ATA-1220E宽带功率放大器在植入式设备研究中的应用

　　实验名称：人体植入式设备无线电能传输机理及非对称绝缘层耦合装置传能效用的实验研究与分析

　　实验目的：探究工作频率、绝缘层厚度、极板尺寸及植入深度等参数对电场耦合传能效率与安全性的影响机制；基于COMSOL仿真与新鲜猪肉实验平台，验证非对称绝缘层耦合装置的传输特性与生物兼容性，为植入式医疗设备提供高效、安全的无线供能解决方案。

　　测试设备：电场耦合实验平台（含非对称绝缘层耦合装置）、阻抗分析仪、信号发生器、宽带功率放大器（AigtekATA-1220E）、高压差分电压探头，示波器、高频整流滤波电路、恒温箱、新鲜猪肉组织介质、COMSOLMultiphysics仿真软件。

　　实验过程：实验以新鲜猪肉模拟人体皮肤-脂肪-肌肉多层结构，通过AC-AC传能测试、COMSOL有限元仿真与解析计算的三方对比，验证了工字模型在预测能量分布与损耗特性上的准确性。进一步通过AC-DC实验证实：所设计的非对称绝缘层耦合装置能以40.6%的AC-DC效率传输75.2mW至负载，较传统对称结构效率提升10.6%，且在不同植入深度、极板错位及弯曲工况下均表现出稳定的传能能力。最终通过电磁安全评估与生物相容性测试，验证了该系统在满足人体安全限值前提下的高效能量传输特性。

图1实验装置实物图

图2实验系统流程图

　　实验结果：本研究通过系统实验验证了人体植入式经皮电场耦合无线电能传输技术的可行性与优越性。实验以新鲜猪肉模拟人体多组织层环境，搭建完整测试平台，证实所设计的非对称绝缘层耦合装置在6.78MHz工作频率下，能以40.6%的AC-DC效率稳定传输75.2mW功率至负载，较传统对称结构效率提升10.6%、功率提升18mW；AC-AC实验与COMSOL仿真及解析计算对比误差低于5%，验证了多组织层电路模型的准确性；系统在±10mm错位范围内效率下降仅3-10%，表现出优秀抗偏移能力，同时整流电路在宽负载范围内保持80%以上效率；安全评估表明，在SARavg≤2W/kg限值下组织温升低于1°C、电磁干扰低于0.32mV，完全符合IEEEC95.1标准，整体证明该技术具备安全、高效、稳定的无线供电能力。

图3Uin=6.1V，仿真、数值计算与实验结果

图4Uin=6.1V，系统输出功率与系统效率实验测量值

　　(a)非对称绝缘层温升分布      (b)对称绝缘层温升分布

图5温升分布云图

图6非对称绝缘层耦合装置在RDC=100Ω时波形

　　产品推荐：ATA-1220E

图：ATA-1220E宽带放大器指标参数

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审核编辑 黄宇