مقایسه عملکرد دو آنتن تراهرتز بر پایه ی ساختارهای نوری جهت تشخیص بافت سرطانی

این مقاله مقایسه عملکرد بین دو آنتن ویوالدی با پهنای باند وسیع (بیش از 120درصد پهنای باند) در فرکانس 0/5 تا 2 تراهرتز و آنتن متناوب لگاریتمی با یک مشخصه دو باندی در فرکانس های 1/2 و 1/5 تراهرتز را برای تشخیص سرطان با آرایش جدید ویژه بلورهای نوری ، فراسطح و بازتابنده دندانه ای پیشنهاد می کند. در ساختار ویوالدی دیواره های بلورهای نوری در دو طرف آنتن اجرا می شوند تا یک سپر الکتریکی برای تمرکز انرژی برای افزایش بهره و جهت دهی آنتن و کاهش لوب جانبی ایجاد کنند. نسبت جلو به عقب (f/b) مشکل دیگری برای این آنتن است که در آن از عناصر دندانه ای به عنوان بازتابنده برای کاهش لوب پشتی آنتن استفاده می شود. این آنتن بازه فرکانسی 0/5 تا 2 تراهرتز را با حداکثر بهره 8/8 دسی بل پوشش می دهد. آنتن پیشنهادی برای تشخیص سرطان سینه و پوست که توسط مدل دیبای مرتبه دوم مدل سازی شده اند، استفاده می شود. در ساختار دوم از یک آنتن دندانه ای متناوب لگاریتمی به عنوان تشعشع کننده و از بلورهای نوری و فراسطح برای افزایش جهت دهی آنتن و کاهش نسبت جلو به عقب استفاده می شود. در این ساختار، فراسطح به شکل دیسک فرکتال طراحی شده است تا ویژگی دو باندی را نیز نشان دهد. حداکثر بهره آنتن به 11/5 دسی بل افزایش یافته و راندمان نزدیک به 90 درصد است. از مقادیر بازتاب و انتقال، پاسخ پالس، و تغییر فاز بافت های سالم و سرطانی برای تشخیص سرطان استفاده می شود.

comparison of the performance of two terahertz antennas based on photonic structures for cancer tissue detection

this article proposes the design and performance comparison between two wideband vivaldi antennas (more than 120% bandwidth) operating at 0.5-2 thz and a dual-band log-periodic antenna at 1.2 and 1.5 thz for cancer detection with novel arrangements of photonic crystals, metasurfaces, and grating reflectors. in the vivaldi structure, the photonic crystal walls are implemented on both sides of the antenna to provide an electrical shield to focus energy for gain enhancement and antenna directivity as well as sidelobe reduction. the front-to-back ratio (f/b) is another issue for this antenna where toothed elements are used as reflectors to reduce the antenna's backlobe. this antenna covers the frequency range of 0.5-2 thz with a maximum gain of 8.8 dbi. the proposed antenna is used for breast and skin cancer detection modeled by a debye 2nd order model. in the second structure, a log-periodic toothed antenna is used as the radiator along with photonic crystals and metasurfaces to improve antenna directivity and reduce the f/b ratio. in this structure, the metasurface is designed as a fractal disk to also exhibit dual-band characteristics. the maximum antenna gain is increased to 11.5 dbi with near 90% efficiency. reflection and transmission values, pulse response, and phase change of healthy and cancerous tissues are used for cancer detection.