Розділ 2).
Досягнення останнього часу в галузі вимірювання параметрів біологічних та
фізичних об’єктів [97, 119] відкривають добрі можливості щодо розробки
високочутливої апаратури, яка завдяки зворотному зв’язку та врахуванню
параметрів об’єкта дослідження оптимізує параметри впливаючих сигналів і тим
самим підвищує його ефективність впливу.
Прикладом застосування зворотного зв’язку може слугувати вимірювальна
модуляційна радіометрична система [101], яка забезпечує оцінювання поглинальної
здатності БАТ або зон шкіри незалежно від рівня потужності опромінювання
біооб’єкта, встановлення частоти електромагнітного опромінювання, адекватної
максимальному поглинанню заданого рівня нетеплової потужності. Це підвищує
ефективність та надає можливість скорочувати тривалості впливу на організм.
Система поєднує в собі функцію вимірювання власного і відбитого від шкіри
біооб’єкта випромінювання, а також і функцію генерування опромінюючих сигналів,
параметри (потужність і частота) яких вибираються на основі аналізу
електромагнітних характеристик біооб’єкта у мм-діапазоні хвиль.
Функціональна схема розробленої радіометричної системи наведена на
рис. 4.1. Система працює за таким принципом.
Сигнал генератора G1 мм-діапазону в p-i-n-атенюаторі A1 під дією сигналу
генератора G2 високої частоти зазнає високочастотної інтенсивної модуляції.
Модульований сигнал проходить через p-i-n-атенюатор A2, де послаблюється до
рівня нетеплової потужності, і через основний тракт напрямленого відгалужувача
A4 надходить на p-i-n-атенюатор A5, керований напругою генератора G3 низької
частоти через формувач імпульсів U1. Під дією прямокутного імпульсу з боку
формувача U1 p-i-n-атенюатор A5 закривається і повністю відбиває вхідний
сигнал, тобто виконує роль НВЧ-ключа. При відсутності керованої напруги на
p-i-n-атенюаторі A5 відбувається незначне затухання сигналу мм-діапазону, який
надходить у спрямований випромінювач А6.
Відбитий від опромінюваної ділянки шкіри біооб’єкта сигнал приймає спрямований
випромінювач A6, що має зворотні властивості. Через відкритий p-i-n-атенюатор
A5 сигнал потрапляє у додатковий тракт напрямленого відгалужувача A4. Одночасно
спрямований випромінювач A6 приймає власне ЕМВ біооб’єкта у мм-діапазоні, яке
також надходить у додатковий тракт напрямленого відгалужувача, де розташований
квадратичний детектор U2. У закритому p-i-n-атенюаторі A5 модульований частотою
сигнал відбивається від його входу і через напрямлений відгалужувач A4 також
надходить на квадратичний детектор U2.
Як опромінюване, так і відбите випромінювання мм-діапазону за потужністю значно
менше, ніж потужність власних шумів детектора U2 та ЕМВ власних полів пацієнта.
В результаті квадратичного детектування пакетів модульованих опромінюваного і
відбитого сигналів на виході детектора U2 виникає суміш високочастотних
коливань частоти модуляції, широкосмугового шуму, власного поля пацієнта і
високочастотних завад частоти .
Вибірковим підсилювачем A7, налагодженим на частоту генератора G2 високої
частоти, виділяються та підсилюються радіоімпульси з високочастотним
заповненням та високочастотна завада. Радіоімпульси частоти з низькою частотою
у випадках закритого та відкритого p-i-n-атенюатора A5 можна представити
відповідно:
; (4.1)
, (4.2)
де – коефіцієнт передачі атенюатора A2;
– коефіцієнт передачі напрямленого відгалужувача A4;
– коефіцієнт глибини модуляції сигналу в атенюаторі A1;
– крутизна перетворення квадратичного детектора U2;
– коефіцієнт підсилення вибіркового підсилювача A7;
– коефіцієнт відбиття БАТ шкіри біооб’єкта;
– потужність сигналу генератора G1;
– фазовий зсув, який вноситься розладнаним вибірковим підсилювачем A7.
У виразах (4.1) і (4.2) складова враховує напругу завад у смузі пропускання
вибіркового підсилювача A7 і високочастотні завади від генератора G2.
Підсилені радіоімпульси детектуються синхронним детектором U3, керованим
безпосередньо напругою генератора G2 високої частоти. В результаті синхронного
перетворення радіоімпульсів з’являються відеоімпульси з амплітудами:
; (4.3)
, (4.4)
де – крутизна перетворення синхронного детектора U3;
– залишковий рівень вузькосмугової завади на виході синхронного детектора U3.
В умовах вузькосмугового підсилення радіоімпульсів і наступного синхронного
перетворення завадою можна знехтувати.
Фільтром Z1 нижніх частот із послідовності відеоімпульсів (4.3) і (4.4)
виділяється постійна складова напруги
Рис. 4.1. Радіометрична система для оцінки поглинальної здатності об’єктів
, (4.5)
де – коефіцієнт передачі фільтра нижніх частот.
Постійна напруга (4.5) подається на один вхід диференційного підсилювача A10,
на другий вхід якого надходить постійна напруга блоку A8 постійних напруг,
ослаблена подільником напруги A9. На виході диференційного підсилювача A10
формується підсилена різницева напруга
, (4.6)
де – коефіцієнт підсилення диференційного підсилювача A10;
– коефіцієнт передачі подільника напруги A9.
Напруга заряджає інтегратор A3, вихідна напруга якого регулює коефіцієнт
передачі атенюатора A2. Процес автоматичного регулювання коефіцієнта передачі
атенюатора A2 продовжується до того часу, поки напруга, яка заряджає інтегратор
A3, не дорівнюватиме нулю. Розв’язуючи вираз (4.6) при відносно квадрата
коефіцієнта передачі атенюатора A2 (), дістанемо його значення
. (4.7)
Фільтром Z2 верхніх частот із послідовності відеоімпульсів (4.3) і (4.4)
виділяється також змінна складова напруги частоти
, (4.8)
де – коефіцієнт передачі фільтра Z2 верхніх частот.
Підставляючи значення коефіцієнта передачі із (4.7) у вираз (4.8), отримаєм
- Київ+380960830922