Biyotelemetri sistemleri için optik olarak frekansı yapılandırılabilir implant anten tasarımı

Biyotelemetri sistemleri ile çeşitli hastalıkların erken teşhisi ve takibi yapılabilmekte, vücut içerisinde gerçekleşen kan şeker oranı, nabız atış hızı, vücut sıcaklığı, damar basıncı gibi fizyolojik olaylara ait bulgular anlık olarak toplanabilmekte, hastanın yaşam kalitesi artırılabilmektedir. Biyotelemetri sistemleri yardımı ile elde edilen veriler, implant mikroşerit antenler aracılığıyla dış dünyaya aktarılmaktadır. Bu işlem, FCC (Federal Communications Commission) tarafından tahsis edilen MICS (402 – 405 MHz), MedRadio (401 – 406 MHz), ISM (433 – 435 MHz), ISM (902 – 928 MHz) ve ISM (2.40 - 2.48 GHz) gibi frekans bantlarında gerçekleştirilebilmektedir. Etrafını çevreleyen doku içinde performans sergileyen implant antenlerin, yerleştirildiği doku çeşidi değiştiğinde ışıma karakteristiği değişmekte ve haberleşmenin gerçekleştirilememesine yol açmaktadır. Bu kapsamda, bu tez çalışmasında biyotelemetri uygulamalarında kullanılmaya uygun, kompakt yapılı, kullanılan anahtarlama elemanının kapalı ve açık durumları arasında geçiş yapılıp frekansı yapılandırılarak yerleştirildiği doku çeşidi değiştirildiğinde çalışma frekans bandını koruyabilen ve aynı doku içinde çalışma frekans bantlarını değiştirebilen frekansı yeniden yapılandırılabilir implant anten tasarımları geliştirilmiştir. Önerilen antenler, kare ve dairesel geometriye sahiptir ve her iki anten koaksiyel besleme tekniği ile uyarılmaktadır. Anten boyutunu küçültmek ve bant genişliklerini en iyi seviyelerde tutmak için ana ışıma elemanları olarak yarık halka (YH) ve kıvrımlı yapı (KY) rezonatör yapıları seçilmiştir. Kıvrımlı yapılar, rezonatör üzerinde bulunan akım yollarının uzunluğunu artırarak minyatürizasyona, yarık halka yapılar ise hem bant genişliğinin iyileştirilmesine hem de iç içe yerleştirilmesi sebebiyle minyatürizasyona katkıda bulunmaktadır. Frekans yapılandırılması özelliği antene harici olarak eklenen bir PIN-Fotodiyot ile gerçekleştirilmiştir. Fotodiyot, dışarıdan uygulanan bir ışık yardımı ile açık duruma getirilerek anahtarlama işlemi yapılmaktadır. Tasarlanan antenlerden biri deri, kas ve yağ olmak üzere üç farklı dokuda performans sergilemekte; fotodiyot, anten deri ve kas dokuları içerisinde iken kapalı, yağ dokusu içerisinde iken ise açık konuma getirilerek frekansı ayarlanabilmektedir. Tasarlanan diğer anten ise sadece kas dokusunda performans sergilemekte, fotodiyot kapalı konumda iken ISM-2.4 GHZ bandında, açık iken ise MICS, MedRadio, ISM-433 MHz, ISM-915 MHZ ve ISM-2.4 GHz bantlarında çalışmaktadır. Sayısal tasarımları CST Microwave Studio aracılığıyla gerçekleştirilen antenin testleri için prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen antenin ölçümleri, ilgili frekanslarta insan deri dokusu özelliği gösteren sıvı fantom içerisinde (In-vitro), temin edilen domuz kıyması içerisinde ve etik kurallara uygun şekilde canlı domuz içerisinde (In-vivo) gerçekleştirilmiştir. Antenlerin benzetim ve ölçüm sonuçlarına göre geri dönüş kaybı ve ışıma örüntüsü karakteristikleri karşılaştırıldığında, oldukça uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak bu tez çalışmasında özgün olarak geliştirilmiş frekansı ayarlanabilir implant antenlerin, biyotelemetri uygulamaları için kullanılan MICS ve ISM bantlarında gösterdiği ışıma karakteristikleri, kompakt yapısı ve yeniden ayarlanabilme özelliği göz önünde bulundurulduğunda bu sistemlerde kullanımının uygun olduğu ve literatürde etki faktörü yüksek bir çıktı yaratarak gelecekte yapılacak olan çalışmalara ışık tutacağı değerlendirilmektedir.