴接头5的外芯与石墨烯地板6相连接；所述的石墨烯地板6采用完整的圆形结构，在植入式无线生物医疗装置内形成屏蔽层，能够降低植入式天线对无线生物医疗装置其它电子器件的干扰，提高植入式天线的电磁兼容性能。
[0031] 所述的多层石墨烯薄膜厚度为0.01mm～0.03mm，介质基板1的半径R8为4.8mm～5.7mm。
[0032] 所述的石墨烯环形回路加载辐射贴片2的环形回路2-1内圆半径R3为4.5mm～5mm，环形回路2-1的厚度为W8为0.2mm～0.3mm，环形回路与扇形加载贴片之间的上下连接导带的宽W7为 0.5mm～0.9mm，长L1为0.5mm～0.6mm，环形回路与扇形加载贴片之间的左右连接导带的长L2为0.5mm～0.9mm，左右连接导带开的缝隙长L10为2.2mm～2.4mm，宽W1为0.5mm～0.9mm，扇形加载贴片的内圆半径R1为1.4mm～1.8mm，外圆半径R4为4.1mm～4.3mm，扇形加载贴片之间相互交错矩形枝节的长L1为0.5mm～0.6mm，宽W6为0.1mm～0.2mm，矩形枝节之间的距离W5为 0.1mm～0.3mm，矩形枝节到扇形边缘的距离L9为0.1mm～0.2mm，第三扇形加载贴片2-4内侧增加两个矩形开路凸起的长L7为0.4mm～0.5mm，宽W2为0.9mm～1mm，中心圆形开缝贴片2-6与矩形开路凸起对应的矩形缝隙的长L5为0.5mm～0.9mm，宽W3为0.5mm～0.9mm，中心圆形开缝贴片2-6X形缝隙的宽W4为0.1mm～0.2mm，X形缝隙四个方向上的矩形长L8为
0.5mm～0.6mm，X形缝隙中间矩形的长L4为0.8mm～1.2mm。
0.5mm～0.6mm，X形缝隙中间矩形的长L4为0.8mm～1.2mm。
[0033] 所述的第一短路探针3、第二短路探针4距介质基板1中心的距离R6为3.2mm～3.5mm，第一短路探针3、第二短路探针4圆心位置与介质基板1垂直对称轴的夹角a1为5～15度，第一短路探针3、第二短路探针4半径R5为0.2mm～0.4mm，第一短路探针3、第二短路探针
4半径与同轴接头5的内芯半径相等。
4半径与同轴接头5的内芯半径相等。
[0034] 所述的同轴接头5距介质基板1中心的距离R7为3mm～3.3mm，同轴接头5圆心位置与介质基板1水平对称轴的夹角a2为16～24度。
[0035] 所述的环形回路扇形加载贴片的植入式圆极化天线外表面镀一层生物相容材料氧化铝，厚度为0.03mm，介电常数εr为9.2，损耗正切tanδ为0.008，隔离植入式圆极化天线与人体组织，增加植入式圆极化天线的生物相容性。
[0036] 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。石墨烯环形回路加载辐射贴片2和石墨烯地板6的材质均为多层石墨烯薄膜，多层石墨烯薄膜材质的导电性能好，使用多层石墨烯薄膜加工天线能够提升天线的性能，有效降低损耗并提高传输效率。多层石墨烯薄膜厚度为0.03mm，介质基板1的半径R8为5.5mm。通过在环形回路上增加四个扇形加载贴片，可以有效减小天线的设计尺寸。在四个扇形加载贴片之间增加尺寸相同且相互交错的矩形枝节，形成交指电容结构，可以增加耦合电容，降低植入式天线的谐振频率。石墨烯环形回路加载辐射贴片2的环形回路2-1内圆半径R3为4.78mm，环形回路2-1的厚度为W8为0.22mm，环形回路与扇形加载贴片之间的上下连接导带的宽W7为0.7mm，长L1为0.58mm，环形回路与扇形加载贴片之间的左右连接导带的长L2为0.7mm，左右连接导带开的缝隙长L10为2.33mm，宽W1为0.7mm，扇形加载贴片的内圆半径R1为1.6mm，外圆半径R4为4.2mm，扇形加载贴片之间相互交错矩形枝节的长L1为0.58mm，宽W6为0.15mm，矩形枝节之间的距离W5为0.15mm，矩形枝节到扇形边缘的距离L9为0.15mm。通过导带开缝和增加矩形开路凸起，产生几何微扰，从而在空间上形成幅值相等且相位差值为90度的正交分量，产生圆极化特性。第三扇形加载贴片2-4内侧增加两个矩形开路凸起的长L7为0.42mm，宽W2为0.96mm，中心圆形开缝贴片2-6 与矩形开路凸起对应的矩形缝隙的长L5为0.7mm，宽W3为0.7mm。在中心圆形开缝贴片中间开 X形缝隙，可以调节天线阻抗匹配，提高轴比性能。中心圆形开缝贴片2-6X形缝隙的宽W4为 0.16mm，X形缝隙四个方向上的矩形长L8为0.54mm，X形缝隙中间矩形的长L4为1mm。第一短路探针3、第二短路探针4距介质基板1中心的距离R6为3.3mm，第一短路探针3、第二短路探针 4圆心位置与介质基板1垂直对称轴的夹角a1为10度，第一短路探针3、第二短路探针4半径R5为0.3mm。增加第一短路探针3、第二短路探针4可以增加谐振点，进一步展宽植入式天线的阻抗带宽。同轴接头5距介质基板1中心的距离R7为3.1mm，同轴接头5圆心位置与介质基板1 水平对称轴的夹角a2为18度。
[0037] 选取扇形加载贴片之间相互交错矩形枝节的长L1、宽W6分析对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响，如图4所示，分别选取L1＝0.5mm、W6＝0.1mm、L1＝0.58mm、W6＝0.15mm和L1＝0.6mm、W6＝0.2mm这三种情况对天线性能进行分析，从图4中可以看出，随着扇形加载贴片之间相互交错矩形枝节尺寸的增加，植入式圆极化天线的谐振频率向低频方向发生偏移，谐振程度有所增加，轴比性能最佳频率点也随其向低频方向移动，原因是增加尺寸相同且相互交错的矩形枝节，形成交指电容结构，增加了单位长度耦合电容，从而增加了传播常数，降低植入式天线的谐振频率，使植入式天线的谐振频率降低到1.43GHz附近。当L1＝
0.58mm、W6＝0.15mm 时，植入式天线能够获得较好的性能，阻抗带宽和轴比带宽都覆盖所需的WMTS 1.43GHz频段。
0.58mm、W6＝0.15mm 时，植入式天线能够获得较好的性能，阻抗带宽和轴比带宽都覆盖所需的WMTS 1.43GHz频段。
[0038] 选取扇形加载贴片内侧矩形开路凸起的长L7、宽W2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L7＝0.4mm、W2＝0.9mm、L7＝0.42mm、W2＝0.96mm和L7＝0.5mm、W2＝1mm 这三种情况对天线性能进行分析，从图5中可以看出，植入式天线的谐振频率和谐振程度变化较小，轴比性能最低值逐渐减小，说明矩形开路凸起尺寸的变化对天线的阻抗匹配影响较小，轴比性能受矩形开路凸起的影响较大，原因是增加矩形开路凸起，产生几何微扰，能够使电流沿X轴方向和Y轴方向发生交替变换，在空间上形成正交的分量，调整矩形开路凸起的尺寸，可以使电流沿X轴方向和Y轴方向分量的幅值相等，在空间上形成相位差值为90度且幅值相等的正交分量，从而产生圆极化特性。当L7＝0.58mm、W2＝0.15mm时，植入式天线能够获得较好的性能，阻抗带宽和轴比带宽都覆盖所需的WMTS 1.43GHz频段。
[0039] 选取X形缝隙的宽W4、X形缝隙四个方向上的矩形长L8、X形缝隙中间矩形的长L4分析对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响，如图6所示，分别选取W4＝0.1mm、L8＝0.5mm、L4＝0.8mm、 W4＝0.16mm、L8＝0.54mm、L4＝1mm和W4＝0.2mm、L8＝0.6mm、L4＝1.2mm这三种情况对天线性能进行分析，从图6中可以看出，植入式天线的谐振频率向高频方向偏移，谐振程度逐渐增加，轴比性能最佳频率点也随着向高频方向移动，轴比性能最低值也逐渐减小。原因是引入X形缝隙，可以调节天线阻抗匹配，提高轴比性能。当W4＝0.16mm、L8＝0.54mm、L4＝
1mm时，植入式天线能够获得较好的性能，阻抗带宽和轴比带宽都覆盖所需的WMTS 1.43GHz频段。
1mm时，植入式天线能够获得较好的性能，阻抗带宽和轴比带宽都覆盖所需的WMTS 1.43GHz频段。
[0040] 选取多层石墨烯薄膜厚度T为0.02mm、0.03mm、0.04mm，分析多层石墨烯薄膜厚度对天线性能的影响如图7所示，从图中可以看出，随着多层石墨烯薄膜厚度的增加，植入式圆极化天线谐振程度不断增大，谐振频率偏移量变化不大，轴比性能最佳频率点变化较小，轴比性能最低值也随之减小，可以看出，植入式圆极化天线的阻抗匹配和轴比性能得到明显改善。原因是随着多层石墨烯薄膜厚度增大，多层石墨烯薄膜的导电性能逐渐增强，从而使多层石墨烯薄膜的损耗不断降低，植入式圆极化天线的阻抗匹配和轴比性能从而得到改善。选取多层石墨烯薄膜的厚度T为0.03mm时，植入式圆极化天线的性能满足WMTS 1.43GHz频段的工作需求。
[0041] 本实用新型设计的植入式天线主要应用于皮肤层，在实际应用过程中，植入式天线会因为人体的运动而进入肌肉层或脂肪层，因此，将设计的天线分别置于皮肤层、脂肪层和肌肉层中进行仿真测试，如图8所示，植入不同人体组织层对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响如图 9所示，当天线植入到脂肪层时，天线谐振频率较皮肤层向高频方向偏移，轴比性能严重恶化，原因是脂肪层的相对介电常数远小于皮肤层。当天线植入到肌肉层时，天线的谐振频率向低频方向发生偏移，阻抗带宽能够满足工作需求，轴比性能存在一定恶化，原因是肌肉层的介电常数与皮肤层相比要大一些。
[0042] 将植入式圆极化天线放置在模拟人体组织环境中，使用矢量网络分析仪测试天线的阻抗带宽，通过体外天线配合的间接方式测试天线的轴比带宽，阻抗带宽和轴比带宽的仿真结果与测试结果如图10所示，植入式天线的仿真阻抗带宽为1.35GHz～1.47GHz，谐振频率为 1.43GHz，仿真轴比带宽为1.37GHz～1.46GHz，实测阻抗带宽为1.37GHz～1.46GHz，谐振频率为1.44GHz，谐振程度有所减小，实测轴比带宽为1.39GHz～1.45GHz，轴比带宽能够覆盖工作频率，实测与仿真结果一致性良好，植入式圆极化天线有较宽的工作带宽，工作频带内阻抗特性和轴比特性良好。谐振频率和轴比带宽中心向高频方向发生微小偏移，发生偏移的原因是加工测试误差、植入式天线与模拟人体组织之间存在气泡和测试环境电参数与人体组织存在差异所导致。
[0043] 对天线在1.43GHz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11、图12所示。从方向图可以看出，植入式圆极化天线的主极化是左旋圆极化，左旋最大增益值为-29dBic，主要导带开缝和增加矩形开路凸起产生几何微扰，从而产生左旋圆极化特性，天线在工作频段内辐射特性良好，轴比波束较宽，适用于WMTS 1.43GHz工作频带，能够满足复杂植入环境的需求。
[0044] 对植入式圆极化天线安全性进行综合分析，设置植入式圆极化天线输入功率为1W，对人体平均SAR值分布进行分析，经仿真计算，植入式圆极化天线在1.43GHz处的最大
1-/10-gSAR 值264.3/29.6W/kg，经计算可以得出，为符合FCC及IEEE对SAR值的安全标准，摄入式天线最大允许输入功率为5.48mW、43.6mW，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。
1-/10-gSAR 值264.3/29.6W/kg，经计算可以得出，为符合FCC及IEEE对SAR值的安全标准，摄入式天线最大允许输入功率为5.48mW、43.6mW，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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