Yıl: 2022 Cilt: 37 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 2177 - 2191 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.848585 İndeks Tarihi: 29-07-2022

Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü

Öz:
Bu çalışmada, MICS-bandı (Medical Implant Communication Systems; 402-405 MHz) ve ISM-bandı (Industrial, Scientific and Medical; 2,4-2,48 GHz) tıbbi haberleşme uygulamaları için mikroşerit implant anten yapılarının sayısal analizleri ve tasarımları değerlendirilerek, önerilen çift bantlı implant antene ait benzetim ve ölçüm sonuçlarına yer verilmiştir. Çalışma kapsamında, öncelikle tıbbi uygulamalar için ayrılan çalışma bantları, implant anten ışıma geometrileri ve özgül soğurma oranı (SAR) sınırlamaları hakkında genel değerlendirmeler yapılmış ve bir implant anteninin sahip olması gereken özellikler sunulmuştur. Mikroşerit implant antenlerin laboratuvar ortamındaki ölçümlerinin yapılmasında kullanılan gerçek doku ve suni jel yöntemleri karşılaştırılarak avantaj ve dezavantajları da ayrıca tartışılmıştır. Son olarak, MICS/ISM bandı örnek bir implant antenin modelleme yaklaşımlarına, sayısal analiz ve ölçüm sonuçlarına yer verilmiştir. Benzetimler zamanda sonlu integral metodunu temel alan CST-MWS programı ile gerçekleştirilmiştir. RO3210 (r=10,2) dielektrik malzemesi kullanılarak üretilen implant antenin, literatürde önerilen MICS ve ISM bandı deri taklit sıvıları içindeki ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Ölçüm ve benzetim sonuçlarının, fabrikasyon ve ölçüm toleranslarından kaynaklı bir takım frekans kaymaları ve seviye farklılıkları dışında oldukça uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. MICS ve ISM bantlarında sahip olduğu sırasıyla %77’lik ve %15’lik bant genişlikleri, 10,6×10×1,27 mm3 ’lük minyatür boyutları ve uluslararası standartlarla uyumlu düşük SAR değerleri ile ölçülen anten, çift-bant implant haberleşme uygulamalarında kullanılmak üzere iyi bir alternatiftir.
Anahtar Kelime: Medikal implant haberleşme Mikroşerit antenler İmplant Antenker İn-vitro ölçüm

Numerical analysis, prototype implementation and in-vitro measurement of MICS/ISM band microstrip implant antennas for medical implant communication systems

Öz:
In this study, the numerical analysis and designs of microstrip implant antenna structures for MICS-band (Medical Implant Communication Systems band; 402-405 MHz) and ISM-band (Industrial, Scientific and Medical band; 2.4-2.48 GHz) medical communication applications are evaluated and simulation and measurement results of the proposed dual-band implant antenna are included. Within the scope of the study, first of all, general evaluations about operating bands allocated for medical applications, implant antennas with different radiation geometries, and specific absorption rate (SAR) were made and the features that an implant antenna should have, were presented. By comparing the real tissue and skinmimicking gel methods used to measure microstrip implant antennas in the laboratory environment, the pros and cons were also discussed. Finally, modeling approaches, numerical analysis and measurement results of an exemplary MICS/ISM-band implant antenna were given. Simulations have been carried out with the CST-MWS, which is based on the finite integral method in time domain. Measurements of the implant antenna, fabricated using RO3210 (r=10.2) dielectric material, in MICS and ISM band skin mimicking liquids proposed in the literature were performed. It has been observed that the measurement and simulation results are fairly compatible, except for some frequency shifts and level differences due to fabrication and measurement tolerances. The measured implant antenna with fractional bandwidths of 77% and 15% respectively in MICS and ISM bands, compact size of 10.6×10×1.27 mm3 and low SAR values compatible with international standards, is a good alternative that can be used in dual-band implant communication applications.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
0
0
0
  • 1. Hall P.S., Hao Y., Antennas and Propagation for BodyCentric Wireless Communications, 2nd ed., Artech House, Boston, 2012.
  • 2. Singh K., Biotelemetry: could technological developments assist healthcare in rural India, Rural and Remote Health Journal, 234 (5), 1-6, 2005.
  • 3. Medical Implant Communication Service (MICS) Federal Register. Rules and Regulations, 64.240: 69926-69934, 1999.
  • 4. European Radiocommunications Commission (ERC) Recommendation Relating to the Use of Short Range Devices. Conf. Eur. Postal. Telecomm. Admin., CEPT/ERC 70-03, Annex 12, 1997.
  • 5. European Telecommunications Standards Institute, RTSI EN 300 328.
  • 6. Uras E., Medikal uygulamalar için mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi ve tasarımı, Master Tezi, Kocaeli Üniversites, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, 2016.
  • 7. Uras E., Ucar M.H.B., Sondas A., A miniature implantable microstrip antenna design for dual-band biotelemetry operations, Computational Electromagnetics International Workshop (CEM), İzmir, Türkiye, 1-4 June 2015.
  • 8. Computer Simulation Technology AG. CST Studio Suite version 2018. [Online]. Available: https://www. 3ds.com/products-services/simulia/products/cst-studiosuite/, 2018.
  • 9. Topsakal E., Antennas for medical applications: ongoing research and future challenges, International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), Torino, Italy, 2009.
  • 10. Izdebski P.M., Rajagopalan H., Rahmat-Samii Y., Conformal ingestible capsule antenna: A novel chandelier meandered design, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 57 (4), 900-909, 2009.
  • 11. Yang L., Vyas R., Rida A., Pan J., Tentzeris M.M., Wearable RFID-enabled sensor nodes for biomedical applications, 2008 58th Electronic Components and Technology Conference, Lake Buena Vista, FL, ABD, 2008.
  • 12. Lee, J.-H., Human implantable arrhythmia monitoring sensor with wireless power and data transmission technique, Austin J Biosens & Bioelectron, 1 (2), 1008- 1014, 2015.
  • 13. Kwak S.I., Chang K., Yoon Y.J., Small spiral antenna for wideband capsule endoscope system, Electronics Letters, 42 (23), 1328-1329, 2006.
  • 14. Karacolak T., Hood A.Z., Topsakal E., Design of a dualband implantable antenna and development of skin mimicking gels for continuous glucose monitoring, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 56 (4), 1001-1008, 2008.
  • 15. Yilmaz T., Karacolak T., Topsakal E., Characterization and testing of a skin mimicking material for implantable antennas operation at ISM band (2.4 GHz–2.48 GHz), IEEE Antennas Wireless Propag Lett., 7, 418-420, 2008.
  • 16. Basir A., Bouazizi A., Zada M., Iqbal A., Ullah S., Naeem U., A dual-band implantable antenna with wideband characteristics at MICS and ISM bands, Microw Opt Technol Lett, 60, 2944-2949, 2018.
  • 17. Usluer M., Cetindere B., Basaran S.C., Compact implantable antenna design for MICS and ISM band biotelemetry applications, Microw Opt Technol Lett., 62, 1581-1587, 2020.
  • 18. Sondas A., Ucar M.H.B., An implantable microstrip antenna design for MICS-band biomedical applications, Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences, 24 (4), 2267-2273, 2016.
  • 19. Duan Z., Guo Y., Je M., Xue R., Je M., Kwong D., Differentially Fed Dual-Band Implantable Antenna for Biomedical Applications, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 60 (12), 5587-5595, 2012.
  • 20. Yeap K., Voon C., Hiraguri T., Nisar H.A., A compact dual-band implantable antenna for medical telemetry, Microw Opt Technol Lett, 61, 2105-2109, 2019.
  • 21. Wu, Q.-H., Xuan, X.-W., Wang, W., Li, K., Zhao, H.- B., A miniaturized implantable planar inverted-F antenna for biotelemetry applications at 2.45 GHz industrial, scientific, and medical band, Microw Opt Technol Lett., 62, 391-396, 2020.
  • 22. Ucar M.H.B., Complementary SRR-based reflector to enhance microstrip antenna performance. The Applied Computational Electromagnetics Society Journal (ACES), 36 (6), 779-789, 2021.
  • 23. Bodur H., Çimen S., Single layer reflectarray antenna design with variable size patches for X-band applications, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (4), 1861-1870, 2019.
  • 24. Kocakaya A., Çakır G., Çimen S., Polarization and angle independent ultra-wideband frequency selective surface design, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (1), 287-296, 2019.
  • 25. Ozgonul M.C., Seçmen M., Size-reduced printed logperiodic dipole antenna for wireless communication applications, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (3), 1631-1646, 2020.
APA Ucar M, Uras E (2022). Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü. , 2177 - 2191. 10.17341/gazimmfd.848585
Chicago Ucar Mustafa Hikmet Bilgehan,Uras Erdem Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü. (2022): 2177 - 2191. 10.17341/gazimmfd.848585
MLA Ucar Mustafa Hikmet Bilgehan,Uras Erdem Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü. , 2022, ss.2177 - 2191. 10.17341/gazimmfd.848585
AMA Ucar M,Uras E Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü. . 2022; 2177 - 2191. 10.17341/gazimmfd.848585
Vancouver Ucar M,Uras E Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü. . 2022; 2177 - 2191. 10.17341/gazimmfd.848585
IEEE Ucar M,Uras E "Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü." , ss.2177 - 2191, 2022. 10.17341/gazimmfd.848585
ISNAD Ucar, Mustafa Hikmet Bilgehan - Uras, Erdem. "Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü". (2022), 2177-2191. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.848585
APA Ucar M, Uras E (2022). Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 37(4), 2177 - 2191. 10.17341/gazimmfd.848585
Chicago Ucar Mustafa Hikmet Bilgehan,Uras Erdem Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 37, no.4 (2022): 2177 - 2191. 10.17341/gazimmfd.848585
MLA Ucar Mustafa Hikmet Bilgehan,Uras Erdem Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.37, no.4, 2022, ss.2177 - 2191. 10.17341/gazimmfd.848585
AMA Ucar M,Uras E Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2022; 37(4): 2177 - 2191. 10.17341/gazimmfd.848585
Vancouver Ucar M,Uras E Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2022; 37(4): 2177 - 2191. 10.17341/gazimmfd.848585
IEEE Ucar M,Uras E "Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 37, ss.2177 - 2191, 2022. 10.17341/gazimmfd.848585
ISNAD Ucar, Mustafa Hikmet Bilgehan - Uras, Erdem. "Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 37/4 (2022), 2177-2191. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.848585