毫米波体外细胞实验SAR分布阶梯误差研究

摘要

近年来，随着科学技术的快速发展，各种通讯设备广泛应用到人们的生活中，基于毫米波较大的频率范围和宽带宽的固有优点，以及在这个带宽内大功率源的可利用性，毫米波逐渐的应用到无线通讯设备、目标报警设备、环境监控装置、远程传感系统等方面。然而，使用各种高科技产品产生的电磁效应也改变了我们赖以生存的环境，对人类的健康以及其他生物体产生了一些积极或消极的影响。因此，毫米波在生物电磁效应方面的应用研究越来越广泛，例如应用在眼角膜辐射剂量研究和皮肤癌检测等医学治疗方面。本文采用毫米波体外细胞实验剂量学研究，完成了以下三部分工作：
　　（1）使用XFDTD软件构造常见的带有半月面规格的直径为35mm的细胞培养皿模型，基于计算机资源的可利用性，预先选择0.125mm的网格分辨率，并采用常见的通讯频率42.3GHz和61.2GHz对模型进行仿真和分析，利用入射波在电场平面和磁场平面电场的奇偶对称性，用两个对称边界将问题空间优化为原来尺寸的四分之一，并对天线的位置和旋转参数做了相应的调整，得出0.125mm分辨率的体元尺寸可以提供合适且高精度的场。
　　（2）在频率为60.5GHz、幅值为1V/m的毫米波下，采用平面波照射和天线照射两种激励源，对细胞培养液进行辐射仿真和计算，使用细胞SAR分布作为剂量研究，分析不同传播方向和极化方向下细胞SAR的分布，考虑细胞的照射均匀性和辐射效率，确定选择入射波从培养皿底部向上照射为最优的入射方式，通过仿真计算得到细胞SAR分布图。接下来，根据入射波在不同材质分界面的散射理论，通过分析得出入射波在细胞培养皿底盘和空气之间的分界面以及细胞培养皿底盘和细胞培养液之间的分界面上出现的散射波，是细胞SAR分布照射不均匀性的主要原因。
　　（3）为了抑制细胞与空气层边界的SAR分布阶梯误差，我们将影响阶梯误差的入射波极化角度和网格分辨率这两个因素都调整到最优，并设计了面积补偿算法和局部模型优化方法进行阶梯误差修正。在面积补偿算法中，通过观察将细胞层网格和空气层网格各自分成三种类型，根据每种网格类型所在的位置和角度范围，采用每种类型细胞网格各自的面积误差补偿方式进行误差修正，并制作0.125mm分辨率下角度范围为o0o?90的培养皿模型阶梯误差面积补偿修正系数表。对于局部模型优化算法，以待误差修正的细胞网格为中心，截取3×3×16网格大小的模型，设置局部模型分辨率为0.014mm，在相同的辐照系统下进行仿真和计算，将0.014mm分辨率模型的中心网格SAR值作为待修正细胞的准确SAR值进行修正，有效抑制了细胞SAR分布阶梯误差。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 毫米波体外细胞实验研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 毫米波体外细胞实验辐照系统的建立

2.1 细胞培养皿建模

2.2 激励源的选择与设置

2.3 网格分辨率的选择

2.4 优化问题空间

2.5 本章小结

第三章 细胞培养皿模型仿真

3.1 细胞层SAR分布理论分析

3.2 细胞培养皿仿真

3.3 分析细胞层SAR的变化

3.4 本章小结

第四章 细胞SAR分布阶梯误差研究

4.1阶梯误差相关因素

4.2 面积补偿算法

4.3 局部模型优化方法

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

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