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用于非侵入式脑神经活动的检测是脑科学领域长久以来面临的挑战之一。利用脑映射技术来研究大脑不同区域的功能，有助于更好地理解大脑的工作机制。但是，现有的检测手段难以实现高时–空分辨率、大范围的神经信号检测。
本文对利用微波对脑神经活动的检测做了相关研究，表明神经元活动使细胞膜电位发生改变，引起脑功能区组织介电特性的变化。电磁波可以有效地穿透大脑，脑组织介电特性的变化会引起电磁波传输相位的同步改变。通过对天线阵列不同方向上接收的散射信号进行分析，可以有效地检测到这种变化。
本文的主要内容如下：1. 根据脑神经活动的电磁特性，建立均匀平面波的分层动态传输模型，推导电磁波传输相位与介质动态特性之间的关系，表明介质层的动态特性会引起电磁波传输相位的同步变化，且两者具有相同的特征频率。2. 分析了头部不同生物组织的色散特性，通过引入精确的3D人头模型，为脑内不同组织分配相应的电参数。依据脑功能区介质的动态特性，在头部模型对应位置嵌入具有时变电参数特性的介质块来模拟视觉皮层（β波， fi =20 Hz）与听觉皮层（α波， fi =10 Hz）的神经振荡。采用围绕在该模型周围的6元喇叭天线阵列，对不同方向接收的散射信号进行频域分析获取介质电参数（介电常数、电导率）的变化频率，表明了利用微波探测脑神经活动的可行性。3. 根据脑部组织的色散特性选取合适的微波工作频率，比吸收率（specific absorption ratio, SAR）分析结果表明微波检测系统的安全性。4. 设计了一款工作在2 GHz–4 GHz频段的定向、宽带Vivaldi天线，通过加载贴片改善匹配实现宽带特性，并引入谐振式反射器（resonance-based reflector, RBR）结构实现良好的定向性，且易于构造紧凑的阵列。5. 对微波通过不同离子浓度的脑组织模拟混合物情形下散射参数测量。通过不同比例溶液配比，模拟大脑内部环境，为后续实验的开展奠定基础。
本文对利用微波对脑神经活动的检测做了相关研究，表明神经元活动使细胞膜电位发生改变，引起脑功能区组织介电特性的变化。电磁波可以有效地穿透大脑，脑组织介电特性的变化会引起电磁波传输相位的同步改变。通过对天线阵列不同方向上接收的散射信号进行分析，可以有效地检测到这种变化。
本文的主要内容如下：1. 根据脑神经活动的电磁特性，建立均匀平面波的分层动态传输模型，推导电磁波传输相位与介质动态特性之间的关系，表明介质层的动态特性会引起电磁波传输相位的同步变化，且两者具有相同的特征频率。2. 分析了头部不同生物组织的色散特性，通过引入精确的3D人头模型，为脑内不同组织分配相应的电参数。依据脑功能区介质的动态特性，在头部模型对应位置嵌入具有时变电参数特性的介质块来模拟视觉皮层（β波， fi =20 Hz）与听觉皮层（α波， fi =10 Hz）的神经振荡。采用围绕在该模型周围的6元喇叭天线阵列，对不同方向接收的散射信号进行频域分析获取介质电参数（介电常数、电导率）的变化频率，表明了利用微波探测脑神经活动的可行性。3. 根据脑部组织的色散特性选取合适的微波工作频率，比吸收率（specific absorption ratio, SAR）分析结果表明微波检测系统的安全性。4. 设计了一款工作在2 GHz–4 GHz频段的定向、宽带Vivaldi天线，通过加载贴片改善匹配实现宽带特性，并引入谐振式反射器（resonance-based reflector, RBR）结构实现良好的定向性，且易于构造紧凑的阵列。5. 对微波通过不同离子浓度的脑组织模拟混合物情形下散射参数测量。通过不同比例溶液配比，模拟大脑内部环境，为后续实验的开展奠定基础。