Размещено на http://www.allbest.ru/

ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Перегудов Сергій Миколайович

УДК 615. 471:616; 621.396.67

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

БІОМЕДИЧНІ ПРИЛАДИ МІЛІМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНУ

НА ОСНОВІ ГЕНЕРАТОРІВ НИЗЬКОІНТЕНСИВНОГО ШУМУ

Спеціальність 05.11.17 - Біологічні та медичні прилади і системи

Вінниця - 2009

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України та у Науково-дослідному центрі квантової медицини "Відгук", м. Київ, Міністерства охорони здоров'я України..

Науковий керівник:доктор технічних наук, професор

Яненко Олексій Пилипович,

Національний технічний університет України "Київський

політехнічний інститут",

професор кафедри радіоконструювання і виробництва

радіоапаратури

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор

Кожем'яко Володимир Прокопович,

Вінницький національний технічний університет,

завідувач кафедри лазерної та оптоелектронної техніки

доктор технічних наук, професор

Смердов Андрій Андрійович,

Полтавська державна аграрна академія,

завідувач кафедри фізики, автоматизації та механізації

виробничих процесів

Захист відбудеться " 11 " червня 2009 р. о 930 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.02 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ауд. 210 ГУК.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ГУК.

Автореферат розісланий " 7 "травня 2009 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої радиС. В. Павлов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

генератор низькоінтенсивний шум

Актуальність теми. Освоєння діапазонів надвисоких та надзвичайно високих частот (НВЧ та НЗВЧ) привело до появи різноманітних генеруючих пристроїв, які використовуються у багатьох галузях науки і техніки. Останнім часом особлива увага надається сигналам міліметрового (мм-) діапазону довжин хвиль, оскільки вони здатні суттєво впливати на живі організми навіть при рівнях потужності, значно меншими за санітарно-гігієнічні норми. До того ж, власне випромінювання біологічних об'єктів, зокрема людини, у мм-діапазоні дає важливу інформацію про їх внутрішній стан і може використовуватися у різних областях медицини та біології. Значний вклад в розвиток вимірювання та застосування низькоінтенсивних електромагнітних сигналів мм-діапазону в різних галузях внесли українські вчені: Є.А. Андрєєв, Л.Г. Гасанов, Ю.Б. Гімпілевич, П.П. Лошицький, О.И. Писанко, В.П. Манойлов, С.П. Ситько, Ю.О. Скрипник, М.А.Філинюк, О.П. Яненко та іноземні: О.В. Бецький, М.Б. Голант, Ю.В. Гуляев, М.Д. Девятков, С.Дж. Вебб, Г. Фрьоліх та ін.

Достовірність вимірювання сигналів НВЧ-діапазону у значній мірі залежить від рівня параметрів та характеристик генеруючих пристроїв, зокрема генераторів шуму (ГШ). У цій галузі найбільш відомі роботи О.С. Тагера, М.Д. Девяткова, К.І. Алмазова-Долженко, Л.В. Касаткіна, О.Л. Таубе, Л.А. Біргера та ін. Однак значна більшість відомих робіт присвячена методам і засобам генерування сигналів дециметрового і сантиметрового діапазонів, при аналізі роботи яких застосовується метод еквівалентних схем і не розглядається електродинамічна структура генератора. Такий підхід не дозволяє в достатній мірі враховувати специфіку вимірювань у мм-діапазоні та особливості біомедичного застосування генераторів низькоінтенсивного шуму, що приводить до зменшення точності визначення їх вихідної потужності.

У той же час умови застосування низькоінтенсивних сигналів мм-діапазону у біомедичної області потребують генераторів шуму, вихідна потужність яких має нормовану величину. У зв'язку з чим, актуальним становиться розроблення методів та засобів формування низькоінтенсивного електромагнітного шуму у біомедичних приладах мм-діапазону з підвищеною точністю відтворення вихідної потужності.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в Науково-дослідному центрі квантової медицини "Відгук" МОЗ України та НТУУ "КПІ" відповідно до планів наукових досліджень Міністерства охорони здоров'я та Міністерства освіти і науки України в рамках бюджетних тем: "Розробка та впровадження спеціалізованих вимірювально-інформаційних радіометричних систем (ВІРС) для оцінки, перевірки та калібровки параметрів апаратури квантової медицини і поглиблення досліджень фундаментальних основ фізики живого" на діапазон частот 37-53 ГГц (№ Д.Р. 0101U008018, замовник МОЗ України); "Дослідження впливу зворотних (від'ємних) потоків електромагнітного випромінювання мм-діапазону на біологічні об'єкти та розробка терапевтичного приладу для технології квантової медицини" (№ Д.Р. 0100U006640, замовник МОН України) та "Розробка високочутливої радіометричної системи для перевірки апаратури квантової медицини, реєстрації електромагнітних полів випромінювання людини та поглиблення досліджень фундаментальних основ фізики живого" на діапазон частот 25-37 ГГц (№ Д.Р. 0104U007463, замовник МОЗ України), - в яких автор брав безпосередньо участь як науковий співробітник.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення точності відтворення вихідної потужності генераторів низькоінтенсивного шуму, що забезпечує адекватність застосування лікувальних методик, які використовують нетеплову дію електромагнітного випромінювання мм-діапазону.

Для досягнення поставленої мети розв'язуються такі завдання:

– здійснити аналіз основних методів реалізації низькоінтенсивних генераторів широкосмугових генераторів шуму;

– розробити математичну модель та вдосконалити метод розрахунку низькоінтенсивних (10-14-10-9 Вт/см2) генераторів шуму на ЛПД (ГШЛПД) для медичної та вимірювальної апаратури мм-діапазону;

– удосконалити методи та засоби регулювання температурного режиму первинного джерела шуму для підвищення точності відтворення вихідної потужності теплового ГШ при біомедичному застосуванні;

– розробити генератор еталонного шуму (ГЕШ) для метрологічного забезпечення медичної апаратури, що випромінює низькоінтенсивні сигнали, та для досліджень електромагнітних властивостей біооб'єктів;

– розробити спосіб підвищення точності вимірювання поглинаючої та випромінюючої здатності біооб'єктів за рахунок застосування розроблених генераторів у складі високочутливих радіометричних систем (ВРС);

– удосконалити способи формування опорного сигналу в автоматизованих та широкосмугових ВРС мм-діапазону за допомогою розроблених генераторів і підвищення точності вимірювання низькоінтенсивних сигналів та швидкодії їх аналізу.

Об'єктом досліджень є процес формування низькоінтенсивного електромагнітного шуму міліметрового діапазону.

Предметом досліджень є генератори низькоінтенсивного шуму з підвищеною точністю відтворення вихідної потужності в біомедичних приладах мм-діапазону.

Методи досліджень. У дисертації використані такі методи досліджень: чисельні методи електродинаміки та комп'ютерне моделювання - при розробленні математичної моделі ГШЛПД; матричні методи НВЧ ланцюгів та теорії сигнальних графів - при дослідженні залежності основних характеристик генераторів від параметрів їх конструкції та умов експлуатації; методи теорії диференціального обчислення - для аналізу складових похибки радіометричних вимірювань параметрів; методи мікрохвильової радіометрії - для дослідження електромагнітних властивостей біооб'єктів при малому рівні сигналу; експериментальні методи НВЧ вимірювань - при дослідженні поглинаючої здатності біологічних об'єктів; методи математичної статистики - при обробці результатів експериментальних і клінічних досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів. У дисертаційній роботі отримано такі наукові результати:

1. Вперше розроблено математичну модель ГШЛПД мм-діапазону, яка на відміну від існуючих, враховує зв'язок між конструктивними та електромагнітними параметрами генератора як електродинамічної структури, що дозволяє підвищити точність визначення основних характеристик генеруючої медичної апаратури низької інтенсивності.

2. Вперше розроблено метод формування шумових сигналів у вузькій смузі мм-діапазону для здійснення частотнозалежного впливу на біооб'єкти при нетеплових рівнях потужності, що дозволяє підвищити ефективність лікування та розширити можливості радіометричних досліджень.

3. Вперше розроблено метод формування від'ємних потоків випромінювання мм-діапазону для застосування у мікрохвильовій резонансній терапії, що підсилює ефективність лікування захворювань з больовими синдромами.

4. Удосконалено метод формування еталонного шуму шляхом регулювання температури та зменшення теплових втрат джерела, що дозволяє підвищити точність вимірювання параметрів лікувальної та радіометричної апаратури.

5. Дістали подальшого розвитку структури високочутливих радіометричних систем міліметрового діапазону шляхом введення до їх складу генераторів еталонного шуму та опорного сигналу, блоку широкосмугового перетворення вхідного сигналу, а також блоку автоматичного керування, що дозволило розширити частотний діапазон систем і підвищити швидкодію аналізу низькоінтенсивних сигналів, які утворюються біологічними та фізичними об'єктами.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблено та впроваджено у виробництво медичні апарати серії "Поріг", які підвищують ефективність лікування ряду захворювань за методом мікрохвильової резонансної терапії.

2. Розроблено генератор еталонного шуму діапазону 37-78 ГГц, завдяки якому зменшено систематичну складову похибки вимірювань потужності генераторів біомедичного застосування.

3. Запропоновано функціональні схеми та алгоритми роботи широкосмугової та автоматизованої ВРС, в яких розроблені генератори формують опорні сигнали низької інтенсивності, що підвищує точність та швидкість аналізу сигналів біооб'єктів.

4. Запропоновано новий спосіб ідентифікації стоматологічних матеріалів, що базується на порівнянні інтенсивностей власного випромінювання матеріалів та тканини природного зуба при температурі 310 К.

5. Визначено резонансний характер поглинання низькоінтенсивних сигналів мм-діапазону шкірою людини, що може використовуватися для підвищення ефективності лікування.

6. Проведено вивчення електромагнітних властивостей широкого класу біооб'єктів та рідких середовищ за допомогою ВРС, ГЕШ та ГШЛПД, що дозволило проводити довготривалі експериментальні дослідження повільних змін у стані об'єктів без суттєвого збільшення похибки вимірювань.

Розроблені технічні рішення захищено 6 патентами України. Автори патенту України № 53743 нагороджені дипломом переможця Всеукраїнського конкурсу "Винахід року" у номінації "Кращий винахід-2003 у місті Києві".

Результати досліджень впроваджено у НДЦ КМ "Відгук" (м. Київ), МДП "МРТ-техсервіс" (м. Київ), що підтверджується відповідними актами.

Особистий внесок здобувача. Всі результати, які складають основний зміст дисертаційній роботи, отримані автором самостійно.

У публікаціях, що написані у співавторстві, здобувачу належать: аналіз методів формування низькоінтенсивних стохастичних сигналів НВЧ-діапазону [8, 15]; методи та засоби калібрування ВРС мм-діапазону біомедичного призначення [9, 10, 14]; математична модель розрахунку генераторів низькоінтенсивних сигналів НВЧ-діапазону та їх характеристик [2]; способи формування низькоінтенсивних сигналів в хвилеводних структурах з лавинно-пролітними діодами [12, 16]; методи та засоби формування низькоінтенсивного випромінювання у хвилеводних теплових генераторах біомедичного призначення [6, 17]; аналіз методів та засобів автоматизації ВРС [5, 7]; розробка ГЕШ та опорного сигналу для метрологічного забезпечення біомедичної апаратури мм-діапазону [13]; методи та засоби оцінки поглинаючої та випромінюючої здатності біологічних та фізичних об'єктів у мм-діапазоні [3, 4, 18].

Апробація результатів дисертації. Основні положення і наукові результати дисертаційної роботи обговорювалися на 29 міжнародних конференціях та симпозіумах: "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо)" (Севастополь, 2003-2008 рр.); "Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій, комп'ютерної інженерії" (Львів - Славсько, 2004 р.); "Приладобудування: стан і перспективи" (Київ, 2004-2006, 2008 рр.); "Метрологія-2004" (Харків, 2004 р.); "Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування" (Вінниця, 2005-2007 рр.); „Сучасні технології в аерокосмічному комплексі” (Житомир, 1997 р.); "Современная контрольно-испытательная техника промышленных изделий и их сертификация" (Мукачево, 1997 р.); "Современные технологии ресурсо-энергосбережения" (Партенид, 1997 р.); "Современные информационные и энергосберегающие технологии" (Севастополь, 1998 р.); "Мікропроцесорні пристрої та системи автоматизації виробничих процесів" (Хмельницький, 2004, 2005, 2007 рр.); "10-th IMEKO TC7 International Symposium on Advances of Measurement Science" (Санкт-Петербург, Росія, 2004 р.); "Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals" (Севастополь, 2004 р.); "Coherence and Electromagnetic Fields in Biological Systems" (Прага, Чехія, 2005 р.); "Low and Superlow Fields and Radiation in Biology and Medicine" (Санкт-Петербург, Росія, 2006 р.); "Проблемы и направления развития метрологической деятельности в отрасли связи" (Одеса, 2005 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 53 наукові праці, з них 16 статей у наукових фахових виданнях, 22 статті у науково-технічних журналах та збірниках праць науково-технічних конференцій, 9 тез конференцій, 6 патентів України.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, що містять 95 рисунків і 15 таблиць, основних висновків з роботи, списку використаних джерел (157 найменувань) і 4 додатків. Загальний обсяг дисертації складає 224 сторінок, з яких основний зміст викладено на 153 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та завдання досліджень, вказані об'єкт та методи досліджень. Показано наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, відображено особистий внесок автора в роботах, які виконані у співавторстві, наведено відомості про публікації, впровадження, апробації та структуру дисертації.

У першому розділі розглянуті особливості застосування в медицині, біології та радіометрії сигналів мм-діапазону інтенсивності, меншій за 10-9 Вт/см2. Для більш ефективного використання згаданого фізичного фактора, а також запобіганню можливих негативних наслідків його неконтрольованого впливу потрібне удосконалення засобів вимірювальної техніки та її метрологічного забезпечення, і насамперед, генеруючих пристроїв та ВРС. Серед них особливе місце посідають ГШ вказаного діапазону, зокрема ГШТ і ГШЛПД, які можуть використовуватися у медичних приладах МРТ, у апаратурі, що формує зондувальні сигнали при радіометричних дослідженнях, а також як джерела еталонів для калібрування радіометрів.

Однак, відомі зразки генераторів такого типу не завжди задовольняють вимогам до біомедичної апаратури, і перш за все з точності визначення вихідної СЩПШ, через застосування при їх розробці недосконалих математичних моделей та методів формування сигналів, що не враховують особливостей мм-діапазону. На основі проведеного аналізу літературних джерел визначено мету та задачі досліджень.

У другому розділі виконується розробка математичної моделі генератора ГШ на корпусному ЛПД мм-діапазону, яка дозволяє проводити розрахунки ГШЛПД та досліджувати його основні характеристики в умовах реальної експлуатації, зокрема при неузгодженому навантаженні.

Прискорення процесу моделювання та підвищення вірогідності результатів забезпечується комбінованим підходом, який застосовує: відомі аналітичні методи - для визначення імпедансу ЛПД-структури ZD; чисельні методи з використанням пакету Ansoft HFSS - при електромагнітному розрахунку НВЧ параметрів елементів конструкції генератора та діода; методи теорії НВЧ ланцюгів із застосуванням матриць розсіяння та сигнальних графів - для розрахунку вихідних характеристик генератора з врахуванням умов експлуатації. При моделюванні ГШЛПД його зручно представити у вигляді шестиполюсного з'єднання NG відрізку прямокутного хвилеводу довжиною (l1+l2) та радіальної лінії, яка утворюється основами циліндрових утримувачів діода (рис. 1).

До плечей 1-1 і 2-2 хвилеводу приєднані двополюсник настроювання M (внутрішнє навантаження) та зовнішнє навантаження L. ЛПД підключено до плеча 3-3, яке є входом радіальної лінії. Коефіцієнтами передачі гілок сигнального графа шестиполюсника є елементи S-матриці, яка обчислюється для пасивної частини ГШЛПД за допомогою пакету Ansoft HFSS з урахуванням ZD, а також коефіцієнти передачі відрізку хвилеводу (де 1 =2 l1/, а  - довжина хвилі в хвилеводі) та відбиття двополюсника настроювання ГM і навантаження ГL (). З боку ЛПД надходить сигнал (хвиля потужності шуму) (k - стала Больцмана; T0 = 300 K; N - коефіцієнт шуму лавинно-пролітного діода;  - смуга робочих частот генератора), і СЩПШ генератора р визначається за формулою

,	(1)

де КР - коефіцієнт передачі з потужності графа (рис.1а) від ЛПД до навантаження.

Отже згідно (1) амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) генератора визначається величиною КР, яка за правилом Мезона для графа (рис. 1) дорівнює

.	(2)

а)	б)
Рис. 1. Структурна схема (а) та сигнальний граф (б) ГШЛПД

Отриманий вираз містить комплексні величини, і застосовувати його безпосередньо, за виключенням простіших випадків, досить складно. Тому, подальші розрахунки за формулою (2) доцільно проводити за допомогою математичного пакету MATLAB, формат даних якого підтримується з боку Ansoft HFSS.

Запропонована модель дозволяє, користуючись типовими параметрами ЛПД, розрахувати конструкцію ГШ і визначити його характеристики більш точно, ніж за відомим методом еквівалентних схем. Особливу вагу така модель набуває в мм-діапазоні при розробці ГШЛПД для лікувальної апаратури та метрологічного забезпечення біомедичних і радіометричних досліджень. Проведений експеримент показав, що на параметри генератора суттєво впливає розташування ЛПД у хвилеводній камері. Тому за допомогою розробленої моделі проведено дослідження залежності характеристик ГШ від положення діода H впродовж вузької стінки хвилеводу (на рис. 2), а також від коефіцієнту відбиття ГM двополюсника М.

При узгодженому навантаженні (ГL=0) згідно (2) АЧХ генератора має вигляд

.	(3)

При ГM =0 величина KP визначається тільки модулем параметра розсіяння S13

.	(4)

У такому разі настроювання генератора можна здійснити лише шляхом вибору положення діода H, причому в достатньо вузької смузі частот (рис. 2). Мінімальна величина |S11| реалізується при максимальному значенні величини |S33|, тобто при мінімальному модулі коефіцієнта передачі хвилі потужності шуму а3 (рис. 1б). Це повністю відповідає відомій умові реалізації максимальної СЩПШ генераторів шуму при великому КСХН, що підтверджує правильність розробленої моделі.

Як показали дослідження для ефективнішого впливу на АЧХ ГШ потрібні два елементи настроювання. Однак, не слід застосовувати коротко замкнений відрізок хвилеводу (ГM = -1) як двополюсник М. Оскільки параметри S11 (рис. 2а) та S12 (рис. 2б) практично відрізняються лише знаком, то з (3) можна отримати вираз

,	(5)

з якого видна суттєва залежність KP від кута , що спричиняє значну нерівномірність АЧХ, причому ГШ може перейти в режим монохроматичної генерації (КР  ). Тому більш прийнятними в якості М будуть навантаження з |ГМ | < 1.

На рис. 3 наведені розрахункові характеристики ГШ, які отримані за допомогою розробленої моделі. Наведені графіки свідчать, по-перше: про можливості генерування ГШЛПД в широкій смузі частот, але максимальне значення СЩПШ може бути досягнуто лише у вузькій смузі; по-друге: найбільш прийнятним двополюсником М є навантаження зі значенням |ГM| від 0,33 до 0,64.

Таким чином, застосовуючи розроблену математичну модель на етапі проектування ГШ можна визначити оптимальні значення конструктивних параметрів. Зокрема, при моделюванні генераторів для біомедичних досліджень, що проводилися протягом цієї роботи, такими значеннями є: H = 0,7-1,0 мм та l1 = 2-2,5 мм.

Однією з основних вимог при експлуатації ГШ є сталість вихідної потужності при дії дестабілізуючих факторів, одним з яких може бути неузгодженість навантаження. До того ж, для генератора стохастичних сигналів залежно від відстані l2 його до навантаження потрібно застосовувати гармонічний (з урахуванням фазових співвідношень) або стохастичний підхід. При ( - фазова швидкість поширення сигналів, а  - час їх кореляції) розрахунки АЧХ генератора здійснюються за формулою (2). Застосовуючи розроблену модель, можна оцінити вплив параметрів зовнішнього навантаження на рівень СЩПШ у діапазоні робочих частот генератора.

Типові результати розрахунків КР від фази 2 коефіцієнта відбиття навантаження ГL наведені на рис. 4. Дослідження, що проведені за допомогою розробленої моделі, показали, що неузгоджене навантаження може суттєво збільшити (на 5-6 дБ) нерівномірність АЧХ.

В разі жорстких вимог до даного параметра необхідно використовувати узгоджувальний двополюсник М з малим коефіцієнтом відбиття, або забезпечувати між генератором та навантаженням електродинамічну розв'язку (за допомогою вентиля, атенюатора тощо). Перевірка достовірності результатів моделювання здійснювалася шляхом порівняння їх з експериментальними даними для реального генератора.

На рис. 5 надані розрахункові та експериментальні частотні залежності коефіцієнта передачі KP (відповідно крива 1 та 2), які отримані при |ГМ|=0,33, l1=4,5 мм і ГL=0, для двох положень ЛПД у хвилеводі H=0,7 мм (а) та 1,3 мм (б).

Вимірювання СЩПШ генератора проводились у вимірювальної лабораторії (НДЦ КМ "Відгук" МОЗ України) за допомогою ВРС, атестованої ДП "Укрметртестстандарт". Як видно, загальний хід обох кривих добре збігається, а різниця між ними не перевищує 2 дБ. Показано, що розроблена математична модель дозволяє більш точно розрахувати параметри ГШЛПД мм-діапазону, ніж інші відомі методи.

У третьому розділі проведене удосконалення ГШТ і ГШЛПД за допомогою запатентованих автором технічних рішень та розробленої математичної моделі. Створено ряд джерел шуму мм-діапазону з сукупним динамічним діапазоном регулювання СЩПШ від 3,610-21 до 5,010-18 Вт/Гц, які застосовані в генеруючій апаратурі біомедичного призначення. Проведено дослідження основних характеристик розроблених генераторів і показано можливість підвищення ефективності медичної апаратури та вірогідності біомедичних досліджень за їх допомогою.

Удосконалення як високо-, так і низькотемпературних ГШТ спрямовано на зменшення різниці температур джерела шуму та біооб'єкта; забезпечення стабільності СЩПШ на виході генератора; спрощення його конструкції та зменшення габаритів. Розроблений за такими принципами ГШТ має теплоізолюючий корпус з розташованим у середині нього хвилеводним узгодженим навантаженням (УН), поглинач якого має надійний тепловий контакт з робочою поверхнею термоелемента та термосенсором, що разом з блоком керування утворюють коло автоматичного регулювання температури поглинача. Роль термоелемента відіграє твердотільний електронний мікроохолоджувач (ТЕМО), величину і напрямок струму живлення I якого можна регулювати, і встановлювати таким чином температуру поглинача Т1 від 263 до 330 К і відповідно СЩПШ вихідного випромінювання генератора.

Для забезпечення стабільності теплового режиму ГШТ, до його складу включено тепловий фільтр (ТФ) та перехідну секцію (ПС) у вигляді відрізку прямокутного хвилеводу, через які генератор з'єднується з іншими хвилеводними пристроями, що мають температуру Т0. ТФ являє собою дросельне фланцеве з'єднання з тонкою теплоізолюючою прокладкою, що дозволяє при помірній різниці між Т1 та Т0 практично усунути градієнт температури впродовж ПС і відповідно неконтрольовані втрати потужності у ГШТ. Тому довжину ПС можна значно укоротити, а величину СЩПШ на виході генератора p визначати за простою формулою: p =k(T-T0).

На рис. 6 наведена залежність СЩПШ від I струму живлення ТЕМО. Додатні значення І відповідають нагріванню поглинача, а від'ємні - охолодженню. У порівнянні з відомими ГШТ розроблений генератор має такі переваги:

- завдяки використанню ТЕМО зменшено середній час переходу від одного рівню СЩПШ до іншого з 10-15 хв до 1-2 хв;

- через значне зниження втрат у ПС зменшено похибку визначення вихідної СЩПШ;

- забезпечено близькість температури поглинача до температури біооб'єктів при тій же похибці визначення СЩПШ, що й у відомих еталонних ГШТ, в яких джерело шуму охолоджується рідким азотом. Це суттєво спрощує вимірювання СЩПШ випромінювання біооб'єктів та зменшує їх похибку.

Крім того, такий тепловий режим при характерних розмірах УН в мм-діапазоні (1-2 см) дозволяє зменшити габарити ГШТ і полегшити задачу термостатування джерела шуму. Тому в даній роботі досліджена можливість формування шумових сигналів за рахунок нагрівання поглинача УН інфрачервоним (ІЧ) випромінюванням, джерелом якого був світлодіод потужністю 10-20 мВт.

Розташування діода у середині поглинача дозволило при струмі живлення 150-200 мА здійснити нагрів до температури 310-320 К. Однак, при цьому в певній мірі погіршується рівномірність АЧХ генератора внаслідок збільшення коефіцієнта відбиття УН. На рис. 7 наведено частотну залежність р відносно максимального значення р0 для ГШТ з ІЧ-нагрівом. В порівнянні з попереднім генератором він має таку ж смугу робочих частот але нерівномірність СЩПШ більшу (до 1дБ). Як показали дослідження, залежність р від струму діода І наближається до лінійної лише при І 75 мА.

Проте інерційність і енергоспоживання такого ГШТ значно менше, ніж з генератора з ТЕМО. В процесі виконання роботи розроблено тепловий ГШ для біомедичного застосування, корпусом якого є замкнений відрізок надрозмірного хвилеводу, що містить ІЧ-світлодіод з нанесеним на поверхню його лінзи поглинаючим шаром та пластину пористої структури звисоким вмістом кальцію, що розташована між світлодіодом і виходом генератора. Такий пристрій дозволяє одержувати шумові сигнали із СЩПШ до 10-20-10-21 Вт/Гц в діапазоні частот 40-80 ГГц. Причому орієнтація у просторі вектора випромінювання даного ГШТ змінюється хаотично.

В роботі досліджені особливості використання ЛПД як джерела шуму та визначено шляхи покращення основних характеристик ГШЛПД. Застосування розробленої математичної моделі дозволяє обчислити рівень СЩПШ і смугу робочих частот при заданій нерівномірності АЧХ, а також виявити параметри конструкції, що найбільш впливають на характеристики генератора. Показано, що розроблені зразки ГШЛПД мають достатньо рівномірну АЧХ (рис. 5), а залежність вихідної СЩПШ від струму живлення ЛПД практично лінійна у динамічному діапазоні 25-30 дБ.

Розроблено генератор квазігармонічних низькоінтенсивних сигналів мм-діапазону на базі ГШЛПД з прямокутним хвилеводним виходом перетину axb. Формування вузькосмугового шумового сигналу здійснюється за допомогою прохідного резонатора у вигляді циліндру радіуса R та довжини L, що регулюється. Основи циліндра мають по одному отвору зв'язку діаметра d, через які резонатор приєднується до виходу генератора та антени. Параметр L визначає резонансну частоту f0 та відповідну довжину хвилі у вільному просторі . Ослаблення потужності А сигналу, що проходить через такий резонатор, можна визначити за формулою

.	(7)

Оскільки коефіцієнт втрат прохідного резонатора пропорційний добротності, то при визначенні робочих частот квазігармонічного генератора потрібно вибирати прийнятні значення А і d, які забезпечують при відомій потужності базового ГШЛПД необхідний рівень СЩПШ вихідного сигналу. Для розробленого генератора квазігармонічних низькоінтенсивних сигналів він складає (30-300)·kT0 у діапазоні частот 52-62 ГГц. При цьому А=10-15 дБ.

На рис. 8 наведені експериментальні АЧХ генератора квазігармонічних сигналів за різної довжини L прохідного резонатора. Смуга робочих частот генератора за рівнем 10 дБ змінюється від 1% (L=6,2 мм) до 2% (L=3,8). Значне збільшення при L > 3,8 мм пов'язано з поширенням у резонаторі декількох мод, а також зростанням коефіцієнтів передачі через отвори зв'язку.

Таким чином, вдосконалені методи формування шумових сигналів дозволяють створити ряд ГШТ і ГШЛПД із сукупним динамічним діапазоном СЩПШ не менш, ніж 30 дБ: від 3,610-21 Вт/Гц (0,90 kT0) до 5,010-18 Вт/Гц (1,25103 kT0) при високій лінійності регулювання СЩПШ. Він може застосовуватися в апаратурі МРТ, а також для формування зондувальних сигналів при дослідженні біологічних об'єктів методами мікрохвильової радіометрії і для метрологічного забезпечення ВРС.

У розділі обґрунтована можливість розробки автоматизованої РС з генератором опорного сигналу, яким може бути ГШЛПД або електрично керований ГШТ, що забезпечує високу швидкодію аналізу низькоінтенсивних електромагнітних сигналів мм-діапазону, які утворюються біологічними та фізичними об'єктами.

У четвертому розділі проведено аналіз складових похибки вимірювання СЩПШ випромінювання біологічного об'єкта Х або генеруючого пристрою медичного призначення GX при застосуванні розроблених ГШТ і ГШЛПД. СЩПШ визначалось методом порівняння інтегральних потужностей об'єкта та калібрувального генератора GK у смузі перетворення ВРС (рис. 9). Найбільш вагомими складовими згаданої метрологічної характеристики є похибка неузгодження виходу GX (антени Х) з трактом ВРС та похибка прецизійного атенюатора А2.

Серед розроблених генераторів найменше значення має ГШТ з ТЕМО, використання якого дозволяє встановлювати температуру УН від 310 до 330К і зменшити похибку ВРС до 10%. Але при цьому значення СЩПШ об'єкта вимірювань і ГШТ не повинні сильно відрізнятися, інакше потрібно збільшувати ослаблення А2, що спричиняє пропорційне зростання .

Однак можливість електричного регулювання СЩПШ на виході ГШЛПД в діапазоні 25-30 дБ дозволяє при вимірюваннях зменшити ослаблення атенюатора і відповідно . Таким чином основною складовою похибки вимірювань залишається, яка визначається за коефіцієнтом відбиття . Використовуючи сигнальний граф (рис. 1б) і враховуючи, що при вимірюваннях реальні навантаження ГШЛПД мають абсолютне значення 0,2, оцінку величини визначаємо за формулою

(дБ),	(8)

де |ГМ| - модуль коефіцієнта відбиття двополюсника настроювання (рис. 1а); а параметри генераторної камери ГШЛПД S11, S12 розраховуються за допомогою моделі.

Величини |ГМ| і |ГL| входять до виразу (8) з протилежними знаками. Отже введення двополюсника зменшує похибку неузгодження. Проте |ГМ| не може бути дуже великою, оскільки зростає перша складова (8) і, до того ж, нерівномірність АЧХ генератора (рис. 3). Окрім того, при виводі (8) передбачалось, що модулі величин ГМ, ГL, S11 і S12 набувають мінімальних та максимальних значень одночасно, що значно завищує і штучно зніжує вірогідність вимірювань. Розроблена модель ГШЛПД дозволяє більш точно обчислювати величину . На рис. 10 наведена залежність похибки від частоти і відстані l, яка визначає фазу ГМ. З розрахунків слідує, що не перевищують 0,64 дБ, у той час, як (8) дає значення 2,74 дБ.

Дослідження, що проведені за допомогою математичної моделі, показали, що при настроюванні ГШЛПД необхідно знаходити компроміс між величиною СЩПЩ в певній смузі частот та похибкою неузгодження. Так більш оптимальною для першого параметра є величина Н=0,7 мм, а для другого - Н=1,3 мм. Показано, що при певному настроюванні можна зменшити похибку неузгодження до 0,1 дБ в смузі частот 5%. Суттєву роль при остаточному визначенні даного параметра відіграє правильний вибір внутрішнього навантаження. Проведений аналіз основних складових похибки визначення СЩПШ на виході ГШТ і ГШЛПД дозволив вжити заходи до її зменшення і розробити спеціалізовані генератори низькоінтенсивних сигналів для визначення та покращення метрологічних характеристик ВРС зменшити систематичну складову похибки вимірювань з 40 до 10-15%.

У п'ятому розділі розглянуто результати практичного використання результатів дисертаційній роботи. Розроблено медичні апарати "Поріг-НТ" ("Поріг-ВТ") та "Поріг-3" ("Поріг-3М"), до складу яких входять відповідно ГШТ і ГШЛПД. Приведені результати клінічних досліджень вказаних апаратів. Показано, що застосування апаратів "Поріг-3", "Поріг-3М" дозволяє суттєво підвищити терапевтичну ефективність при лікуванні виразкової хвороби 12-палої кишки методом МРТ, а "Поріг-НТ", "Поріг-ВТ" доцільно використовувати при лікуванні хворих з больовими синдромами.

Розглянуто спосіб ідентифікації стоматологічних матеріалів, що базується на порівнянні їх з тканиною природного зуба за інтенсивністю власного випромінювання, яке визначається в діапазоні значень 110-21-310-21 Вт/Гцсм2 за допомогою ГШТ, причому похибка вимірювань не перевищує 20%. Даний спосіб доцільно застосовувати у комплексі з традиційними вимогами до стоматологічних матеріалів.

Показано, що одночасне застосування ВРС та розроблених генераторів дозволяє проводити тривалі у часі експерименти з досліджень електромагнітних властивостей різноманітних об'єктів, у тому числі й біологічного походження.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

Дисертаційну роботу присвячено розв'язанню актуальної науково-технічної задачі, яка полягає у підвищенні точності відтворення вихідної потужності генераторів низькоінтенсивного шуму для біомедичних приладів мм-діапазону, що застосовуються для впливу на стан людини та інших біооб'єктів. У роботі одержано такі основні наукові та практичні результати:

1. Вперше розроблено математичну модель ГШЛПД мм-діапазону, яка на відміну від існуючих, враховує зв'язок між конструктивними та електромагнітними параметрами генератора як електродинамічної структури, що дозволяє підвищити точність визначення основних характеристик генеруючої медичної апаратури низької інтенсивності.

2. Вперше розроблено метод формування шумових сигналів у вузькій смузі мм-діапазону для здійснення частотнозалежного впливу на біооб'єкти при нетеплових рівнях потужності, що дозволяє підвищити ефективність лікування та розширити можливості радіометричних досліджень.

3. Вперше розроблено метод та засіб формування від'ємних потоків випромінювання мм-діапазону для застосування у мікрохвильовій резонансній терапії, що підсилює ефективність лікування захворювань з больовими синдромами.

4. Удосконалено метод формування еталонного шуму шляхом регулювання температури та зменшення теплових втрат джерела, що дозволяє підвищити точність вимірювання параметрів лікувальної та радіометричної апаратури.

5. Дістали подальшого розвитку структури високочутливих радіометричних систем міліметрового діапазону шляхом введення до їх складу генераторів еталонного шуму та опорного сигналу, блоку широкосмугового перетворення вхідного сигналу, а також блоку автоматичного керування, що дозволило розширити частотний діапазон систем і підвищити швидкодію аналізу низькоінтенсивних сигналів, які утворюються біологічними та фізичними об'єктами.

6. Вперше розроблено ряд генераторів ГШЛПД та ГШТ, який забезпечує формування низькоінтенсивного шуму і регулювання його СЩПШ від 3,610-21 до 5,010-18 Вт/Гц в діапазоні частот 42-72 ГГц при похибці відтворення потужності, меншій за 10%, що дозволяє реалізувати як додатні, так і від'ємні потоки електромагнітної енергії і розширити можливості біомедичних генеруючих приладів.

7. Вперше розроблено генератор низькоінтенсивних квазігармонічних сигналів мм-діапазону із застосуванням методу формування вузькосмугових шумових сигналів та використанням ГШЛПД і хвилеводного фільтру, що перестроюється і має смугу частот 0,6-2,2%. Генератор дозволяє визначати частотні залежності електромагнітних властивостей біооб'єктів без застосування стандартних генераторів та атенюаторів, що знижає вартість вимірювань та зменшує їх похибку.

8. Розроблено та впроваджено у виробництво апарати: "Поріг-3", "Поріг-3М", що містять ГШЛПД, та "Поріг-НТ", "Поріг-ВТ", що містять ГШТ, які призначені для лікування за методом МРТ і опромінювання об'єктів при дослідженні їх електромагнітних властивостей. За результатами клінічних досліджень отримані у дисертації технічні рішення дозволяють підвищити терапевтичну ефективність апаратів при лікуванні виразкової хвороби 12-палої кишки, синдромів і ознак патологічно високої функціональної активності певних органів та інших захворювань.

9. Розроблено генератор еталонного шуму діапазону 37-78 ГГц, завдяки якому зменшено систематичну складову похибки вимірювань потужності генераторів біомедичного застосування.

10. Запропоновано новий спосіб визначення вмісту синтетичних речовин та вологи в матеріалах одягу і оцінити його комфортність шляхом вимірювання їх випромінювальної та поглинаючої здатності в мм-діапазоні, застосовуючи при цьому ВРС та розроблені ГШ.

11. Запропоновано новий спосіб ідентифікації стоматологічних матеріалів, що базується на порівнянні за допомогою ВРС і ГШТ інтенсивностей власного випромінювання матеріалів та тканини природного зуба при температурі 310 К.

12. Розроблено функціональну схему та обґрунтовано можливість створення високочутливої автоматизованої ВРС на базі персонального комп'ютера, до складу якої входить ГШТ з електричним регулюванням СЩПШ. Система забезпечує високу швидкодію аналізу низькоінтенсивних сигналів мм-діапазону, які утворюються об'єктами досліджень.

13. За допомогою розроблених ГШ визначено резонансний характер поглинання низькоінтенсивних сигналів мм-діапазону шкірою людини, що застосовується для підвищення ефективності впливу даного фізичного фактору.

14. Проведено вивчення електромагнітних властивостей широкого класу біооб'єктів та рідких середовищ за допомогою ВРС, ГЕШ та ГШЛПД, що дозволило проводити довготривалі експериментальні дослідження повільних змін у стані об'єктів без суттєвого збільшення похибки вимірювань.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

За темою дисертації опубліковано 53 наукові праці, основними з яких є:

Перегудов С.М. Чисельно-аналітичне моделювання генератора шуму міліметрового діапазону на корпусних лавинно-пролітних діодах / Перегудов С.М. // Вісник НТТУ "КПІ". Радіотехніка радіоапаратобудування. - 2007. - Вип. 34.- С. 71-76.

Перегудов С.М. Генератор низькоінтенсивних квазігармонічних сигналів міліметрового діапазону / С.М. Перегудов, О.П. Яненко // Вісник Київського Національного університету технологій та дизайну. - 2008. - №5 (43). - С. 103-107.

Радіометричний метод оцінки комфортності текстильних матеріалів для одягу / С.М. Перегудов, Ю.О. Скрипник, Н.П. Супрун, О.А. Ваганов, О.П. Яненко // Вісник Київського Національного університету технологій та дизайну. - 2008. - №5 (43). - С. 9-14.

Дослідження мікрохвильових властивостей зразків шкіри для виробів легкої промисловості / Перегудов С.М., Красюк С.О., Шевченко К.Л., Яненко О.П. // Вісник НТТУ "КПІ". Приладобудування. - 2006. - Вип. 32.- С. 128-132.

Перегудов С.Н. Радиометрическая установка с автоматической регулировкой выходной мощности генератора эталонного шума / С.Н. Перегудов, А.Ф. Яненко // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. - 2005. - № 4, ч. 1, т. 1. - С. 131-134.

Применение низкотемпературных генераторов шума в практической медицине / С.Н. Перегудов, Е.Н. Горбань, Б.П. Грубник, С.П. Ситько, Ю.А. Скрипник, А.Ф. Яненко // Український журнал медичної техніки і технології. - 2005. - № 1-2. - С.16-23.

Автоматизированная установка мм-диапазона для биомедицинских приложений / С.Н. Перегудов, А.Д. Красюк, Ю.А. Скрипник, А.Ф. Яненко // Вісник Технологічного університету "Поділля". Технічні науки. - 2004. - № 2, ч. 1, т. 1. - С.176-180.

Перегудов С.М. Генератор поліхроматичного поляризованого низькоінтенсивного випромінювання - мілітрон / С.М. Перегудов, Ю.О. Скрипник, О.П. Яненко // Вісник Київського Національного університету технологій та дизайну. - 2004. - № 4. - С. 5-8.

Широкосмуговий радіометр для медико-біологічних досліджень / Перегудов С.М., Скрипник Ю.О., Яненко О.П., Красюк О.Д. // Вісник НТТУ "КПІ". Приладобудування. - 2004. - Вип. 28. - С. 151-154.

Підвищення вірогідності результатів вимірювань радіометричних систем медико-біологічного призначення / С.М. Перегудов, Ю.О. Скрипник, К.Л. Шевченко, О.П. Яненко, В.П. Куценко // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2003. - № 2. - С. 61-64.

Перегудов С. Дослідження впливу температури та частоти вхідного сигналу на параметри комутаційного перетворювача радіометра / Сергій Перегудов, Олексій Яненко // Вісник Національного університету "Львівська політехніка". Радіоелектроніка та телекомунікації. - 2003. - № 477. - С. 97-102.

Шумові генератори низькоінтенсивних сигналів в технологіях квантової медицини / Перегудов С.М., Грубник Б.П., Рогачов А.І., Ситько С.П., Скрипник Ю.О., Яненко О.П. // Фізика живого. - 2000. - Т. 8, № 2. - С. 89-95.

Increased accuracy of measurement of high-sensitivity mm-range radiometric equipment intended for medical-biological application / Sergey Peregudov, Yury Skripnik, Aleksandr Krasuk, Vyacheslav Manoylov, Aleksey Yanenko // Advances of Measurement Science: 10-th IMEKO TC7 Int. Symp. June 30-July 2, 2004: Proceedings. - Saint-Petersburg, 2004. - P. 143-148.

Оценка метрологических характеристик высокочувствительных радиометрических систем при помощи генератора шума / Перегудов С.Н., Красюк А.Д., Скрипник Ю.А., Яненко А.Ф. // Метрологія та вимірювальна техніка. Метрологія-2004 : IV міжнар. наук.-техн. конф., 12-14 жовт. 2004 р. : наукові праці конференції. - Х., 2004. - Т.1. - С.326-328.

Перегудов С.Н. Микроволновые генераторы сверхслабых сигналов в исследовании объектов живой и неживой природы / Перегудов С.Н., Красюк А.Д., Яненко А.Ф. // Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине : IV межд. конгресс, Санкт-Петербург, 3-7 июля 2006 г. : сб. тез. - С.Пб., 2006. - С. 97.

Perspectives use of radioprotective properties of low intensity electromagnetic radiation of mm-range / S.N. Peregudov, S.P. Sitko, B.P. Grubnik, E.N. Corban, A.F. Yanenko // Coherence and Electromagnetic Fields in Biological Systems : Frцhlich Centenary Int. Symp., July 1-4, 2005 : Abstract book. - Prague, 2005. - P. 112-113.

Пат. 53743 Україна, МПК 7 A 61 N 5/02. Пристрій для мікрохвильової терапії / Перегудов С.М., Грубник Б.П., Рогачев А.І., Ситько С.П., Скрипник Ю.О., Яненко О.П.; заявник та патентовласник н.-д. центр квантової медицини "Відгук" МОЗ України. - № 2000041852 ; заявл. 03.04.00 ; опубл. 17.02.03, Бюл. № 2.

Пат. 34419 Україна, МПК (2006) G 01 R 29/08, A 61 K 6/02. Спосіб вимірювання потужності електромагнітних сигналів та ідентифікації стоматологічних матеріалів / Перегудов С.М., Яненко О.П., Головчанська О.Д.; заявники та патентовласники Перегудов С.М., Яненко О.П., Головчанська О.Д. - № u200803216 ; заявл. 13.03.08 ; опубл. 11.08.08, Бюл. № 15.

АНОТАЦІЯ

Перегудов С.М. Біомедичні прилади міліметрового діапазону на основі генераторів низькоінтенсивного шуму. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 - Біологічні та медичні прилади і системи. - Вінницький національний технічний університет, Вінниця, 2009.

Дисертаційну роботу присвячено удосконаленню методів та засобів формування низькоінтенсивних шумових сигналів мм-діапазону для біомедичного застосування.

Проведено теоретичне узагальнення та запропоновано нові шляхи розв'язання наукової задачі, які забезпечують генерування шумових сигналів та можливість регулювання їх інтенсивності при високій точності визначення рівня спектральної щільності потужності шуму в діапазоні 3,610-21-5,010-18 Вт/Гц. Розроблено генеруючі пристрої мм-діапазону, які дозволяють підвищити ефективність існуючої медичної апаратури, а також вірогідність радіометричних вимірювань при дослідженні електромагнітних властивостей біологічних об'єктів. Досліджено метрологічні характеристики генераторів біомедичного призначення та запропоновано шляхи зменшення похибки вимірювання потужності низькоінтенсивних сигналів. Приведені результати клінічних та експериментальних досліджень розроблених генераторів, які підтверджують високу ефективність їх застосування в медицині та біології.

Ключові слова: генератор шуму, низькоінтенсивні сигнали, міліметровий діапазон, похибка вимірювань.

АННОТАЦИЯ

Перегудов С.Н. Биомедицинские приборы миллиметрового диапазона на основе генераторов низкоинтенсивного шума. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.17 - Биологические и медицинские приборы и системы. - Винницкий национальный технический университет, Винница, 2009.

Диссертационная работа посвящена усовершенствованию методов и средств формирования низкоинтенсивных шумовых сигналов миллиметрового диапазона и их применению для создания новой аппаратуры биомедицинского назначения.

На основе проведенного анализа автором определены главные недостатки способов формирования низкоинтенсивных сигналов в медицинских приборах и аппаратуре для биологических исследований. Основное внимание уделено точности воспроизведения выходной мощности генерирующих устройств, от которой в значительной степени зависит эффективность лечебной аппаратуры и достоверность исследований электромагнитных свойств биологических объектов. Наиболее часто в приборах такого класса применяются низкоинтенсивные генераторы шума на лавинно-пролетных диодах (ГШЛПД) и тепловые генераторы (ГШТ). Автором предлагаются новые методы формирования шумовых сигналов миллиметрового диапазона со спектральной плотностью мощности шума 3,610-21-5,010-18 Вт/Гц, которые значительно улучшают характеристики медицинских приборов. Разработанная математическая модель ГШЛПД миллиметрового диапазона, в отличие от ранее известных, учитывает влияние конструктивных параметров и условий эксплуатации на основные характеристики генератора. Это позволило разработать новый ряд устройств, использующих низкоинтенсивное излучение в качестве терапевтического фактора. Приведенные результаты клинических исследований подтверждают преимущества подобной аппаратуры перед созданной ранее.

В работе предлагается новый метод формирования квазигармонических сигналов ("узкополосного шума"), который значительно упрощает процесс перестройки частоты при низких уровнях выходного сигнала генератора и соответственно снижает стоимость лечебной аппаратуры. Данный метод может использоваться при исследованиях свойств биологических объектов при низких уровнях зондирующего сигнала в широком диапазоне частот. В частности, в ходе исследований, проведенных при выполнении диссертации, обнаружен резонансный характер поглощения кожной поверхностью человека низкоинтенсивного излучения миллиметрового диапазона.

Большое внимание в работе уделено усовершенствованию методов формирования низкоинтенсивных сигналов температурными источниками шума. При этом в значительной степени учтена специфика миллиметрового диапазона длин волн и уровень собственного излучения живых организмов. На основе проведенного анализа автором предложен новый метод формирования отрицательных потоков охлажденными источниками электромагнитного излучения, а также усовершенствование известных методов генерирования электромагнитного шума нагретыми телами, что позволяет расширить возможности использования тепловых генераторов в биомедицинской практике. Автором проведены исследования и показана возможность регулировки выходной мощности шумовых сигналов при высокой точности воспроизведения ее уровня. Рассмотрены условия такой регулировки как для генератора шума на ЛПД, так и для тепловых генераторов. Исследованы пути повышения быстродействия формирования выходной мощности тепловых генераторов.

В диссертации рассмотрено использование разработанных методов генерации низкоинтенсивного шума при создании эталонных и опорных генераторов для высокочувствительных радиометрических систем мм-диапазона. Такие системы являются основной метрологического обеспечения генерирующей лечебной аппаратуры, а также измерений, проводимых в ходе исследований электромагнитных свойств биологических и физических объектов. Автором предложены новые структурные схемы радиометрических систем, в состав которых входят ГШЛПД и тепловые генераторы, разработанные с учетом результатов исследований, проведенных в процессе выполнения диссертации. Исследована возможность разработки автоматизированного радиометра, позволяющего значительно ускорить процесс обработки низкоинтенсивных шумовых сигналов.

Значительное внимание уделено совместному применению генераторов низкоинтенсивного шума и высокочувствительных радиометрических систем. Такой подход позволяет более детально исследовать внутренние процессы биологических организмов радиометрическими методами. Диссертантом приведены результаты исследований электромагнитных свойств объектов биологического происхождения и отмечены их характерные особенности. Приведенные акты внедрения результатов работы в практическую медицину свидетельствуют об эффективности полученных в диссертации результатов.