世界人口老龄化和工作节奏的加快,人们的健康意识在不断提高,研制便捷的人体植入式医疗设备已成为学术界的热点。相对于传统的体外传感器而言,在人体内部的植入式医疗设备能够更加精确方便地获取人体生理、病理数据。作为植入式医疗设备中的关键器件之一,植入式天线可将生物传感器检测到的生理信号无线发送到体外设备。圆极化天线可以有效解决传统体内外线极化天线之间的极化失配而需要对准放置的问题,并能提高抗多径干扰能力。本论文由国家自然科学基金(No.61372008)、广东省科技计划(No.2014A010103014,No.2015B010101006)等项目的资助,研究植入式医疗设备的圆极化天线。主要工作内容有:1)单频小型宽带圆极化植入式天线:在分析了圆极化植入式天线在体内外通信具有的特殊优势情况下,设计了一款工作在915-MHz ISM频段的小型圆极化植入式天线。通过在方形辐射贴片中心对称地加载十字缝隙,实现了天线的小型化。通过对称地引入两个短路探针,实现了宽带化。通过引入箭头形状的缝隙单元,实现了天线的圆极化。最终天线尺寸为13 mm×13 mm×0.635 mm,具有低剖面的特点,阻抗带宽为0.743–1.07GHz(35.4%),3-dB轴比带宽为0.863–1 GHz(14.7%)。考虑到人体特殊的工作环境,本研究分别建立了结构较简单的人体模型和高精度的人体模型。为了降低植入式设备的功耗,延长其使用周期,本文进一步设计了一款植入式双频天线。2)差分馈电双频双圆极化植入式天线:天线通过在双环内部加载三角形贴片产生了慢波效应,使低频段谐振频率极大降低,实现了天线小型化,同时这种双环内部的加载产生了高频谐振,实现了双频特性,最终覆盖了915-MHz ISM频段(用于数据通信)和2.45-GHz ISM频段(用于状态控制)。这种双频特性允许植入式设备待机状态处于睡眠模式以降低功耗,通信时可通过高频段发送唤醒信号使其进入工作模式。通过调节双环和加载单元的形状和尺寸,可以实现双频段的圆极化特性。此外差分馈电技术的采用使得天线能够直接地与植入式医疗设备中的差分集成电路连接,提高了系统集成度和抗干扰能力。天线尺寸为18 mm×9 mm×0.635 mm,具有低剖面的特点,在低频段的阻抗带宽为795–1110 MHz(33%),3-dB轴比带宽为859–960 MHz(11.1%),在高频段的阻抗带宽为2.36–2.58 GHz(8.9%),3-dB轴比带宽为2.29–2.5 GHz(8.7%)。文中详细分析了天线的工作原理,研究了关键参数对天线性能的影响,分析了天线的辐射性能、SAR以及通信链路预算等。最后对天线进行了实物制备,实际测量结果与数值仿真结果基本吻合,验证了理论设计的准确性。其研究成果已经在国际会议IEEE International Conference on Computational Electromagnetics(ICCEM)上宣读。3)应用于无线胶囊内窥镜系统的圆极化天线:在上述双频双圆极化天线的基础上通过本文所提出的三层模型转换方法,将平面结构天线转换为新型的三维胶囊共形天线。本文详细阐述了三层模型转换方法和胶囊天线的设计步骤。胶囊尺寸为11.4 mm×26mm(直径×长度),天线厚度为0.6 mm。最终设计的胶囊天线不仅是个辐射器,同时也是整个胶囊系统的机械封装层和电磁屏蔽层,形成一种自封装结构。最后分析了胶囊天线的辐射性能。本文所研制植入式圆极化天线具有小型化、宽带化、低功耗等特性,且能抗多径干扰,在生物医学遥测的植入式医疗设备中具有较好的应用前景。希望通过本文的圆极化天线研究,能为植入式天线设计提供参考。