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毫米波多模辐射器的设计与剂量分析

高政军  
【摘要】:毫米波是位于远红外波和微波之间,波长为1~10mm,频率为30~300GHz的电磁波。由于其分辨率高和传输容量大的特点,在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学、临床医学和波谱学等工程领域中的应用越来越广泛,毫米波生物学效应的实验研究随之引起了专家们的浓厚兴趣。 采用辐射器照射生物样品在实验研究中是较为普遍的方法,但是由于辐射器近场的功率密度分布不均匀,生物样品不能接受均匀的辐照剂量,因此辐射器的实际使用受到制约,并且实验的质量和数据的可比性在很大程度上受到影响。 针对这个问题,本文致力于采用多模辐射器模型解决毫米波近场功率密度分布不均匀的问题。多模辐射器模型是将两个矩形角锥喇叭天线连在一起,结构包括前段矩形波导、前端喇叭天线、中段矩形波导和后端喇叭天线。 首先,根据TE10模和TE30模的截止波长计算出中段矩形波导的截面尺寸;分析中段矩形波导出口口面场处的功率密度分布情况,得到与TE10模和TE30模的振幅比和相位差有关的出口口面场处的功率密度标准偏差公式;以标准偏差最小为指标,通过数值差值求解出功率密度分布最均匀时在出口口面场处两个模的最优振幅比和最优相位差。 其次,通过最优振幅比和波导正交模式分解,计算出前端喇叭天线的口径尺寸及H面和E面的长度。通过最优相位差计算出中段矩形波导的长度。 然后,根据角锥喇叭天线的约束条件计算出后端喇叭天线的尺寸,建立完整的多模辐射器模型。 最后,对多模辐射器模型进行仿真,根据仿真结果适当调整中段矩形波导的长度和后端喇叭天线的长度,分析了后端喇叭天线的口径面处的功率密度分布,并给出了剂量数据。


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