Diseño de antenas para aplicaciones de hipertermia en campo cercano a una frecuencia de 2.45GHz
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2024-11
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Resumen
El proyecto se centró en el diseño y validación de antenas para aplicaciones de hipertermia en campo ultracercano, con el objetivo de optimizar el calentamiento del tejido biológico a una frecuencia de 2.45 GHz. Se llevó a cabo una exhaustiva investigación del estado del arte para comprender las tecnologías existentes y las características de los aplicadores de hipertermia, con un enfoque particular en aquellos diseñados para el tratamiento de melanomas y aplicadores sin contacto. Se emplearon herramientas como MATLAB para el diseño teórico y CST Studio para la simulación y optimización de antenas. Durante el proceso, se empleó un entorno experimental utilizando GNU Radio y una SDR para validar la potencia entregada y el comportamiento de la antena en condiciones reales. Se utilizó un modelo de tejido ya existente con características eléctricas y dieléctricas específicas para imitar la piel y los músculos humanos, y se realizó una simulación térmica para evaluar la distribución del calor generado. Los resultados mostraron que las antenas diseñadas alcanzaron un coeficiente de reflexión satisfactorio, y comparando con la simulación se evidenció una mancha térmica con forma esférica, cumpliendo los requisitos del proyecto. Con base en los resultados simulados y experimentales se pudo realizar ajustes en las dimensiones de las antenas para un mejor desempeño del diseño.
Descripción
Abstract
The project focused on the design and validation of antennas for hyperthermia applications in the near-field, with the aim of optimizing tissue heating at a frequency of 2.45 GHz. A thorough literature review was conducted to understand existing technologies and the characteristics of hyperthermia applicators, with particular attention to those designed for melanoma treatment and contactless applicators. Tools such as MATLAB were used for theoretical design, and CST Studio for antenna simulation and optimization. During the process, an experimental setup was used with GNU Radio and an SDR to validate the delivered power and antenna behavior under real conditions. A pre-existing tissue model with specific electrical and dielectric properties was used to mimic human skin and muscles, and a thermal simulation was conducted to evaluate the distribution of the generated heat. The results showed that the designed antennas achieved a satisfactory reflection coefficient, and compared to the simulation, a spherical thermal spot was observed, meeting the project requirements. Based on the simulated and experimental results, adjustments were made to the antenna dimensions for improved design performance.
Palabras clave
Hipertermia, Experimento térmico, Simulación térmica, Distribución de calentamiento, Tejido biológico, Campos electromagnéticos
Keywords
Hyperthermia, Thermal experiment, Thermal simulation, Heat distribution, Biological tissue, Electromagnetic fields