Biyotelemetri uygulamaları için çoklu bant implant anten tasarımı

Abstract

Biyotelemetri sistemleri kullanarak çeşitli hastalıkların teşhis ve takibi yapılabilmekte, hasta yaşam kalitesi artırılabilmektedir. Bu sistemlerden bazıları; nabız atış hızı, kan şeker oranın, vücut sıcaklığı, insülin enjekte edilmesi ve endosopi uygulamaları olarak sayılabilir. Telemetri sistemi ile elde edilen veriler implant mikroşerit antenler ile dış dünyaya aktarılmaktadır. Bu işlem ise FCC (Federal Communications Commission) tarafından tahsis edilen MedRadio (401–406 MHz) frekans bandı ile yapılmaktadır. Ancak tek bant kullanımı aynı anda birçok ölçüm yapmayı ve bu ölçüm verilerini iletmeyi mümkün kılamamaktadır. Bunun için çok bantlı antenlere ihtiyaç duyulabilmektedir. Bu kapsamda, bu tez çalışmasında biyotelemetri uygulamalarında kullanılabilecek özelliklerde kompakt yapılı ve çok bantlı performans sergileyebilen implant anten tasarımları geliştirilmiştir. Önerilen antenler kare ve yarım dairesel simetriye sahiptir ve kare yapılı anten mikroşerit hat besleme tekniği ile, dairesel yapılı anten ise koaksiyel (prob) besleme tekniği ile uyarılmaktadırlar. Çoklu frekans bandı performansının elde edilebilmesi için antenlerin ana ışıma elemanı eş merkezli iç içe kıvrımlı yama yapılarından oluşturulmuştur. Söz konusu kıvrımlı yapıların her bir birer rezonatör gibi davranarak çoklu frekans bandının elde edilmesini sağlamıştır. Diğer taraftan iç içe oluşturulması sayesinde antenin fiziksel boyutu da sınırlandırılarak kompakt konfigürasyonlar elde edilebilmiştir. Kayıplı ve dağıtıcı vücut içi koşullar nedeniyle hayli düşük seviyedeki anten kazancının iyileştirilmesi için ise kare yapılı antenin ana ışıma elemanı üzerinde meta-malzeme yapılarını temel alan periyodik bir katman ayrıca geliştirilmiştir. Sayısal tasarımları sonlu eleman metodunu temel alan Ansoft HFSS aracılığıyla gerçekleştirilen antenlerin test ve karakterizasyonları için prototip üretimleri de gerçeklenmiştir. Bu kapsamda, prototip antenler, ilgili frekanslarda insan deri dokusu özelliği gösteren sıvı fantonlar içerisinde (In-vitro) ve ticari olarak temin edilen domuz kıyması içerisinde ayrı ayrı test edilmişlerdir. Antenlerin HFSS ile elde edilen ve ölçülen geri dönüş kaybı ve ışıma örüntüleri karakteristikleri oldukça uyumludur. Sonuç olarak bu tez çalışmasında özgün olarak geliştirilmiş olan çoklu bant implant antenlerin uluslararası standartlarca biyotelemetri uygulamaları için tahsis edilmiş olan MICS, MedRadio, WMTS frekans bantları ile frekans tahsisi gerektirmeyen ISM bantlarını eş zamanlı olarak kapsamasının yanında kompakt yapıda olması ve kabul edilebilir ışıma örüntüsü/kazanç karakteristikleri sergilemektedir. Bu nedenle önerilen antenlerin çoklu bant biyotelemetri sistemleri için önemli bir alternatif olmalarının yanında literatüre etki faktörü yüksek bir çıktı yaratacağı değerlendirilmektedir.