[发明专利]装配平面扼流圈的毫米波细胞辐射实验装置

说明书

本发明公开了装配平面扼流圈的毫米波细胞辐射实验装置，包括：辐射器、平面托架、细胞样品，辐射器由固态源和口径天线构成，位于平面托架下方，细胞样品放置在平面托架上，与辐射器沿垂直方向共轴排列，还包括有平面扼流圈、升降滑鞍、高精度三维滑台和工业显微镜；平面扼流圈固定于平面托架下表面，位于辐射器和细胞样品之间，平面托架安装在升降滑鞍上，高精度三维滑台承载辐射器，工业显微镜置于装置最上方，平面扼流圈包括两层金属板，上、下金属板的中心分别开有上、下椭圆孔，构成阶梯结构，本发明的平面扼流圈能有效降低细胞实验的辐射不均匀性，提高辐射效率，对机械制造公差、安装偏差、频率漂移、细胞样品的电磁参数有较好的适应性。

技术领域

本发明属于生物电磁学技术领域，具体涉及装配平面扼流圈的毫米波细胞辐射实验装置。

背景技术

毫米波的电磁辐射对生物可能造成的危害受到广泛关注。用入射功率密度IPD量化的安全限值的确定主要基于毫米波对细胞的辐射效应的实验研究。在研究中，毫米波细胞辐射实验装置的性能对实验结果有显著影响。

毫米波细胞辐射实验装置主要包括辐射器、细胞样品和平面托架。辐射器通常由固态源连接口径天线构成，固态源位于下方，口径天线向上沿轴线方向辐射毫米波，形成辐射空间。细胞单层培养在细胞容器的底面，覆盖培养液，构成细胞样品。平面托架将细胞样品置于辐射空间。

在毫米波段，固态源的输出功率有限，为了获得足够的辐射剂量，毫米波细胞辐射实验装置一般采用近场辐射，细胞样品距离口径天线只有几个波长甚至更近，二者之间存在毫米波的多重反射，明显影响辐射不均匀性和辐射效率。

毫米波段的细胞辐射实验通常使用比吸收率SAR代替IPD以直接反映细胞样品吸收的辐射剂量，SAR为细胞样品单位质量吸收的电磁功率。辐射剂量由辐射不均匀性和辐射效率描述。辐射不均匀性定义为细胞样品中SAR分布的标准偏差，辐射效率定义为细胞样品中SAR的平均值与辐射器的馈源入射功率之比。辐射不均匀性越小，辐射效率越高，则细胞实验的辐射质量越优。

Boriskin在其发表的论文“Enhancing exposure efficiency and uniformityusing a choke ring antenna:Application to bioelectromagnetic studies at 60GHz[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2013,61(5):2005-2014”中提出了一种近场辐射用的扼流圈天线。该扼流圈天线放置在距离细胞容器下表面40mm的位置，向细胞样品辐射频率为60GHz的毫米波，通过在天线展开面上开槽并优化开槽尺寸，使IPD比较集中且均匀地分布到细胞样品所在的辐射空间。扼流圈天线存在四个问题：首先，扼流圈天线的设计和优化以IPD为剂量参考，虽然辐射空间的IPD分布比较集中且均匀，但加载的细胞样品会显著改变IPD的分布，导致以SAR为剂量参考的辐射不均匀性和辐射效率并未达到最优；其次，扼流圈天线的应用需要对既有的辐射器做较大的改动，将口径天线替换为扼流圈天线，并重新设计固态源和扼流圈天线之间的匹配、隔离和组装，技术难度和实现成本较大；再次，扼流圈天线的开槽结构参数较多，参数耦合复杂，导致扼流圈天线的工作频带很窄，对固态源频率稳定度要求很高，固态源的频率发生漂移时，会破坏以IPD为剂量参考的辐射不均匀性和辐射效率；最后，细胞样品的电磁参数的差异会改变细胞样品与扼流圈天线之间的毫米波的多重反射，影响以SAR为剂量参考的辐射不均匀性和辐射效率。

发明内容

本发明的目的在于提供装配平面扼流圈的毫米波细胞辐射实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。