In this study, numerical and experimental analysis of a dual band (Medical Implant Communications Service-MICS; 402 − 405 MHz, Industrial, Scientific and Medical-ISM; 2.4 − 2.48 GHz) implantable antenna design for biomedical applications are presented. The proposed antenna is in the type of Planar Inverted-F Antenna (PIFA) covered with a superstrate. For miniaturization, the metallicpatch of the antenna is meandered and shorting-pin is used between the patch and ground plane. In addition, stacking patch structure is used to lengthen the current ow path. Numerical analysis of the implant antenna is carried out using commercially available Finite Element Method (FEM)-based High Frequency Structure Simulator (HFSS) software. As a tissue model a generic dispersive skin model is used. Two antenna designs are presented: an initial antenna operating in MICS band and a miniaturized optimized antenna operating in dual band (MICS and ISM). For both antennas, a parametric antenna model is presented and each antenna design step is explained. For experimentalstudies, skin mimicking phantoms are developed in MICS and ISM bands. The proposed antenna is fabricated and in vitro tested. It is shown that the antenna resonates at 403.5 MHz with a reflection coefficient of −23 dB, and a 10-dB bandwidth of 56 MHz, which covers the MICS band, moreover, it resonates at 2.45 GHz with a reflection coefficient of −22 dB, and a 10-dB bandwidth of 200 MHz, which covers the ISM band. The maximum simulated gain is found as -33 dBi. Communication link measurements are performed using commercially available Microsemi-Zarlink Application Development Kit for Medical Telemetry (ZLE70102) in order to check the functioning of the proposed antenna. Designed antenna is inserted into MICS band phantom and it is achieved to wake-up base station module at ISM band and to send data at MICS band in 4 meter range. Moreover, patient safety issues, comparative analysis of radiation performance for different phantom models, effect of coaxial cable, far field properties of implantable antennas, and gain measurement of the electrically small antennas are discussed.

Bu çalışmada; biyomedikal uygulamalar için tasarlanan, çift bantta (MedikalImplant Haberleşme Servisi-MICS; 402-405 MHz, Endüstriyel, Bilimsel ve Medikal ISM; 2.4-2.48 GHz) çalışma özelliğine sahip, vücut içerisine yerleştirilebilir antenin sayısal ve deneysel analizi sunulmuştur. Önerilen anten yüzeysel devrilmiş F-anten (PIFA) tipinde olup, üzeri üstsubstrat ile kaplanmıştır. Anten boyutunun küçültülmesi amacıyla, metalik şerit bükülmüş ve metalik şerit ile toprak düzlemi arasnda kısaltcı pin kullanılmıştır. Ayrıca, akım akış yolunu uzatmak amacıyla katmanlı yama yapısı kullanlmıştır. Implant antenin sayısal analizleri piyasada mevcut olan ve Sonlu Eleman Yöntemine (FEM) dayalı çözüm yapan Yüksek Frekanslı Yapı Simulatoru (HFSS) programı ile yürütülmüştür. Doku modeli olarak frekansa bağlı elektriksel özellikleri değişen genel deri modeli kullanılmıştır. İki adet anten tasarımı sunulmuştur: MICS bantta çalışan ön anten tasarımı ve çift bantta (MICS ve ISM) çalışan küçültülmüş anten tasarımı. İki anten için de, parametrize edilmiş anten modeli sunulmuş ve her bir tasarım adımı açıklanmıştır. Deneysel çalışmalar için, MICS ve ISM bantta, dokunun elektriksel özelliklerini taklit eden fantomlar geliştirilmiştir. Önerilen anten üretilmiş ve bu fantomlar içerisinde test edilmiştir. Giriş geri dönüş kaybının 403.5 MHz'de -23 dB olduğu ve 10-dB deki 56 MHz 'lik bant genişliği ile MICS bandını kapsadığı gösterilmiştir. Ayrıca, antenin 2.45 GHz de -22 dB'lik giriş geri dönüş kaybına sahip olduğu ve 10-db'deki 200 MHz'lik bant genişliği ile ISM bandını kapsadığı gösterilmiştir. Antenin en yüksek kazanç değeri benzetimlerde -33 dBi olarak bulunmuştur. Antenin işleyişini kontrol etmek amacıyla ticari olarak bulunan Microsemi- Medikal Telemetri için Zarlink Uygulama Geliştirme kiti (ZLE70102) kullanılarak, haberleşme hattı ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan anten MICS bantta çalışan fantom içerisine yerleştirilmiş, 4 metrelik bir mesafede baz istasyonu ünitesi ISM bantta uyandırılmış ve MICS bantta veri gönderimi sağlanmıştır. Ayrıca; hasta güvenliği, farklı fantom modellerine göre radyasyon performanslarının karşılaştırılması, eş eksenli kablonun etkisi, implant antenin uzak alan özellikleri ve elektriksel olarak küçük antenlerin kazanç ölçümleri tartışılmıştır.