Моделирование и анализ свойств спиральной антенны для исследования излучения головного мозга в микроволновом диапазоне

Е. П. Шабашов, С. Н. Шабунин, Б. Мрдакович

Аннотация


В данной работе приведены результаты исследования планарной однозаходной спиральной антенны, предназначенной для измерения собственного электромагнитного излучения головного мозга в диапазоне частот 3–5 ГГц. Исследования проведены с помощью численного моделирования (методом конечных элементов) в программном пакете ANSYS Electromagnetics Suite 19.2. В данной программе была построена модель тканей человеческой головы и модель антенны. Выполнена оптимизация параметров антенны для получения наилучших характеристик согласования и глубины проникновения поля. Рассчитаны частотные зависимости входного импеданса и коэффициента отражения. Также было получено распределение создаваемого поля в тканях головы. Исследовано влияние согласующего слоя, расположенного между плоскостью спирали и поверхностью головы, на характеристики антенны при флуктуации электрических параметров верхних слоев тканей головы. Для проверки полученных результатов выполнено сравнительное моделирование с использованием программного продукта WIPL-D Pro.


Шабашов Е. П., Шабунин С. Н., Мрдакович Б. Моделирование и анализ свойств спиральной антенны для исследования излучения головного мозга в микроволновом диапазоне. Ural Radio Engineering Journal. 2020;4(1):84–99. DOI: 10.15826/urej.2020.4.1.005



Ключевые слова


антенна-аппликатор, поле ближней зоны, излучение головного моз- га, антенные медицинские измерительные устройства; микроволно-вая радиометрия

Полный текст:

Без имени

Литература


Brusilovsky L. I., Bryukhovetskiy A. S., Kozhin S. P., Nikonorov A. V., Serafimovich P. G. Experimental researches of microwave electromagnetic activity of the human brain. Zhurnal Radioelektroniki = Journal of Radio Electronics. 2020;(2). (In Russ.) DOI 10.30898/1684- 1719.2020.2.2

Scheeler R., Kuester E., Popovic Z. Sensing Depth of Microwave Radiation for Internal Body Temperature Measurement. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2014;62(3):1293–1303. DOI: 10.1109/ TAP.2013.2295595

Vesnin S. G., Sedankin M. K. Brain microwave radiometry. Mashinostroitel. 2015;(11):44–51. (In Russ.)

Bannikov I. A., Ilinykh A. B., Mitelman Y. E., Borisov V. I. Modelling and analysis of bow-tie antenna properties for the brain microwave radiometry. In: 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2016, Chelyabinsk, May 19–20, 2016. Institute of Electrical and Electronics Engineers; 2016. DOI: 10.1109/ICIEAM.2016.7911597

Crocco L., Conceiзгo R. C., James M. L., Karanasiou I. Emerging Electromagnetic Technologies for Brain Diseases Diagnostics, Monitoring and Therapy. Springer; 2018. DOI: 10.1007/978-3-319-75007-1

Panchenko B. A., Nefedov E. I. Microstrip antennas. Moscow: Radio i svyaz; 1986. (In Russ.)

Beyne L., De Zutter D. Green’s function for layered lossy media with special application to microstrip antennas. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1988;36(5):875–881. DOI: 10.1109/22.3607

Das N., Pozar D. A generalized spectral-domain Green’s function for multilayer dielectric substrates with application to multilayer transmission lines. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1987;35(3):326–335. DOI: 10.1109/TMTT.1987.1133646

Galejs J. Driving point impedance of linear antennas in the presence of a stratified dielectric. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1965;13(5):725–737. DOI: 10.1109/TAP.1965.1138526

Kominami M., Pozar D., Schaubert D. Dipole and slot elements and arrays on semi-infinite substrates. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1985;33(6):600–607. DOI: 10.1109/TAP.1985.1143638

Guy A. Electromagnetic fields and relative heating patterns due to a rectangular aperture source in direct contact with bilayered biological tissue. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1971;19(2):214–223. DOI: 10.1109/TMTT.1968.1127485

Nikita K., Uzunoglu N. Analysis of the power coupling from a waveguide hyperthermia applicator into a three-layered tissue model. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1989;37(11):1794– 1801. DOI: 10.1109/22.41046

Bocquet B., DeHour P., Mamouni A., Van De Velde J., Leroy Y. Near field microwave radiometric weighting functions for multilayered materials. Journal of Electromagnetic Waves and Applications. 1993;7(11):1497–1514. DOI: 10.1163/156939393X00633

Montreuil J., Nachman M. Multiangle method for tempe- rature measurement of biological tissues by microwave radiometry. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1991;39(7):1235–1239. DOI: 10.1109/22.85394

Kublanov V. S., Sedelnikov Ju. E., Azin A. L., Syskov A. M. The Nature of Fluctuations Own Electromagnetic Radiation of the Brain. Biomeditsinskaya radioelektronika = Biomedical Radioelectronics. 2010;(9):45–54. (In Russ.)

Gabriel S. G., Corthout E. The dielectric properties of biological tissues: I. literature survey. Physics in Medicine and Biology. 1996;41(11):2231–2249. DOI: 10.1088/0031-9155/41/11/001

Popović B., Gavrilov T. Simplemethod for analysis of cylindrical antennas at the interface between two media. Radio and Electronic Engineer. 1976;46(11):553–554. DOI: 10.1049/ree.1976.0083

Coleman B. Propagation of electromagnetic disturbances along a thin wire, in a horizontally stratified medium. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 1950;41(314):276–288. DOI: 10.1080/14786445008521797

Neganov V. A., Tabakov D. P., Yarovoy G. P. Modern theory and practice of antennas application. Moscow: Radiotekhnika; 2009. (In Russ.)


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


URAL RADIO ENGINEERING JOURNAL

2020