Підвищення енергоефективності при лікуванні гіпертермії: розробка та аналіз частотно-перестроюваної L-подібної антени

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.298795

Ключові слова:

частота, що переналаштовується, антена, смуга пропусканн, лікування гіпертермії, коефіцієнт підсилення, варатор, коефіцієнт спрямованості

Анотація

Об'єктом дослідження є частотно-перестроювана L-подібна антена. У цій роботі представлено інноваційне дослідження, присвячене розробці та аналізу частотно-перестроюваної L-подібної антени з конкретним застосуванням у лікуванні гіпертермії. Антена, що працює в діапазоні частот від 2,5 до 8 ГГц, використовує варактор для досягнення гнучкості та спрощення конструкції, тим самим зменшуючи кількість компонентів. Конфігурація L-подібної форми, побудована на підкладці Roggers RT5880 (з втратами), забезпечує оптимальну продуктивність. Включення одного варактора, що діє як перехідна ємність, не тільки забезпечує просте налаштування, але й сприяє підвищенню енергоефективності за рахунок зменшення загального енергоспоживання в антенній системі, що переналаштовується. У дослідженні було використано програмне забезпечення CST Microwave Studio для моделювання електромагнітного поля в 3D на основі розв'язувача в часовій області, а валідація проводилася за допомогою розв'язувача в частотній області. Результати моделювання демонструють роботу антени в різних частотних режимах.

На частоті стану налаштування 2,7 ГГц антена демонструє вражаючий коефіцієнт підсилення 1,905 дБ і спрямованість 7,530 дБ. Аналогічно, на частоті стану налаштування 6,89 ГГц коефіцієнт підсилення становить 6,806 дБ, а коефіцієнт спрямованості – 7,490 дБ. Запропонована L-подібна конструкція антени не тільки демонструє значний потенціал для лікування гіпертермії, дозволяючи цілеспрямоване нагрівання в діапазоні частот від 2,5 до 8 ГГц, але й узгоджується з мультидисциплінарним фокусом медичної науки. Цей внесок відображає прагнення розвивати медичну науку за допомогою оригінальних досліджень, сприянню інноваціям та просуванню енергоефективних рішень, що мають практичне застосування в клінічних умовах.

Біографії авторів

Segun Akinola, University of Johannesburg

Doctor of Electrical/Electronic Engineering

Johannesburg Business School

 

Reddy Leelakrishna, University of Johannesburg

Professor

Department of Physics

Посилання

  1. Naveen Kumar, M., Venkata Narayana, M., Immadi, G., Satyanarayana, P., Navya, A. (2023). Analysis of a low-profile, dual band patch antenna for wireless applications. AIMS Electronics and Electrical Engineering, 7 (2), 171–186. doi: https://doi.org/10.3934/electreng.2023010
  2. Hum, S. V., Perruisseau-Carrier, J. (2014). Reconfigurable Reflectarrays and Array Lenses for Dynamic Antenna Beam Control: A Review. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 62 (1), 183–198. doi: https://doi.org/10.1109/tap.2013.2287296
  3. Songnan Yang, Chunna Zhang, Pan, H. K., Fathy, A. E., Nair, V. K. (2009). Frequency-Reconfigurable Antennas for Multiradio Wireless Platforms. IEEE Microwave Magazine, 10 (1), 66–83. doi: https://doi.org/10.1109/mmm.2008.930677
  4. Aboufoul, T., Parini, C., Chen, X., Alomainy, A. (2013). Pattern-Reconfigurable Planar Circular Ultra-Wideband Monopole Antenna. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 61 (10), 4973–4980. doi: https://doi.org/10.1109/tap.2013.2274262
  5. Bayraktar, O., Civi, O. A., Akin, T. (2012). Beam Switching Reflectarray Monolithically Integrated With RF MEMS Switches. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 60 (2), 854–862. doi: https://doi.org/10.1109/tap.2011.2173099
  6. Christodoulou, C. G., Tawk, Y., Lane, S. A., Erwin, S. R. (2012). Reconfigurable Antennas for Wireless and Space Applications. Proceedings of the IEEE, 100 (7), 2250–2261. doi: https://doi.org/10.1109/jproc.2012.2188249
  7. Haupt, R. L., Lanagan, M. (2013). Reconfigurable Antennas. IEEE Antennas and Propagation Magazine, 55 (1), 49–61. doi: https://doi.org/10.1109/map.2013.6474484
  8. Alhamad, R., Almajali, E., Mahmoud, S. (2023). Electrical Reconfigurability in Modern 4G, 4G/5G and 5G Antennas: A Critical Review of Polarization and Frequency Reconfigurable Designs. IEEE Access, 11, 29215–29233. doi: https://doi.org/10.1109/access.2023.3260073
  9. Ying, K., Gao, Z., Chen, S., Gao, X., Matthaiou, M., Zhang, R., Schober, R. (2024). Reconfigurable Massive MIMO: Harnessing the Power of the Electromagnetic Domain for Enhanced Information Transfer. IEEE Wireless Communications, 1–8. doi: https://doi.org/10.1109/mwc.014.2200418
  10. Sexton, C., Kaminski, N. J., Marquez-Barja, J. M., Marchetti, N., DaSilva, L. A. (2017). 5G: Adaptable Networks Enabled by Versatile Radio Access Technologies. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 19 (2), 688–720. doi: https://doi.org/10.1109/comst.2017.2652495
  11. van der Zee, J. (2002). Heating the patient: a promising approach? Annals of Oncology, 13 (8), 1173–1184. doi: https://doi.org/10.1093/annonc/mdf280
  12. Datta, N. R., Rogers, S., Ordóñez, S. G., Puric, E., Bodis, S. (2015). Hyperthermia and radiotherapy in the management of head and neck cancers: A systematic review and meta-analysis. International Journal of Hyperthermia, 32 (1), 31–40. doi: https://doi.org/10.3109/02656736.2015.1099746
  13. Franckena, M., Lutgens, L. C., Koper, P. C., Kleynen, C. E., van der Steen-Banasik, E. M., Jobsen, J. J., Leer, J. W., Creutzberg, C. L., Dielwart, M. F., van Norden, Y., Canters, R. A. M., van Rhoon, G. C., van der Zee, J. (2009). Radiotherapy and Hyperthermia for Treatment of Primary Locally Advanced Cervix Cancer: Results in 378 Patients. International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, 73 (1), 242–250. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrobp.2008.03.072
  14. Seynhaeve, A. L. B., Amin, M., Haemmerich, D., van Rhoon, G. C., ten Hagen, T. L. M. (2020). Hyperthermia and smart drug delivery systems for solid tumor therapy. Advanced Drug Delivery Reviews, 163-164, 125–144. doi: https://doi.org/10.1016/j.addr.2020.02.004
  15. Chang, M., Hou, Z., Wang, M., Li, C., Lin, J. (2020). Recent Advances in Hyperthermia Therapy‐Based Synergistic Immunotherapy. Advanced Materials, 33 (4). doi: https://doi.org/10.1002/adma.202004788
  16. Rajebi, S., Ghobadi, C., Nourinia, J., Mostafapour, E. (2019). SAR Enhancement of Slot Microstrip Antenna by Using Silicon Layer in Hyperthermia Applications. Wireless Personal Communications, 111 (3), 1761–1774. doi: https://doi.org/10.1007/s11277-019-06955-1
  17. Chishti, A. R., Aziz, A., Aljaloud, K., Tahir, F. A., Abbasi, Q. H., Khan, Z. U., Hussain, R. (2023). A sub 1 GHz ultra miniaturized folded dipole patch antenna for biomedical applications. Scientific Reports, 13 (1). doi: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36747-4
  18. Rodrigo, D., Cetiner, B. A., Jofre, L. (2014). Frequency, Radiation Pattern and Polarization Reconfigurable Antenna Using a Parasitic Pixel Layer. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 62 (6), 3422–3427. doi: https://doi.org/10.1109/tap.2014.2314464
  19. Venneri, F., Costanzo, S., Di Massa, G. (2012). Reconfigurable aperture-coupled reflectarray element tuned by single varactor diode. Electronics Letters, 48 (2), 68. doi: https://doi.org/10.1049/el.2011.3691
  20. Nguyen-Trong, N., Hall, L., Fumeaux, C. (2016). A Frequency- and Pattern-Reconfigurable Center-Shorted Microstrip Antenna. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 15, 1955–1958. doi: https://doi.org/10.1109/lawp.2016.2544943
  21. Chen, W., Lv, G., Liu, X., Wang, D., Ghannouchi, F. M. (2020). Doherty PAs for 5G Massive MIMO: Energy-Efficient Integrated DPA MMICs for Sub-6-GHz and mm-Wave 5G Massive MIMO Systems. IEEE Microwave Magazine, 21 (5), 78–93. doi: https://doi.org/10.1109/mmm.2020.2971183
  22. Nguyen-Trong, N., Piotrowski, A., Fumeaux, C. (2017). A Frequency-Reconfigurable Dual-Band Low-Profile Monopolar Antenna. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 65 (7), 3336–3343. doi: https://doi.org/10.1109/tap.2017.2702664
  23. Chen, G., Yang, X.-L., Wang, Y. (2012). Dual-Band Frequency-Reconfigurable Folded Slot Antenna for Wireless Communications. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 11, 1386–1389. doi: https://doi.org/10.1109/lawp.2012.2227293
  24. Cetiner, B. A., Crusats, G. R., Jofre, L., Biyikli, N. (2010). RF MEMS Integrated Frequency Reconfigurable Annular Slot Antenna. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 58 (3), 626–632. doi: https://doi.org/10.1109/tap.2009.2039300
  25. Tu, Z.-H., Li, W.-A., Chu, Q.-X. (2014). Single-Layer Differential CPW-Fed Notch-Band Tapered-Slot UWB Antenna. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 13, 1296–1299. doi: https://doi.org/10.1109/lawp.2014.2332355
The enhancing energy efficiency in hyperthermia treatment: a frequency-reconfigurable L-Shape antenna design and analysis

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-29

Як цитувати

Akinola, S., & Leelakrishna, R. (2023). Підвищення енергоефективності при лікуванні гіпертермії: розробка та аналіз частотно-перестроюваної L-подібної антени. Technology Audit and Production Reserves, 1(1(75), 43–50. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.298795

Номер

Том 1 № 1(75) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Електротехніка та промислова електроніка

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Reddy Leelakrishna, Segun Akinola

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.