随着科技的发展,无线电子通信系统越来越多地应用于生物医学领域,包括人工耳蜗、神经信号记录系统、无线胶囊内窥镜(Wireless Capsule Endoscopes,WCE)系统、末梢神经微驱动系统等,这些医疗设备为疾病诊断、监测、治疗带来了新的选择。其中,WCE系统是一种集信息通讯、光电工程、生物医学及图像处理与一体的综合性系统,由众多的细小部件构成,包括摄像头、电池、天线等部件,其中用于图像数据发射的无线通讯天线,是系统的重要组成部分。与传统天线相比,其作用于人体环境内,应用环境具有很大复杂性及局限性。传统的天线由于尺寸大、带宽较窄、结构复杂已经不能满足WCE系统的要求,作用于该系统的天线正朝着小型化、多功能、宽频带、易共形等方向发展。为了满足作用于WCE系统天线的需求,本文提出了新型双臂螺旋天线结构,对天线的小型化、宽频带等特性进行了研究。主要包括以下几个部分的内容:首先,介绍了无线电子应用系统应用于生物医疗领域的发展趋势,重点介绍了国内外科研人员对WCE系统中天线部分的研究现状,并且对作用于该系统的不同种类的天线性能做出了比较分析。明确该系统中天线的结构及性能后引出所做的主要工作内容。其次,介绍了天线的工作原理及衡量一款天线电学性能的各种基本参数,包括方向函数、方向图、效率、增益、输入阻抗、极化、带宽和有效面积。介绍了螺旋天线的基本结构,和不同条件下的工作模式,重点分析了螺旋天线在法向模辐射工作模式下的极化和辐射特性。接着,设计了两款胶囊天线。一款四层圆形螺旋贴片构成的双臂螺旋天线,其工作频率为2.4GHz,贴片直径为11mm,厚度仅为1.1mm,带宽达到了2.5GHz左右,采用高介电常数为10.2的Rogers RO3010材料作为衬底,很好地实现了天线的小型化。一款采用聚酰亚胺(polyimide,PI)作为衬底的柔性双臂螺旋天线,螺旋直径11mm,高度11.8mm,安装于胶囊内壁上,容易共形,充分利用了系统空间,是一款超宽带天线,研究了螺旋臂的宽度和长度对天线回波损耗以及谐振频率的影响。最后,对所设计的两款双臂螺旋胶囊天线进行加工制造,通过天线实物测试,对其电学性能进行分析。