冲激脉冲辐射天线在生物组织中聚焦特性的仿真分析

通过特殊设计的超宽带冲激脉冲辐射天线（IRA）将高强度ps电场脉冲靶向聚焦于肿瘤组织,可以在ps电场脉冲的作用下诱导肿瘤细胞凋亡,从而实现肿瘤的无创治疗。为此,充分考虑无创治疗的实际情况,分别通过Anso{tHFSS软件仿真和建立数学模型的手段,以生物组织内的皮下肿瘤为靶向目标,对冲激脉冲辐射天线在生物组织中聚焦特性进...     

采用冲激脉冲辐射天线实现皮秒脉冲电场生物组织聚焦的仿真分析

为实现高强度ps脉冲电场在生物组织中的良好聚焦,仿真研究了冲激脉冲辐射天线(impulse radiatingantenna,IRA)的聚焦效果。结合前期研究成果,利用CST Microwave Studio软件建立了长椭球形IRA模型,仿真分析了其聚焦后电场在简易乳房组织模型中的传播规律。在此基础上,引入锥形天线模型,研究经锥形天线抵消主路径后IRA在生物组织中的聚焦特性。仿真结果表明:在具有低电导率的乳房组织模型中,天线在焦点处可以实现良好聚焦;当乳房组织的电导率增至0.5S/m时,其聚焦特性完全消失;引入锥形天线,当其距离生物组织边界为5cm时,可以实现IRA在较高电导率生物组织中的最优聚焦。     

冲激辐射天线实现皮秒脉冲电场在人体大脑模型中聚焦的研究

采用三维电磁场仿真软件CST Microwave Studio建立长椭球型天线模型和介质透镜模型,研究皮秒脉冲经冲激脉冲辐射天线发射后在人体大脑模型中的聚焦特性。结果表明,传播至大脑组织深度6 cm处的电场能够保持输入波形的时域特性;皮秒脉冲能够进入大脑组织深度8 cm处,且此时形成的焦斑尺寸最小;不包含介质透镜和包含非损耗介质透镜时,形成的焦斑尺寸为1 cm×2 cm×1 cm,而引入损耗介质透镜后,形成的焦斑尺寸小于1 cm×1 cm×1 cm。研究结果从理论上证明了联合损耗介质透镜和单个冲激脉冲辐射天线能够实现皮秒脉冲在深部脑组织中的有效聚焦。     

冲激脉冲的等效采样研究

超宽带冲激雷达的距离分辨率与其无载波窄脉冲的宽度成反比。为达到高距离分辨率的目的,冲激脉冲一般为纳秒量级,有效频谱分量达数吉赫兹。脉冲采集方法有实时采样和等效采样2种。相较于实时采样,当脉冲的频谱分量达到吉赫兹并具有周期性时,等效采样方法具有更大的应用价值。主要介绍可对纳秒量级脉冲采样的等效采样系统的研究,并借以说明等效采样方法对窄脉冲采样的合理性、可行性及有效性。该等效采样系统工作带宽为4.5GHz,等效采样率达10Gsps。     

ps电场脉冲无创治疗肿瘤的方法及天线设计

由于细胞线粒体膜的充电时间常数远小于细胞核膜与细胞膜的充电时间常数,在ps电场脉冲作用下,线粒体膜将先于细胞核膜与细胞膜受到脉冲的影响。为此,整合无创治疗的应用需求以及电场脉冲靶向诱导肿瘤细胞凋亡的窗口效应,提出通过冲激脉冲辐射天线将ps脉冲聚焦于肿瘤组织,使肿瘤细胞线粒体跨膜电位发生变化而崩溃,启动线粒体途径的凋亡靶向诱导,实现肿瘤的无创治疗,初步实验与仿真结果表明该理论的可行性。根据超宽带天线设计理论,设计了一种用于辐射ps电场脉冲的冲激脉冲辐射聚焦天线,初步优化结果显示当金属板与x轴夹角β为90°~95°以及单圆锥辐射器的半张角α为30°~35°时,可以使天线在靶点位置得到最大的场强分布。     

基于冲击脉冲辐射天线的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统

为给超宽带电磁脉冲效应机理与防护技术的研究提供实验平台,研制了一种基于冲击脉冲辐射天线(impulse radiation antenna, IRA)的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统,辐射系统由差分脉冲高压源、锋化开关、IRA和介质透镜等部分构成。设计中,差分脉冲高压源由基于氢闸流管的脉冲源驱动副边中心抽头的脉冲变压器实现;设计的紧凑型锋化开关高度仅为1 cm,开关间隙为1 mm,可嵌入IRA天线馈电点,开关最高工作气压可达3 MPa;基于菲涅尔定理设计了介质透镜,以校正锋化开关和绝缘变压器油对IRA天线辐射中心的影响,改善了天线的辐射特性;辐射系统可通过改变锋化开关的气压和充电电压调节系统辐射功率。测试实验表明辐射系统的主要技术参数如下：在时域,在天线主轴距离口径面5.5 m处辐射电场脉冲上升沿约为330 ps,幅值约为±8 kV/m,远场有效电势最高可达44 kV,辐射功率可调;在频域,中心频率为400 MHz,基于能量范数比定义的信号频带为80 MHz～1GHz,信号带比约为12.5,百分比带宽为170.4%。辐射系统能够为开展超宽带电磁脉冲效应阈值规律及防护技术的研究提供一个辐射...     

损耗介质透镜实现皮秒脉冲电场在乳房组织模型中的聚焦

为实现ps脉冲电场(ps PEF)经冲激脉冲辐射天线(IRA)发射后在近似实际乳房组织(电导率为0.5 S/m)模型中的有效聚焦,采用计算机仿真技术(CST)Microwave studio软件构建了天线及乳房组织模型并计算了ps PEF在其中的聚焦特性。结果表明:引入优化参数的损耗介质材料(厚度为1 cm,电导率为10 S/m)衰减小路径角电场,最终能够实现ps PEF在焦点F2处的聚焦(电场强度E=0.08 V/m);损耗材料的引入使得焦点F2处的电场强度大大减小,引入损耗介质透镜,不仅实现了ps PEF在乳房组织模型中的良好聚焦,而且焦点F2处的电场强度(E=0.45 V/m)大大增强。因此,优化设计的损耗介质透镜能够实现ps PEF在生物组织中的有效聚焦。     

用镜像法计算冲击脉冲辐射天线辐射电场

为方便地计算抛物面冲击脉冲辐射天线的辐射电场,根据由张量法得到的任意的线天线电场计算公式,利用镜像法推导得到了冲击脉冲辐射天线辐射电场的时域解析表达式;搭建了超宽带电磁脉冲实验系统,由横电磁波喇叭天线测试场设备测试抛物反射面超宽带辐射天线产生的辐射场;应用解析表达式计算了该实验系统的时域辐射场,并与实验测试结果进行了比较。结果表明解析计算得到的辐射场波形与测试结果能够较好地符合,峰峰值相差<1V,上升时间相差≤5ps,说明了解析计算的正确性。     

椭球反射面聚焦天线的设计和仿真

本文根据聚焦要求,采用物理光学法分别设计了工作在Ka和Ku波段的椭球反射面天线,计算了正馈和偏馈两种方式下的反射面的焦场,并用电磁场仿真软件进行验证,结果表明理论计算与软件仿真结果一致。同时,对影响焦斑大小的因素进行了分析和比较,结果表明无遮挡的偏馈方式的汇聚效果稍优于正馈,口面越大聚焦效果越好。     

基于激光光电池供电的脉冲电场传感器设计

为了解决脉冲电场传感器电光调制部分的供电问题,设计研制了一种基于激光光电池供电的脉冲电场传感器,该传感 器由激光光电池供电电路、电光调制电路和感应天线构成。 设计制作了由供能激光器、锂电池、激光光电池、锂电池充电电路、 锂电池保护电路、锂电池升压放电电路构成的激光光电池供电电路。 测试结果表明,供电电路输出电压精度为 1. 04 %,纹波系 数为 0. 3 %,并且 48 h 持续工作输出电压波动为±0. 035 V。 设计制作了由单极子天线、场效应管型集成运放构成的传感器电光 调制电路。 实验结果表明,研制的脉冲电场传感器测量带宽在 39. 8 Hz~ 1 050 MHz,动态范围 0. 256 kV/ m ~ 13. 79 kV/ m。     

三线式宽带短波天线建模与仿真

三线式宽带短波天线是一种新型的短波通信天线,为充分发挥该天线在全向通信与定向通信中的性能,本文首先采用矩量法分析计算三线天线在不同工种频率的辐射阻抗与天线方向图,并得到了天线方向性系数随工作频率变化的曲线,从而有效指导天线在全向通信或定向通信中的频率选择;利用电磁仿真软件FEKO建立了三线天线与典型地物的仿真模型,得到了典型工作频率、不同地物影响下天线方向图的畸变规律,总结出高度参数对三线天线方向图的影响最为明显,为三线天线选址架设等工程实践提供参考。     

局部放电检测用超高频天线的设计与性能对比

根据高压电力设备局部放电信号检测的需要,基于PCB技术设计并制作了四种不同原理和结构尺寸的超高频天线,仿真分析了其性能参数,检验所设计天线用于局部放电超高频检测法的可行性。利用矢量网络分析仪测试天线的端口特性,验证了天线的电压驻波比等参数。基于GTEM小室提供标准场,在不同工作频率下分别对四种天线样机的天线系数进行了标定,得到各天线系数的拟合公式与曲线。采用针-板放电模型作为局部放电源,基于脉冲电流法测量参考放电量,对所设计的天线进行了局部放电测试实验,采集天线接收到的局放信号波形。仿真和实验结果表明微带天线与缝隙天线工作带宽和增益较低;偶极子天线与螺旋天线在工作频带内损耗低、增益高、阻抗匹配效果较好,检测局部放电信号的效果良好。     

应用于超宽输入的LLC谐振变换器设计

针对光伏、风电等新能源输出不稳定的特点,在二极管箝位的全桥三电平LLC谐振变换器的基础上,提出了一种应用于超宽输入的控制策略。该变换器可通过控制开关逻辑,灵活地选择输入源进行供电,同时在每种固定的输入下,辅以调频控制及定频移相控制,实现高增益比。详细分析了不同模式下的电路拓扑、开关逻辑以及模式之间的切换方案,并在不同负载下进行了相关的实验,有效验证了该变换器在宽输入、变功率的苛刻环境下的普遍适用性。     

超宽带信号检测中基于新阈值函数的小波去噪方法研究

小波阈值去噪是信号处理中一种重要的去噪方法。为了提高超宽带通信信号的检测性能,获得更高的检测信噪比,基于小波变换以及小波阈值去噪的原理,提出了一种新的阈值处理方法,进而对跳时脉冲位置调制超宽带（TH-PPM-UWB）信号用新方法的去噪结果进行分析比较,仿真试验结果表明,新的小波阈值法去噪效果明显,在信噪比和均方根误差上均优于传统的软阈值和硬阈值方法。     

非接触式局部放电检测天线的设计和优化研究

为实现基于超高频（UHF）法非接触式检测一定范围内电气设备局部放电（PD）,需要研制合适的天线作为超高频（UHF）传感器。锥形天线具有宽频带、高增益和水平面（H面）全向性的特点,文章选取该型天线进行分析,研究其尺寸参数对天线性能的影响,得出该天线的设计规律。通过天线性能分析再结合PD检测的要求,最终选择锥高30cm、锥角45°的锥形天线作为非接触式PD检测的UHF传感器。经测试该天线频带为200MHz~2GHz以上,在200MHz~2GHz频带内平均增益达4.5dB以上,在对较远距离外模拟放电信号的接收试验中表现出良好的UHF信号接收能力,完全达到设计要求。基于该天线可以开发出固定式或车载式PD监测系统,该系统可以监测整个变电站设备PD情况并且其工作时不与设备发生接触。     

基于GaN-HEMT并联的航空电机驱动系统设计研究

在深入了解宽禁带电力电子器件的发展现状和开关特性基础上,提出了一种基于Ga N-HEMT并联的航空电机驱动系统,开展了Ga N-HEMT并联的驱动电路及数字控制器平台设计与实践。搭建了试验系统,进行了相关测试。试验结果验证了设计的正确性。