Published April 13, 2023 | Version v1
Publication Open

Single-fed broadband CPW-fed circularly polarized implantable antenna for sensing medical applications

Creators

  • 1. Government College University, Faisalabad
  • 2. Universidad Carlos III de Madrid
  • 3. Auckland University of Technology
  • 4. Technical University of Malaysia Malacca
  • 5. United Arab Emirates University

Description

Biomedical telemetry relies heavily on implantable antennas. Due to this, we have designed and tested a compact, a circularly polarized, a low-profile biomedical implantable antenna that operate in the 2.45 GHz ISM band. In order to keep the antenna compact, modified co-planar waveguide (CPW) technology is used. Slotted rectangular patch with one 45-degree angle slot and truncated little patch on the left end of the ground plane generate a frequency-range antenna with circular polarization. Using a 0.25-millimeter-thick Roger Duroid-RT5880 substrate with a thickness of εr = 2.2, tanδ = 0.0009 provides flexibility. The volume of the antenna is 21 mm x 13.5 mm x 0.254 mm (0.25λg × 0.16λg × 0.003λg). The antenna covers 2.35-2.55 GHz (200 MHz) in free space and 1.63-1.17 GHz (1.17 GHz) in epidermal tissue. With skin tissue that has more bandwidth, the (x and y)-axis bends of the antenna are also simulated via the simulation. Bended antenna simulations and measurements show excellent agreement. At 2.45 GHz, the skin-like gel had -10dB impedance and 3dB axial ratio (AR) bandwidths of 47.7 and 53.8%, respectively. The ultimate result is that the SAR values are 0.78 W/kg in skin over 1 g of bulk tissue, as determined by simulations. The suggested SAR values are lower than the FCC's maximum allowable limit (FCC). This antenna is small enough to be implanted in the body, making it perfect for biomedical applications.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعتمد القياس عن بعد الطبي الحيوي بشكل كبير على الهوائيات القابلة للزرع. ونتيجة لذلك، قمنا بتصميم واختبار هوائي مدمج مستقطب بشكل دائري، وهو هوائي طبي حيوي قابل للزرع منخفض المستوى يعمل في نطاق 2.45 جيجاهرتز ISM. من أجل الحفاظ على الهوائي مضغوطًا، يتم استخدام تقنية دليل الموجة المشترك المعدل (CPW). رقعة مستطيلة مشقوقة مع فتحة زاوية واحدة بزاوية 45 درجة ورقعة صغيرة مقطوعة على الطرف الأيسر من المستوى الأرضي تولد هوائي نطاق التردد مع استقطاب دائري. باستخدام ركيزة Roger Duroid - RT5880 بسماكة 0.25 ملليمتر بسماكة εr = 2.2، يوفر tanδ = 0.0009 المرونة. حجم الهوائي 21 مم × 13.5 مم × 0.254 مم (0.25 λg × 0.16 λg × 0.003 λg). يغطي الهوائي 2.35-2.55 جيجاهرتز (200 ميجاهرتز) في المساحة الحرة و 1.63-1.17 جيجاهرتز (1.17 جيجاهرتز) في أنسجة البشرة. مع أنسجة الجلد التي لديها عرض نطاق ترددي أكبر، تتم محاكاة انحناءات المحور (x و y) للهوائي أيضًا عبر المحاكاة. تُظهر عمليات محاكاة وقياسات الهوائي المثني توافقًا ممتازًا. عند 2.45 جيجاهرتز، كان للهلام الشبيه بالجلد مقاومة -10 ديسيبل ونطاق ترددي محوري 3 ديسيبل (AR) بنسبة 47.7 و 53.8 ٪ على التوالي. والنتيجة النهائية هي أن قيم SAR هي 0.78 واط/كجم في الجلد على 1 غرام من الأنسجة السائبة، على النحو الذي تحدده المحاكاة. قيم SAR المقترحة أقل من الحد الأقصى المسموح به للجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC). هذا الهوائي صغير بما يكفي لزراعته في الجسم، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الطبية الحيوية.

Translated Description (French)

La télémétrie biomédicale repose fortement sur des antennes implantables. Pour cette raison, nous avons conçu et testé une antenne implantable biomédicale compacte, polarisée circulairement et à profil bas qui fonctionne dans la bande ISM de 2,45 GHz. Afin de garder l'antenne compacte, une technologie de guide d'onde coplanaire modifié (CPW) est utilisée. Un patch rectangulaire à fentes avec une fente à angle de 45 degrés et un petit patch tronqué à l'extrémité gauche du plan de masse génèrent une antenne à gamme de fréquences avec une polarisation circulaire. En utilisant un substrat Roger Duroid-RT5880 de 0,25 millimètre d'épaisseur avec une épaisseur de εr = 2,2, tanδ = 0,0009 offre de la flexibilité. Le volume de l'antenne est de 21 mm x 13,5 mm x 0,254 mm (0,25λg × 0,16λg × 0,003λg). L'antenne couvre 2,35-2,55 GHz (200 MHz) dans l'espace libre et 1,63-1,17 GHz (1,17 GHz) dans le tissu épidermique. Avec un tissu cutané qui a plus de bande passante, les courbes des axes (x et y) de l'antenne sont également simulées via la simulation. Les simulations et les mesures d'antennes courbées montrent un excellent accord. À 2,45 GHz, le gel semblable à la peau avait une impédance de -10 dB et des largeurs de bande de rapport axial (RA) de 3 dB de 47,7 et 53,8 %, respectivement. Le résultat final est que les valeurs de DAS sont de 0,78 W/kg dans la peau sur 1 g de tissu en vrac, comme déterminé par des simulations. Les valeurs de DAS suggérées sont inférieures à la limite maximale autorisée (FCC) de la FCC. Cette antenne est suffisamment petite pour être implantée dans le corps, ce qui la rend parfaite pour les applications biomédicales.

Translated Description (Spanish)

La telemetría biomédica se basa en gran medida en antenas implantables. Debido a esto, hemos diseñado y probado una antena biomédica implantable compacta, circularmente polarizada y de bajo perfil que opera en la banda ISM de 2,45 GHz. Para mantener la antena compacta, se utiliza la tecnología de guía de onda coplanar modificada (CPW). El parche rectangular ranurado con una ranura de ángulo de 45 grados y un pequeño parche truncado en el extremo izquierdo del plano de tierra genera una antena de rango de frecuencia con polarización circular. Utilizando un sustrato Roger Duroid-RT5880 de 0,25 milímetros de espesor con un espesor de εr = 2,2, tanδ = 0,0009 proporciona flexibilidad. El volumen de la antena es de 21 mm x 13,5 mm x 0,254 mm (0,25λg × 0,16λg × 0,003λg). La antena cubre 2,35-2,55 GHz (200 MHz) en el espacio libre y 1,63-1,17 GHz (1,17 GHz) en el tejido epidérmico. Con el tejido de la piel que tiene más ancho de banda, las curvas de los ejes (x e y) de la antena también se simulan a través de la simulación. Las simulaciones y mediciones de antenas dobladas muestran una excelente concordancia. A 2,45 GHz, el gel similar a la piel tenía una impedancia de -10 dB y anchos de banda de relación axial (AR) de 3 dB de 47,7 y 53,8%, respectivamente. El resultado final es que los valores de SAR son de 0,78 W/kg en la piel sobre 1 g de tejido a granel, según lo determinado por las simulaciones. Los valores SAR sugeridos son inferiores al límite máximo permitido (FCC) de la FCC. Esta antena es lo suficientemente pequeña como para ser implantada en el cuerpo, por lo que es perfecta para aplicaciones biomédicas.

Files

journal.pone.0280042&type=printable.pdf

Files (4.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:160ce7fa22e14b5f8ba47b1a5384fdfe
4.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
هوائي قابل للزرع مستقطب بشكل دائري عريض النطاق أحادي التغذية CPW لاستشعار التطبيقات الطبية
Translated title (French)
Antenne implantable à large bande à alimentation unique alimentée par CPW et polarisée circulairement pour la détection d'applications médicales
Translated title (Spanish)
Antena implantable de banda ancha CPW alimentada circularmente para aplicaciones médicas de detección

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4365444375
DOI
10.1371/journal.pone.0280042

Is supplement to
https://openalex.org/W4252801444 (Other)
https://openalex.org/W4236343628 (Other)
https://openalex.org/W3015374922 (Other)
https://openalex.org/W2589522260 (Other)
https://openalex.org/W2546089360 (Other)
https://openalex.org/W2256286382 (Other)
https://openalex.org/W2242860904 (Other)
https://openalex.org/W2183270782 (Other)
https://openalex.org/W2046440128 (Other)
https://openalex.org/W2043501559 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1958544998
  • https://openalex.org/W1974700683
  • https://openalex.org/W2040481361
  • https://openalex.org/W2147131164
  • https://openalex.org/W2179051424
  • https://openalex.org/W2231101543
  • https://openalex.org/W2321125562
  • https://openalex.org/W2355310739
  • https://openalex.org/W2416709089
  • https://openalex.org/W2770207239
  • https://openalex.org/W2783849889
  • https://openalex.org/W2909010133
  • https://openalex.org/W2911654317
  • https://openalex.org/W2924886063
  • https://openalex.org/W2944215175
  • https://openalex.org/W2961153014
  • https://openalex.org/W2978058099
  • https://openalex.org/W2991054987
  • https://openalex.org/W3014246485
  • https://openalex.org/W3020680672
  • https://openalex.org/W3021054396
  • https://openalex.org/W3036034707
  • https://openalex.org/W3047098494
  • https://openalex.org/W3049189549
  • https://openalex.org/W3092400572
  • https://openalex.org/W3133883328
  • https://openalex.org/W3192153381
  • https://openalex.org/W3216172300
  • https://openalex.org/W4205629138
  • https://openalex.org/W4206152430
  • https://openalex.org/W4214950883
  • https://openalex.org/W4220716973
  • https://openalex.org/W4283807167
  • https://openalex.org/W4285038506
  • https://openalex.org/W4285066004