用于医疗通信系统中人体内部植入型天线的设计与仿真

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1、摘要目前，人体内部植入型天线在医疗器械方面应用广泛，天线性能优劣决定着医疗设备性能的可靠性和安全性。因此内部植入型天线的设计至关重要。在制造医疗设备前期，为了仿真测试人体内部植入型天线在人体内部的工作特性，其中天线建模和人体建模这两个方面是解决这个问题的前提和关键。本文基于电磁场时域有限差分(FDTD)算法，根据FCC制定的植入型医疗设备通信服务频段(MICS)一402"---405MHz，在查阅文献的基础上，文中设计了工作在这个频段的两种不同类型的微带天线：分别是螺旋微带天线和PIFA型微带天线。借助时域有限差分算法分析了这两种带有上

2、下两层基片的应用于植入型医疗设备的特殊的低剖面微带天线。主要利用XFDTD仿真软件计算了402MHz时，天线放置于人体仿真模型内部左胸腔部位时的输入阻抗、S。。(散射系数)、天线辐射方向图和比吸收率(SAR)分布情况。文中研究内容的另一个主要方面是计算偶极子天线放置在人体仿真模型时的辐射特性和比吸收率分布情况。在这个研究过程中，文章分别使用了分辨率为2mm的人体头部六层球体简化模型和分辨率为4mm的Zubal人体仿真模型，对比分析不同模型和六层人头简化模型内部偶极子天线不同位置时，天线工作性能的变化情况。最后通过分析人体内部植入型天线和

3、人体外部接收天线之间的通信情况，得出结论：PIFA天线相对微带螺旋天线具有尺寸相对较小，辐射功率较高的优势。文章通过计算最大传输功率来评估医疗通信设备中内外天线之间的联通可靠性。通过对偶极子天线组成的医疗通信系统的计算，文章得出内置天线距离头部模型中心位置越近，外部天线接收功率性能越好。对于两种螺旋天线和人体外置天线组成的通信系统的分析，可以很明显的看出，内置PIFA型天线相对螺旋微带天线可以更加有效的传输信号。关键字：时域有限差分法内置天线螺旋微带天线PIFA型微带天线比吸收率AbstractPresently，implantedan

4、tennainsidehumanbodyappliedinmedicaldevicesarewidelyused．thecapacityoftheantennawilldeterminethereliabilityandsafetyofthemedicaldevices．Therefore，designandtestingofimplantedantennaiSessential．Inordertosimulateandevaluatethecapacityoftheimplantedantenna,antennadesignandhu

5、manmodelingarekeyandprerequisitetosolvethisproblem．rn圮fiIlite．differenttime．domain(FDTD)methodiSappliedtocharacterizeanddesigntheimplantedantennasforcommunicationwithmedicaldevicesinthe402．405MHzMedicalImplantedCommunicationServicesbandapprovedbytheFederalCommunicationCo

6、mmission(Fcc)．Basedonmanydocuments，twotypesoflow-profileantennas，i．e．，spiralmicrostripantennaandplanarinverted—Fantenna，withsuperstratedielectriclayersaredesignedformedicaldevicesimplantedinthechestofhumanbodyusingFDTDsimulations．XFDTDsoftwareiSappliedtomeasuretheinputim

7、pedance，S11．parameter,normalizedhorizontalfar-fieldpatternsandhorizontal1-gaveragedSARdistributionoftheimplantedantennas．InthisPaper,anotheraspectofthecontentiStomeasuretheradiationcharacteristicandhorizontal1-gaveragedSARdistributionofdipoleantennaimplantedinhumanheadmo

8、del．Ansimplesix．1ayerheadmodel嘶th2mmresolvingrateandZubalhumanmodelwith4mmresolvingratearebuilt，andcomp