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• metasurfaces
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• sorgente di campo magnetico

Negli ultimi decenni, l'utilizzo delle microonde per scopi di imaging è diventato sempre più frequente e rilevante in ambito clinico e di ricerca grazie ai suoi vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali e alle sue potenzialità nell'ottica dell'automonitoraggio dei parametri fisiologici e della telemedicina. L'imaging a microonde si basa sull' osservazione della diffusione del segnale elettromagnetico prodotto dalle differenti proprietà dielettriche dei tessuti. Tuttavia, l'elevata attenuazione causata dai tessuti umani nel range delle microonde può rendere debole la rilevazione della radiazione suddetta, perciò è necessario un elevato rapporto segnale-rumore (SNR). Uno dei modi per migliorare l'SNR consiste nell’ ottenimento di una maggiore penetrazione della radiazione all’interno del corpo umano. Pertanto, l'obiettivo del seguente lavoro di tesi ha riguardato la progettazione di metasuperfici elettromagnetiche in grado di ridurre il coefficiente di riflessione all'interfaccia aria-pelle, permettendo di conseguenza l’incremento del campo elettrico nei tessuti biologici.
Lo studio è stato condotto nella banda 0.5-3 GHz, che garantisce un buon compromesso tra profondità di penetrazione e risoluzione dell'immagine. È stata dapprima sviluppata una procedura per il design delle metasuperfici combinando un approccio analitico, tramite modellistica a linee di trasmissione, con uno numerico, basato su software commerciali. Successivamente, è stata confermata l'efficacia di tali metasuperfici quando operanti nella regione di campo vicino sia per il caso di sorgente elettrica che di sorgente magnetica. Infine, si è proceduto con una validazione sperimentale tramite la realizzazione del prototipo radiativo e la fabbricazione di un fantoccio che riproducesse le proprietà dielettriche dei tessuti in esame. Come sviluppo futuro, nel set-up finale è stato introdotto anche un conduttore magnetico artificiale (AMC) e ne sono stati studiati gli effetti ai fini di un ulteriore incremento della penetrazione del campo elettrico .

In recent decades, the use of microwaves for imaging purposes has become increasingly frequent and relevant in clinical and research settings due to its advantages over traditional techniques and its potential for self-monitoring of physiological parameters and telemedicine. Microwave imaging is based on the observation of the scattering of electromagnetic signals produced by the different dielectric properties of tissues. However, the high attenuation caused by human tissues in the microwave range can weaken the detection of the aforementioned radiation, making a high signal-to-noise ratio (SNR) necessary. One way to improve SNR is by achieving greater penetration of the radiation within the human body. Therefore, the aim of this thesis work was to design electromagnetic metasurfaces capable of reducing the reflection coefficient at the air-skin interface, consequently allowing an increase in the electric field within biological tissues. The study was conducted in the 0.5-3 GHz band, which provides a good compromise between penetration depth and image resolution. Initially, a procedure for the design of the metasurfaces was developed by combining an analytical approach, through transmission line modeling, with a numerical one, based on commercial software. Subsequently, the effectiveness of these metasurfaces was confirmed when operating in the near-field region for both electric and magnetic source cases.
Finally, experimental validation was carried out through the realization of a radiative prototype and the fabrication of a phantom that reproduced the dielectric properties of the tissues under examination. As a future development, an artificial magnetic conductor (AMC) was also introduced in the final setup, and its effects were studied for further increasing the penetration of the electric field.