Моделирование и анализ свойств спиральной антенны для исследования излучения головного мозга в микроволновом диапазоне

Abstract

В данной работе приведены результаты исследования планарной однозаходной спиральной антенны, предназначенной для измерения собственного электромагнитного излучения головного мозга в диапазоне частот 3–5 ГГц. Исследования проведены с помощью численного моделирования (методом конечных элементов) в программном пакете ANSYS Electromagnetics Suite 19.2. В данной программе была пострена модель тканей человеческой головы и модель антенны. Выполнена оптимизация параметров антенны для получения наилучших характеристик согласования и глубины проникновения поля. Рассчитаны частотные зависимости входного импеданса и коэффициента отражения. Также было получено распределение создаваемого поля в тканях головы. Исследовано влияние согласующего слоя, расположенного между плоскостью спирали и поверхностью головы, на характеристики антенны при флуктуации электрических параметров верхних слоев тканей головы. Для проверки полученных результатов выполнено сравнительное моделирование с использованием программного продукта WIPL-D Pro.

This paper investigates a planar single-arm spiral antenna used to measure human brain radiation in the frequency range 3-5 GHz. The investigation is carried out using numerical modeling (finite elements method) by employing ANSYS Electromagnetics Suite 19.2. The model of human brain tissues and the antenna are built in this software. The optimization of antenna parameters is carried out to obtain the best matching and sensing depth. The frequency dependence of the antenna input impedance, reflection coefficient is computed, and the volume distribution of electromagnetic field in the head tissues is obtained. We investigate the influence of the matching layer to the antenna characteristics in the case of the deviation of the electrical parameters of the head tissue top layers. The matching layer is located between the spiral antenna plane and the surface of the head. The additional simulation is carried out by using WIPL-D Pro EM simulator to validate the obtained results.