本書(shū)是基于作者近年來(lái)對植入式天線(xiàn)深入研究及吸收國內外相關(guān)研究成果的基礎上撰寫(xiě)而成。本書(shū)以無(wú)線(xiàn)醫療設備為應用背景，系統介紹天線(xiàn)和植入式天線(xiàn)的相關(guān)知識，并結合無(wú)線(xiàn)醫療設備對植入式天線(xiàn)小型化、寬頻帶等多種性能需求，以進(jìn)一步減小天線(xiàn)尺寸、提高天線(xiàn)穩定性以及實(shí)現天線(xiàn)高速數據傳輸為目的，對雙頻段植入式天線(xiàn)、膠囊天線(xiàn)及用于高速數據傳輸的UWB膠囊天線(xiàn)的小型化寬頻帶等進(jìn)行設計、仿真及評估測試，對更好地開(kāi)發(fā)基于多模諧振的寬頻帶小型化天線(xiàn)具有較好的指導和幫助作用。

植入式無(wú)線(xiàn)醫療設備是生物醫學(xué)領(lǐng)域發(fā)展史上一種新的診療模式，它伴隨著(zhù)微電子技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)以及生物醫療技術(shù)的迅猛發(fā)展而產(chǎn)生。由于擺脫了空間和時(shí)間上的限制，降低了醫療成本和醫療時(shí)間，植入式無(wú)線(xiàn)醫療設備在個(gè)體醫療保健方面的市場(chǎng)需求非常強勁，而植入式天線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)通信系統的載體，是無(wú)線(xiàn)醫療設備中非常關(guān)鍵的器件之一。因此，研發(fā)具有高性能的植入式天線(xiàn)對未來(lái)無(wú)線(xiàn)醫療行業(yè)的發(fā)展具有非常重要的實(shí)用價(jià)值。
本書(shū)內容分為七章，具體內容如下：第1章為緒論，介紹了植入式天線(xiàn)的研究背景及意義，并討論了植入式天線(xiàn)的一系列設計需求。第2章研究了電磁波在有耗媒質(zhì)中的傳播特性；分析了電小天線(xiàn)的尺寸、帶寬、輻射功率、輻射品質(zhì)因數等參數間的相互關(guān)聯(lián)及制約關(guān)系；總結了仿真時(shí)兩種用于模擬人體組織的仿真模型并分析了兩者的優(yōu)缺點(diǎn)；探討了測試天線(xiàn)時(shí)采用的幾種測試模型及其適用場(chǎng)景。第3章介紹天線(xiàn)的方向函數與方向圖，天線(xiàn)的增益、輸入阻抗、極化、帶寬及有效面積等參數，以及微帶貼片天線(xiàn)及其輻射機理、微帶貼片天線(xiàn)的理論分析方法、天線(xiàn)的品質(zhì)因數及其計算。第4章介紹人體組織的電磁特性及相關(guān)電參數、幾種物理人體模型、數值人體模型、人體中心網(wǎng)絡(luò )數值建模方法及常用的高頻電磁仿真軟件等。第5章對雙頻段植入式天線(xiàn)的小型化和寬頻帶進(jìn)行了研究，通過(guò)在雙頻段PIFA接地面上的饋電點(diǎn)和短路引腳之間加載開(kāi)口槽，實(shí)現了PIFA在MICS頻段的寬頻帶特性，同時(shí)減小了天線(xiàn)尺寸，并詳細討論了雙頻段PIFA實(shí)現小型化和寬頻帶的工作原理。此外，針對人體組織的介電特性因人而異，對天線(xiàn)的敏感性進(jìn)行了分析，并研究了多層人體組織以及同軸電纜對天線(xiàn)的影響，最后評估了天線(xiàn)的安全性及生物兼容性。第6章對膠囊天線(xiàn)的寬頻帶進(jìn)行了研究，通過(guò)在IFA接地面上加載開(kāi)口槽延長(cháng)其電流路徑，降低了接地面上的電流路徑與其工作波長(cháng)的不平衡度，從而改善了天線(xiàn)的阻抗匹配；當開(kāi)口槽置于IFA接地面上的饋電點(diǎn)和短路引腳之間時(shí)，同時(shí)實(shí)現了IFA的寬頻帶特性，并詳細討論了膠囊天線(xiàn)實(shí)現寬頻帶的工作原理。針對關(guān)于植入式天線(xiàn)生物兼容性問(wèn)題的兩種解決方案，提出了關(guān)于生物兼容性材料對天線(xiàn)性能影響較小的參考方法。第7章對具有高速數據傳輸的UWB膠囊天線(xiàn)進(jìn)行了研究，通過(guò)在簡(jiǎn)單對稱(chēng)雙環(huán)天線(xiàn)的饋電回路中心添加饋電貼片并改變饋電方向，有效地擴展了對稱(chēng)雙環(huán)天線(xiàn)的阻抗帶寬；然后通過(guò)在短路環(huán)的中心引入LC負載并用高阻抗線(xiàn)與短路環(huán)連接，進(jìn)而展寬了對稱(chēng)雙環(huán)天線(xiàn)低頻段的阻抗帶寬，實(shí)現了對稱(chēng)雙環(huán)天線(xiàn)的UWB特性，并詳細討論了UWB膠囊天線(xiàn)的工作原理。
本書(shū)是基于作者近年來(lái)對基于多模諧振的寬頻帶小型化天線(xiàn)需求展開(kāi)研究的基礎上撰寫(xiě)的,同時(shí)吸收了國內外相關(guān)研究成果。本書(shū)的相關(guān)研究和分析工作得到了河南科技大學(xué)的大力支持，尚江麗博士在資料收集、軟件仿真及撰寫(xiě)上也提供了很多幫助和建議，在此深表謝意。
本書(shū)在撰寫(xiě)過(guò)程中參考的相關(guān)文獻，已在每一章后列出，如有疏漏，敬請海涵，在此對相關(guān)學(xué)者表示衷心感謝。
由于作者水平有限，書(shū)中難免存在不足之處，希望廣大讀者、專(zhuān)家學(xué)者批評指正。

甄志強
2024年4月于河南科技大學(xué)

本書(shū)是基于作者近年來(lái)對基于多模諧振的寬頻帶小型化天線(xiàn)需求展開(kāi)研究植入式天線(xiàn)深入研究及吸收國內外相關(guān)研究成果的基礎上撰寫(xiě)的，同時(shí)吸收了國內外相關(guān)研究成果。本書(shū)以無(wú)線(xiàn)醫療設備為應用背景，系統介紹天線(xiàn)和植入式天線(xiàn)的相關(guān)知識，并結合無(wú)線(xiàn)醫療設備對植入式天線(xiàn)小型化、寬頻帶等多種性能需求，以進(jìn)一步減小天線(xiàn)尺寸、提高天線(xiàn)穩定性以及實(shí)現天線(xiàn)高速數據傳輸為目的，對雙頻段植入式天線(xiàn)、膠囊天線(xiàn)及用于高速數據傳輸的UWB膠囊天線(xiàn)的小型化寬頻帶等進(jìn)行設計、仿真及評估測試，對更好地開(kāi)發(fā)基于多模諧振的寬頻帶小型化天線(xiàn)具有較好的指導和幫助作用。
本書(shū)可供物理、材料、電子、通信工程及生物醫學(xué)等領(lǐng)域的研究人員和技術(shù)人員閱讀參考，也可供大專(zhuān)院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生參考。

第1章緒論001
1.1概述001
1.2應用于醫療遙測系統的通信頻段004
1.3植入式天線(xiàn)在國內外的研究現狀006
1.3.1植入式天線(xiàn)的小型化006
1.3.2植入式天線(xiàn)的多頻段010
1.3.3植入式天線(xiàn)的寬頻帶014
1.3.4植入式天線(xiàn)的安全性和生物兼容性016
參考文獻019

第2章植入式天線(xiàn)的基本理論028
2.1電磁波在有耗媒質(zhì)中的傳播028
2.1.1電磁波在單層有耗媒質(zhì)中的傳播029
2.1.2電磁波在多層有耗媒質(zhì)中的傳播032
2.2電偶極子在有耗媒質(zhì)中的輻射034
2.2.1電偶極子在近場(chǎng)吸收的電磁能量036
2.2.2電偶極子在遠場(chǎng)吸收的電磁能量037
2.2.3電偶極子的輻射功率038
2.3電小天線(xiàn)039
2.3.1電小天線(xiàn)理論040
2.3.2電小天線(xiàn)的輸入阻抗041
2.3.3電小天線(xiàn)的輻射品質(zhì)因數042
2.3.4電小天線(xiàn)的工作帶寬和輻射效率043
2.4植入式天線(xiàn)在人體組織中的設計及測試044
2.4.1人體組織的仿真模型044
2.4.2植入式天線(xiàn)的測試方法046
2.4.3植入式天線(xiàn)的安全性評估048
參考文獻050

第3章天線(xiàn)的基本理論054
3.1天線(xiàn)的基本參數及理論054
3.1.1天線(xiàn)的方向函數及方向圖054
3.1.2天線(xiàn)的效率055
3.1.3天線(xiàn)的增益055
3.1.4天線(xiàn)的輸入阻抗056
3.1.5天線(xiàn)的極化056
3.1.6天線(xiàn)的帶寬057
3.1.7天線(xiàn)的有效面積057
3.2微帶貼片天線(xiàn)058
3.2.1微帶天線(xiàn)簡(jiǎn)介058
3.2.2微帶天線(xiàn)的輻射機理060
3.2.3微帶天線(xiàn)的理論分析法061
3.2.4天線(xiàn)的品質(zhì)因數064
3.2.5自由空間中的微帶貼片天線(xiàn)品質(zhì)因數的計算065
3.2.6植入人體中的微帶貼片天線(xiàn)品質(zhì)因數的計算070
3.3印刷單極子（Printed Monopole）天線(xiàn)072
3.3.1基本結構072
3.3.2設計原理073
參考文獻074

第4章人體組織參數及模型076
4.1人體組織的電磁特性及相關(guān)電參數076
4.2人體物理模型078
4.2.1液體模型079
4.2.2凝膠模型080
4.2.3固體模型080
4.3人體數值模型081
4.3.1理論模型081
4.3.2體素模型082
4.4人體中心網(wǎng)絡(luò )數值建模方法085
4.5高頻電磁仿真軟件介紹087
參考文獻088

第5章雙頻段植入式天線(xiàn)的小型化寬頻帶研究092
5.1概述092
5.2雙頻段植入式天線(xiàn)的小型化寬頻帶設計093
5.2.1PIFA的結構093
5.2.2雙頻段小型化寬頻帶天線(xiàn)設計093
5.2.3天線(xiàn)的小型化寬頻帶工作原理098
5.3雙頻段植入式天線(xiàn)的性能分析102
5.3.1天線(xiàn)對人體組織介電特性的敏感性分析102
5.3.2多層人體組織對天線(xiàn)的影響104
5.3.3同軸電纜對天線(xiàn)性能的影響106
5.3.4安全性評估107
5.3.5生物兼容性研究108
5.4雙頻段植入式天線(xiàn)測試113
參考文獻116

第6章膠囊天線(xiàn)的寬頻帶研究120
6.1概述120
6.2膠囊天線(xiàn)的寬頻帶設計121
6.2.1寬頻帶膠囊天線(xiàn)的結構121
6.2.2寬頻帶膠囊天線(xiàn)的工作原理125
6.3寬頻帶膠囊天線(xiàn)的性能分析127
6.3.1膠囊半徑對天線(xiàn)的影響127
6.3.2天線(xiàn)穩定性及安全性評估129
6.3.3生物兼容性研究133
6.4寬頻帶膠囊天線(xiàn)的測試137
參考文獻140

第7章用于高速數據傳輸的UWB膠囊天線(xiàn)研究142
7.1概述142
7.2基于對稱(chēng)雙環(huán)結構的UWB膠囊天線(xiàn)設計143
7.2.1UWB膠囊天線(xiàn)的設計143
7.2.2UWB膠囊天線(xiàn)的工作原理145
7.3UWB膠囊天線(xiàn)的性能分析148
7.3.1不同仿真模型對天線(xiàn)性能的影響148
7.3.2不同消化器官對天線(xiàn)性能的影響150
7.3.3生物兼容性研究154
7.4UWB膠囊天線(xiàn)的測試156
參考文獻158