Dual band microstrip implantable antenna design for biomedical applications
Biyomedikal uygulamalar için vücut içerisine yerleştirileblir çift bantlı mikroşerit anten tasarımı
- Tez No: 418347
- Danışmanlar: PROF. DR. NEVZAT GÜNERİ GENÇER, DOÇ. DR. LALE ALATAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çal ışmada; biyomedikal uygulamalar için tasarlanan, çift bantta (Medikal Implant Haberleşme Servisi-MICS; 402-405 MHz, Endüstriyel, Bilimsel ve Medikal ISM; 2.4-2.48 GHz) çal ışma özelliğine sahip, vücut içerisine yerleştirilebilir antenin sayı sal ve deneysel analizi sunulmuştur. Önerilen anten yüzeysel devrilmiş F-anten (PIFA) tipinde olup, üzeri üstsubstrat ile kaplanm ıştı r. Anten boyutunun küçültülmesi amac ıyla, metalik şerit bükülmüş ve metalik şerit ile toprak düzlemi aras nda kı salt cı pin kullan ılm ıştır. Ayrı ca, akı m ak ış yolunu uzatmak amac ıyla katmanlı yama yap ısı kullan lm ıştı r. Implant antenin sayı sal analizleri piyasada mevcut olan ve Sonlu Eleman Yöntemine (FEM) dayalı çözüm yapan Yüksek Frekanslı Yap ı Simulatoru (HFSS) programı ile yürütülmüştür. Doku modeli olarak frekansa bağlı elektriksel özellikleri değişen genel deri modeli kullanı lm ıştı r. İki adet anten tasarı mı sunulmuştur: MICS bantta çal ışan ön anten tasarı mı ve çift bantta (MICS ve ISM) çal ışan küçültülmüş anten tasarı mı . İki anten için de, parametrize edilmiş anten modeli sunulmuş ve her bir tasar ım ad ım ı açı klanm ışt ır. Deneysel çal ışmalar için, MICS ve ISM bantta, dokunun elektriksel özelliklerini taklit eden fantomlar geliştirilmiştir. Önerilen anten üretilmiş ve bu fantomlar içerisinde test edilmiştir. Giriş geri dönüş kaybı nı n 403.5 MHz'de -23 dB olduğu ve 10-dB deki 56 MHz 'lik bant genişliği ile MICS bandı nı kapsad ığı gösterilmiştir. Ayrı ca, antenin 2.45 GHz de -22 dB'lik giriş geri dönüş kaybı na sahip olduğu ve 10-db'deki 200 MHz'lik bant genişliği ile ISM bandı nı kapsadığı gösterilmiştir. Antenin en yüksek kazanç değeri benzetimlerde -33 dBi olarak bulunmuştur. Antenin işleyişini kontrol etmek amacı yla ticari olarak bulunan Microsemi- Medikal Telemetri için Zarlink Uygulama Geliştirme kiti (ZLE70102) kullanı larak, haberleşme hattı ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan anten MICS bantta çalışan fantom içerisine yerleştirilmiş, 4 metrelik bir mesafede baz istasyonu ünitesi ISM bantta uyandırılmış ve MICS bantta veri gönderimi sağlanm ıştı r. Ayrı ca; hasta güvenliği, farklı fantom modellerine göre radyasyon performanslar ını n karşı laşt ır ılması , eş eksenli kablonun etkisi, implant antenin uzak alan özellikleri ve elektriksel olarak küçük antenlerin kazanç ölçümleri tart ışılmıştı r.
Özet (Çeviri)
In this study, numerical and experimental analysis of a dual band (Medical Implant Communications Service-MICS; 402 − 405 MHz, Industrial, Scientifi c and Medical-ISM; 2.4 − 2.48 GHz) implantable antenna design for biomedical applications are presented. The proposed antenna is in the type of Planar Inverted-F Antenna (PIFA) covered with a superstrate. For miniaturization, the metallic patch of the antenna is meandered and shorting-pin is used between the patch and ground plane. In addition, stacking patch structure is used to lengthen the current ow path. Numerical analysis of the implant antenna is carried out using commercially available Finite Element Method (FEM)-based High Frequency Structure Simulator (HFSS) software. As a tissue model a generic dispersive skin model is used. Two antenna designs are presented: an initial antenna operating in MICS band and a miniaturized optimized antenna operating in dual band (MICS and ISM). For both antennas, a parametric antenna model is presented and each antenna design step is explained. For experimental studies, skin mimicking phantoms are developed in MICS and ISM bands. The proposed antenna is fabricated and in vitro tested. It is shown that the antenna resonates at 403.5 MHz with a refl ection coe fficient of −23 dB, and a 10-dB bandwidth of 56 MHz, which covers the MICS band, moreover, it resonates at 2.45 GHz with a re flection coefficient of −22 dB, and a 10-dB bandwidth of 200 MHz, which covers the ISM band. The maximum simulated gain is found as -33 dBi. Communication link measurements are performed using commercially available Microsemi-Zarlink Application Development Kit for Medical Telemetry (ZLE70102) in order to check the functioning of the proposed antenna. Designed antenna is inserted into MICS band phantom and it is achieved to wake-up base station module at ISM band and to send data at MICS band in 4 meter range. Moreover, patient safety issues, comparative analysis of radiation performance for di fferent phantom models, e ffect of coaxial cable, far fi eld properties of implantable antennas, and gain measurement of the electrically small antennas are discussed.
Benzer Tezler
- Biyomedikal uygulamalar için implant edilebilen mikroşerit anten tasarımı ve üretimi
Implantable microstrip antenna design and fabrication for biomedical applications
YUNUS EMRE YAMAÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SIDDIK CUMHUR BAŞARAN
- Medikal uygulamalar için mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi ve tasarımı
Numerical analysis and design of microstrip implant antennas for medical applications
ERDEM URAS
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiBilişim Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA HİKMET BİLGEHAN UÇAR
- Dual band microstrip patch antenna for GSM applications
GSM uygulamalarında dual bant mikroşerit antenler
VOLKAN KARVAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SELÇUK PAKER
- Dual band microstrip patch antenna structures
Çift bant mikro şerit yama anten tasarımı
YUSUF OKUDUCU
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM AYDIN ÇİVİ
- Dual port microstrip patch antennas and circuits with high interport isolation for in-band full duplex (IBFD) wireless applications
IBFD kablosuz uygulamaları için portlar arası izolasyonu yüksek, çift portlu mikro şerit yama antenlerin ve devreleri
HAQ NAWAZ
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM TEKİN