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

2 – Житомирський державний технологічний університет (ЖДТУ) Житомир, 10005, Україна, Черняховського, 103 Тел.: 8 (0412) 243130, e-mail: Lnazarchuk@rambler.ru 3 – Київський науково-дослідний центр квантової медицини «Відгук»

Київ, Україна

Анотація – Показана можливість використання хвилеводу для створення малогабаритної апплікаторной антени для вимірювання температури тіла людини. Розрахунки параметрів антени проведені на основі коливальних рівнянь.

I. Вступ

Радіометричні вимірювання теплового випромінювання давно застосовуються для визначення характеристик поглинаючих середовищ та їх глибинної температурної діагностики, оскільки яркостная температура цього випромінювання пропорційна деякої середньої по глибині температури середовища [1, 2]. Ефективна товщина шару, в якому формується випромінювання, визначається поглинанням середовища і залежить від довжини хвилі, що дозволяє відновлювати глибинний температурний профіль. Радіометричні методи визначення температури не мають конкурентів серед інших дистанційних методів зондування.

II. Основна частина

Для аналізу апплікаторних антен використовують фізичні та математичні моделі [3]. Методи аналізу полягають у знаходженні еквівалентних поверхневих струмів (магнітних або електричних) на фізичних або віртуальних межах випромінювачів з наступним визначенням полів випромінювання. Граничні умови повинні забезпечувати безперервність внутрішніх і зовнішніх полів. Для розрахунку апплікаторних антен широко застосовується резону-торні метод [1], основою якого є ідея про поділ завдання про випромінювання на дві окремі: внутрішню і зовнішню. Якщо відомо поведінка електромагнітного поля на кордонах випромінювача, то відповідні рішення внутрішньої і зовнішньої завдань для кожної з них дадуть точні рішення всієї задачі. При цьому на кордонах випромінювача умови безперервності полів виконуються автоматично. Одним з методів спрощення таких завдань є метод еквівалентних граничних умов, що дозволяє виключати з розгляду деяку область простору, задаючи відповідні граничні умови на її кордоні [1]. Рішення задачі про взаємодію випромінювача з контактує середовищем можна звести до задачі збудження резонатора з ідеально провідними стінками, навантаженого імпедансом на одній з його стінок.

Рис. 1. Схематичне зображення антени. Fig. 1. Antenna scheme

Апплікаторная антена являє собою відрізок прямокутного хвилеводу (резонатора) 1 (рис. 1) з фланцем 2, навантаженого імпедансом 3, який збуджується за допомогою прямокутної петлі 4. У резонаторі збуджуються коливання магнітного типу Нгю-Петлю зв’язку 4 розташовують таким чином, щоб вона перебувала в максимумі розподілу магнітного поля в резонаторі 1. Розрахунок вхідного опору пристрою Zex проводиться

методом власних функцій [4]. Якщо на затискачах прямокутної петлі 4, радіус якої малий у порівнянні з довжиною хвилі, діє стороннє напруга U, то згідно закону Кірхгофа

де Ф – магнітний потік через площу S поперечного перерізу петлі; / – струм у петлі; X – реактивний опір петлі, обумовлене наявністю місцевих реактивних полів в близи петлі і можна покласти його рівним індуктивному опору петлі у вільному просторі

Магнітний потік Ф можна представити як потік вектора магнітної індукції через площу петлі, обмежену її контуром

Тоді вираз (1) можна переписати у вигляді

S

і після розподілу на ток / отримуємо вхідний опір антени

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

I про

Поля в резонаторі можна представити в наступному вигляді [11

де е “, hv – Амплітудні коефіцієнти електричного і магнітного полів; £ “, Hv – Власні векторні функції резонатора. Амплітудні коефіцієнти ev і hv в рівнянні (6) можна знайти, використовуючи коливальні рівняння [11

де Z – імпеданс, навантажувальний резонатор; d0 – Коефіцієнт, що враховує втрати в стінках резонатора.

III. Висновок

За допомогою коливальних рівнянь розраховані характеристики апплікаторной антени, які полягають у визначенні параметрів антени, вибору параметрів петлі зв’язку, її добротності і вхідного опору, а також смуги частот, в якій працює антена. Параметри розробленої апплікаторной антени наступні [4]: ​​резонансна частота – 1,5 ГГц, смуга частот – 60 МГц, ДН0,5=90 °, коефіцієнт підсилення – 5-7,5, КСХН = 1,3-1,45.

I. Список літератури

[1] Скрипник Ю. А., Манойлов В. Ф., Яненко А. Ф., Куценко В. П., Гімпілевіч Ю. Б. Мікрохвильова радіометрія фізичних і біологічних об’єктів. Житомир: Волинь, 2003. – 407 с.

[2] Троїцький В. С., Бєлов І. Ф., Горбачов В. П. та ін Про можливість використання власного теплового СВЧ радіовипромінювання тіла людини для вимірювання температури його внутрішніх органів. / / УФН. – 1981. – Т.134,

№ 1. – С. 155 – 158.

[3] Петросян В. І., Синіцин Н. І., Йолкін В. А. Антени-аплікатори для резонансної хвильової КВЧ / СВЧ – радіоспектроскопії природних утворень. / / Біомедична радіоелектроніка. – 1999. – № 8. – С. 36 – 41.

[4] Манойлов В. П., Назарчук П. Ю. 1мпедансна модель ашжаторноТ антени. / / Вюнік 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»