İn-vitro uygulamalar için 2.45 ghz mikroşerit implant anten tasarımı

Abstract

Günümüzde özellikle ülkemizin öncelikli alanları arasında bulunan sağlık sektöründeki gelişmeler, biyotelemetri sistemlerini de etkilemiş ve biyomedikal cihazların bu alandaki kullanımı önemli oranda artmıştır. Biyotelemetri, insan vücudundaki önemli parametrik değerlerin uzaktan takibini yaparak, doktorlara hastalıkların teşhis ve tedavisinde yardımcı olmayı hedeflemektedir. Biyotelemetriyi oluşturan önemli elemanlardan biri olan antenler, verilerin kablosuz olarak aktarılması ve ilgili sistemin minyatürizasyonunda etkin bir görev üstlenmektedir. Bu bağlamda, küçük boyutlu, biyouyumlu malzemelerle tasarlanan medikal standartlarla belirlenmiş çıkış gücünde bulunan ve yerleştirildiği yakın dokularda istenmeyen ısıl etkiler oluşturmayan mikroşerit anten tasarımları biyomedikal cihaz sistemlerinde gerekmektedir. Bu tez çalışmasında in-vitro uygulamaları için kullanılabilecek özgün bir mikroşerit implant anten tasarımı önerilmiştir. Anten boyutu 30 mm*28 mm*1.59 mm olarak tasarlanmıştır. Tasarımında dielektrik sabiti 4.3, kayıp tanjantı 0.025 ve yüksekliği 1.52 mm olan FR4 taban malzemesi kullanılmıştır. İmplant antenin analizi CST Microwave Studio programında gerçeklenmiştir. İstenilen değerler elde edildikten sonra doku modeli oluşturularak deri doku içerisine implant anten yerleştirilmiştir. Tasarlanan mikroşerit implant antenin ISM bandında 2.45 GHz'de geri dönüş kaybı ve SAR değeri ölçülmüştür. Yapılan ölçümler sonucunda doku içi ve dışı sırasıyla geri dönüş kaybı -18 dB ve -33 dB, SAR değeri ise 153 W/kg olarak gözlemlenmiştir. Daha sonra antenin baskı devre teknolojisi ile gerçeklenmesi yapılıp, deri dokusunun özelliklerini gösteren bir fantom sıvı oluşturulmuş ve anten bu sıvı içine yerleştirilmiştir. Son olarak tasarımı yapılan antenin simülasyon ve deney sonuçları değerlendirilerek literatürdeki çalışmalarla karşılaştırılması yapılmıştır. Deri dokusu içerisindeki ölçüm sonuçlarının benzetim sonuçlarıyla oldukça uyumlu olduğu gözlemlenmiştir.

Today, especially the developments in the health sector, which is among the priority areas of our country, have also affected the biotelemetry systems and the use of biomedical devices in this area has increased significantly. Biotelemetry aims to support doctors in the diagnosis and treatment of diseases by remote monitoring of important parametric values in the human body. Antennas, one of the important elements of biotelemetry, take an active role in wireless transfer of data and miniaturization of the system. In this context, antennas designed with small, biocompatible materials are being developed. These antennas, which are frequently used in biomedical device systems, have an output power determined by medical standards and do not create unwanted thermal effects in the nearby tissues where they are placed.In this thesis study, a microstrip implant antenna that can be used in in-vitro applications was proposed. Antenna size was designed as 30 mm*28 mm* 1.59 mm. In the design, a FR4 substrate material was used whose permittivity is 4.3, loss tangent is 0.025 and height is 1.52 mm. The analysis of the implant antenna was simulated in the CST Microwave Studio program. After obtaining the desired performance, a tissue model was created and an implant antenna was placed in the skin tissue. Return loss and SAR value of the designed antenna were measured in the 2.45 GHz ISM band. As a result, return losses were observed as -18 dB and -33 dB and SAR was 153 W / kg inside and outside the tissue respectively. Then, the antenna was manufactured with PCB and a phantom liquid was created that provides the electromagnetic properties of the skin tissue and the antenna was placed in this liquid. Finally, the simulation and experiment results of the designed antenna were evaluated and compared with literature studies. It has been observed that the measurement results in the skin tissue are well aligned with the simulation results.