[實用新型]基于石墨烯的攝入式膠囊內窺鏡的寬帶圓極化環形天線

有效

• 申請號: 201920745108.1
• 申請日: 2019-05-22
• 公開（公告）號: CN209730164U
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 歐仁俠;房吉博;李俊瑤;楊哲;劉亞偉;張華磊
• 申請（專利權）人: 吉林醫藥學院
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/52;H01Q15/24;H01Q1/22;A61B1/04
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本實用新型公開了基于石墨烯的攝入式膠囊內窺鏡的寬帶圓極化環形天線，天線的輻射貼片和地板材質均為多層石墨烯薄膜，多層石墨烯薄膜材質的載流子密度較高，導電性能優良，用多層石墨烯薄膜制作天線能夠增加阻抗帶寬和增益，有效提升傳輸效率并降低損耗。在外側環形貼片上開四對L形槽，使電流方向發生交替變化，在空間上形成幅值相等且相位差值為90度的正交分量，產生圓極化特性。在內側環形曲流槽圓形貼片開一條環形曲流槽，改變天線輻射表面中心電流分布，縮小天線尺寸。該天線體積僅為π×(4.5)²mm³，具有寬頻帶、圓極化、抗干擾、電磁兼容性好、體積小等特點，適用于ISM 2.4GHz頻段，能滿足攝入復雜環境的工作要求。

技術領域

本實用新型涉及攝入式膠囊內窺鏡天線技術領域，具體涉及基于石墨烯的攝入式膠囊內窺鏡的寬帶圓極化環形天線，適用于ISM 2.4GHz頻段的圓極化攝入式膠囊內窺鏡裝置。

背景技術

傳統內窺鏡是診斷和治療消化道疾病比較直接和常用的方法，通常由顯示器和安裝視頻攝像頭的光纖組成，然而，傳統內窺鏡在治療過程中都是通過口腔或肛門直接插入，這不僅給患者帶來較大的痛苦，而且還容易引起并發癥，導致病人因恐懼而放棄治療，同時，由于人體消化道存在多曲狹長的生理特點，傳統內窺鏡存在一定的檢查盲區，內窺鏡無法進入小腸的中端和近端，導致小腸的三分之二無法被檢測。隨著智能生物醫學技術的迅猛發展，攝入式膠囊內窺鏡將逐漸取代傳統插入式內窺鏡，攝入式膠囊內窺鏡是一種集成生物醫學、信息通訊、圖像處理、光電工程的消化系統無創無痛診斷技術，它可以克服傳統內窺鏡的缺點，直接對人體消化系統進行安全無創的檢查。攝入式膠囊內窺鏡裝置通常包括圖像傳感器、LED 光源、電池、發射器、接收器、天線等，攝入式膠囊內窺鏡攝入到人體消化道內，通過胃腸蠕動向下推進，通過攝像頭采集拍攝食道、胃、大腸和小腸的內壁，通過天線將采集的信息傳輸到體外接收裝置用于存儲和分析，最終實現對整個消化系統的無創檢測。天線是攝入式膠囊內窺鏡裝置的關鍵器件，主要功能是將圖像傳感器采集的人體消化道內數據以電磁波的形式傳輸至體外接收裝置，天線的性能直接影響圖像和視頻數據傳輸的精確度和實時性。為獲取高分辨率圖像和視頻信息來診斷病變位置，需要提高數據傳輸的幀速率來提高診斷的準確性，同時也要考慮膠囊內窺鏡被攝入后在不同環境下的工作性能，這就要求天線具有較低的功耗、較寬的帶寬和較強的抗干擾能力，設計寬帶、圓極化、小型化的天線能夠很好的滿足上述要求，同時，圓極化天線還可以抑制膠囊在不同消化器官內部環境和運動產生的極化失配。攝入式天線小型化的方法主要是延長電流路徑增加電尺寸、改變介質基板結構、采用高介電常數介質基板、采取加載技術增加有源網絡等。非專利文獻1：公開一種用于生物遙測的915MHz ISM波段的寬帶圓極化植入式天線，在圓形輻射貼片中心開一個角槽，增加兩對關于圓心對稱的槽，延長電流路徑，降低諧振頻率，通過增加短路探針減小天線的設計尺寸，但該天線的缺點是帶寬有限。非專利文獻2：公開了一種用于無線膠囊內窺鏡系統的共形圓極化天線，該天線輻射貼片由矩形線圈、不對稱U形導帶和突出的L形短枝節組成，通過不對稱 U形導帶產生圓極化特性，通過地板上的兩個金屬孔饋電，天線與膠囊內壁共形，共形天線可以減少對膠囊內部體積的使用，提高系統集成度，同時提高增益和輻射效率，但共形天線沒有完整的地板，與其它設備之間的抗干擾性能和電磁兼容能力較其它類型天線較弱。非專利文獻3：公開了一種用于膠囊內窺鏡裝置的圓極化天線，該天線與膠囊外壁共形，形成自封裝結構，提高了天線的輻射效率和增益，該共形天線具有完整的地板，在膠囊內部區域形成屏蔽層，提高了抗干擾和電磁兼容性能，但該天線設計調試較為復雜。將天線設計在膠囊內部能夠避免天線與人體組織的接觸，防止收到組織液的腐蝕。螺旋天線具有帶寬寬、容易實現圓極化等特性，但常規的螺旋天線體積較大。石墨烯材料的導電性能是普通材料的50倍，石墨烯具有的蜂窩結構，能夠產生較高的載流子密度，導電性能優良，同時，石墨烯材料的導電率具有動態可調節性，石墨烯材料憑借獨特的性能和優勢在機械、光學、電學、熱學等領域受到廣泛關注。在印刷天線中使用石墨烯材料能夠大大提升天線效能，實現高效動態調節、高透明度、提升傳輸效率并降低損耗，滿足攝入式無線通信系統對天線的微型化需求，同時也能大大增加通信距離。國內外學者對石墨烯材料在天線領域的研究主要集中在太赫茲天線、方向圖可重構天線、濾波天線、柔性天線、可穿戴天線，對石墨烯在攝入式天線的研究相對較少。