Biyomedikal uygulamalar için implant edilebilen mikroşerit anten tasarımı ve üretimi

Abstract

Hastaların hareketlerini ve davranışlarını kısıtlamadan uzaktan radyo sinyalleriyle kontrollerini sağlayan biyomedikal telemetrinin önemi her geçen gün daha fazla artmaktadır. Biyomedikal telemetri sayesinde mikrodalga görüntüleme, kalp ritim bozuklukları, nabız düzeni, vücut ısısı, solunum hızı, kan şekeri, kandaki oksijen miktarı gibi bulgulara ulaşılabilmekte, kanser teşhis ve tedavisi yapılabilmektedir. Bu bağlamda, söz konusu uygulamalarda kullanılabilecek özelliklerde biyosensörlere ve vücut içine yerleştirilebilen implant antenlere olan ilgi artmıştır. Medical İmplant Communication Service (MICS) bandı biyomedikal uygulamalar için tahsis edilmiştir. Bu tezde biyomedikal telemetri için 153.35 mm3 (10.5 11.5 1.27 mm) anten boyutları ile minyatüre edilmiş implant edilebilen mikroşerit bir anten tanıtılıyor. Sunulan anten tasarımı 402-405 MHz'de MICS bandını ve 433-434 MHz, 2.45 GHz'de ise iki ISM (Industrial, Scientific and Medical) bandını kapsıyor. Antenin ışıma elemanı üç adet eş-merkezli kare yarık halka ve üç adet metalik yoldan oluşmaktadır. Ayrıca kısa devre pin en dıştaki yarık halka ile toprağı doğrudan birbirine bağlamaktadır. Anten Rogers 3010 taban malzemesi üzerine üretilmiştir. Aynı materyal üst katman malzemesi olarak da kullanılmıştır. Ayrıca toprak düzlemi antenin rezonans karakteristiğini artıran üç adet boşluk yapısı içerir. İmplant antenin tam dalga analizi zaman domeninde sonlu integral tekniğinden faydalanan CST Microwave Studio programı kullanılarak gerçekleştiriliyor. Simülasyon sırasında anten dielektrik özellikleri tamamen frekansa bağımlı olan tek katmanlı deri dokusu modeli içerisine yerleştirilmiştir. Bu tez kapsamında ayrıca sunulan antenin vücut dışı ölçümleri de yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar tatmin edicidir. Buna ek olarak tasarımdaki esnekliği göstermek için üç farklı boyutta anten tasarımı da bu tez içerisinde sunulmuştur. Sunulan optimum anten tasarımı MICS bandında yaklaşık olarak %42.1 ve ISM bandında ise %5.8 bant genişliği sunuyor. Maksimum anten kazançları sırasıyla −39 dB ve −22.9 dB'dir ve SAR değerleri sırasıyla 369 W/kg ve 396.4 W/kg'dır.