一种改善SAR均匀度的体外电磁暴露实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种改善SAR均匀度的体外暴露实验装置其步骤如下：1)使用一个材质为铁，几何尺寸为400

【技术实现步骤摘要】
一种改善SAR均匀度的体外电磁暴露实验装置


[0001]本专利技术属于生物电磁学
，涉及一种改善SAR均匀度的体外电磁暴露实验装置。

技术介绍

[0002]传统的圆形培养皿被广泛的应用于生物电磁实验，用于评估电磁辐射的非热生物效应。非热体外研究中需要两个重要要求：1)SAR分布在观察细胞区域的均匀性；2)具有足够高水平暴露，以至于不需要大功率放大器，系统总成本不会进一步增加。满足这些最低要求并非易事，这使得暴露设备的设计和表征成为一个具有挑战性的问题。SAR值和均匀性强烈依赖几个参数，例如，培养皿的尺寸，培养皿中液体的量，弯月面的存在，电磁的极化，操作频率以及培养皿在暴露装置中的位置。而传统的圆形培养皿在电磁暴露中SAR均匀度比较差，因此需要设计新的培养皿装置来解决。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对上述现有传统培养皿进行暴露使得SAR均匀性比较差的情况，提出一种改善SAR均匀度的体外暴露实验装置。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
[0005]1)建立一个材质为铁、几何尺寸为400
×
400
×
400mm、四面各有16个圆形小孔的谐振腔；
[0006]2)在谐振腔内，建立一个工作在2.45GHZ的领结天线，作为电磁暴露实验的辐射源，通过计算公式得到领结天线参数：金属贴片R，单位为mm；波长λ，单位为mm，以及指数巴伦渐变线的宽度W1、W2和微带线线长L，单位为mm；
[0007]3)建立一块材质为铁，几何尺寸为394
×
394
×
2mm的反射板，位于天线上方，与天线间隔1mm；
[0008]4)建立一个由外径为60mm、内径为35mm，高度为14mm的环形培养皿，在环形培养皿距离谐振腔底部20mm，建立一个圆形培养皿放置在环形培养皿内径上方，环形培养皿中装有蒸馏水，圆形培养皿中装有培养液；
[0009]5)建立培养液几何模型，通过计算公式得到曲液高度h
m
，单位为mm；
[0010]6)基于上述步骤中的谐振腔、领结天线、反射板、环形培养皿、培养液及曲液高度，设置对应的材料参数，并且进行网格剖分，最后通过仿真软件，得到培养液中的SAR分布。
[0011]上述所述的一种改善SAR均匀度的体外暴露实验装置，所述步骤1)中，谐振腔各面的16个圆形小孔的圆心离谐振腔底面为30mm，孔直径为10mm，各孔心之间的间距为20mm；
[0012]上述所述的一种改善SAR均匀度的体外暴露实验装置，所述步骤2)中，领结天线由一个材质为FR
‑
4，几何尺寸为62
×
76
×
1mm的基板，基板上下各附有一个直径为15mm，厚度为0.018mm的半圆金属贴片R1，并用指数巴伦渐变微带线连接，在上下两条微带线输入波端口阻抗为50Ω，入射功率为1w构成。领结天线中的金属贴片R，单位为mm，与波长λ，单位为mm
的计算如下：
[0013][0014][0015]指数巴伦渐变微带线的宽度W1、W2与微带线长度L，单位为mm，计算如下：
[0016][0017]其中，
[0018][0019][0020]W2＝5W1[0021][0022]其中，ε
r
为介质板FR
‑
4的相对介电常数，h为介质板的厚度，单位为mm，Z0为微带线的特性阻抗，单位为Ω，λ0为介质板的工作波长。领结天线的相关参数通过优化S11参数，得到以下合适的领结天线参数尺寸：
[0023]表1：
[0024][0025]其中，a、b分别为FR
‑
4基板的宽和长，单位为mm，PIPEI_W1与PIPEI_W2为基板上部分微带线宽度，单位为mm。
[0026]上述所述的一种改善SAR均匀度的体外暴露实验装置，所述步骤3)中，距离谐振腔底面380mm处放置了一个材质为铁，几何尺寸为394
×
394
×
2mm的反射板，反射板距离领结天线1mm。
[0027]上述所述的一种改善SAR均匀度的体外电磁暴露实验装置，所述步骤4)中，由外径为60mm、内径为35mm，高度为14mm的环形培养皿，环形培养皿底部用架子支撑，使其距离谐振腔底部20mm，环形培养皿的内外径之间装有4.9ml的蒸馏水，环形培养皿的内径上方放置有一个直径为35mm，高度为12mm的圆形培养皿，圆形培养皿内装有3ml的培养液，并用一个直径为37mm，高度为3mm的盖子盖在圆形培养皿上方。环形培养皿放置在领结天线正下方346mm处。
[0028]上述所述的一种改善SAR均匀度的体外电磁暴露实验装置，所述步骤5)中，培养液模型曲液高度h
r
计算公式：
[0029][0030]其中h
r
为r处的曲液高度，单位为mm，h0为曲液面的最大高度，单位为mm，R0为培养液的半径，单位为mm，c为曲液面的衰减宽度，单位为mm；
[0031]上述所述的一种改善SAR均匀度的体外电磁暴露实验装置，所述步骤6)中，基于上述步骤中的谐振腔、领结天线、反射板、环形培养皿、培养液及曲液高度，设置对应的材料参数，参数包括相对介电常数ε
r
、电导率σ，单位为Sm
‑1、比热容c，单位为kJ(kg
·
C)
‑1、热导率k，单位为W(Km)
‑1、质量密度ρ，单位为kgm
‑3。再将培养液分别采用0.2mm和1mm的渐变网格进行剖分，利用时域有限方法对剖分后的模型进行电磁仿真，得到培养液中的SAR分布。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的实现流程图；
[0033]图2为本专利技术中体外暴露装置几何结构图；
[0034]图3为本专利技术中建立的谐振腔模型图；
[0035]图4为本专利技术中建立的领结天线模型；
[0036]图5为本专利技术中建立的反射板模型图；
[0037]图6为本专利技术中建立的环形培养皿模型图；
[0038]图7为本专利技术中建立的培养液截面模型图；
[0039]图8为本专利技术中利用局部网格对培养液进行网格剖分的切面图；
[0040]图9为本专利技术中培养液的SAR分布截面图；
[0041]图10为传统圆形培养皿与环形培养皿SAR分布均匀性对比图；
具体实施方式
[0042]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0043]图1为本专利技术的流程框图，图2为本专利技术体外暴露装置几何结构剖面图，具体实施如下：
[0044]1)建立一个材质为铁、几何尺寸为400
×
400
×
400mm、四面各有16个圆形小孔的谐振腔，谐振腔各面的16个圆形小孔的圆心离谐振腔底面为30mm，孔直径为10mm,各孔心之间的间距为20mm，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善SAR均匀度的体外电磁暴露实验装置，其特征在于，包括以下几个步骤：1)建立一个材质为铁、几何尺寸为400
×
400
×
400mm、四面各有16个圆形小孔的谐振腔；2)在谐振腔内，建立一个工作在2.45GHZ的领结天线，作为电磁暴露实验的辐射源，通过计算公式得到领结天线参数：金属贴片R，单位为mm；波长λ，单位为mm，以及指数巴伦渐变线的宽度W1、W2和微带线线长L，单位为mm；3)建立一块材质为铁，几何尺寸为394
×
394
×
2mm的反射板，位于天线上方，与天线间隔1mm；4)建立一个由外径为60mm、内径为35mm，高度为14mm的环形培养皿，环形培养皿距离谐振腔底部20mm，建立一个直径为35mm的圆形培养皿放置在环形培养皿内径上方，环形培养皿中装有蒸馏水，圆形培养皿中装有培养液；5)建立培养液几何模型，通过计算公式得到曲液高度h
m
，单位为mm；6)基于上述步骤中的谐振腔、领结天线、反射板、环形培养皿、培养液及曲液高度，通过仿真软件，得到培养液中的SAR分布。2.如权利要求1所述的一种改善SAR均匀度的体外电磁暴露实验装置，所述步骤1)中，谐振腔各面的16个圆形小孔的圆心离谐振腔底面为30mm，孔直径为10mm，各孔心之间的间距为20mm。3.如权利要求1所述的一种改善SAR均匀度的体外电磁暴露实验装置，所述步骤2)中，其特征在于，领结天线参数中的金属贴片R，单位为mm，波长λ，单位为mm，计算如下：其特征在于，领结天线参数中的金属贴片R，单位为mm，波长λ，单位为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨万春，王春阳，郭李，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：