طراحی و ساخت آنتن میکرواستریپ فرا پهن باند با استفاده از ساختار زمین ناقص سه لایه در تشخیص و شناسایی تومور

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه فناوری اطلاعات وارتباطات، دانشگاه جامع علوم انتظامی امین، تهران ، ایران

2 استادیار گروه مهندسی برق، واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران

چکیده

امواج مایکروویو و تابش‌های الکترومغناطیسی، به‌عنوان روشی نوین و غیرتهاجمی، نقش مؤثری در آشکارسازی و تشخیص تومورها ایفا می‌کنند. در این راستا، آنتن‌های میکرواستریپ به دلیل وزن سبک، هزینه ساخت پایین و قابلیت یکپارچه‌سازی با سامانه‌های تصویربرداری، گزینه‌ای مناسب در کاربردهای پزشکی به شمار می‌آیند. با این حال، محدودیت‌هایی نظیر باند فرکانسی باریک و الگوی تشعشعی غیربهینه، عملکرد آن‌ها را در کاربردهای دقیق پزشکی تحت تأثیر قرار می‌دهد. در این مقاله، یک آنتن فراپهن‌باند تک‌قطبی با ساختار زمین ناقص نوین ارائه و ساخته شده است. طراحی پیشنهادی با تغذیه CPW و استفاده از زیرلایه FR-4 با گذردهی نسبی 4.3، ضخامت 1.6 میلی‌متر و ابعاد فشرده 30×35 میلی‌متر انجام شده است. آنتن ساخته‌شده در بازه فرکانسی 3 تا 11 گیگاهرتز، با بیشینه بهره 4.1 دسی‌بل، عملکرد مناسبی از خود نشان داده و نتایج اندازه‌گیری با شبیه‌سازی‌ها تطابق مطلوبی دارد. بهبود پهنای باند و خلوص پلاریزاسیون از مزایای کلیدی این طراحی است. مدل پیشنهادی، با توجه به کیفیت تشعشعی و فشردگی ابعادی، گزینه‌ای مؤثر در سیستم‌های تصویربرداری مایکروویو پزشکی جهت شناسایی توده‌های سرطانی محسوب می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and Fabrication of Ultra-Wide Band Microstrip Antenna Using Three Layers Incomplete Earth Structure in Tumor Detection and Identification

نویسندگان [English]

  • Behnam Dorostkar Yaghouti 1
  • Gohar Varamini 2
  • Ahmad Dolatkhah 1
1 Department of Information and Communication technology, Amin police university, Tehran, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Beyza Branch, Islamic Azad University, Beyza, Iran.
چکیده [English]

Microwave and electromagnetic radiation techniques have emerged as efficient and non-invasive approaches for tumor detection and diagnosis. In this context, microstrip antennas are considered promising candidates in medical applications due to their lightweight structure, low fabrication cost, and ease of integration with imaging systems. However, limitations such as narrow bandwidth and non-optimized radiation patterns often hinder their performance in precise biomedical scenarios. This paper presents the design and fabrication of a novel ultra-wideband (UWB) monopole antenna incorporating a modified defected ground structure (DGS). The proposed antenna is fed by a coplanar waveguide (CPW) and constructed on an FR-4 substrate with a relative permittivity of 4.3, standard thickness of 1.6 mm, and compact dimensions of 30×35 mm². The fabricated prototype exhibits a wide operating frequency range from 3 to 11 GHz with a maximum gain of 4.1 dBi. The measured results show good agreement with simulations and confirm the improved bandwidth and polarization purity. Owing to its compact size and enhanced radiation characteristics, the proposed design is highly suitable for integration into microwave imaging systems for accurate tumor detection in medical diagnostic.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antenna
  • microstrip
  • ultra-wide band
  • medical imaging
  • New Defective Earth Pattern

مراجع

[1] Yaghouti, B. D., & Yavandhasani, J. (2021). A high linearity low power low-noise amplifier designed for ultra-wide-band receivers. Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 107(1), 109–120. https://doi.org/10.1007/s10470-020-01783-x.
[2] T. A. Elwi, D. A. Jassim, and H. H. Mohammed, “Novel miniaturized folded UWB microstrip antenna-based metamaterial for RF energy harvesting,” Int. J. Commun. Syst., Vol. 33, no. 6, 2020, doi: 10.1002/dac.4305.
[3] M. A. Aldhaeebi et al., "Review of Microwaves Techniques for Breast Cancer Detection," Sensors, vol. 20, p. 2390, 2020.
[4] A.R.H. Alhawari, A.H.M. Almawgani1, A.T. Hindi, and H. Alghamdi, "Tale Saeidi Metamaterial-based wearable flexible elliptical UWB antenna for WBAN and breast imaging applications," Aip Adv., Vol. 11, no. 1, p. 015128, 2021.
[5] Yaghouti, B. D., & Yavandhasani, J. (2022). A high linearity UWB LNA using a novel linearizer feedback, based on complementary derivation superposition techniques. Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 110(3), 443–454. https://doi.org/10.1007/s10470-021-01960-6.
 
[6] Roshani, S., Roshani, S., Jamshidi, M. B., Yaghouti, B. D., & Mahtabi, N. (2021). Design of a Compact Microstrip Coupler with Harmonics Suppression Using Resonator and Meandered Lines. Progress in Electromagnetics Research Symposium, 2021-November, 1709–1717. https://doi.org/10.1109/PIERS53385.2021.9694738
 [7] A. Smith et al., "Design and Analysis of Ultra-Wideband Microstrip Antenna Using Optimization Techniques for Breast Cancer Detection," in IEEE Int. Conf. Antennas Propag. (ICAP), 2021, pp. 123–128.
[8] S. Gupta et al., "Breast Cancer Detection using Ultra-Wideband Microstrip Antenna and Artificial Neural Networks," IEEE Sens. J., Vol. 22, no. 6, pp. 9680–9687, March 2022.
[9] K. Zhang et al., "Design of Wideband Microstrip Antenna Using Nanomaterials for Breast Cancer Detection," IEEE Access, Vol. 11, pp. 67867–67874, 2023.
[10] P. Chaudhary and A. Kumar, "Compact ultra-wideband circularly polarized CPW-fed monopole antenna," AEU—Int. J. Electron. Commun., Vol. 107, pp. 137–145, 2019.
[11] X.-P. Li et al., "Compact TSA with Anti-Spiral Shape and Lumped Resistors for UWB Applications," Micromachines, Vol. 12, p. 1029, 2021.
[12] A. Delphine, M.R. Hamid, N. Seman, and M. Himdi, "Broadband cloverleaf Vivaldi antenna with beam tilt characteristics," Int. J. RF Microw. Comput. Eng., Vol. 30, p. e22158, 2020.
[13] M.M. Honari, M.S. Ghaffarian, and R. Mirzavand, "Miniaturized Antipodal Vivaldi Antenna with Improved Bandwidth Using Exponential Strip Arms," Electronics, vol. 10, p. 83, 2021.
[14] A. Zarkhshak, P. Rezaei, “Compact wearable antenna for ultra-wideband and Bluetooth applications”, Journal of Electrical Engineering, University of Tabriz, vol. 48, Issue 2, pp. 679-686, 2018.
[15] Y. Zehforosh, M. Sefidi, A. Shadmand, “Design of a new monopole for UWB applications with dual-band filtering characteristics and evaluation using the analytical hierarchy process”, Journal of Electrical Engineering, University of Tabriz, vol. 48, pp. 53-60, 2018.
[16] Fakharian, M. M., & Rezaei, P. “Very compact palmate leaf‐shaped CPW‐FED monopole antenna for UWB applications.” Microwave and Optical Technology Letters, Vol.56, No.7, PP.1612-1616, 2014.
[17] Kakhki, M. B., & Rezaei, P. “Reconfigurable microstrip slot antenna with DGS for UWB applications.” International Journal of Microwave and Wireless Technologies, Vol.9, No.7, PP.1517-1522, 2017.
 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار