發(fā)布時(shí)間：2020-03-20 10:26

【摘要】：伴隨著電子科學(xué)時(shí)代的發(fā)展,醫(yī)療電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。體內(nèi)植入技術(shù)可用于監(jiān)測(cè)人體的信息,將獲得的實(shí)時(shí)信息通過(guò)無(wú)線鏈路傳輸?shù)酵獠刻炀�,建立起生物遙測(cè)系統(tǒng)。但是植入式醫(yī)療設(shè)備的使用壽命問(wèn)題也是醫(yī)療科技發(fā)展的一大難題,因此無(wú)線能量傳輸(WPT)系統(tǒng)的研究就為這些植入式醫(yī)療設(shè)備提供了新的可能。本文針對(duì)心臟起搏器設(shè)計(jì)了一款超寬帶可植入天線,并基于磁耦合諧振無(wú)線能量傳輸?shù)臋C(jī)理,設(shè)計(jì)了應(yīng)用于人體可植入設(shè)備的WPT系統(tǒng),并利用新型電磁超材料對(duì)初始WPT系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。最后,為可植入WPT系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一款整流電路。本文工作分為四個(gè)部分:第一部分:對(duì)可植入天線,WPT技術(shù),電磁超材料,整流電路進(jìn)行調(diào)研及理論分析,為后續(xù)可植入天線的設(shè)計(jì)及WPT系統(tǒng)的建立奠定了基礎(chǔ)。第二部分:首先以PIFA天線為基礎(chǔ),利用PIFA天線尺寸小,增益高等優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)了2.4GHz單頻可植入天線以及小型化雙頻可植入天線。研究了天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程,并討論了在工作頻點(diǎn)處的天線電場(chǎng)分布特性,以及天線增益問(wèn)題。其次,為了將磁諧振耦合無(wú)線能量傳輸技術(shù)應(yīng)用到可植入系統(tǒng)中,本文利用線圈天線形式針對(duì)心臟起搏器提出了一種性能更優(yōu)的超寬帶可植入天線。該天線的設(shè)計(jì)過(guò)程是通過(guò)引入分離諧振環(huán)從而實(shí)現(xiàn)其超寬帶特性。為了確定其工作機(jī)理,對(duì)天線進(jìn)行了三種模型分析,得出了其工作頻點(diǎn)激發(fā)的原理及過(guò)程。同時(shí)為了驗(yàn)證其是否適用于其他可植入設(shè)備,還對(duì)不同模擬環(huán)境下的天線進(jìn)行了仿真分析,驗(yàn)證了其廣泛的適用性。為了確保生物安全性,對(duì)天線所需生物膜材料以及工作時(shí)的SAR值均進(jìn)行了考慮與分析。第三部分:首先設(shè)計(jì)了一款工作在430MHz的外部發(fā)射天線,與超寬帶可植入天線組成了一個(gè)針對(duì)心臟起搏器的初始WPT系統(tǒng)。不僅分析了該系統(tǒng)合適的傳輸距離,傳輸效率,還針對(duì)可植入天線的兩種位置偏移情況,分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后指出,由于人體組織的特殊環(huán)境,該初始系統(tǒng)存在能量傳輸距離較近以及傳輸效率較低的不足。第四部分:首先分析了左手材料及磁負(fù)超材料的電特性,設(shè)計(jì)了一款磁負(fù)超材料單元。然后,針對(duì)初始WPT系統(tǒng)存在的不足,利用磁負(fù)單元特性,將所設(shè)計(jì)的磁負(fù)單元組成了2×2的超表面陣列,加入到可植入WPT系統(tǒng)中。與原始系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比,在收發(fā)天線相距50mm時(shí),改進(jìn)后的WPT系統(tǒng)比原始系統(tǒng)的傳輸系數(shù)S_(21)增大了11dB。最后,設(shè)計(jì)了一款針對(duì)可植入WPT系統(tǒng)用于低輸入功率下的整流電路。該電路工作在430MHz,在低輸入功率下,整流電路效率達(dá)到了70%。
【圖文】：

第一章 緒論3圖1.1 三頻段可植入天線示意圖使用壽命亦是可植入天線的一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。因此，很多國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始研究多頻段可植入天線設(shè)計(jì)，分別對(duì)應(yīng)天線數(shù)據(jù)傳輸功能以及模式喚醒或者能量傳輸功能，從而減小設(shè)備電量損耗，增加電池的使用期限[22-29]。醫(yī)療植入通信服務(wù)（MICS，402-405MHz）頻段，以及工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM，433-434.8MHz，902 928MHz

第一章 緒論等人在同年分析并實(shí)現(xiàn)了 13.56 MHz 無(wú)線功率傳輸（分組成：D 類功率放大器（D-PA），雙諧振線圈，整利用諧振線圈的傳遞特性，導(dǎo)出最佳阻抗，以使功率器和 DC / DC 轉(zhuǎn)換器來(lái)滿足該阻抗要求。由阻抗不匹％。當(dāng)負(fù)載是電阻器時(shí)，，系統(tǒng)效率可以達(dá)到 73％。當(dāng)統(tǒng)效率可以達(dá)到 66％。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH77;TN827

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本文編號(hào)：2591653