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脑中风发病急,病死率高,是世界上最严重的致死性疾病之一。对于脑中风的治疗,预防和检测是整个过程的重要环节。微波检测由于具有非电离以及成本低等优点,成为具有广阔的发展前景的疾病可穿戴检测预警技术。其中天线作为微波信号的发射与接收设备,是微波检测系统重要的组成部分。因此,设计一款性能优越并适用于可穿戴微波检测系统的天线来提高疾病检测的准确性是具有重要意义的。折叠天线通过平面天线折叠来改变天线相位,在缩小天线尺寸的同时达到定向的效果。本论文面向可穿戴脑中风微波检测系统设计了桥型折叠定向天线和双折叠定向天线,以满足小型化、定向性以及宽带等特点。
首先,论文设计了可穿戴脑中风微波检测系统总体框架,并根据系统的需求设计了一种新型的桥型折叠天线。天线将具有桥型地板的平面环路天线作为天线原型,并通过在地板上开槽来拓展天线的带宽。然后使用折叠技术,缩小天线尺寸的同时使得天线具有了方向性。最后,应用一个反射板和一对π型寄生贴片来优化天线的增益和电压驻波比。设计好的天线具有 76%(1.1~2.45GHz)的相对带宽,工作带宽内最大增益为4.5dBi,最终天线的整体尺寸为0.297λ×0.146λ×0.073λ(λ为最低工作频率下的波长)。设计完成后将其应用到了可穿戴的脑中风检测头盔模型中。
其次,在折叠技术的基础上,为了进一步缩小天线尺寸从而更满足可穿戴特性,论文提出了一种双折叠结构的天线。该天线将具有五边形辐射单元的平面单极子天线进行双折叠处理。然后通过增加环路、反射板、凹槽等操作进行天线性能的优化。优化后,相对于最低工作波长,天线的尺寸分别为 0.293,0.107 和 0.053,天线带宽范围为1.62~4.73GHz(98%的分数带宽)。带宽范围内,天线的最高增益为5dBi。与桥型天线相比,双折叠天线的带宽和增益都有提高,同时天线的尺寸也有减小。
再次,论文搭建了基于分类算法的脑中风检测系统仿真模型,并将所设计的两种天线应用其中,分类结果验证了所设计天线的有效性。并且在最后搭建了脑中风检测系统实验模型,验证了双折叠天线的有效性。
最后,本文对论文的全部工作内容进行了总结与展望,指出了本文有待解决和完善的问题及进一步的工作计划。
首先,论文设计了可穿戴脑中风微波检测系统总体框架,并根据系统的需求设计了一种新型的桥型折叠天线。天线将具有桥型地板的平面环路天线作为天线原型,并通过在地板上开槽来拓展天线的带宽。然后使用折叠技术,缩小天线尺寸的同时使得天线具有了方向性。最后,应用一个反射板和一对π型寄生贴片来优化天线的增益和电压驻波比。设计好的天线具有 76%(1.1~2.45GHz)的相对带宽,工作带宽内最大增益为4.5dBi,最终天线的整体尺寸为0.297λ×0.146λ×0.073λ(λ为最低工作频率下的波长)。设计完成后将其应用到了可穿戴的脑中风检测头盔模型中。
其次,在折叠技术的基础上,为了进一步缩小天线尺寸从而更满足可穿戴特性,论文提出了一种双折叠结构的天线。该天线将具有五边形辐射单元的平面单极子天线进行双折叠处理。然后通过增加环路、反射板、凹槽等操作进行天线性能的优化。优化后,相对于最低工作波长,天线的尺寸分别为 0.293,0.107 和 0.053,天线带宽范围为1.62~4.73GHz(98%的分数带宽)。带宽范围内,天线的最高增益为5dBi。与桥型天线相比,双折叠天线的带宽和增益都有提高,同时天线的尺寸也有减小。
再次,论文搭建了基于分类算法的脑中风检测系统仿真模型,并将所设计的两种天线应用其中,分类结果验证了所设计天线的有效性。并且在最后搭建了脑中风检测系统实验模型,验证了双折叠天线的有效性。
最后,本文对论文的全部工作内容进行了总结与展望,指出了本文有待解决和完善的问题及进一步的工作计划。