[发明专利]柔性共形双频带胶囊天线

说明书

本发明公开了一种柔性共形双频带胶囊天线，包括由柔性介质构成的空心胶囊，所述胶囊内壁附着有金属地板，所述金属地板开设有末端开路的槽线，且所述胶囊外壁设有呈弯折结构的馈线。本发明弥补了柔性的共形双频带胶囊天线的空缺，理论和仿真结果均表明本发明的有效性；天线在胶囊内部占据的空间小；辐射口径大。

技术领域

本发明涉及一种用于人体内外无线通信的胶囊式植入天线，尤其涉及一种柔性共形双频带胶囊天线。

背景技术

应用于人体内部的植入天线可以将监测到的人体内部数据实时传输至体表或体外，在健康医疗领域体现出巨大的应用价值和研究意义。由于植入设备的体积受限于人体这个特殊的应用环境，要求设备内的各类器件都尽可能的实现小型化，因此，本发明通过采用柔性介质研究共形的植入天线，使天线附着于设备壁上，从而尽可能减小其占用的空间。柔性天线的典型应用之一为无线胶囊内窥镜系统，其能让临床医生直接观测人体消化道内图像，其以便捷、无创、无痛、无交叉感染、不影响患者正常工作等优点，在消化道疾病诊断及治疗领域显示了重要的研究意义及应用价值。

不少文献研究了共形的胶囊天线，如2010年S.Yun等提出了在胶囊外壁构建一个宽带的环天线；2015年Y.X.Guo团队提出了胶囊内壁构建的宽带偶极子结构；直至最近，在2017年D.Nikolayev等提出了一个胶囊直径为7mm的小型化的胶囊天线，其中胶囊壁厚度为0.5mm，文中采用阶梯阻抗谐振技术将天线设计谐振在434MHz，随后将天线以共形形式依附在胶囊内壁以达到小型化效果。然而上述天线皆为单频段谐振的胶囊天线。此外，宽频带天线也受到了学者的研究，如2015年Rula S.Alrawashdeh等提出了一个超宽带的共形胶囊天线，引入互补的开口环谐振结构，工作频带覆盖MedRadio频段和多个ISM频段。

但是对于柔性的共形双频带胶囊天线还没有报道。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种柔性共形双频带胶囊天线，弥补了柔性共形双频带胶囊天线的空缺。

技术方案：本发明的柔性共形双频带胶囊天线，包括由柔性介质构成的空心胶囊，所述胶囊内壁附着有金属地板，所述金属地板开设有末端开路的槽线，且所述胶囊外壁设有呈弯折结构的馈线。

为使天线在胶囊内部占据极少的空间，采用柔性介质基板作为胶囊壁和天线介质基底。

其中，所述胶囊呈圆柱状，基于胶囊工作环境为人体内部的考虑，结合现有胶囊内窥镜尺寸，胶囊直径为9-12mm，优选10mm或11mm。

结合胶囊特殊环境，当柔性介质加工成圆柱状作为胶囊壁时，金属地板附着在柔性介质表面，与空气介质直接接触；馈线处于柔性介质外壁位置，与人体组织直接接触，能量通过馈线耦合进槽线形成辐射。

其中，所述槽线呈“q”字型。天线能量主要由槽线缝隙辐射出去。

馈线呈弯折状通过在有限面积内加长馈线长度，以延长电流路径，从而实现天线小型化效果。

其中，所述馈线末端设有连接馈线与金属地板的金属短路钉。金属短路钉位置位于槽线边沿以增强能量的耦合，从而得到更好的阻抗匹配，实现宽带性能。

所述柔性介质为生物相容性介质，优选聚酰亚胺、聚酰胺、聚四氟乙烯和聚醚醚酮中的一种或几种，其介电常数ε_r为3-3.3，优选3.15；厚度为0.1-0.14mm，优选0.12mm。

其中，所述馈线采用微带馈线，所述微带馈线端口阻抗为47-53Ω，优选50Ω。能量通过微带馈线耦合入地面槽线，微带馈线的长度和末端开路的“q”字形槽线长度共同决定了天线的谐振频点。