非侵入式的大脑功能区活动状态检测是当今脑科学领域的主要议题之一,利用微波技术对大脑功能区活动状态检测研究,对人类脑科学的发展有着重要的意义。论文的主要工作如下:1.结合大脑功能区的生理特性,分析了脑功能区神经元细胞在神经兴奋时细胞膜内外钠、钾离子浓度会发生周期性变化及脑组织电参数随之变化的原因。建立传输模型,分析推导了散射信号与时变介质的介电常数、电导率之间的函数关系。通过推导结果可以得出介质的动态特性会引起散射信号传输相位的同频变化,这一结果为后续研究奠定了理论基础。2.利用电磁仿真软件对大脑触觉功能区与视觉功能区的微波探测进行了模拟仿真,在电磁仿真软件中引入三维高精度大脑模型,且依据人脑在微波状态下真实的电参数特性为大脑模型配置相应的参数。将可参数化设置的介质块嵌入人脑功能区相应的位置,并将其赋予时变特性用以模拟功能区神经活动,结合脑电信号的频率将功能区神经活动持续时长设置为1秒,求解步长设置为0.01秒,故需要进行101次迭代计算且保留每一次的计算结果。通过比吸收率（SAR）仿真分析证实了在一定功率条件下微波探测的安全性,对在人脑周围不同方向上Vivaldi天线接收到的散射信号进行处理分析,结果表明,在保证安全性的前提下,基于微波散射法可以有效地探测脑功能区的活动状态。3.设计了用于脑功能区探测的共形天线阵列测试平台,其中包含小型化对拓式高增益Vivaldi天线、宽带射频开关电路、共形天线阵列支架。天线在不改变原天线尺寸的前提下通过采用在接地层加载圆弧形反射器的方法改善天线在低频段的辐射特性。结果表明,在1-3GHz内驻波比小于2,增益均大于4d Bi,最高增益可达5.5d Bi。基于PE42482A-X射频芯片与STC15F2K60S2微控制器进行宽带射频开关电路设计,对射频开关电路进行加工实测,在1-3GHz内,各端口之间的插入损耗均小于2d B,端口之间的隔离度均大于20d B。最后利用3D打印技术,设计打印了用于脑功能区探测共形天线阵列支架。4.进行了基于微波散射法的脑功能区模拟实验研究,配制了不同浓度的脑功能区模拟液,用于模拟脑功能区活动时不同状态。借助三维高精度人脑仿生模型,在模型内部且按照一定配比配制了用于模拟脑组织的模拟物,将不同浓度的脑功能区模拟液分别依次加入脑功能区的相应位置,分析在人脑模型周围不同方向上的Vivaldi天线接收的散射信号,表明了脑功能区电参数的变化会引起散射信号相位的变化。实际测试结果与仿真结果趋势较为吻合,表明基于微波散射法可以有效的进行脑功能区的活动状态检测,可以有效地提取出脑功能区的活动状态信息。