【摘要】：本文首次提出了將人體組織和器官所具有的高損耗特性對于微帶貼片天線輻射特性的影響量化的計算方法;并在充分利用高損耗特性的影響的前提下,首次將自由空間中的微帶貼片天線自身的多模輻射理論引入植入式微帶貼片天線的設(shè)計中來;最后分別設(shè)計出了三款具有寬阻抗帶寬特性的植入式線極化微帶貼片天線和三款具有寬軸比帶寬特性的植入式圓極化微帶貼片天線。本文研究內(nèi)容概括安排如下:第一章首先回顧了植入天線的發(fā)展歷程。隨后,詳細(xì)介紹了目前植入于人體組織和器官中的微帶貼片天線的研究現(xiàn)狀。目前植入于人體組織和器官中的微帶貼片天線的研究,主要集中于如何設(shè)計出具有寬阻抗帶寬特性和寬軸比帶寬特性的微帶貼片天線,并且采用的方法均是聚焦于天線的自身結(jié)構(gòu)。第二章首次提出了量化人體組織和器官對于微帶貼片天線輻射特性影響的計算方法,完善了微帶貼片天線埋藏在具有高損耗特性介質(zhì)中的輻射理論。首先介紹了人體組織及其器官獨特的電參數(shù)。人體組織和器官可以視為具有高相對介電常數(shù)、高損耗正切角特性的電磁材料,并且其相對介電常數(shù)和損耗正切角是隨頻率變化的,這一特性與自由空間迥異。隨后,本章接下來的內(nèi)容介紹了目前所使用的兩類人體組織模型。然后,對本文所采用的微帶天線做了簡單的介紹,并詳細(xì)給出了在自由空間以及人體組織和器官中這種具有高損耗正切角特性材料中的微帶天線的品質(zhì)因數(shù)(Q_T值)的計算過程。計算結(jié)果表明,植入于人體組織和器官中的微帶天線的Q_T值極小。這與工作在自由空間中的微帶天線所具有的高Q_T值極大的不同。而且當(dāng)微帶貼片天線植入于人體環(huán)境時,隨著植入深度d的增加,微帶貼片天線的Q_T值的也隨之降低。這個不同點就給植入于人體組織和器官中的微帶天線的設(shè)計帶來的新的思路。第三章在充分利用第二章所揭示的人體組織和器官所具有的高損耗特性對于微帶貼片天線Q_T值和輸入阻抗的影響前提下,嘗試將自由空間中的微帶貼片天線自身的多模輻射理論引入植入式微帶貼片天線的設(shè)計中,設(shè)計了三款具有寬阻抗帶寬特性的線極化植入式微帶貼片天線。在3.1節(jié)采用傳統(tǒng)的辦法,即在輻射貼片的四周增加一個正方形金屬環(huán),用于在微帶貼片天線的輻射基模的諧振頻率附近產(chǎn)生一個附加的諧振模式,從而展寬整體的阻抗帶寬。在3.2節(jié)中介紹了基于微帶貼片天線自身模式的多模輻射理論,并且詳細(xì)討論了如何抑制與調(diào)節(jié)不需要的高次模。在3.3節(jié)中充分利用人體組織的高損耗特性和微帶貼片天線自身的多模輻射,設(shè)計出了一個基于差分饋電的、植入于人體組織和器官中的、寬帶線極化微帶貼片天線。該型天線的相對阻抗帶寬高達(dá)65.8%。在3.4節(jié)當(dāng)中,完成了3.3節(jié)所設(shè)計的天線的小型化,設(shè)計出了一個植入于人體的寬帶線極化PIFA天線。對3.3節(jié)和3.4節(jié)中所設(shè)計的兩款天線,均對其仿真過程與結(jié)果,SAR值,敏感性,生物兼容性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。并且,這兩款天線均應(yīng)用于“無線心臟起搏器”的設(shè)計中,并在人體解剖模型中仿真驗證其寬阻抗帶寬特性。第四章在充分利用了第二章所揭示的人體組織和器官所具有的高損耗特性對于微帶貼片天線Q_T值和輸入阻抗的影響的前提下,嘗試將自由空間中的微帶貼片天線自身的多模輻射理論引入植入式圓極化微帶貼片天線的設(shè)計中,設(shè)計了三款具有寬軸比帶寬特性的圓極化植入式微帶貼片天線。在4.1節(jié)采用傳統(tǒng)的辦法,設(shè)計了基于一對簡并模(即輻射基模TM_(10)模和TM_(01)模)的圓極化微帶貼片天線。該天線展寬軸比帶寬的方法是從天線自身的結(jié)構(gòu)出發(fā),即短路銷釘來實現(xiàn)。在4.2節(jié)中,利用人體組織和器官所具有的高損耗正切能夠展軸比帶寬的特性,設(shè)計出了一個單饋的、植入于人體組織和器官中的、寬帶圓極化微帶貼片天線。研究表明,該型天線的相對軸比帶寬為5.3%。在4.3節(jié)中,在4.2節(jié)所設(shè)計的天線基礎(chǔ)上,利用微帶貼片天線自身的多模輻射理論,并結(jié)合人體組織和器官所具有的高損耗正切角特性,設(shè)計出了一款植入于人體組織和器官中的、利用兩對簡并模(即輻射基模TM_(10)模、TM_(01)模和輻射高次模TM_(30)模、TM_(03)模)的、圓極化微帶貼片天線。4.2節(jié)和4.3節(jié)中設(shè)計的圓極化微帶貼片天線均應(yīng)用于“無線心臟起搏器”的設(shè)計中,并在人體解剖模型中仿真驗證其圓極化特性。第五章中對本論文所有的研究工作進(jìn)行了歸納與總結(jié),并對植入于人體組織和器官中的微帶貼片天線的研究工作進(jìn)行了展望。
【圖文】：

隨著經(jīng)濟(jì)的增長和醫(yī)療水平的進(jìn)步，人口老齡化在全球范圍內(nèi)的趨勢。對于我國來說，實際正在處于加速老齡化的過程之中。20日，國家統(tǒng)計局公布了 2018 年度中國人口數(shù)據(jù)報告。報告顯示，截，我國 60 周歲及以上的人口占總?cè)丝跀?shù)的 17.9%，其中 65 周歲及以人口數(shù)的 11.9%。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)測算，到 2050 年，我國的老年人口比將近 23%。這將會給我國的醫(yī)療行業(yè)造成重大的壓力。而利用無線程醫(yī)療，無疑是一個經(jīng)濟(jì)實惠、行之有效的方案。前，國際上對于無線醫(yī)療技術(shù)的研究方興未艾。無線醫(yī)療技術(shù)大致：首先，傳感系統(tǒng)采集患者身體指標(biāo)數(shù)據(jù)；其次，將采集的數(shù)據(jù)通輸給數(shù)據(jù)儲存和分析終端；最后，，終端系統(tǒng)將數(shù)據(jù)交給醫(yī)生或者通系統(tǒng)做出判斷，并給出醫(yī)療建議。本論文研究的主要內(nèi)容就是如何系統(tǒng)與數(shù)據(jù)儲存和分析終端的互聯(lián)互通。前，采集患者身體指標(biāo)的數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)可以分為三種類型：第一種表面的穿戴式數(shù)據(jù)采集終端；第二種，工作于人體消化系統(tǒng)的吞入端；第三種，工作于人體組織和器官中的植入式數(shù)據(jù)采集終端。

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文圖 1-1 展示了一種工作于人體表面的穿戴式數(shù)據(jù)采集終端，這種穿戴式數(shù)端最典型的代表就是手環(huán)。手環(huán)所具有最典型的功能就是測量佩戴者的理是通過光電容積脈搏波描記法來監(jiān)測心率。但是這種測量方法有較大比如，當(dāng)手環(huán)和皮膚貼合不緊密時，手環(huán)感知心率的能力就會變?nèi)�。但密又會影響佩戴者的舒適度。因此，手環(huán)等穿戴式數(shù)據(jù)采集終端主要還動輔助器械，還不能提供醫(yī)療所需要的高精度數(shù)據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R318.08;TN822

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 孫桂林;高效無線能量傳輸及可植入人體的傳輸輻射一體化研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

2 邱義杰;小型化可植入柔性射頻天線研究[D];電子科技大學(xué);2015年

3 劉昌榮;植入式天線在生物醫(yī)療中的應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2015年

4 許麗潔;應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的新型植入天線研究[D];南京理工大學(xué);2015年

5 湯洋;小型平面超寬帶微帶天線研究與設(shè)計[D];吉林大學(xué);2012年

6 劉靜嫻;小型化天線設(shè)計及其可重構(gòu)技術(shù)的研究[D];浙江大學(xué);2011年

7 丁敏;小型化寬帶天線的研究[D];上海交通大學(xué);2010年

8 吳琦;新型超寬帶天線研究[D];上海交通大學(xué);2009年

9 王昊;微帶天線的研究[D];南京理工大學(xué);2009年

10 卞磊;寬帶圓極化微帶天線分析與設(shè)計[D];南京理工大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 袁成瑩;非均勻圓極化環(huán)天線的研究[D];南京郵電大學(xué);2018年

2 王彬;圓極化天線的研究與設(shè)計[D];華南理工大學(xué);2018年

3 秦開元;寬帶高增益圓極化天線設(shè)計[D];華僑大學(xué);2018年

4 吳志鋒;小型圓極化天線帶寬展寬的研究[D];安徽大學(xué);2018年

5 鄧楚虹;差分頻率可重構(gòu)天線研究[D];華南理工大學(xué);2018年

6 黃進(jìn)宏;生物醫(yī)學(xué)遙測中植入式MIMO天線研究[D];華南理工大學(xué);2018年

7 姚越;多頻及差分濾波天線的研究[D];華南理工大學(xué);2018年

8 胡友志;多頻圓極化與微帶濾波天線研究[D];華南理工大學(xué);2018年

9 黎濟(jì)銘;應(yīng)用于生物醫(yī)療的圓極化植入式天線研究[D];華南理工大學(xué);2018年

10 陳振中;用于生物醫(yī)學(xué)的天線與無線輸能系統(tǒng)設(shè)計[D];南京信息工程大學(xué);2017年

本文編號：2642807