Modelado de una antena compacta, implantable y de doble banda para aplicaciones biomédicas
Autores: Bahrouni, Majdi; Houzet, Gregory; Vuong, Tan Phu; Mendes, Paulo M.; Dinis, Hugo; Silva, Rui; Trabelsi, Hichem
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelado de una antena compacta, implantable y de doble banda para aplicaciones biomédicas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Diseños de antenas
Dispositivos implantables
Criterios
Características
Fantasmas biológicos
Fantasmas sintéticos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 44
Citaciones: Sin citaciones
Diversos diseños de antenas implantables existen para establecer comunicación con dispositivos implantables dependiendo del dominio de uso y del espacio de implantación. Debido a su naturaleza y propósitos, estas antenas tienen muchos criterios impuestos en varias características, como ancho de banda, comportamiento multibanda, patrón de radiación, ganancia y tasa específica de absorción (SAR). Esto presenta un desafío cuando se trata de lograr resultados satisfactorios sin un compromiso importante en alguno de estos parámetros cruciales. Además, muchos de los diseños existentes no siguen un enfoque específico para obtener resultados. Medir diferentes parámetros de tales estructuras fabricadas requiere condiciones especiales y entornos especiales que imitan los tejidos donde se supone que deben colocarse. Para tales problemas, se emplea ampliamente el uso de fantasmas biológicos o sintéticos para validar lo obtenido en la simulación, y existen una multitud de fórmulas para la creación de tales fantasmas, cada una con sus ventajas y desventajas. En este documento, se diseña una estructura de doble banda en miniatura derivada de la primera iteración de la estructura fractal de Koch para operar 2 mm debajo de la piel en el brazo del cuerpo humano, con las bandas MICS (Sistema de Comunicación de Implantes Médicos) y ISM (Industrial, Científico, Médico) de 2.4 GHz. Los propósitos del diseño son derivar estructuras de formas comúnmente utilizadas con cierto comportamiento mientras se mantiene la miniaturización, y diseñar fácilmente antenas implantables de doble banda. Se utiliza más de una banda para diversificar usos, ya que bandas como la banda MICS están principalmente dedicadas a la telemetría. La estructura se caracteriza no solo por su bajo perfil en comparación con varias estructuras encontradas en la literatura con dimensiones de 17.2 x 14.8 x 0.254 mm, sino también por su facilidad de diseño, cambio independiente de frecuencias resonantes, y la ausencia de la necesidad de un circuito de coincidencia y un pin de cortocircuito (vía) para la miniaturización. Exhibe un rendimiento satisfactorio: anchos de banda de 23 MHz en la banda MICS y 190 y 70 MHz en las cercanías de la banda ISM de 2.4 GHz, y una ganancia medida en esta última banda de -18.66 y -17 dBi en los patrones de radiación de azimut y elevación, respectivamente. Para validar las propiedades de la antena en un entorno que imita la piel, se exploraron y compararon dos fórmulas de fantasmas simples encontradas en la literatura para identificar la mejor opción en términos de precisión y facilidad de fabricación.
Descripción
Diversos diseños de antenas implantables existen para establecer comunicación con dispositivos implantables dependiendo del dominio de uso y del espacio de implantación. Debido a su naturaleza y propósitos, estas antenas tienen muchos criterios impuestos en varias características, como ancho de banda, comportamiento multibanda, patrón de radiación, ganancia y tasa específica de absorción (SAR). Esto presenta un desafío cuando se trata de lograr resultados satisfactorios sin un compromiso importante en alguno de estos parámetros cruciales. Además, muchos de los diseños existentes no siguen un enfoque específico para obtener resultados. Medir diferentes parámetros de tales estructuras fabricadas requiere condiciones especiales y entornos especiales que imitan los tejidos donde se supone que deben colocarse. Para tales problemas, se emplea ampliamente el uso de fantasmas biológicos o sintéticos para validar lo obtenido en la simulación, y existen una multitud de fórmulas para la creación de tales fantasmas, cada una con sus ventajas y desventajas. En este documento, se diseña una estructura de doble banda en miniatura derivada de la primera iteración de la estructura fractal de Koch para operar 2 mm debajo de la piel en el brazo del cuerpo humano, con las bandas MICS (Sistema de Comunicación de Implantes Médicos) y ISM (Industrial, Científico, Médico) de 2.4 GHz. Los propósitos del diseño son derivar estructuras de formas comúnmente utilizadas con cierto comportamiento mientras se mantiene la miniaturización, y diseñar fácilmente antenas implantables de doble banda. Se utiliza más de una banda para diversificar usos, ya que bandas como la banda MICS están principalmente dedicadas a la telemetría. La estructura se caracteriza no solo por su bajo perfil en comparación con varias estructuras encontradas en la literatura con dimensiones de 17.2 x 14.8 x 0.254 mm, sino también por su facilidad de diseño, cambio independiente de frecuencias resonantes, y la ausencia de la necesidad de un circuito de coincidencia y un pin de cortocircuito (vía) para la miniaturización. Exhibe un rendimiento satisfactorio: anchos de banda de 23 MHz en la banda MICS y 190 y 70 MHz en las cercanías de la banda ISM de 2.4 GHz, y una ganancia medida en esta última banda de -18.66 y -17 dBi en los patrones de radiación de azimut y elevación, respectivamente. Para validar las propiedades de la antena en un entorno que imita la piel, se exploraron y compararon dos fórmulas de fantasmas simples encontradas en la literatura para identificar la mejor opción en términos de precisión y facilidad de fabricación.