微波熱療天線的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

　1 引言
　　微波熱療就是利用電磁能量在人體組織中所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使組織細(xì)胞溫度升至41℃到45℃的有效治療高溫區(qū)，并且維持一定的時(shí)間，加速病變細(xì)胞的死亡，但不損傷正常細(xì)胞組織。因此合理設(shè)計(jì)輻射器天線的結(jié)構(gòu)，精確計(jì)算輻射電場(chǎng)分布，是正確判斷微波熱療過程溫度熱場(chǎng)分布的前提。本文采用CST仿真軟件建立了微波熱療模型，通過該模型設(shè)計(jì)了一種高效實(shí)用的輻射天線，具有很好的近場(chǎng)輻射方向性，同時(shí)保證了良好的SAR分布。
　　2 微波熱療建模
　　2.1 天線模型
　　為了避免對(duì)組織細(xì)胞造成傷害，通常采用具有若方向性的圓波導(dǎo)天線，其工作頻率為915MHz。然而，通過仿真分析發(fā)現(xiàn)，單純的圓波導(dǎo)天線的電磁近場(chǎng)聚焦作用較差。為了使天線具有更好的輻射性能，設(shè)計(jì)中采用給圓波導(dǎo)加脊的方式，使得電磁場(chǎng)分布集中在兩脊之間。為了保證阻抗的匹配，將同軸線的外導(dǎo)體連接在脊波導(dǎo)邊上，內(nèi)導(dǎo)體延伸至相對(duì)的脊內(nèi)達(dá)到匹配，形成單極輻射器；同時(shí)脊為線性變化，阻抗由50Ω漸變到165Ω。如圖1（a）所示，其中圓波導(dǎo)半徑R=7.367cm，長度為L=16.78cm，壁厚t=0.35cm，后腔深度l=0.35cm，波導(dǎo)內(nèi)脊間距h1=0.866cm，輻射口面脊間距h2=4.48cm，采用50Ω同軸饋電。
　　由于體膜表面電磁反射較大，為進(jìn)一步提高治療效率，須對(duì)其結(jié)構(gòu)加以優(yōu)化。為了獲得更好的輻射效率，設(shè)計(jì)中采用介質(zhì)填充圓波導(dǎo)天線腔體，并在天線口面加載厚度為的三層介質(zhì)實(shí)現(xiàn)匹配變換，該結(jié)構(gòu)不僅可以抵消體模表面反射回波對(duì)天線的影響，而且可以增強(qiáng)電場(chǎng)的方向性，減小了電場(chǎng)能量的泄漏。結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　
　?。╝）加脊圓波導(dǎo)天線切面圖