1 导言
微波热疗便是使用电磁能量在人体安排中所发生的热效应，使安排细胞温度升至41℃到45℃的有用医治高温区，并且保持必定的时刻，加快病变细胞的逝世，但不危害正常细胞安排。因而合理规划辐射器天线的结构，准确核算辐射电场散布，是正确判别微波热疗进程温度热场散布的条件。本文选用CST仿真软件建立了微波热疗模型，经过该模型规划了一种高效有用的辐射天线，具有很好的近场辐射方向性，一起确保了杰出的SAR散布。
2 微波热疗建模
2.1 天线模型
为了防止对安排细胞构成损伤，一般选用具有若方向性的圆波导天线，其作业频率为915MHz。但是，经过仿真剖析发现，单纯的圆波导天线的电磁近场聚集作用较差。为了使天线具有更好的辐射功用，规划中选用给圆波导加脊的方法，使得电磁场散布会集在两脊之间。为了确保阻抗的匹配，将同轴线的外导体连接在脊波导边上，内导体延伸至相对的脊内到达匹配，构成单极辐射器；一起脊为线性改变，阻抗由50Ω渐变到165Ω。如图1(a)所示，其间圆波导半径R=7.367cm，长度为L=16.78cm，壁厚t=0.35cm，后腔深度l=0.35cm，波导内脊间隔h1=0.866cm，辐射口面脊间隔h2=4.48cm，选用50Ω同轴馈电。
因为体膜外表电磁反射较大，为进一步进步医治功率，须对其结构加以优化。为了取得更好的辐射功率，规划中选用介质填充圆波导天线腔体，并在天线口面加载厚度为
的三层介质完成匹配改换，该结构不只能够抵消体模外表反射回波对天线的影响，并且能够增强电场的方向性，减小了电场能量的走漏。结构如图1所示。
（a）加脊圆波导天线切面图
(b) 填充介质并加载三层介质的圆波导天线
图1 仿真天线结构视图
2.2 人体安排模型
依据辐射天线口径的巨细和便利实测的准则，确认仿真模仿的体膜箱的截面尺度为30cm*30c，厚度为20cm，置于间隔辐射天线1cm处；在915MHz频率下人体安排的相对介电常数er=51，磁导率
，电导率
。
3 参数提取
3.1 比吸收率（SAR）散布的核算
比吸收率（SAR）的界说是单位质量生物安排对电磁场能量的吸收率，核算公式为：
上式中
和
别离表明安排的密度和电导率，
，。辐射天线的导体及绝缘介质的SAR为0。
3.2 SAR与热疗时刻的联系
因为人体安排吸收电磁波能量后发生热量，在温度上升到医治要求的条件时，可用量热法测出SAR与热疗时刻的联系。在安排热扩散等影响能够疏忽的条件下，测出SAR与热疗时刻的联系表达式为：
上式中C为安排的比热，单位为
，
为热疗的时刻，单位为s，是温度上升到改变量，单位为K。安排的比热为常量，所以从上式中能够得出，在加温医治的进程中，SAR越大，则温度上升更快，医治时刻更短，辐射剂量越小。
4 核算结果及其剖析
核算选用的CST微波高频仿真软件。源为TEM模，加在辐射天线的输入端口，功率为1W。对结构优化前后的两个辐射天线在安排中发生的电磁场和SAR散布以及辐射天线输入端口的S参数进行核算比较。
电场强度取模值
,在XOY平面，体模放置在距天线辐射口面1cm处，如图2所示，图3给出了体模不同深度条件下的SAR散布图，图4为s11的扫频图。在图2和图3中，左边均为优化前的散布图，右侧为优化后的散布图。
(a) 优化前后体模外表电场散布
(b) 优化前后体模深度12cm处电场散布
图 2 体模中的电场散布图
(a) 优化前后体模外表SAR散布
(b) 优化前后体模深度12cm处SAR散布
图3 体模中的SAR散布图
图4 结构优化前后的s11扫频图
从辐射天线在体膜不同深度的电场散布（见图2）能够看出，经过介质填充并在辐射口面加载三层介质优化今后，电场聚集显着，并且在相同深度条件下，场强更大，一起电场散布均匀，确保了有用加温面积。从SAR在体膜不同深度散布图（见图3），优化前后天线的SAR散布都较均匀，并且优化后的SAR值高于优化前，改进有用加温深度，削减医治时刻和辐射剂量。从s11比照图（见图4）得到，在优化前后曲线的最低点均落在915MHz，而优化前s11为-13.12dB，优化后为-20.26dB，优化后的能量反射更小，辐射功率得到进步。
5 定论
医用微波热疗天线与一般作用于远场的天线不同，热疗天线作用于近场区域。它应具有将传输线上的导行波转换为自由空间电磁波，并将辐射能量会集构成定向辐射的功用。
本文经过仿真，规划并改进了一种新式的微波热疗天线，完成了微波热疗天线对生物安排加热作用的核算机模仿，并做出比照。经过优化改进，辐射天线的阻抗匹配程度更好，反射回腔体的功率小，进步了辐射功率的使用率，确保微波发射器正常作业和安稳，一起优化后电场近场的辐射方向性明显进步，确保了与医治部位杰出的一致性，完成高功率医治，防止危害周围正常安排和器官，对改进微波肿瘤热疗的临床医治作用具有重要的含义。
