应用于医学微波成像系统的超宽带天线设计与研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hummerandy
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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。
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