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中国科技论文在线
一种用于微波热疗的环形聚焦天线设计
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贺小平，文舸一，王身云
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基金项目：国家自然基金（61302048）
作者简介：贺小平（1989-），女，硕士研究生，主要研究方向：微波热疗聚焦天线
通信联系人：文舸一（1963-），男，博士，教授，博导，国家特聘专家。主要研究方向：微波技术、天线
工程、电波传播和数理方法. E-mail: 002407@nuist.edu.cn
（南京信息工程大学应用电磁学研究中心，南京 210044）
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摘要：本文通过优化由环形发射天线阵列、微波体模及接收天线构成的功率传输系统的功率
传输效率来设计可应用于微波热疗的聚焦阵列天线。采用偶极子天线作为虚拟接收天线，并
放置于微波体模内部（近场区域）所需要聚焦的位置；通过优化功率传输系统的最大传输效
率，即可以获得发射天线阵列的最佳激励。基于这种方法，文中设计了一种工作频率为
433MHz 的可适用于微波热疗的 36 单元环形阵列聚焦天线。实验结果和仿真结果吻合，发
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射天线能有效的将能量聚集在目标区域，周围无其它能量“热点”，且实际聚焦位置与理想
位置无偏差，表明了设计的 36 单元环形阵列具有良好的聚焦效果。
关键词：微波热疗；环形聚焦阵列；人体模型；馈电网络
中图分类号：TN827
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A Hexagonal Focused Array for Microwave Hypertiermia
He xiaoping, Wen Geyi, Wang shenyun
(Research Center of Applied Electromagnetic of Nanjing University of Information Science and
Technology, Nanjing 210044)
Abstract: A 36-element hexagonal focused array operating at 433MHz for microwave
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hyperthermia have been designed by optimizing the power transmission efficiency of the system
consisting of a transmitting hexagonal array, a testing (receiving) antenna, and an equivalent
phantom representative of human body. A dipole antenna is utilized as the receiving
antenna,which is placed in the near-field target zone. The optimal excitations of the arrays are
obtained by optimizing the power transmission efficiency of the whole system. Simulation and
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experimental results agree very well. The fabricated array focuses at the point exactly as simulated
and does not induce hot spots in adjacent tissues, demonstrating a good focusing capability.
Key words: Microwave hyperthermia; hexagonal focused antenna array; body-mimicking
phantom; feeding network
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0 引言
微波热疗是应用微波的热效应将肿瘤病灶区域加热至有效治疗温度范围，使癌细胞加速
死亡，而正常细胞受损较小的一种治疗肿瘤方法
[1]
。微波热疗作为放疗和化疗的增效疗法
已经被深入认识并应用于临床治疗之中。许多临床研究结果显示联合了热疗的放疗或化疗可
以提高肿瘤局部控制率以及患者的生存率
[2]
。微波热疗主要有体内热疗和体外热疗两种方
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式：体内热疗方法通常是将天线植入到人体肿瘤内部，利用天线辐射场的热效应对肿瘤进行
消融，该方法对患者的损伤较大；体外微波热疗是通过某种方法将微波能量聚集在病灶区域，
可以减小对患者的创伤。聚焦天线是一种能将电磁波能量聚焦在近场区内的某特定位置上的
阵列天线，从而使得聚焦天线在实现体外微波热疗，特别是深部肿瘤加热治疗中发挥重要作
用。
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聚焦天线的早期概念来源于人们对两个连续口径天线之间的最大功率传输研究
[3-7]
。为
了得到最大的功率传输效率，发射天线和接收天线必须相互聚焦。除了微波功率传输，聚焦
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