【摘要】：植入式醫(yī)療器械相對(duì)體外設(shè)備而言能夠更加精確且方便地獲得人體生理參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù),因此,植入式醫(yī)療器械在醫(yī)療診斷、監(jiān)測(cè)和治療領(lǐng)域中的應(yīng)用受到了越來(lái)越多的關(guān)注。植入式天線是植入式醫(yī)療器械進(jìn)行無(wú)線通信的關(guān)鍵器件,用以實(shí)現(xiàn)將醫(yī)療傳感器采集到的生理醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)用無(wú)線方式傳輸?shù)襟w外接收設(shè)備。由于植入式天線的特殊工作環(huán)境,對(duì)天線尺寸的縮小、抗干擾能力的提高、使用壽命的延長(zhǎng)等提出了新的挑戰(zhàn)。本論文是由國(guó)家自然科學(xué)基金(61372008)、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014A010103014,2015B010101006)等項(xiàng)目資助,主要研究應(yīng)用于植入式醫(yī)療器械中的差分分形天線。本研究課題主要工作內(nèi)容有:植入式天線的特殊工作環(huán)境要求我們?cè)谝婚_(kāi)始設(shè)計(jì)天線時(shí)就應(yīng)當(dāng)將人體的影響考慮在內(nèi),為此本研究分別建立了結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的人體模型和高精度的人體模型。(1)工作在MICS頻段的差分分形植入式天線:差分饋電技術(shù)的采用使得天線能夠直接的與植入式醫(yī)療器械中差分電路鏈接,提高了共模噪聲的抑制能力。通過(guò)采用分形曲線、高介電常數(shù)基板等方式實(shí)現(xiàn)天線的小型化,尺寸為9.3×9.3×0.635 mm3。天線覆蓋醫(yī)療與植入式通信服務(wù)(MICS)頻段,帶寬為67 MHz(374 441 MHz)。文中介紹了高精度人體建模過(guò)程并分析了天線遠(yuǎn)場(chǎng)增益和與人體安全相關(guān)的比吸收率(SAR)值。為了進(jìn)一步降低植入式設(shè)備的功耗,延長(zhǎng)其使用周期,本文在單頻天線的基礎(chǔ)上,通過(guò)改進(jìn)與優(yōu)化研究設(shè)計(jì)了一款植入式雙頻天線。(2)應(yīng)用于植入式醫(yī)療器械中的差分分形雙頻天線:天線覆蓋MICS頻段和2.44GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)頻段。天線的雙頻特性允許植入式設(shè)備進(jìn)入睡眠模式以降低功耗,需要通信時(shí)可通過(guò)ISM頻段發(fā)送喚醒信號(hào)使其進(jìn)入工作模式。文中分析了天線工作原理,給出了定量研究天線噪聲抑制能力的參數(shù)并分析了天線獲得高噪聲抑制能力的原理。研究了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)天線性能的影響,分析了天線的輻射性能、SAR以及評(píng)估天線通信性能的鏈路預(yù)算等。對(duì)天線實(shí)物進(jìn)行了制備,測(cè)量與仿真結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了理論設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。(3)差分植入式雙頻寬帶分形天線:由于天線植入到不同電特性組織中時(shí)會(huì)產(chǎn)生頻率偏移,為了提高植入式天線的魯棒性,降低頻偏對(duì)其性能的影響,本文通過(guò)實(shí)現(xiàn)臨近雙諧振頻點(diǎn)來(lái)擴(kuò)展天線的帶寬。天線在MICS和ISM頻段帶寬分別為22.1%和41%。文中分析了天線的演化過(guò)程和天線的相關(guān)尺寸,增益,SAR等參數(shù),并研究了天線的輸入功率與最大通信速率的關(guān)系,給出了天線以所需通信速率工作時(shí)人體的溫度分布。本研究表明,差分結(jié)構(gòu)天線對(duì)提高系統(tǒng)集成度、抑制共模噪聲以及降低功耗等方面有重要作用,分形結(jié)構(gòu)在天線的小型化方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。差分分形天線的研究能夠進(jìn)一步的提高系統(tǒng)的集成度和噪聲抑制能力,降低系統(tǒng)功耗,縮小天線的體積。
[Abstract]:Implantable medical devices can obtain the relevant data of human physiological parameters more accurately and conveniently than external devices. Therefore, the application of implantable medical devices in the field of medical diagnosis, monitoring and treatment has attracted more and more attention. Implantable antenna is the key device for wireless communication of implantable medical devices to realize wireless transmission of physiological and medical data collected by medical sensors to the receiving equipment in vitro. Due to the special working environment of the implanted antenna, it presents new challenges to the reduction of antenna size, the improvement of anti-jamming ability and the prolongation of service life. This paper is supported by the National Natural Science Foundation of China (61372008) and the Guangdong Science and Technology Project (2014A010103014A2015B010101006). The main work of this research is as follows: the special working environment of the implanted antenna requires us to take the human body's influence into account when we design the antenna at the beginning. In this study, the simple human body model and the high precision human body model were established respectively. (1) the differential fractal implanted antenna working in the MICS band: the differential feed technology enables the antenna to be directly and directly implanted with the implanted medicine. (1) the differential Fractal Implant Antenna working in the MICS band. A differential circuit link in a therapeutic device, The suppression ability of common-mode noise is improved. The antenna is miniaturized by means of fractal curve and high dielectric constant substrate. The size of antenna is 9.3 脳 9.3 脳 0.635 mm3.. The antenna covers the (MICS) band of medical and implantable communications services with a bandwidth of 67 MHz (374,441 MHz).) In this paper, the process of high precision modeling of human body is introduced, and the far-field gain of antenna and the specific absorptivity (SAR) value related to human safety are analyzed. In order to further reduce the power consumption of the implanted device and prolong its life cycle, this paper based on the single frequency antenna, An implantable dual-frequency antenna is designed through improved and optimized research. (2) the differential fractal dual-frequency antenna used in implantable medical devices: the antenna covers the MICS band and the 2.44GHz industrial, scientific and medical (ISM) band. The dual-frequency characteristic of the antenna allows the implanted device to enter sleep mode to reduce power consumption. When communication is needed, a wake-up signal can be sent through the ISM band to enable the device to enter working mode. In this paper, the working principle of antenna is analyzed, the parameters of quantitatively studying antenna noise suppression ability are given, and the principle of antenna obtaining high noise suppression ability is analyzed. The influence of key parameters on antenna performance is studied. The radiation performance of antenna and the link budget to evaluate antenna communication performance are analyzed. The antenna is fabricated, and the measurement results are in good agreement with the simulation results, which verify the accuracy of the theoretical design. (3) differential implanted dual-band wideband fractal antenna: because of the antenna implanted into different electrical characteristics of the tissue will produce frequency offset, In order to improve the robustness of the implanted antenna and reduce the influence of frequency offset on its performance, this paper extends the bandwidth of the antenna by realizing near the double resonant frequency point. The bandwidth of the antenna in the MICS and ISM bands is 22. 1% and 41. 1%, respectively. In this paper, the evolution process of the antenna, the relative size of the antenna, the gain SAR and other parameters are analyzed. The relationship between the input power of the antenna and the maximum communication rate is studied, and the temperature distribution of the human body when the antenna works at the desired communication rate is given. The results show that differential antenna plays an important role in improving system integration, suppressing common-mode noise and reducing power consumption. Fractal structure has obvious advantages in antenna miniaturization. The research of differential fractal antenna can further improve the integration and noise suppression ability of the system, reduce the power consumption of the system, and reduce the size of the antenna.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN822;TH789

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8 朱澤t，

本文編號(hào)：2209066