一种可植入小型天线

1.本实用新型涉及医疗器械领域，具体涉及一种可植入的小型天线。


背景技术：

2.近年来，从心脏起搏器到无线胶囊内窥镜，医疗植入式电子设备大面积应用于远程健康监测、疾病治疗等领域。微带贴片天线是一种应用较为广泛的植入式天线，植入天线是无线能量传输中的关键部件，当植入式设备被植入目标体后，无线能量传输需要发射天线和接收天线对其进行能量的发射和接收。
3.传统医疗植入设备采取电池和低频电感线圈，二者尺寸大，且电池寿命低，线圈传输速率慢。在实际应用过程中，人体组织的复杂性大大限制了植入设备的结构和性能，同时，生物体各器官的介电常数和电导率不同也会直接影响到植入式天线的整体性能。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于设计一款植入式贴片天线，用于心脏起搏器、人工耳蜗等植入式器件的能量接收，可解决可植入天线尺寸大，以及人体复杂环境及肌肉运动造成的频率偏移而影响正常工作的的技术问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种可植入的小型天线，包括均为圆形的介质基板、金属辐射片和金属接地板，所述金属辐射片位于介质基板的上表面，所述金属接地板位于截止基板的下表面，所述金属辐射片上设置有四条弧形开槽缝隙带，其中一条弧形开槽缝隙带设置于其中一个半圆，另外三条弧形开槽缝隙带设置于另外一个半圆，其中仅设置有一条弧形开槽缝隙带的半圆位置还设置有贯通所述介质基板和金属接地板的馈电探针。
6.优选地，所述弧形开槽缝隙带均为半圆形开槽缝隙带，其中位于设置有馈电探针半圆的半圆形开槽缝隙带的半圆半径是四个半圆形开槽缝隙带中第二大的。
7.优选地，所述另外三条弧形开槽缝隙带为三条同心半圆形开槽缝隙带，且该同心半圆形开槽缝隙带之间的距离向内递减。
8.优选地，所述三条同心半圆形开槽缝隙带由外至内分别为第一弧形槽、第二弧形槽和第三弧形槽，所述第一弧形槽和第二弧形槽以及第一弧形槽和第三弧形槽构成两条1/4波长槽线。
9.优选地，位于设置有馈电探针半圆的弧形开槽缝隙带为第四弧形槽，所述第四弧形槽的宽度和第一弧形槽的宽度一致。
10.优选地，所述馈电探针由内芯和绝缘层组成，所述馈电探针在金属地板上穿过介质基板，并连接至正面金属辐射片，所述绝缘层包围所述内芯。
11.优选地，所述金属辐射片还覆盖有介质加载层。
12.本实用新型具有如下有益效果：本天线采用的金属谐振单元由位于介质基板外侧的上表面金属辐射层，多个谐振弧形环的相互作用使得天线的谐振频率降低，较之于其他
双层、三层天线，该天线仅为单层，在厚度上显著降低，该天线的结构尺寸为π
×
(5)2mm
×
0.635mm，克服现有植入天线尺寸大的技术问题，实现了天线的小型化，减少天线在体内设备占用空间。较之于其他天线工作在低频段，本天线工作在5g(n79 4.4-5ghz)频段，适用于无线体域网的通信系统中，可为后续收集和传输体内的生理数据传输提供便利，同时提升了天线的抗干扰能力。本实用新型的植入式天线结构简单，便于加工制造，能够稳定传输能量，同时兼具小型化和数据传输以及生物兼容性，具有较强的实用性。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
14.图1为本实用新型的俯视图；
15.图2为本实用新型的侧面剖视图；
16.图3为本实用新型的在模拟人体组织内的回波损耗图。
17.图中：1-第一弧形槽；2-第二弧形槽；3-第三弧形槽；4-第四弧形槽；5-馈电探针；6-介质基板；7-金属辐射片；8-金属接地板。
具体实施方式
18.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
19.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
20.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
21.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个
元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
23.实施例
24.以下仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于下述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。
25.微带天线是一块正面贴金属辐射片的介质基片上，背面涂以金属薄层作接地板而形成的天线，它有微带线和同轴线这两种主要的馈电方式。微带天线在金属贴片与金属接地板之间激发辐射场，通过贴片四周与接地板之间的缝隙向外辐射，也称作缝隙天线。
26.参考说明书附图1-2，一种可植入的小型天线，包括均为圆形的介质基板6、金属辐射片7和金属接地板8。该介质基板以rogers 3010作为天线的介质材料，其相对介电常数为10.2，损耗角正切为0.003，采用高介电常数介质目的在于不改变天线的贴片面积的情况下降低谐振频率。天线总体尺寸为π
×
(5)2mm
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0.635mm，金属辐射片7位于介质基板6的正面，金属接地板8位于介质基板6的背面。金属辐射片7和金属接地板8皆为圆形且直径与介质基板6一致。金属辐射片7包括有四条弧形开槽缝隙带第一弧形槽1、第二弧形槽2、第三弧形槽3和第四弧形槽4。金属辐射片7上第一弧形槽1的半径4.4mm(外弧半径)、宽度0.3mm，第二弧形槽2半径2.5mm、宽度0.4mm，第三弧形槽3半径1mm、宽度0.5mm，第四弧形槽4半径3.6mm，宽度0.3mm。金属辐射片的外侧为弧线，可以在有限空间获得较大的辐射面积，有利于提高天线的增益。采用弧形开槽结构，较之于传统的直线开槽结构更进一步延长电流路径，使之较有更低的谐振频率，有效降低天线的尺寸，对于相同的天线尺寸，弧形槽越多，对应的谐振频率降低越多。弧线的边沿光滑、结构简单且边沿效应小，在实际应用上加工简单。本实用新型的的圆弧皆为同心圆，目的是使得辐射片开槽更为均匀，提高天线性能。第一弧形槽1、第二弧形槽2、第三弧形槽3之间距离向内递减，可以充分利用辐射片的面积，布置更多的弧形槽，增加电流路径，在调节谐振频率上更为方便，且简化制造工艺。第一弧形槽1和第二弧形槽2以及第一弧形槽1和第三弧形槽3构成两条1/4波长槽线，这两条1/4波长槽线具有相近的频率，可以组合成一个宽频带，有利于减小植入式天线的尺寸。第一弧形槽1和第四弧形槽4宽度一致，使得电流密度的均匀性显著提高。
27.参考说明书附图2，本实用新型所述的天线还包括馈电探针5，馈电探针5由内部的芯线和绝缘层组成，馈电探针5的内芯半径设为0.4mm，馈电探针在于金属地板上穿过介质基板，而后连接至正面金属辐射片，将内芯包围起来后的绝缘层，半径为0.92mm，端口的阻抗为50ω。采用该馈电点位置能优化微带天线的尺寸、回波损耗和阻抗匹配。
28.天线还包括覆盖辐金属射片7的介质加载层。介质加载层覆盖在辐金属射片7的表面，采用的是生物兼容性材料氧化铝薄膜，避免人体组织直接接触植入式天线的表面，隔离辐射片对人体的影响，不会使人体组织对天线产生排斥，同时可以调整天线的谐振频率。
29.为了接近人体环境，该可植入天线需要在模拟人体组织的环境下进行仿真，一般是采用一层皮肤组织模型或者肌肉模型对可植入天线进行仿真。
30.仿真软件使用的是high-frequency simulation software(hfss)；人体组织的电参数随着频率的变化而变化，为了更接近真实植入环境，可采用皮肤-脂肪层叠的人体仿真模型进行仿真。
31.微带天线的仿真模型为人体皮肤组织，该模型能近似模拟人体皮肤的电性质，在4.5ghz时皮肤的相对介电常数为2.686，电导率为0.296s/m，脂肪的相对介电常数为5.076，电导率为0.2117s/m，仿真模型的上边界面与微带天线相距3mm,其它边界面与微带天线相距40mm，经测试微带天线的仿真与测试的回波损耗参考说明书附图3可知(其为天线植入在皮肤、脂肪组织中深度为3mm的反射系数随频率的仿真曲线图)，微带天线的差分反射系数在4.5ghz左右小于-10db，带宽80mhz，具有较宽的传输能量范围。