28、物联网与生物传感器天线在医疗应用中的探索

物联网与生物传感器天线在医疗应用中的探索

1. 生物传感器天线设计与模拟

在生物传感器天线的研究中，采用了CST Microwave Studio进行设计和模拟，以FR - 4作为基板材料。模拟结果显示，该天线在5.2 GHz处精确谐振，S11约为 - 40 dB。这一结果为后续的生物样本检测提供了稳定的基础频率。

为了进一步探究天线在不同生物样本下的性能，对脂肪、骨骼、血液和肌肉等常见生物样本进行了模拟。通过绘制频率响应特性图，可以清晰地观察到回波损耗的变化以及谐振频率点的偏移。这种变化是由于生物样本的有效介电常数不同导致的，不同生物样本的介电特性差异使得天线的响应也各不相同。以下是不同生物样本的介电特性表：
| 样本类型 | 密度 (kg/m³) | 相对介电常数 (ε/ε0) | 损耗角正切 tan δ | 电导率 (S/m) |
| — | — | — | — | — |
| 脂肪 | 909.4 | 5.24 | 0.147 | 0.119 |
| 骨骼 | 1750 | 11.18 | 0.266 | 0.46 |
| 血液 | 1060 | 57.7 | 0.318 | 2.858 |
| 肌肉 | 1059.9 | 52.31 | 0.244 | 1.981 |

2. 生物传感器天线性能分析

除了频率响应特性，还对电压驻波比（VSWR）、辐射方向图和实现增益等性能指标进行了研究。不同生物样本下的VSWR特性变化，同样是由于样本性质的不同引起的。在5.2 GHz频率下，对不同生物样本的天线实现增益进行了测量，结果如下表所示：
| 生物样本 | 最大实现增益 (dBi) |