微波热疗的2.45GHz聚焦阵列天线的设计与研究

摘要

聚焦天线指的就是一类为了减少电磁波在空间传输时能量扩散的天线，它可以把电磁波能量聚焦于某一目标位置上，实现能量集中。对于理想矩形平面口径聚焦天线，最佳连续口径分布为幅值满足椭球函数分布以及相位满足球面波分布，在实际应用中理想聚焦天线的连续口径分布是不可能实现的，但是如何在不规则共形天线或者离散的平面阵列天线上等效实现这种口径分布一直都没有找到较好的解决办法。除了离散的平面阵列形式聚焦天线之外，其他形式的聚焦天线也有很多，主要的有两种：一种是在微带阵列天线前放置一块透镜；另一种是在一个球面上排列天线阵列。放置透镜或者在球面上排布这两种设计方式，不但会增大天线的体积，也会增加实现的难度。而使用微带技术设计平面聚焦天线不但能避开这两个问题，而且可得到结构简单、重量轻以及花费相对较低的天线。主要研究工作如下： 1.基于平面辐射阵列聚焦理论分析，完成了近场聚焦阵列天线的设计与制作，其中阵元选择的是嵌入式矩形微带贴片天线，排列方式选择的是平面形式的排布方式，选定的阵元数目是4×4总共16个，选用并联馈电的方式对阵元进行馈电，在馈电网络的设计过程中完成了T型功率分配器和λ/4阻抗变换器的设计。为了测量天线的近场聚焦效果，搭建了近场测试系统，仿真与实测结果基本一致，在距离天线表面300 mm的地方电场强度最大，电场强度在该处两侧分别呈现下降趋势。该聚焦天线在最大场强平面处形成的焦斑是一个近似直径为110 mm的圆形光斑，在沿天线轴向方向产生的聚焦深度为62 cm。 2.介绍了微波热疗的基本原理以及微波热疗天线的基本类型，然后把前面设计的聚焦阵列天线应用到医学方面作为微波热疗天线使用。设置了一个人体组织模型，然后把聚焦阵列天线作用于组织模型，把组织模型放置距离天线表面260 mm的地方，在电磁仿真软件中进行仿真计算，该天线在组织结构中的仿真计算结果表明电磁波能量大部分被组织吸收，且在285 mm处的比吸收率最大，说明在相同的时间下这个地方的升温是最快的，结果表明这个聚焦天线可以实现微波热疗的效果，能够作为微波热疗天线使用。

目录

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究现状

1.3 论文结构及内容

第2章 微带阵列天线和聚焦天线的基本理论

2.1 微带天线基本理论

2.2 天线阵列的工作原理

2.3 阵列天线的馈电网络

2.4 聚焦天线基本原理

2.5 本章小结

第3章 微带聚焦阵列天线的设计

3.1 聚焦天线简介

3.2 阵列单元的设计

3.3 馈电网络的设计

3.4 仿真结果分析

3.5 聚焦天线的测量

3.6 本章小结

第4章 聚焦阵列天线的微波热疗

4.1 微波热疗的基本原理

4.2 微波热疗天线的基本类型

4.3 微波热疗天线基本理论

4.4 聚焦阵列天线的微波热疗实验

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间获得与学位论文相关的科研成果