植入式医疗器械相对体外设备而言能够更加精确且方便地获得人体生理参数的相关数据,因此,植入式医疗器械在医疗诊断、监测和治疗领域中的应用受到了越来越多的关注。植入式天线是植入式医疗器械进行无线通信的关键器件,用以实现将医疗传感器采集到的生理医学数据用无线方式传输到体外接收设备。由于植入式天线的特殊工作环境,对天线尺寸的缩小、抗干扰能力的提高、使用寿命的延长等提出了新的挑战。本论文是由国家自然科学基金(61372008)、广东省科技计划项目(2014A010103014,2015B010101006)等项目资助,主要研究应用于植入式医疗器械中的差分分形天线。本研究课题主要工作内容有:植入式天线的特殊工作环境要求我们在一开始设计天线时就应当将人体的影响考虑在内,为此本研究分别建立了结构较简单的人体模型和高精度的人体模型。(1)工作在MICS频段的差分分形植入式天线:差分馈电技术的采用使得天线能够直接的与植入式医疗器械中差分电路链接,提高了共模噪声的抑制能力。通过采用分形曲线、高介电常数基板等方式实现天线的小型化,尺寸为9.3×9.3×0.635 mm3。天线覆盖医疗与植入式通信服务(MICS)频段,带宽为67 MHz(374–441 MHz)。文中介绍了高精度人体建模过程并分析了天线远场增益和与人体安全相关的比吸收率(SAR)值。为了进一步降低植入式设备的功耗,延长其使用周期,本文在单频天线的基础上,通过改进与优化研究设计了一款植入式双频天线。(2)应用于植入式医疗器械中的差分分形双频天线:天线覆盖MICS频段和2.44GHz工业、科学和医疗(ISM)频段。天线的双频特性允许植入式设备进入睡眠模式以降低功耗,需要通信时可通过ISM频段发送唤醒信号使其进入工作模式。文中分析了天线工作原理,给出了定量研究天线噪声抑制能力的参数并分析了天线获得高噪声抑制能力的原理。研究了关键参数对天线性能的影响,分析了天线的辐射性能、SAR以及评估天线通信性能的链路预算等。对天线实物进行了制备,测量与仿真结果基本吻合,验证了理论设计的准确性。(3)差分植入式双频宽带分形天线:由于天线植入到不同电特性组织中时会产生频率偏移,为了提高植入式天线的鲁棒性,降低频偏对其性能的影响,本文通过实现临近双谐振频点来扩展天线的带宽。天线在MICS和ISM频段带宽分别为22.1%和41%。文中分析了天线的演化过程和天线的相关尺寸,增益,SAR等参数,并研究了天线的输入功率与最大通信速率的关系,给出了天线以所需通信速率工作时人体的温度分布。本研究表明,差分结构天线对提高系统集成度、抑制共模噪声以及降低功耗等方面有重要作用,分形结构在天线的小型化方面有明显的优势。差分分形天线的研究能够进一步的提高系统的集成度和噪声抑制能力,降低系统功耗,缩小天线的体积。