一种应用于脑部微波检测成像系统的微带对数周期天线

1.本发明涉及微波检测技术领域，尤其是涉及一种应用于脑部微波检测成像系统的微带对数周期天线。


背景技术：

2.脑卒中是一种具有高病发率、高致残率、高死亡率的急性脑血管疾病，及时有效的诊断对脑卒中的治疗是至关重要的。目前对脑卒中检测的方式主要有电子计算机断层扫描(ct)、x射线摄影技术以及核磁共振(mri)等,然而这些检测手段通常存在着检测设备庞大且昂贵、检测时间较长和存在辐射危害等缺陷，不仅为患者带来了巨大的经济负担，甚至可能因为错过救治的“黄金三小时”从而给患者带来不可逆转的伤害。
3.目前微波检测成像技术发展迅速，并日渐成熟，在未来的医疗领域中将有很大优势。其高精度、低辐射、价格低廉、设备小和易普查的特点，使其逐渐受到研究人员的重视，并应用于脑部检测领域。目前国内关于脑卒中微波检测技术的研究处于起步和探索阶段，大多数研究停留在理论验证与仿真实验阶段，大力研发便携式可穿戴脑卒中微波检测设备具有广阔的市场前景。
4.脑卒中微波检测设备主要包括微波信号源、收发天线阵列、控制收发天线的开关矩阵电路、数据采集电路和微波数据处理与分析系统。将收发天线阵列附着在可穿戴设备上，微波信号源经上位机控制生成大量频点的扫频信号并利用天线发射出去，微波信号采集模块获取并保存天线接收到的电场，并导入微波信号处理模块，进而通过对采集的数据进行反演成像达到脑卒中检测和血块定位的目的。
5.脑卒中微波检测技术常用频段为1-4ghz，且收发天线的数量越多，检测成像的结果越精准。因此，设计一种超宽带且小型化的天线结构，对于脑部微波检测的数据收发采集至关重要。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种应用于脑部微波检测成像系统的微带对数周期天线，设置有折叠部分，有效减少了天线的横向尺寸，实现了天线的小型化，具有增益高、超带宽、方向图稳定、重量轻、剖面低、小型化、易于组阵的特点，能够有效应用于脑部微波检测成像的系统中。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种应用于脑部微波检测成像系统的微带对数周期天线，包括从上到下设置的基板正面金属结构、介质基板以及基板背面金属结构，
8.所述基板正面金属结构包括对称设置的第一辐射部和第二辐射部；
9.所述基板背面金属结构包括若干折叠部分和馈电微带线，所述馈电微带线通过金属化通孔与所述第一辐射部的远地端相连接，所述第一辐射部和所述第二辐射部的天线振子通过金属化通孔与相对设置的折叠部分相连接。
10.优选的，所述第一辐射部包括第一中心连接微带线和若干第一天线振子，若干第
一天线振子从外到内交替设置于所述第一中心连接微带线的两侧且尺寸依次减小，所述第一辐射部的近地端设置于所述介质基板的外侧，所述第一辐射部的远地端设置于所述介质基板的中部。
11.优选的，所述第二辐射部包括第二中心连接微带线和若干第二天线振子，若干第二天线振子从外到内交替设置于所述第二中心连接微带线的两侧且尺寸依次减小，所述第二辐射部的近地端设置于所述介质基板的外侧，所述第一辐射部的远地端设置于所述介质基板的中部。
12.优选的，若干所述折叠部分与第一天线振子和第二天线振子的位置相对设置且通过金属化通孔相连接，若干所述折叠部分从外到内尺寸依次减小。
13.优选的，所述馈电微带线一端采用边缘同轴电缆为馈电点，所述馈电微带线的另一端设置于所述介质基板的中心且通过金属化通孔与所述第一辐射部的远地端相连接。
14.优选的，所述介质基板采用fr4材料，所述基板正面金属结构和所述基板背面金属结构采用铜材质。
15.因此，本发明采用上述结构的一种应用于脑部微波检测成像系统的微带对数周期天线，具有以下有益效果：
16.(1)、通过采用折叠部分，有效减少了对数周期天线的横向尺寸，实现了天线的小型化，易于组阵，增加天线阵列的规模。
17.(2)、采用平衡对称结构与对称馈电方式，并在馈电端采用巴伦结构，有效提高了对数周期天线的带宽，能够达到0.5ghz-3ghz的工作带宽，且在通频带内方向图稳定，工作频段有效契合人脑微波检测成像所使用频段，且使天线辐射更稳定。
18.(3)、振元辐射场水平极化，沿圆周布阵时可有效降低阵元间互耦，实现良好的匹配和辐射性能，且对水平姿态异常目标反应灵敏。
19.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
20.图1为本发明一种应用于脑部微波检测成像系统的微带对数周期天线的结构示意图；
21.图2为本发明基板正面金属结构示意图；
22.图3为本发明基板背面金属结构示意图；
23.图4为本实施例的回波损耗图；
24.图5为实施例的辐射方向图。
25.附图标记
26.1、基板正面金属结构；11、第一辐射部；111、第一天线振子；112、第一中心连接微带线；12、第二辐射部；121、第一中心连接微带线；122、第二天线振子；2、介质基板；3、基板背面金属结构；31、馈电微带线；32、折叠部分；4、金属化通孔；
具体实施方式
27.实施例
28.图1为本发明一种应用于脑部微波检测成像系统的微带对数周期天线的结构示意
图，图2为本发明基板正面金属结构示意图，图3为本发明基板背面金属结构示意图，如图所示，一种应用于脑部微波检测成像系统的微带对数周期天线，包括从上到下设置的基板正面金属结构1、介质基板2以及基板背面金属结构3。介质基板2采用fr4材料，介电常数为4.4。基板正面金属结构1和基板背面金属结构2采用铜材质，介质基板2为长91mm、宽64mm的矩形，厚度为1mm。
29.基板正面金属结构1包括对称设置的第一辐射部11和第二辐射部12，第一辐射部11包括第一中心连接微带线112和若干第一天线振子111，本实施例设置有十个第一天线振子，十个第一天线振子111从外到内交替设置于第一中心连接微带线112的两侧且尺寸依次减小，第一辐射部11的近地端设置于介质基板2的外侧，第一辐射部11的远地端设置于介质基板2的中部。第二辐射部12包括第二中心连接微带线121和若干第二天线振子122，本实施例第二天线振子122设置有十个，十个第二天线振子122从外到内交替设置于第二中心连接微带线121的两侧且尺寸依次减小，第二辐射部12的近地端设置于介质基板2的外侧，第一辐射部12的远地端设置于介质基板2的中部。第一辐射部11和第二辐射部12成平衡对称结构，阵元辐射场水平极化，沿圆周布阵时可有效降低阵元间互耦，实现良好的匹配和辐射性能，且对水平姿态异常目标反应灵敏。现有的人脑成像天线因空间限制，一般都是垂直极化，不能实现水平极化。
30.基板背面金属结构3包括若干折叠部分32和馈电微带线31，馈电微带线31通过金属化通孔4与第一辐射部11的远地端相连接，折叠部分32与第一天线振子111和第二天线振子122在数量和尺寸上相适配，折叠部分32与第一天线振子111和第二天线振子122的位置相对设置且通过金属化通孔4相连接，若干折叠部分32从外到内尺寸依次减小。第一辐射部11和第二辐射部12的天线振子通过金属化通孔4与相对设置的折叠部分32相连接。通过采用折叠部分，有效减少了对数周期天线的横向尺寸，实现了天线的小型化，易于组阵，增加天线阵列的规模。馈电微带线31一端采用边缘同轴电缆为馈电点，馈电微带线31的另一端设置于介质基板2的中心且通过金属化通孔4与第一辐射部11的远地端相连接。利用天线的激活区域辐射机理，从末端采用馈电微带线31进行馈电，在中心利用金属化通孔4实现对称馈电，完成非平衡到平衡转换，采用巴伦结构，有效防止同轴线外导体上出现漏电流，从而提高辐射的稳定性，增加天线的有效带宽。有效提高了对数周期天线的带宽，能够达到0.5ghz-3ghz的工作带宽，且在通频带内方向图稳定，工作频段有效契合人脑微波检测成像所使用频段，且使天线辐射更稳定。
31.如图4所示为本发明天线的回波损耗图，由图可见-10db以下的工作频段为0.5ghz-3ghz。图5为本发明天线的辐射方向图。
32.因此，本发明采用上述结构的一种应用于脑部微波检测成像系统的微带对数周期天线，设置有折叠部分，有效减少了天线的横向尺寸，实现了天线的小型化，具有增益高、超带宽、方向图稳定、重量轻、剖面低、小型化、易于组阵的特点，能够有效应用于脑部微波检测成像的系统中。
33.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。