402MHz人体植入式天线的辐射性能分析

摘要

随着远程医疗遥测技术的发展，植入式天线渐渐成为一个研究热点。在远程医疗遥测中，工作在402MHz～405MHz频段的植入式天线被用于传输人体组织信息，天线性能的好坏将决定整个系统的可靠性和安全性。本论文基于时域有限差分(FDTD)算法对植入式天线进行性能分析。
　　本文通过开发C语言程序处理人体三维数组数据，实现了数据的网格划分，建立了1mm分辨率人体头部电磁模型。该模型包含20种组织，比较精确地反映了人体头部的解剖结构。在分析植入式天线的特殊工作环境后，选择倒F型低剖面(PIFA)天线作为研究对象。本文设计了曲流形状PIFA天线，并分析了其在组织块中的工作性能。植入式天线要求工作频率在402MHz～405MHz之间，而最初设计的天线在组织块中的谐振频率是390MHz。在保持辐射贴片曲流形状不变的基础上，通过对天线的优化调整，使天线的谐振频率恢复到402MHz，同时反射系数小于-20dB。本文通过不同馈源点位置的分析，得出天线输入阻抗随着馈源点远离短路探针而增大的规律。
　　本文将优化调整好的天线放置到人体头部模型内部进行测试，比较天线在组织块中和人体头部模型中的性能，着重分析了天线在人体头部模型中工作时的辐射特性和对人体组织辐射产生的比吸收率(SAR)。在安全SAR标准下，对天线的输入功率进行校准。本文进一步采取不均衡辐射贴片设计，改变原有曲流形状的天线，设计了两个新型植入式天线。将新型天线放置于组织块中进行测试，并和原来的曲流形状天线进行比较分析。新型天线的谐振频率都能满足植入式天线频段要求。两个新型天线辐射下组织周围的电场强度要小于原来的曲流形状天线，组织SAR值也变小，而天线辐射功率和效率则变大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 远程医疗遥测技术简介

1．1．1 生物电磁学在远程医疗中的应用

1．1．2 远程医疗中的植入式设备

1．2 研究背景及内容

1．2．1 国内外研究状况

1．2．2 研究内容

第二章 生物可植入式天线

2．1 天线工作环境分析

2．2 植入式天线类型

2．3 植入式天线与传统微型天线的异同

2．4 天线小型化技术

2．5 本章小节

第三章 人体头部和天线模型设计

3．1 高分辨率人体头部建模

3．1．1 数字人体模型文件

3．1．2 人体头部模型数据网格化

3．2 天线模型分析与设计

3．2．1 曲流形状PIFA天线模型设计

3．2．2 天线基本性能分析

3．2．3 馈源位置对天线性能的影响

3．2．4 天线的优化调整

3．3 本章小节

第四章 人体头部植入式天线结果分析

4．1 天线置于人体头部

4．2 人体头部内置天线性能分析

4．3 天线辐射下人体头部SAR分析

4．4 本章小节

第五章 两个新型植入式天线

5．1 天线模型设计

5．2 天线工作性能分析

5．3 组织SAR分析

5．4 有关植入式天线增益和方向性的讨论

5．5 本章小节

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

作者在读期间的研究成果