عنوان پایان‌نامه
تحلیل و طراحی آنتن قابل کاشت در بدن ، بدست آوردن و بهبود مشخصات آن
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-میدان
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2416;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65391
- تاریخ دفاع
- ۲۸ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- سهیل هاشمی
- استاد راهنما
- جلیل اقا راشدمحصل
- چکیده
- در این پایان نامه به بررسی آنتن های قابل کاشت در بدن می پردازیم. کاربرد، انواع آنتن، محیط کار، روش اندازه گیری مشخصات الکترومغناطیسی بدن و فرکانس های کاری آن ها را معرفی می کنیم. سپس روش های کوچک سازی این آنتن ها را به منظور طراحی آنتن مورد بررسی قرار می دهیم. در این پروژه از مدل سه لایه پوست،چربی و عضله برای طراحی آنتن استفاده شده است. هدف پایان نامه طراحی آنتن قابل کاشت در بدن با سه باند فرکانسی با پهنای باند مناسب در اندازه کوچک می باشد. در کارهای گذشته آنتن ها به صورت دو باند فرکانسی در فرکانس های MHz400 و GHz2.4 بود اما با توجه به نیاز به سرعت بیشتر در بعضی کاربرد ها و معرفی باند جدید کاری دستگاه های مخابراتی، در این جا قصد بر طراحی آنتن با سه باند فرکانسی با باند سوم GHz5.6 می باشد. سعی بر افزایش پهنای باند فرکانسی بوده تا تغییر فرکانس مرکزی تشدید، به دلیل تغییر مشخصات الکترومغناطیسی بافت های بدن در شرایط مختلف، اثر مخربی بر مخابره ی اطلاعات در باند مورد نظر نداشته باشد. در این پایان نامه سه طراحی آنتن با زیرلایه های Rogers 3210 و3003 به صورت سه باند معرفی شده است، و برای معتبر سازی طراحی ها با توجه به امکانات ساخت، مدل سوم برای تست آنتن انتخاب و ساخته شد برای تست آنتن از فانتوم مایع معادل با بافت متشکل از پروپانول، بوتانول، آب و نمک استفاده شد و آنتن در آن تست شد. سرانجام یک ساختار تکرار شونده قابل استفاده در زیرلایه برای کاهش ابعاد آنتن معرفی شد و برای طراحی آنتن نوع دوم استفاده شد. آنتن ها به صورت سه باند طراحی شد که در زیر مشخصات را بررسی می کنیم، اولین آنتن با استفاده از طرح فرکتال نوع اول طراحی شد که در ابعاد cm1×cm1×mm1.4 می باشد در این آنتن از زیرلایه Rogers 3210 استفاده شده است. این آنتن در باندهای MHz400، GHz2.4 و GHz5.6 با مرز قطع dB10 در پارامتر s11 به ترتیب دارای 53، 90 و 300 MHz پهنای باند می باشد. طرح اولیه آنتن دوم برای اولین بار در این پایان نامه معرفی شده است که می توان آن را آنتن شانه ای نام گذاشت این آنتن در ابعاد cm1.2×cm1.2×mm1.4 می باشد برای طراحی این آنتن از زیرلایه Rogers 3210 استفاده شده است. این آنتن در باندهای MHz400، GHz2.4 و GHz5.6 با مرز قطع dB10 در پارامتر s11 به ترتیب دارای 120، 320 و 1200 MHz پهنای باند می باشد که بهترین پهنای باند را نسبت به مابقی طراحی ها دارد. در طراحی آنتن سوم از روش آنتن پیچ و خم دار برای کاهش ابعاد استفاده شده است. این آنتن در ابعاد cm1×cm1.725×mm3.54 می باشد در این آنتن از زیرلایه Rogers 3003 استفاده شده است. آنتن سوم در باندهای MHz400، GHz2.4 و GHz5.6 با مرز قطع dB10 در پارامتر s11 به ترتیب دارای 53، 237 و 350 MHz پهنای باند فرکانسی می باشد. در طرح بعدی، برای استفاده از ساختار تکرار شونده در زیرلایه از مدل آنتن شانه ای به صورت دو باند در باندهای MHz400، GHz2.4 برای کاهش ابعاد استفاده شد این آنتن در ابعاد cm0.945×cm0.905×mm1.4 طراحی شد که نسبت به حالت بدون ساختار تکرار شونده آن حدود 40 درصد کاهش اندازه داریم این آنتن در باندهای MHz400 و GHz2.4 با مرز قطع dB10 در پارامتر s11 به ترتیب دارای 87 و 900 MHz پهنای باند فرکانسی می باشد.
- Abstract
- In this thesis implantable antennas and their applications are investigated, Different types of antennas, environment, frequencies, electromagnetic characteristics and measurement methods are introduced. Furthermore; antenna minimization methods are reviewed to design antennas in appropriate sizes. In this essay we use three layer structures including skin, fat and muscle to design implantable antennas. Our goal is to design triple band implantable antennas with sufficient bandwidths and appropriate size. In recent investigations, antennas were designed in two frequency bands which are 400MHz and 2.4GHz offered by ISM. The need of high speed in some applications, made us to propose triple band antennas. The third band is the new Wi-Fi band between 5 to 6GHz. We intend to design triple band antennas in 400MHz, 2.4GHz and 5.6GHz with sufficient bandwidths; therefore, the electromagnetic characteristic changes of tissue in different situations and the respective resonant frequency shifts sould not disturb the data transmission. In our work, we used Rogers 3003 and 3210 substrates to design three triple band antennas . As for the fabrication limitations we selected the third design to test and validate our simulations. The liquid phantom was selected for the tests which includes propanol, butanol, purified water and salt. As for the specifications, the antennas have three bands in 400MHz, 2.4 GHz and 5.6 GHz. The first antenna was fractal type with dimensions of 1.4mm×1cm×1cm. We used 3210 Rogers as a substrate. This antenna has 53, 90 and 300 MHz bandwidths in three resonant frequencies respectively. The second antenna, proposed for the first time, is so called comb antenna. The 3210 Rogers substrate was chosen and we obtained 120, 320 and 1200 MHz bandwidths at resonant frequencies. The antenna dimensions are 1.4mm×1.2cm×1.2cm. This antenna has the best bandwidth among others. The third antenna was designed based on a three folded meander structure and had dimensions of 3.04mm×1cm×1.725cm. The 3003 Rogers was chosen as the substrate, this antenna has 53, 237 and 350 MHz bandwidth at its resonant frequencies. Finally, we used a periodic structure in substrate to reduce the size of a dualband antenna. The comb antenna was chosen to design dualbands, centered at 400MHz and 2.4 GHz. The antenna dimensions were 1.4mm×0.905cm×0.945cm and is 40% reduced in size from the antenna without the periodic structure. The periodic structure is formed from parallel PEC planes and the antenna has 87MHz and 900MHz bandwidths at 400MHz and 2.4GHz center frequencies respectively.
