超宽带贴片天线的设计与应用

来源 :阜阳师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeffersonvon
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超宽带贴片天线作为乳腺癌检测系统的重要组成元件,其性能会影响到整个设备的工作,所以设计和改良具有实用价值的超宽带贴片天线成为了现今学者们的热门课题。首先设计了尺寸为20.6mm×23mm×1.54mm,工作频段在3.6~12GHz的超宽带贴片天线,天线设计在FR4板材上,在接地面增加长方形和半圆形开槽以提高天线带宽。天线在8.4GHz时最大增益达到了6.47d Bi,具备了宽频段,小尺寸,高增益的优点。通过建立简单的乳房模型,利用电磁仿真模拟乳房模型在8.4GHz时的r E值,结果显示有肿瘤和无肿瘤之间的r E值最大相差1.6V,差异较为显著,由此看出,该天线适用于乳腺癌检测。不过由于其硬质基板的不可弯折性,导致了在很多领域存在一些局限,为了应对更多的复杂的应用场景,采用柔性基板重新设计了一款贴片天线,选择聚酰亚胺作为介质,在双面镶刻新型辐射铜片,最终天线的工作频段为3.1~11.1GHz。在实际工作中需要屏蔽一些特定频段,为了屏蔽WLAN频段的影响,在辐射贴片上进行对称的C形开槽设计,通过优化C形槽的开口大小,实现了5.1~5.9GHz的陷波功能,覆盖了WLAN频段。利用仿真软件测试了天线在不同弯曲程度下回波损耗参数的变化曲线,发现天线的性能损失较小,具备了较好的鲁棒性。对于课题中设计的柔性天线,当天线置于不同的乳房仿真模型上方的距离变化时,组织模型的SAR值也会产生变化,所以研究了在两个不同标准下(FCC和ICNIRP)乳房模型的SAR值。当SAR值达到安全限值时,柔性天线距离模型6mm,天线距离模型的高度将作为建立坐标系的重要参考值。最后为了验证所设计的柔性天线应用于乳腺检测的有效性,在已经建立的坐标系下对天线和生物组织进行仿真测试,在天线辐射下,当肿瘤半径为2mm、3mm、4mm时的最大平均SAR值分别为13.025W/kg、12.426W/kg、6.4613W/kg。结果表明了随着肿瘤半径的增大,肿瘤的最大平均SAR逐渐减小。在乳腺癌检测的诊断与治疗过程中,尤其是对于正常组织和癌变组织安全性方面,这个结果具有有效的参考价值。另外,在球形肿瘤模型半径的变化过程中,肿瘤部分的SAR值都远远大于其它生物组织部分的SAR值,间接证明了设计的天线用于检测肿瘤的可行性,有助于后期开展微波成像等工作。
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