本发明专利技术公开了用于康复护理装置的基于石墨烯的双频植入式天线，由介质基板、印制在介质基板正面上的石墨烯弯折枝节形辐射贴片、印制在介质基板背面的石墨烯H形缝隙接地板、外接的同轴接头和介质基板内部的短路探针构成。石墨烯弯折枝节形辐射贴片通过内外枝节形成弯折路径，在有限的面积上增加植入式天线表面有效电流路径，从而降低植入式天线的谐振频率。在石墨烯H形缝隙接地板中间开一个H形缝隙，合理调整H形缝隙的尺寸，能够增加天线的谐振点，并展宽天线的阻抗带宽。该天线尺寸仅为9×9mm，具有双频、宽带、小型化等特点，适用于康复护理装置的ISM 918MHz无线能量传输频段和WMTS 1.43GHz遥控遥测频段。
Graphene-based dual-frequency implantable antenna for rehabilitation nursing device
【技术实现步骤摘要】
用于康复护理装置的基于石墨烯的双频植入式天线
本专利技术涉及康复护理装置植入式天线
，具体涉及用于康复护理装置的基于石墨烯的双频植入式天线，适用于ISM918MHz无线能量传输频段和WMTS1.43GHz遥控遥测频段的双频植入式无线康复护理装置。
技术介绍
随着电子产业和无线生物医疗技术的飞速发展，植入式康复护理装置广泛应用于生理参数监控和疾病治疗，为患者的康复过程提供诸多便利，这就要求植入式天线具有多频特性，能同时具备参数监控、遥控遥测和无线能量传输等功能。较小的天线尺寸能够增加植入后的舒适度，同时能够增强植入式天线对植入位置的感知度，提升数据通信效率和质量。无线能量传输能够增加植入式无线生物医疗装置的使用时间和寿命，使植入式无线生物医疗装置能够长时间稳定的工作，主要应用于人工耳蜗、神经肌电刺激器、脑深电刺激器和心脏起搏器等。数据遥控遥测是利用植入式康复护理装置监测血糖、体温、血压、酸碱度和神经活动等情况。电磁波在人体内向外传播会同人体组织发生强耦合，这将会影响到体外接收终端接收信号的精确度，因此，研究高精度的植入式康复护理装置是当前研究的重点和难点，如何缩小天线体积并具有多频段特性、如何为植入式康复护理装置提供能量、如何提高植入式康复护理装置在人体组织内通信效率和精度，都是目前亟待解决的问题。植入式天线是保证植入式康复护理装置与体外接收设备有效通信，并且使植入式康复护理装置获得能量的核心器件。人体组织形态各异导致电磁特性不尽相同，植入式天线的工作性能会因体内含水量、温度和频率特性的变化而变化，天线的植入位置也会因人体运动而发生改变，这些因素形成了植入式康复护理装置错综复杂的工作条件，因此，设计植入式天线时还需考虑低功率、生物兼容性和小型化等安全因素。生物兼容性的解决方案主要包括介质覆盖和镀膜处理两种方式，介质覆盖是在金属辐射单元上覆盖一层介质基板，介质基板的材料需要具有绝缘特性；镀膜处理是在植入式天线表面镀一层低损耗的生物兼容材料，将植入式天线与人体组织隔离，镀膜材料主要包括聚醚醚酮、氧化锆、氧化铝等，在天线设计中，镀膜厚度是影响天线性能的关键因素。植入式天线小型化的方法主要包括采用高介电常数介质基板、金属辐射贴片表面开槽、增加短路探针、贴片堆叠等。金属辐射贴片表面开槽主要是将辐射贴片开不同形状的槽，使电流绕槽曲折流动而增加辐射贴片表面电流路径，从而降低天线的谐振频率。非专利文献1：公开了一种三频段植入式天线，天线采用倒F结构，辐射贴片通过开槽形成蜿蜒结构，增加了有效电流路径，辐射贴片与地板通过短路探针相连，降低天线谐振频率，该植入式天线具有三频段特性，但整体尺寸较大。增加短路探针是在辐射贴片和地板之间增加短路探针，从而增加耦合电容降低天线的谐振频率。贴片堆叠是通过堆叠式结构延长天线有效电流路径，缩小天线的尺寸。非专利文献2：公开了一种新型的堆叠式平面倒F天线，由两层辐射贴片和金属地板共三层组成，上层和中层辐射贴片采用螺旋辐射结构，采用短路探针连接中层辐射贴片和地板，进一步缩小天线的尺寸，但由于是三层结构，导致天线的体积较大。石墨烯纳米材料具有超强的导电性、导热性、透明性及结构坚硬，是当前可制备的最薄材料，在生物医疗、电子通信、航空航天、新能源等多个领域有良好的应用前景。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，使其导电性能优良，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，满足植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。引用文献列表非专利文献1：李明玖，应用于移动医疗的三频段植入式天线研究，西南交通大学硕士学位论文，2017:18-24.非专利文献2：吴泽涛，用于移动医疗的植入式人体天线研究，华南理工大学硕士学位论文，2016:30-40.
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于康复护理装置的基于石墨烯的双频植入式天线，该天线具有频带宽、双频段、体积小等特性，易于集成到植入式生物医疗装置中，适用于ISM918MHz无线能量传输频段和WMTS1.43GHz遥控遥测频段，能满足植入复杂环境后的要求。本专利技术的技术方案是：用于康复护理装置的基于石墨烯的双频植入式天线，由介质基板(1)、印制在介质基板(1)正面上的石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)、印制在介质基板(1)背面的石墨烯H形缝隙接地板(3)、外接的同轴接头(4)和介质基板(1)内部的短路探针(5)构成；所述的石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)和石墨烯H形缝隙接地板(3)的材质均为石墨烯，石墨烯材质具有较高的载流子密度，使其导电性能优良，能够增加植入式天线的工作带宽和增益，提升传输效率并降低损耗；其特征在于：a.所述的介质基板(1)四个角上由四分之一圆弧过渡连接，降低天线植入后的不适感；b.所述的石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)关于中轴线对称，石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)由内部枝节(2-1)和外部枝节(2-2)组成，通过内外枝节形成弯折路径，在有限的面积上增加植入式天线表面有效电流路径，从而降低植入式天线的谐振频率，在外部枝节(2-2)上端增加两个关于中轴线对称的L形枝节，在外部枝节(2-2)下端增加T形枝节，能够调节天线的阻抗匹配；c.所述的石墨烯H形缝隙接地板(3)位于介质基板(1)背面，在石墨烯H形缝隙接地板(3)中间开一个H形缝隙，H形缝隙矩形之间通过两个对称的梯形过渡连接，合理调整H形缝隙的尺寸，能够调节石墨烯H形缝隙接地板(3)与石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)之间的耦合能量，增加植入式天线的谐振点，并展宽天线的阻抗带宽；d.所述的同轴接头(4)位于介质基板(1)背面下侧，同轴接头(4)内芯与石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)相连接，同轴接头(4)外圆柱导体与石墨烯H形缝隙接地板(3)相连接；e.所述的短路探针(5)位于介质基板(1)的上侧内部，短路探针(5)将石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)的外部枝节(2-2)与石墨烯H形缝隙接地板(3)相连接，通过增加短路探针(5)增加耦合电容降低天线的谐振频率，展宽工作带宽，同时进一步缩小植入式天线的尺寸。所述的石墨烯材料厚度为0.01mm～0.03mm，介质基板(1)四个角上由四分之一过渡圆弧半径R1为0.5mm～0.8mm。所述的石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)的内部枝节(2-1)的尺寸L3为0.5mm～0.9mm、L4为0.1mm～0.5mm、L6为1.2mm～1.6mm、L7为1mm～1.4mm、L8为1mm～1.3mm、L9为1.8mm～2.2mm、L10为1mm～1.4mm、L11为0.2mm～0.6mm、L12为0.9mm～1.3mm、L14为0.3mm～0.7mm、L15为0.2mm～0.6mm、L16为1mm～1.4mm、L17为1mm～1.3mm、L18为0.2mm～0.6mm、L19为0.9mm～1.2mm、L20为0.9mm～1.3mm、W3为1.5mm～1.9mm、W4为0.9mm～1.2mm、W5为1.6mm～2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于康复护理装置的基于石墨烯的双频植入式天线，由介质基板(1)、印制在介质基板(1)正面上的石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)、印制在介质基板(1)背面的石墨烯H形缝隙接地板(3)、外接的同轴接头(4)和介质基板(1)内部的短路探针(5)构成；所述的石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)和石墨烯H形缝隙接地板(3)的材质均为石墨烯，石墨烯材质具有较高的载流子密度，使其导电性能优良，能够增加植入式天线的工作带宽和增益，提升传输效率并降低损耗；其特征在于：a.所述的介质基板(1)四个角上由四分之一圆弧过渡连接，降低天线植入后的不适感；b.所述的石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)关于中轴线对称，石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)由内部枝节(2‑1)和外部枝节(2‑2)组成，通过内外枝节形成弯折路径，在有限的面积上增加植入式天线表面有效电流路径，从而降低植入式天线的谐振频率，在外部枝节(2‑2)上端增加两个关于中轴线对称的L形枝节，在外部枝节(2‑2)下端增加T形枝节，能够调节天线的阻抗匹配；c.所述的石墨烯H形缝隙接地板(3)位于介质基板(1)背面，在石墨烯H形缝隙接地板(3)中间开一个H形缝隙，H形缝隙矩形之间通过两个对称的梯形过渡连接，合理调整H形缝隙的尺寸，能够调节石墨烯H形缝隙接地板(3)与石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)之间的耦合能量，增加植入式天线的谐振点，并展宽天线的阻抗带宽；d.所述的同轴接头(4)位于介质基板(1)背面下侧，同轴接头(4)内芯与石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)相连接，同轴接头(4)外圆柱导体与石墨烯H形缝隙接地板(3)相连接；e.所述的短路探针(5)位于介质基板(1)的上侧内部，短路探针(5)将石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)的外部枝节(2‑2)与石墨烯H形缝隙接地板(3)相连接，通过增加短路探针(5)增加耦合电容降低天线的谐振频率，展宽工作带宽，同时进一步缩小植入式天线的尺寸。...
【技术特征摘要】
1.用于康复护理装置的基于石墨烯的双频植入式天线，由介质基板(1)、印制在介质基板(1)正面上的石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)、印制在介质基板(1)背面的石墨烯H形缝隙接地板(3)、外接的同轴接头(4)和介质基板(1)内部的短路探针(5)构成；所述的石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)和石墨烯H形缝隙接地板(3)的材质均为石墨烯，石墨烯材质具有较高的载流子密度，使其导电性能优良，能够增加植入式天线的工作带宽和增益，提升传输效率并降低损耗；其特征在于：a.所述的介质基板(1)四个角上由四分之一圆弧过渡连接，降低天线植入后的不适感；b.所述的石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)关于中轴线对称，石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)由内部枝节(2-1)和外部枝节(2-2)组成，通过内外枝节形成弯折路径，在有限的面积上增加植入式天线表面有效电流路径，从而降低植入式天线的谐振频率，在外部枝节(2-2)上端增加两个关于中轴线对称的L形枝节，在外部枝节(2-2)下端增加T形枝节，能够调节天线的阻抗匹配；c.所述的石墨烯H形缝隙接地板(3)位于介质基板(1)背面，在石墨烯H形缝隙接地板(3)中间开一个H形缝隙，H形缝隙矩形之间通过两个对称的梯形过渡连接，合理调整H形缝隙的尺寸，能够调节石墨烯H形缝隙接地板(3)与石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)之间的耦合能量，增加植入式天线的谐振点，并展宽天线的阻抗带宽；d.所述的同轴接头(4)位于介质基板(1)背面下侧，同轴接头(4)内芯与石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)相连接，同轴接头(4)外圆柱导体与石墨烯H形缝隙接地板(3)相连接；e.所述的短路探针(5)位于介质基板(1)的上侧内部，短路探针(5)将石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)的外部枝节(2-2)与石墨烯H形缝隙接地板(3)相连接，通过增加短路探针(5)增加耦合电容降低天线的谐振频率，展宽工作带宽，同时进一步缩小植入式天线的尺寸。2.根据权利要求1所述的用于康复护理装置的基于石墨烯的双频植入式天线，其特征在于所述的石墨烯材料厚度为0.01mm～0.03mm，介质基板(1)四个角上由四分之一过渡圆弧半径R1为0.5mm～0.8mm。3.根据权利要求1所述的用于康复护理装置的基于石墨烯的双频植入式天线，其特征在于所述的石墨烯弯折枝节形辐射贴片(2)的内部枝节(2-1)的尺寸L3为0.5mm～0.9mm、L4为0.1mm～0.5mm、L6为1.2mm～1.6mm、L7为1mm～1.4mm、L8为1mm～1.3mm、L9为1.8mm～2.2mm、L10为1mm～1.4mm、L11为0.2mm～0.6mm、L12为0.9mm～1.3mm、L14为0.3mm～0.7mm、L15为0.2mm～0.6mm、L16为1mm～1.4mm、L17为1mm～1.3mm、L18为0.2mm～0.6...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧仁侠，鲍捷，郗艳丽，张光雷，张华磊，王利群，
申请(专利权)人：吉林医药学院，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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