[發明專利]一種提高植入天線傳輸能力的阻抗匹配層

在審

• 申請號: 202211234735.1
• 申請日: 2022-10-10
• 公開（公告）號: CN115528415A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 許麗潔;祝雷;梁銘鈺
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01Q1/27
• 分類號: H01Q1/27;H01Q1/38;H01Q1/52
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

本發明公開了一種提高植入天線傳輸能力的阻抗匹配層，該阻抗匹配層工作于ISM頻段，包括：由3D打印技術采用復合材料加工制作的介質基板、插入介質基板中的25個矩形金屬柱和設置在每個金屬柱上方的金屬貼片；通過將矩形金屬柱插入介質基板中能夠產生并聯電容提高基板的有效介電常數，在每個金屬柱上方放置金屬貼片能夠引入慢波結構有效降低阻抗匹配層的尺寸。仿真與實測結果均表明，在皮膚表面放置該阻抗匹配層有效減輕了植入天線在皮膚?空氣界面遇到的功率反射。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種提高植入天線傳輸能力的阻抗匹配層。

背景技術

植入式無線醫療設備由于擺脫了空間和時間上的限制，降低了醫療成本和醫療時間，給人們生活帶來了極大的便利。植入式天線是其中很重要的部分，它作為信息傳輸工具將信號傳向外部接收設備，醫生則可根據這些信息分析患者的身體機能情況。在信號傳輸的過程中，最重要的問題是提高傳輸范圍，由于植入式天線的性能不僅受到嚴格尺寸的限制，還受到人體組織的損耗，人體內部的天線增益通常極低。

現有的解決植入天線傳輸損耗的方法一般分為兩大類，一是增加可植入天線的增益值。例如，R.Lesnik團隊提出的工作在MedRadio頻段，增益為-23.7dBi的具有獨特折疊彎曲部分的可植入平面偶極子天線。M.Zada團隊通過在植入天線上疊加超表面，使植入天線增益提升了近3dBi。另有放置在人體表面的中繼器天線，此種天線能接收植入物中存儲的重要數據，并將其無線傳輸到距離患者10-100米的遠程接入點，但這需要通過額外的電源來實現；二是改善可植入天線從有損組織向空氣的傳輸能力。S.Alamri團隊通過將透鏡和環型諧振器相結合放置在皮膚上，為植入天線提高了近8.5dBi的增益，但該結構高度超過29.1毫米。近期，F.Y.Yang團隊提出的在皮膚表面放置級聯超表面的方法顯著降低了皮膚-空氣界面的功率反射，使傳輸系數增強了近12.1dB，該種方法驗證了在皮膚-空氣表面放置一個阻抗匹配層可以有效地擴大植入天線的傳輸距離，但這種級聯超表面結構較為復雜，制造難度大。因此，如何在保證阻抗匹配層盡可能小的前提下，增強植入天線從有損組織向空氣傳輸的能力是一個設計難點。

發明內容

本發明目的：在于提供一種提高植入天線傳輸能力的阻抗匹配層，以減輕植入天線在皮膚-空氣界面遇到的功率反射，解決傳統可植入天線在有損耗的人體組織中性能受限的問題。

為實現以上功能，本發明設計一種提高植入天線傳輸能力的阻抗匹配層，該阻抗匹配層包括介質基板、預設數量的立方體金屬柱、以及預設數量的矩形金屬貼片；

各金屬柱尺寸、形狀相同，介質基板的厚度大于各金屬柱的高度，各金屬柱以相同間距插入介質基板中，且各金屬柱與介質基板垂直，金屬貼片數量與金屬柱相同，各金屬貼片尺寸、形狀相同，金屬貼片表面面積大于金屬柱上表面面積，各金屬貼片與各金屬柱一一對應，固定放置于金屬柱上表面，金屬貼片表面的中心點與金屬柱上表面的中心點彼此位置對應，且各金屬貼片的表面與介質基板表面位于同一平面，介質基板的表面面積大于所有金屬貼片的表面面積之和。

作為本發明的一種優選技術方案：介質基板為正方形，其邊長為40mm，厚度為7mm。

作為本發明的一種優選技術方案：介質基板介電常數為3.1。

作為本發明的一種優選技術方案：各金屬柱為立方體，尺寸為2mm×2mm×1.2mm。

作為本發明的一種優選技術方案：各金屬貼片的尺寸為6mm×6mm×0.3mm。

作為本發明的一種優選技術方案：以金屬柱、金屬貼片，以及以金屬柱所插入位置為中心，周圍預設面積的介質基板為周期性單元，周期性單元的數量為25個，在介質基板上以5×5的形式周期性排列。

作為本發明的一種優選技術方案：所述周期性單元中預設面積的介質基板的尺寸為6.5mm×6.5mm×7mm。

有益效果：相對于現有技術，本發明的優點包括：