[發明專利]裝配平面扼流圈的毫米波細胞輻射實驗裝置

有效

• 申請號: 202110272366.4
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113046235B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 趙建勛;但佳雄;張旭;李帥
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: C12M1/42
• 分類號: C12M1/42;C12M1/34;C12M1/00
• 代理公司: 西安鼎邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61263
• 代理人: 李振瑞

本發明公開了裝配平面扼流圈的毫米波細胞輻射實驗裝置，包括：輻射器、平面托架、細胞樣品，輻射器由固態源和口徑天線構成，位于平面托架下方，細胞樣品放置在平面托架上，與輻射器沿垂直方向共軸排列，還包括有平面扼流圈、升降滑鞍、高精度三維滑臺和工業顯微鏡；平面扼流圈固定于平面托架下表面，位于輻射器和細胞樣品之間，平面托架安裝在升降滑鞍上，高精度三維滑臺承載輻射器，工業顯微鏡置于裝置最上方，平面扼流圈包括兩層金屬板，上、下金屬板的中心分別開有上、下橢圓孔，構成階梯結構，本發明的平面扼流圈能有效降低細胞實驗的輻射不均勻性，提高輻射效率，對機械制造公差、安裝偏差、頻率漂移、細胞樣品的電磁參數有較好的適應性。

技術領域

本發明屬于生物電磁學技術領域，具體涉及裝配平面扼流圈的毫米波細胞輻射實驗裝置。

背景技術

毫米波的電磁輻射對生物可能造成的危害受到廣泛關注。用入射功率密度IPD量化的安全限值的確定主要基于毫米波對細胞的輻射效應的實驗研究。在研究中，毫米波細胞輻射實驗裝置的性能對實驗結果有顯著影響。

毫米波細胞輻射實驗裝置主要包括輻射器、細胞樣品和平面托架。輻射器通常由固態源連接口徑天線構成，固態源位于下方，口徑天線向上沿軸線方向輻射毫米波，形成輻射空間。細胞單層培養在細胞容器的底面，覆蓋培養液，構成細胞樣品。平面托架將細胞樣品置于輻射空間。

在毫米波段，固態源的輸出功率有限，為了獲得足夠的輻射劑量，毫米波細胞輻射實驗裝置一般采用近場輻射，細胞樣品距離口徑天線只有幾個波長甚至更近，二者之間存在毫米波的多重反射，明顯影響輻射不均勻性和輻射效率。

毫米波段的細胞輻射實驗通常使用比吸收率SAR代替IPD以直接反映細胞樣品吸收的輻射劑量，SAR為細胞樣品單位質量吸收的電磁功率。輻射劑量由輻射不均勻性和輻射效率描述。輻射不均勻性定義為細胞樣品中SAR分布的標準偏差，輻射效率定義為細胞樣品中SAR的平均值與輻射器的饋源入射功率之比。輻射不均勻性越小，輻射效率越高，則細胞實驗的輻射質量越優。

Boriskin在其發表的論文“Enhancing exposure efficiency and uniformityusing a choke ring antenna:Application to bioelectromagnetic studies at 60GHz[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2013,61(5):2005-2014”中提出了一種近場輻射用的扼流圈天線。該扼流圈天線放置在距離細胞容器下表面40mm的位置，向細胞樣品輻射頻率為60GHz的毫米波，通過在天線展開面上開槽并優化開槽尺寸，使IPD比較集中且均勻地分布到細胞樣品所在的輻射空間。扼流圈天線存在四個問題：首先，扼流圈天線的設計和優化以IPD為劑量參考，雖然輻射空間的IPD分布比較集中且均勻，但加載的細胞樣品會顯著改變IPD的分布，導致以SAR為劑量參考的輻射不均勻性和輻射效率并未達到最優；其次，扼流圈天線的應用需要對既有的輻射器做較大的改動，將口徑天線替換為扼流圈天線，并重新設計固態源和扼流圈天線之間的匹配、隔離和組裝，技術難度和實現成本較大；再次，扼流圈天線的開槽結構參數較多，參數耦合復雜，導致扼流圈天線的工作頻帶很窄，對固態源頻率穩定度要求很高，固態源的頻率發生漂移時，會破壞以IPD為劑量參考的輻射不均勻性和輻射效率；最后，細胞樣品的電磁參數的差異會改變細胞樣品與扼流圈天線之間的毫米波的多重反射，影響以SAR為劑量參考的輻射不均勻性和輻射效率。

發明內容

本發明的目的在于提供裝配平面扼流圈的毫米波細胞輻射實驗裝置，以解決上述背景技術中提出的問題。