Design of Waveguide Applicators Using a Quarter-Wave Transformer Prototype
Design of Waveguide Applicators Using a Quarter-Wave Transformer Prototype
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- dc.contributor.author
- Zhuk, Mykola
- Paradis, Jonathan
- dc.date.accessioned
- 2023-06-12T02:07:40Z
- dc.date.available
- 2023-06-12T02:07:40Z
- dc.date.issued
- 2023-03-14
- dc.description.abstract - en
- In this paper, we propose a design methodology for waveguide applicators to maximize microwave power deposition into human tissues. The optimized applicators can be used in the experimental studies of the biological effects of exposure to electromagnetic radiation in the frequency range from 6 GHz to 100 GHz. The design methodology relies on the provision of reflectionless matching of a dissipative waveguide load, achieved by employing a matching network based on a quarter-wave transformer prototype. The prototype is synthesized by knowledge of the voltage standing wave ratio (VSWR) evaluated in the unmatched loaded waveguide. A key difference from the conventional synthesis procedure is that in our design approach, the characteristic impedance of the first transformer section is given, and we have to not only determine the characteristic impedances of the remaining sections, but also establish the output load. A solution of this synthesis problem and the process of converting the transformer prototype into a waveguide structure are described. The physical structure can be implemented according to provided sample models of waveguide WR137 applicators employing symmetric inductive or capacitive posts. The matched waveguide applicators are easy to manufacture, and according to the results from computational simulations, they demonstrate superior performance compared to the unmatched waveguides. Limitations of our designs (narrow bandwidth, dependence on the type of tissues encountered, limited potential for miniaturization) are discussed.
- dc.description.abstract-fosrctranslation - fr
- Dans cet article, nous proposons une méthodologie de conception pour les applicateurs de guides d'ondes afin de maximiser le dépôt de puissance micro-ondes dans les tissus humains. Les applicateurs optimisés peuvent être utilisés dans les études expérimentales des effets biologiques de l'exposition aux rayonnements électromagnétiques dans la gamme de fréquences de 6 GHz à 100 GHz. La méthodologie de conception repose sur l'adaptation sans réflexion d'une charge dissipative de guide d'ondes, obtenue par l'utilisation d'un réseau d'adaptation basé sur un prototype de transformateur quart d'onde. Le prototype est synthétisé à partir de la connaissance du rapport tension-onde stationnaire (VSWR) évalué dans le guide d'ondes chargé non apparié. Une différence essentielle par rapport à la procédure de synthèse conventionnelle est que dans notre approche de conception, l'impédance caractéristique de la première section du transformateur est donnée, et nous devons non seulement déterminer les impédances caractéristiques des sections restantes, mais aussi établir la charge de sortie. Nous décrivons une solution à ce problème de synthèse et le processus de conversion du prototype de transformateur en une structure de guide d'ondes. La structure physique peut être mise en œuvre selon les modèles d'échantillons fournis d'applicateurs de guide d'ondes WR137 employant des poteaux inductifs ou capacitifs symétriques. Les applicateurs à guide d'ondes appariés sont faciles à fabriquer et, d'après les résultats des simulations informatiques, ils présentent des performances supérieures à celles des guides d'ondes non appariés. Les limites de nos conceptions (largeur de bande étroite, dépendance vis-à-vis du type de tissus rencontrés, potentiel de miniaturisation limité) sont discutées.
- dc.identifier.doi
- https://doi.org/10.2528/PIERB22121903
- dc.identifier.uri
- https://open-science.canada.ca/handle/123456789/669
- dc.language.iso
- en
- dc.publisher
- EMW Publishing
- dc.subject - en
- Health
- Health and safety
- dc.subject - fr
- Santé
- Santé et sécurité
- dc.subject.en - en
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- dc.subject.fr - fr
- Santé
- Santé et sécurité
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- Design of Waveguide Applicators Using a Quarter-Wave Transformer Prototype
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