应用于医学微波成像系统的超宽带天线设计与研究

发布时间：2020-03-22 02:40

【摘要】：随着微波成像技术的发展,其应用领域越来越广,在人们对健康高度重视的今天,医学检测设备的安全性问题备受关注,微波成像技术是根据物体的外部散射场来获取物体形状信息,是一种无损的物理成像方法,而且微波信号对人体的伤害极小,因此,微波成像技术作为医学检测手段引起人们极大的兴趣。天线作为微波成像系统中关键因素,其性能直接影响成像效果,这类天线需要具备超宽带、高增益、尺寸小、定向辐射、时域特性好等特点,才能获得准确的成像信息。针对上述需求,本文提出了一种加载电阻的Vivaldi天线。Vivaldi天线是一种定向辐射的超宽带天线,本文通过在对拓Vivaldi天线的辐射贴片上加载指数线型槽和贴片电阻,以达到拓展天线低频部宽、改善天线辐射方向图、实现天线小型化的目的。将本文所设计的天线在CST仿真软件平台进行仿真,天线尺寸为75 mm×95 mm,工作带宽可达1.6-15 GHz,增益在4.3 d Bi到10.6 d Bi之间,天线辐射方向图副瓣较低,能够实现良好的定向辐射,时域特性良好,传输信号的不失真能力较强,满足医学微波成像系统对天线的要求。并对天线进行了实物加工与测试,测试结果与仿真结果基本吻合。本文在CST软件平台对模拟脑中风检测系统仿真,根据人头部不同组织的介电常数分布,建立头部仿真模型,利用本文所设计的天线作为系统的收发天线,分别根据天线的S11参数和S21参数进行数据处理,采用共焦成像算法对头部的仿真模型成像,仿真结果能够准确的找到头部模型中的异常组织,证明本文天线理论上可以应用在医学微波成像系统中。为了进一步验证该天线在应用中的可行性,本文建立了简易的模拟脑中风检测实验系统,将本文设计天线的实物作为系统的收发天线,矢量网络分析仪存储天线的S参数,采用仿真时所用的共焦成像算法对实测数据进行成像,实验结果能够清楚的找到异常组织,证明了本文提出的加载电阻的Vivaldi天线可以应用到医学检测的微波成像系统中。
【图文】：

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图 1-1 独立开槽的 Vivaldi 天线[13]一种应用于微波成像系统的定向天线射金属片的两侧开槽来增加天线的电们分析了在不同地方开不同数量的槽对最终确定了一种上下都开槽的最佳结构45 mm×70 mm，工作频带为 3.1-10.6 GH测。但该天线可工作的最低频率过高，在透。

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小型化的目的，他们分析了在不同地方开不同数量的槽对天线 S11的影响果如图 1-2 a)所示，，最终确定了一种上下都开槽的最佳结构，如图 1-2 b)所天线的尺寸很小，45 mm×70 mm，工作频带为 3.1-10.6 GHz，文中将这种用于对乳腺癌的检测。但该天线可工作的最低频率过高，在检测介电常数的组织时，很难穿透。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN822

【参考文献】