[发明专利]一种用于乳腺肿瘤微波检测的专用小型超宽带开槽天线

说明书

所属技术领域

本发明属于生物医学检测领域，涉及一种微波探测用天线。

背景技术

乳腺肿瘤是女性发病率最高的恶性肿瘤疾病，死亡率居妇女恶性肿瘤死亡率之首。早期乳腺肿瘤的诊断无疑对于提高乳腺病的治疗率以及患者的远期成活率都具有决定性意义。目前常用的早期乳腺癌的检测方法包括乳腺X线摄影术、超声波影像技术、计算机断层扫描、核磁共振成像技术、热成像检测等，但诸多方法均存在一定的缺点，如对人体产生辐射伤害、成像对比度低、费用较高等。超宽带电磁波检测乳腺癌的原理在于不同生物组织对电磁波的吸收、反射及透射特性不同，使得天线发射的脉冲信号在乳腺组织中传播时所产生的电磁场能够反映恶性组织的丰富信息。同时超宽带微波信号具有辐射功率低、目标信息携载量大、提供毫米级定位和检测成本较低等优点，能作为早期乳腺检测的常规手段。为了实现上述超宽带的优点，超宽带天线的设计至关重要。常规的超宽带天线通常是用于向空气中发射电磁波，此类天线应用于肿瘤检测时会在空气与皮肤层界面处产生较大的反射，降低检测质量。且通常此类天线尺寸较大，而乳房的尺寸相对较小,大尺寸天线不太适用于乳腺肿瘤检测。因此有必要开发适用于乳腺肿瘤检测应用的小型超宽带天线。

发明内容

为了有效地利用超宽带微波检测系统中对乳腺肿瘤进行探测，本发明提供了一种接触式超小型的超宽带平面天线。

一种用于乳腺肿瘤微波检测的专用小型超宽带开槽天线，包括位于天线背面的开槽地极，天线正面包括天线极子、馈电连接器，其中，天线极子为叉指馈电极子，其长度L=12mm，宽度W=10mm，两个叉指的间距W1=2.2mm，每个叉指的宽度W2=0.7mm，叉指的长度L3=4.8mm；所述的馈电连接器为贴片型的SMP同轴连接器；开槽地极的开槽结构尺寸为：宽度Wslot=8.7mm，长度Lslot=2.6mm，开槽距天线底部的距离Lshift=5.1mm；微带线的尺寸为：宽度W3=0.5mm，微带线长度L2=2.1mm，微带线距天线底部的距离L1=4mm；SMP同轴连接器的焊盘尺寸为：焊盘为正方形，边长L5=5.5mm，中心开口圆半径R1=1mm。

所述的焊盘的上开设有缺口，缺口的宽度W4=1.36mm；W5是焊盘下部设置有缺角，缺角到圆中心的距离W5=2.9mm。

该天线整个尺寸只有12mm×10mm×0.635mm，能够大量地排列在乳房表面形成天线阵列，这样就能获取足够多的信息来对乳腺肿瘤进行检测。该天线具有尺寸小，频带宽，方向性强，单向增益高的优点，非常适合于乳腺肿瘤检测系统。

附图说明

图1天线结构示意图，(a)为天线馈面，(b)为天线背面。

图2SMP同轴连接器。

图3天线加工实物尺寸对比图。

图4天线回波损耗的仿真与测量结果（置于生物组织表面）。

图5天线在空气中回波损耗。

图6不同频率下天线的辐射方向图:(a)3GHz;(b)5GHz;(c)7GHz;(d)9GHz。

图7天线的组织朝向增益。

图8组织模型及3x3天线阵列示意图。

图9三维共焦成像结果（a）z=24.5mm时，x-y平面切片（b）y=53.5mm,x-z平面切片。

具体实施方式

本发明的天线背向采用金属地极开矩形槽处理，天线极子采用叉指结构的单极子激励。开槽地极增加了天线的有效电尺寸，金属地极开矩形槽后，形成环形金属地极，地极电流由原来的金属膜内环流改成沿着金属膜边框的环流模式，电流的环形流动增加了天线的电尺寸，该方法可有效增大天线阻抗带宽，降低天线最低频率。天线辐射极子由馈线分裂为一个叉指型单极子，以在一个宽频范围内激发地面开槽。

为了使得天线能量能够充分地辐射进入乳房内部，以获取足够的信息，本天线被设计为工作在与人体组织接触的环境中。为了减小天线尺寸，同时使得天线能够与皮肤完全贴合，该天线采用了贴片型SMP同轴连接器。通过对天线进行结构调整优化，最终得到上述尺寸，整体长宽为12mmx10mm，通过仿真模拟，得到了良好的超宽带性能以及较好的方向性。按照该尺寸对天线进行加工，并紧贴于生物组织进行测试。在测试使用时，为了充分排除天线与皮肤之间的空气，于天线与皮肤之间涂抹一层很薄的凡士林。仿真与实测结果表明了该天线的超宽带特性以及良好的方向特性。该超小型天线由于尺寸小，可大量地排布在乳房表面，能够很好地应用于超宽带微波肿瘤检测系统。