阅读说明：本技术 一种用于膝部理疗的穿戴式微波天线 (Wearable microwave antenna for knee physiotherapy ) 是由 黄学芳 杨斌 孙良俊 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于膝部理疗的穿戴式微波天线,属于医疗器械技术领域,包括粘扣护膝,柔性微波天线,微波接头,其中：粘扣护膝采用OK布整体裁剪而成,裁剪的三条固定带内表面缝制有魔鬼粘,可贴合在膝部四周,所述粘扣护膝内侧设有可放置柔性微波天线的内衬,外侧缝制有放置微波接头的车缝母座；所述柔性微波天线采用高介电常数的柔性材料线路板,采用微带贴片双振子组振,振子之间连接采用串馈的方式,通过同轴电缆线与微波接头相连。本发明采用2.45GHz柔性微波天线的设计,能与膝部进行较好的贴合,患者的膝关节可得到全方位的均匀辐射治疗。(The invention relates to a wearable microwave antenna for knee physiotherapy, which belongs to the technical field of medical instruments and comprises a sticky buckle kneepad, a flexible microwave antenna and a microwave connector, wherein: the sticky buckle kneepad is formed by integrally cutting OK cloth, the inner surfaces of three cut fixing bands are sewn with magic stickers which can be attached to the periphery of knees, the inner side of the sticky buckle kneepad is provided with a lining capable of placing a flexible microwave antenna, and the outer side of the sticky buckle kneepad is sewn with a sewing female seat for placing a microwave connector; the flexible microwave antenna adopts a flexible material circuit board with high dielectric constant, adopts microstrip patch dual-vibrator group vibration, adopts a series-feed mode for connection between vibrators, and is connected with a microwave connector through a coaxial cable. The invention adopts the design of a 2.45GHz flexible microwave antenna, can be well attached to the knee, and can realize the omnibearing uniform radiation treatment on the knee joint of a patient.)

一种用于膝部理疗的穿戴式微波天线

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种用于膝部理疗的穿戴式微波天线。

背景技术

随着社会科技的迅猛发展，日新月异的科学技术不断产生和更新换代，越来越多的设备运用在了人体健康上。可穿戴医疗健康设备也是人类医疗健康领域的新的革新，从理论和概念上，逐步的转变为真正的产品。

膝关节是人体最大、最复杂、所受作用力最强的运动关节，随着人口老年化及人们生活方式改变，膝关节伤病的发生率呈逐年上升趋势，其发病率及发病种类在关节病中居于首位。临床中，现常采用理疗方法、药物治疗等来缓解关节及骨科术后引起的疼痛。药物治疗往往会给病人生理上带来许多的副作用，造成病人更多的不适，各种理疗仪器虽然能缓解一些，但也不能达到理想的效果，有时反而还会造成膝部肿胀加重，内部出血等不适症状。通过临床对比，微波直接照射患者膝部关节疾病，其产生的离子热效应能使切口组织温度升高，不但不会灼伤组织，反而会促进血液循环和增加血管通透性，有利于吞噬细胞进行吞噬作用，同时刺激细胞组织修复和再生，达到消肿止痛及快速康复的效果，因微波穿透力极强，所以无需解开敷料即可直接进行照射，临床证明微波治疗仪对患者的膝部有着较好的疗效，能让患者更好的在康复期进行功能锻炼，早日回归社会。

天线作为微波治疗仪信号发送和接收的终端，在可穿戴设备中起到关键作用。人体本身是一个巨大介质，自身具有非均匀的介电常数，与天线结合时会对天线性能产生较大影响，人体各种组织和器官的电阻率也各不相同，电阻抗也不同，因此，可穿戴天线置于人体表面时，电磁波与人体会相互影响。人体包含多种多样的组织，且每一种组织都具有不同的电特性。人体组织的电特性随着组织类型（如皮肤、骨骼、血液、肌肉和脂肪等）以及频率的变化而变化。因此，柔性天线与人体的最佳结合方案，需要准确地理解和分析人体组织的电特性，为不同的人体组织设计适合的天线。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于膝部理疗的穿戴式微波天线，2.45GHz柔性微波天线的设计，能与膝部进行较好的贴合，患者的膝关节可得到全方位的均匀辐射治疗。

为实现上述目的，按照本发明提供的技术方案，所述一种用于膝部理疗的穿戴式微波天线，包括粘扣护膝，柔性微波天线，微波接头，其中：粘扣护膝采用OK布整体裁剪而成，裁剪的三条固定带内表面缝制有魔鬼粘，可贴合在膝部四周，所述粘扣护膝内侧设有可放置柔性微波天线的内衬，外侧缝制有放置微波接头的车缝母座；所述柔性微波天线采用高介电常数的柔性材料线路板，采用微带贴片双振子组振，振子之间连接采用串馈的方式，通过同轴电缆线与微波接头相连。

所述柔性微波天线是一个微带线馈电的矩形微带天线，由辐射贴片、接地板、介质基板和馈电线四个部分组成。

所述的辐射贴片采用50Ω等幅同向馈电方式，由两个振子组成，辐射贴片尺寸为axb，即64x35mm，矩形微带天线的辐射主要由a边与接地板之间的窄缝隙产生，这两条边被称为辐射边，辐射边的尺寸影响着微带天线的方向性函数、辐射电阻及输入阻抗，从而也就影响着频带宽度和辐射效率，微带天线贴片b长度近似为λ _g/2，λ _g为介质内波长。a边尺寸长度可由下式算得：

其中c是光速，ƒ_r是谐振频率，ε _r为介质材基板的介电常数，由上式可知a总是取小于λ ₀/2的值。

所述接地板采用完整的金属平面，与微波入射传输的同轴电缆外导体相连，接地板的尺寸尽可能小，为了减小天线重量及安装面积，沿辐射各边向外延伸λ _g/10的长度，由于接地板的存在，天线主要向上半空间辐射；

所述介质基板采用高介电常数ε _r的柔性材料以便于与载体共形，介质厚度≤3mm，介质基板有效介电常数为εe；

由上式可知ε _r与边长的长度直接相关。

所述馈电线连接两个辐射贴片，在两个辐射贴片之间与形成阻抗变换器，形成了一个周期性的共面波导馈电设计，增大了天线整体的面积尺寸，馈电线的宽度为3mm-5mm；

进一步地，所述柔性微波天线在信号输入端口设置有10x15mm大小的耦合块，耦合块与输入馈电线缝隙小于1mm，耦合块与矩形辐射贴片振子缝隙小于1mm；

进一步地，所述微波接头内芯与同轴电缆内导体相连，微波接头外部与同轴电缆外导体相连；所述同轴电缆的内导体连接到输入馈电线端，同轴电缆外导体连接到所述接地板。

相较与现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的可穿戴柔性微波天线根据膝部组织特性设计，结合护膝，有利于更好的贴合人体，能较大程度地满足穿戴者的舒适度。

2、本发明选择具有高介电常数的柔性线路板，提高可穿戴天线效率，降低了天线辐射带来的损耗，使整个膝关节都可以进行理疗。

附图说明

图1为本发明的穿戴式微波天线整体示意图。

图2为本发明的穿戴式微波天线整体展开正面示意图。

图3为本发明的穿戴式微波天线整体展开背面示意图。

图4为本发明的柔性微波天线辐射贴片面结构示意图。

图5为本发明的柔性微波天线接地板面结构示意图。

图6为本发明的柔性微波天线辐射增益方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

如图1、图2、图3所示，所述一种用于膝部理疗的穿戴式微波天线，包括粘扣护膝1，柔性微波天线3，微波接头3，其中：粘扣护膝1采用OK布整体裁剪而成，裁剪的三条固定带内表面缝制有魔鬼粘4，可贴合在膝部四周，所述粘扣护膝内侧设有可放置柔性微波天线的内衬5，外侧缝制有放置微波接头的车缝母座2；所述柔性微波天线3采用高介电常数的柔性材料线路板，采用微带贴片双振子组振，振子之间连接采用串馈的方式，通过同轴电缆线6与微波接头2相连。

如图4、图5所示，所述柔性微波天线3是一个微带线馈电的矩形微带天线，由辐射贴片7、接地板8、介质基板9和馈电线10四个部分组成，柔性微波天线3利用馈电线和同轴电缆馈电，在辐射贴片7与接地板8直接激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板8之间的缝隙向外辐射。

所述的辐射贴片7由两个振子组成，辐射贴片尺寸为axb，即64x35mm，矩形微带天线的辐射主要由a边与接地板之间的窄缝隙产生，这两条边被称为辐射边，辐射边的尺寸影响着微带天线的方向性函数、辐射电阻及输入阻抗，从而也就影响着频带宽度和辐射效率，微带天线贴片b长度近似为λ _g/2，λ _g为介质内波长。

所述接地板8采用完整的金属平面，与微波入射传输的同轴电缆6外导体相连，接地板8的尺寸尽可能小，为了减小天线重量及安装面积，沿辐射各边向外延伸λ _g/10的长度，射频电磁场通过辐射贴片和地板之间的激励产生，由于接地板的存在，天线主要向上半空间辐射；

所述介质基板9采用高介电常数ε _r的柔性材料以便于与载体共形，介质厚度≤3mm，介质基板有效介电常数为εe，作为微带天线设计的第一步就是要选定介质基板9并确定其厚度，这是因为介质板材料的ε _r和其厚度直接影响着微带天线的一系列性能指标；

所述馈电线10连接两个辐射贴片7，在两个辐射贴片之间与形成阻抗变换器，馈电线10的宽度为3mm-5mm，通过调节共面波导的辐射贴片和馈电线之间的槽宽，就能调节共面波导端口阻抗特性，更容易达到输入端口匹配，通过这种设计，可以实现高阻抗特性，抑制表面波传播；

所述柔性微波天线3在信号输入端口设置有10x15mm大小的耦合块11，耦合块11与输入馈电线12缝隙小于1mm，耦合块11与辐射贴片7缝隙小于1mm；

所述微波接头2内芯与同轴电缆6内导体相连，微波接头2外部与同轴电缆6外导体相连；所述同轴电缆6的内导体连接到输入馈电线12端，同轴电缆6外导体连接到所述接地板8。

如图6所示，在中心频率为2.45GHz上，天线增益最大为8.1dB，因采用接地板共面波导，天线的前向辐射较大，后向辐射基本没有，把天线置于人体表面，不会对人体产生较大的辐射，不会对使用者健康造成影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明专利的保护范围以所附权利要求为准。