异向介质在微波热疗中的应用研究

【摘要】异向介质是一种等效介电常数和等效磁导率同时为负的人工介质,在无损探测、微波器件设计、隐身材料设计等多个领域展现了广阔的应用前景。由于其具有独特的聚焦特性,异向介质可望在肿瘤的微波热疗中获得良好的应用。本文主要针对异向介质微波热疗中的一些关键问题进行研究,主要的研究工作和成果包括：针对分布面积较大、形状复杂的浅表肿瘤,提出基于异向介质平板透镜的多源联合加热方案。通过对热疗性能进行理论分析和数值仿真,确定了多个源实现联合加热的条件。进一步通过合理地调控源的分布、幅度及相位,可获得与肿瘤形状、姿态吻合的加热区域,实现适形热疗。针对发于颈部、四肢的浅表肿瘤,平板透镜适用性较差,提出采用异向介质柱面透镜的多源联合加热方案。根据柱面异向介质透镜的不同聚焦机制,给出了相应的浅表肿瘤适形热疗的微波源配置方案。深入探讨了低损耗传输线型异向介质结构的构造原理,并通过参数优化设计了两款异向介质结构单元,分别用于构造具有高、低等效折射率的平板透镜。进一步,针对微波热疗系统中散热水层引入强反射并导致异向介质透镜聚焦性能下降的问题,提出异向介质透镜–循环水层一体化结构设计。通过设计具有部分液基的异向介质透镜,在实现散热的同时,保证热疗性能。通过制备所设计的传输线型平板透镜,搭建相应的聚焦实验系统,采用双源实验,验证了我们提出的热疗方案及微波源配置方案有效性。进一步,对部分液基异向介质透镜的性能进行了实验验证。最后,采用折射率较高的单平板异向介质透镜,搭建了单微波源热疗验证试验系统。通过对生物组织样品加热实验,在一定程度上验证了异向介质透镜在微波热疗中良好的应用潜力。
【作者】陶永会；
【导师】王刚；
【作者基本信息】中国科学技术大学，电磁场与微波技术，2014，博士
【关键词】异向介质；平板透镜；柱面透镜；聚焦；浅表肿瘤；微波热疗；

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