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微波生物化学及生物组织中同轴探头的有限元分析

陈倩  
【摘要】: 近年来,介电常数的测量已成为微波生物化学和生物电磁学领域的重要研究课题之一。开口同轴线作为一种测量探头被用于介电常数的测量已有很多年了,但是,传统的同轴探头在微波生物化学和生物组织的测量中遇到了困难。为此,本文设计了一种新型的、适于测量腐蚀性化学反应溶液及生物组织介电特性的开口同轴探头,并就此种探头在化学溶液介电常数和生物分层组织的介电特性参数测量方面的应用进行了探讨。 本文采用的是一种具有保护膜且结构新颖的同轴线探头,借助有限元方法进行数值模拟分析,计算出了倾斜角度不同的新型探头测量相同溶液时的反射系数,同时还计算了不同频率下,这种新型同轴线探头所测反射系数与被测溶液介电常数变化的关系,由此分析了其灵敏度与电磁波频率的关系。最后用该探头测量已知介电常数的典型溶液的反射系数,测量结果与计算结果较一致,此种新型同轴线探头在本文中的另一个应用是分层生物组织介电特性的测量。在此部分,本文计算了不同倾斜角度的新型探头测量同种生物组织时的反射系数,同时还计算了不同频率下,新型同轴线探头所测反射系数与生物组织电导率变化的关系。 计算结果表明:在化学反应溶液及生物分层组织介电特性参数的测量中,这种新型的同轴探头在测量灵敏度及透入深度两方面都优于传统的平口同轴探头。通过计算模拟还得出了这种新型同轴线探头的测量灵敏度与电磁波频率的关系,为进一步研究其最佳测试频率提供了有价值的参考依据。


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