АППЛИКАТОРНАЯ АНТЕННА ДЛЯ МИКРОВОЛНОВОЙ РАДИОМЕТРИИ

March 30, 2012 by admin Комментировать »

Манойлов В. Ф., Назарчук Л. Ю., Яненко А. Ф.

1,                   2- Житомирский государственный технологический университет (ЖГТУ) Житомир, 10005, Украина, Черняховского, 103 Тел.: 8(0412)243130, e-mail: Lnazarchuk@rambler.ru 3 – Киевский научно-исследовательский центр квантовой медицины «Видгук»

Киев, Украина

Аннотация – Показана возможность использования волновода для создания малогабаритной аппликаторной антенны для измерения температуры тела человека. Расчеты параметров антенны проведены на основе колебательных уравнений.

I.  Введение

Радиометрические измерения теплового излучения давно применяются для определения характеристик поглощающих сред и их глубинной температурной диагностики, поскольку яркостная температура этого излучения пропорциональна некоторой средней по глубине температуры среды [1, 2]. Эффективная толщина слоя, в котором формируется излучение, определяется поглощением среды и зависит от длины волны, что позволяет восстанавливать глубинный температурный профиль. Радиометрические методы определения температуры не имеют конкурентов среди других дистанционных методов зондирования.

II.  Основная часть

Для анализа аппликаторных антенн используют физические и математические модели [3]. Методы анализа состоят в нахождении эквивалентных поверхностных токов (магнитных или электрических) на физических или виртуальных границах излучателей с последующим определением полей излучения. Граничные условия должны обеспечивать непрерывность внутренних и внешних полей. Для расчета аппликаторных антенн широко применяется резона- торный метод [1], основой которого является идея о разделении задачи об излучении на две отдельные: внутреннюю и внешнюю. Если известно поведение электромагнитного поля на границах излучателя, то соответствующие решения внутренней и внешней задач для каждой из них дадут точные решения всей задачи. При этом на границах излучателя условия непрерывности полей выполняются автоматически. Одним из методов упрощения таких задач является метод эквивалентных граничных условий, позволяющий исключать из рассмотрения некоторую область пространства, задавая соответствующие граничные условия на ее границе [1]. Решение задачи о взаимодействии излучателя с контактирующей средой можно свести к задаче возбуждения резонатора с идеально проводящими стенками, нагруженного импедансом на одной из его стенок.

Рис. 1. Схематическое изображение антенны. Fig. 1. Antenna scheme

Аппликаторная антенна представляет собой отрезок прямоугольного волновода (резонатора) 1 (рис. 1) с фланцем 2, нагруженного импедансом 3, который возбуждается с помощью прямоугольной петли 4. В резонаторе возбуждаются колебания магнитного типа Нгю- Петлю связи 4 располагают таким образом, чтобы она находилась в максимуме распределения магнитного поля в резонаторе 1. Расчет входного сопротивления устройства Zex проводится

методом собственных функций [4]. Если на зажимах прямоугольной петли 4, радиус которой мал по сравнению с длиной волны, действует стороннее напряжение U , то согласно закону Кирхгофа

где Ф – магнитный поток через площадь S поперечного сечения петли; / – ток в петле; X – реактивное сопротивление петли, обусловленное наличием местных реактивных полей в близи петли и можно положить его равным индуктивному сопротивлению петли в свободном пространстве

Магнитный поток Ф можно представить как поток вектора магнитной индукции через площадь петли, ограниченную ее контуром

Тогда выражение (1) можно переписать в виде

S

и после деления на ток / получаем входное сопротивление антенны

Z„=i^\HdS+iX.                                        (5)

I о

Поля в резонаторе можно представить в следующем виде [11

где е„, hv – амплитудные коэффициенты электрического и магнитного полей; £„, Hv – собственные векторные функции резонатора. Амплитудные коэффициенты ev и hv в уравнении (6) можно найти, используя колебательные уравнения [11

где Z – импеданс, нагружающий резонатор; d0 – коэффициент, учитывающий потери в стенках резонатора.

III. Заключение

С помощью колебательных уравнений рассчитаны характеристики аппликаторной антенны, заключающиеся в определении параметров антенны, выбора параметров петли связи, ее добротности и входного сопротивления, а также полосы частот, в которой работает антенна. Параметры разработанной аппликаторной антенны следующие [4]: резонансная частота – 1,5 ГГц, полоса частот – 60 МГц, ДН0,5=90°, коэффициент усиления – 5-7,5, КСВН=1,3-1,45.

I.    Список литературы

[1]  Скрипник Ю. А., Манойлов В. Ф., Яненко А. Ф., Куценко В. П., Гимпилевич Ю. Б. Микроволновая радиометрия физических и биологических обьектов. Житомир: Волынь, 2003. – 407 с.

[2]  Троицкий В. С., Белов И. Ф., Горбачев В. П. и др. О возможности использования собственного теплового СВЧ радиоизлучения тела человека для измерения температуры его внутренних органов. // УФН. – 1981. – Т.134,

№ 1. – С. 155- 158.

[3]  Петросян В. И., Синицын Н. И., Елкин В. А. Антенны- аппликаторы для резонансной волновой КВЧ/СВЧ – радиоспектроскопии природных образований. // Биомедицинская радиоэлектроника. – 1999. – № 8. – С. 36 – 41.

[4]  Манойлов В. П., Назарчук П. Ю. 1мпедансна модель ашжаторноТ антени. // Вюник ЖДТУ. TexHi4Hi науки. – № 3. – 2003.

APPLICATORY AERIAL FOR MICROWAVE RADIOMETRY

ManoylovV. P., Nazarchuk L. U., Yanenko O. F.

1,     2 – Zhitomir State Technological University (ZSTU)

Zhitomir, 10005, Ukraine, Chernyuahovskogo 103 Phone: 8 (0412) 243130, e-mail: Lnazarchuk@rambler.ru

2  – Kiev research centre of quantum medicine "Vidhuk", Kiev, Ukraine

Abstract – It is shown the opportunity of use of wave conductor for creation of small-sized applicatory aerial for the measurement of human body temperature. The accounts of aerial parameters are carried out on the basis of oscillatory equations.

I.  Introduction

The radiometric measurements of thermal radiation for a long time are applied to definition of the characteristics of absorbing environments and their deep temperature diagnostics, as brightness temperature of this radiation is proportional to some average on depth of temperature of environment. The effective thickness of a layer, in which the radiation is formed, is defined by absorption of environment and depends on length of wave, that allows to restore a deep temperature structure. The radiometric methods of definition of temperature have no the competitors among other methods of sounding.

II.  Main part

For the analysis of applicatory aerials use physical and mathematical models. The methods of the analysis consist in a finding of equivalent superficial currents (magnetic or electrical) on physical or virtual borders of the oscillator with the subsequent definition of fields of radiation. The boundary conditions should provide a continuity of internal and external fields. To account of the applicatory aerials is widely applied resonance method, which basis is the idea about division of a task about radiation on two separate: internal and external. If the behaviour of an electromagnetic field on oscillator borders is known, the appropriate decisions of internal and external tasks for each of them will give the exact decisions of all task. Thus on oscillator borders of a condition of a continuity of fields are carried out automatically. One of methods of simplification of such tasks is the method of equivalent boundary conditions allowing to exclude from consideration some area of space, setting the appropriate boundary conditions on its border. The decision of a task on interaction of the oscillator with contacting environment can be reduced to a task of excitation of the resonator with ideally spending walls loaded with an impedance on one of its walls.

III.  Conclusions

With the help of the oscillatory equations the characteristics of applicatory aerials consisting in definition of parameters of the aerial, choice of parameters of a loop of connection, its good quality and entrance resistance are designed, and also strip of frequencies, in which the aerial works.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты