时间：2023-10-05 10:21:30
0引言
太赫兹科学与技术是近20年来由于自由电子激光器和超快激光技术的迅速发展而新兴的一门学科．太赫兹波技术进一步拓展了研究微观世界的方法和手段，在成像、医学诊断、环境科学、信息通信、生物化学及基础物理等研究领域有着广阔的应用前景．而目前太赫兹波段还不像其他波段发展那样成熟，相关的器件也在发展之中，这严重制约了太赫兹技术应用的进一步发展．随着太赫兹技术的发展，设计和制作太赫兹波段的传输和控制器件也变得越来越迫切，而以太赫兹亚波长微结构作为基础的器件研究是一个重要的研究方向．自从1998年Ebbesen等人发现了二维亚波长小孔阵列可以产生增强透射效应后，就吸引了人们对增强透射的研究．不仅仅涉及有关物理机制的研究，并且在近场光学、光电集成、纳米印刷、成像显示和有机发光二极管等方面展开了广泛而深入的探索．亚波长光学一直都是研究的一个热点，文献［1－7］运用大量的实验和理论分析讨论了增强透射效应．亚波长金属块阵列和金属孔阵列属于共轭结构．和亚波长小孔阵列相反，当具有一定频率的电磁波入射到亚波长金属块阵列时，由于激发了偶极子局域化表面等离子体（DipoleLocalizedSurfacePlasmons，DLSPs）［8－9］引起了对入射电磁波的共振反射．在入射电磁波的电场的作用下，金属块可以被极化，诱导出偶极子，从而产生偶极子局域化表面等离子体．DLSPs导致电场的局域化和场的增强效应，可以用来制作光学天线［10－21］．与光波段相比，在太赫兹波段是一个特殊的电磁波波段，表面等离子体在该频段显示出了一些非常特殊的性质［3－7］．目前太赫兹波段亚波长金属块阵列的国内外研究较少．本文利用了太赫兹时域光谱技术研究了亚波长金属块阵列的透射性质，以及周期和金属块尺寸对透射的影响．通过太赫兹波与亚波长金属块阵列的相互作用的研究，为制作太赫兹波段的带阻滤波器件提供了有益的参考．
1实验
1．1亚波长金属块阵列的制备研究样品是利用磁控溅射的方法在洁净的熔融石英基片上沉积的铝膜．熔融石英衬底厚度为1mm，铝膜厚度为（200±10）nm．太赫兹波段的电磁波在金属铝膜的趋附深度在约为110nm左右，200nm的薄膜可以完全阻止太赫兹波透射．经过实验测量，200nm铝膜太赫兹的透射为零．对于制作好的铝膜，采用光刻的方法进行处理，通过衬底的预处理、涂胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀、除胶等一系列工艺制备出设计的亚波长微结构．最后制作的金属块阵列结构样品如图1（a）．制备的样品分为2个系列：第一类样品，金属块的形状（150×50μm2）保持不变，改变金属块周期（两方向周期相同），样品周期分别为180μm、200μm和220μm；第二类样品周期为200μm保持不变，金属块的尺寸分别为50×50μm2，100×50μm2和150×50μm2．光刻工艺过程中产生的误差为±2μm左右．
1．2亚波长金属块阵列太赫兹时域光谱测量透射谱测试是采用EKSPLA公司生产的透射式太赫兹时域光谱（TerahertzTime－domainSpectroscopy，THz－TDS）系统，系统所使用的飞秒光源是SpectraPhysics公司生产的掺钛蓝宝石振荡器（MaiTaiHP），其产生的激光是中心波长为800nm，重复频率为80MHz，脉宽为100fs的飞秒脉冲．飞秒脉冲通过分束器后分成能量为35mW的泵浦光和30mW探测光．其中泵浦光用来激发THz波发射器，经过一光学延迟线后的探测光用来触发太赫兹波探测器，得到太赫兹波的时域谱．发射器和探测器都是由低温生长的GaAs制成的光电导天线．实验中，为太赫兹发射器提供了一个约45V的直流偏压，产生的太赫兹波经过硅透镜后被一对聚乙烯透镜聚焦和准直，通过样品后聚焦到探测器上．改变泵浦光和探测光的相对时间延迟，可以分别获得石英基片和样品的时域谱．通过傅里叶变换，可以得到样品在太赫兹波段的透射谱．兹电场，EReference（ω）代表透过未镀膜基底的太赫兹电场．在对样品进行检测时，入射光垂直于样品表面，太赫兹波的偏振方向垂直于金属块较长的一边即（Ex），称为P偏振．对于S偏振的情况而言，透过率整体不高．为了方便说明，所选取的坐标轴如图1（b）．
2实验结果及讨论
2．1金属块阵列周期对太赫兹波透射特性的影响图2给出了正入射情况下，尺寸为150×50μm2，周期分别为160μm、180μm、200μm、220μm和240μm的金属块阵列太赫兹振幅的透射谱．可以清楚地看到，在0．2～1．2THz频谱范围内，金属块阵列的THz透射谱由一个占主导的透射谷和一个透射峰值组成．对于周期为220μm、200μm和180μm三种结构所对应的THz透射峰的位置分别位于0．7、0．76和0．85THz．这个透射极大值的频率可以借用瑞利异常的公式来描述，即λR＝Lm（n±sinθ）（2）式中，L为金属块的周期，n为衬底的折射率（在THz波段，石英的n＝1．95［21］），取θ＝0和m＝1，即正入射情况下最低阶的瑞利波长．根据式（2），这种透射的极大值位置和样品的周期有关．实验中系统分辨率为0．0293THz，三个样品透射谱的最大值位置与式（2）的计算结果完全一致．三个样品的透射极小位置都在0．6THz左右，随着金属块周期的增加，可以看到透射极小的位置也出现了大约0．04THz（从0．64～0．6THz）的频移．透射极小来源于入射电磁波激发了亚波长金属块结构的电偶极子，从而产生了强烈的偶极子共振耦合［9］，结果导致入射电磁波被共振反射，从而形成一个透射谷．当周期增大时，由于亚波长金属块阵列密度的减小以及相邻金属块的DLSP直接耦合作用的减小，引起了透射谷频率的微小移动．其中，相邻金属块之间的DLSPs占主要作用．当周期是入射电磁波半波长量级时，金属块之间的距离变化造成了偶极子场的相位失配，从而形成了随着周期的增大而产生频率的红移［10－12］．透射谱半高宽也随着周期的增大而呈现出减小的趋势，周期为220μm、200μm和180μm三种结构，其透射谷的半高宽分别为0．15、0．12和0．07THz．此外，利用时域有限差分法的数值模拟对实验结果进行了对比．模拟中采用的是三维模型，在x和y两个方向上采用的是周期性的边界条件，z方向上采用完全匹配层（PerfectlyMatchedLayer，PML）边界条件．相对于可见光波段，金属Al在太赫兹波段的介电常量非常大（－3．4×104＋2．2×106i），可以看作是理想导体（PerfectElectricConductor，PEC）来处理．因此，在计算中将金属Al用PEC代替，实践也证明这种近似是可取的．FDTD数值模拟的分辨率为0．008THz，所得到的结果与实验符合得很好（图2），无论是峰的形状还是峰的位置．模拟结果与实验结果的出入主要有两点：一是实验上透过率极小值要比模拟结果高一些，原因可能是太赫兹光谱分辨率没有达到足够高，也有可能是制作过程中某些周期性金属块刻蚀程度偏大所导致的；二是谷值点频率有微小差别，这是由于制作过程中某些区域周期不均匀所造成的．为了说明透射谷来源于亚波长金属块结构对入射电磁波的共振反射，而不是共振吸收，模拟了一个结构（150×50μm，周期200μm）的THz反射谱，结果如图2（c）所示．可以清楚看到，与透射谷相对应，其反射谱给出一个反射峰，而且其反射峰的频率与宽度与透射谷相一致．这证明，透射极谷源于亚波长金属块对入射THz波的共振反射所致．
2．2金属块阵列形状对太赫兹波透射特性的影响为了进一步研究影响透射谱的物理因素，首先利用FDTD方法模拟了五组尺寸的金属块阵列，其x和y方向的周期保持d＝200μm不变，金属块尺寸分别为：50×50μm2、100×50μm2、120×50μm2、150×50μm2和180×50μm2．实验制备了其中三种尺寸结构，50×50μm2、100×50μm2和150×50μm2．TDs测试中，入射波的偏振方向仍然保持与金属块的长边垂直，在正入射情况下，测得太赫兹波的零阶透射谱如图3．样品50×50μm2出现了基本全透．样品100×50μm2的透射谷位置在0．61THz，而样品150×50μm2的透射谷位置在0．73THz．随着样品x轴方向尺寸的增加可以看到共振谷位置也出现了大约0．12THz的偏移．此外，透射的半高宽也随着金属块尺寸的增大有增大的趋势．这主要是因为金属块中与其形状依赖的电荷分布造成的．结果表明，亚波长微结构的形状对THz波的透射特性具有重要的影响，通过改变金属块的形状可以得到具有不同中心频率和带宽的带阻滤波器．为了研究共振波长处金属块表面的电场分布，利用FDTD数值模拟了其中一个样品在透射极小（共振频率为0．61THz）和透射极大值的频率处电场分布．从图4（a）可以看到电场强度在金属块边缘的分布是各向异性的．从图4（a）可以清楚地看到在水平方向（x轴方向），场强的分布具有典型的波导模式；在竖直方向（y轴方向），场强集中于金属的边缘，越往中间场强越弱，呈指数衰逝分布，这是典型的DLSPs性质．场强被局域在金属块的四周，从而使得该频率处透射出现极小．对于0．77THz处（图4（b）），可以看到，对于此频率激发下，金属块表面电场很弱．从其透射谱上可以看到，对于入射频率为0．77THz的电磁波，几乎100％的透过了金属块阵列结构．这表明没有电场被金属块捕获而产生局域化电场，故此，金属表面电场分布几乎为零．亚波长金属块阵列结构对入射电磁波的透射特性主要有两个主要特征：其一是与金属块阵列的周期相关的透射峰；另一个是与金属块形状密切相关的透射谷．透射峰的形成实际上是金属块阵列所构成的二维金属光栅对入射电磁波的反射光谱的相干叠加所导致的．对于一定周期的金属块阵列结构，其反射的电磁波在某些特定频率处出现相干相消，也即某些频率处的抗反射现象，其透射谱即表现出透射极大．在该频率出，电磁波几乎无损耗的透过金属块阵列结构，所以该频率处的电场局域化程度很弱．这一点，可以从FDTD模拟的电场分布上很清楚地看出来（图4（b））．而透射谷的形成源于入射电磁波与金属块的局域化表面等离子体偶极子的耦合结果．在可见光波段，金属纳米微粒的表面等离子体与光电场的强烈耦合导致在金属纳米微粒表面产生极强的局域化电场，这在近场光学和各种非线性光子学的方面得到非常广泛的应用．而在THz波段，大多数金属的复介电常量非常大，甚至可以用理想金属来处理．所以，对于具有亚波长尺寸的孤立金属块结构，其对THz和远红外，甚至微波等电磁波的局域化行为与可见光波段有所不同．在金属块与THz相互作用过程中，金属块可以看成一个局域化的表面等离子体的偶极子，入射的THz电磁波激发了局域化的表面等离子体，而激发的表面等离子体的偶极子辐射出特定频率的电磁波辐射，这一点可以从FDTD模拟的反射谱上看出．所以在透射谱上表现出一个具有特定宽度的透射谷．由于入射THz波与金属块的局域化表面等离子体共振作用，在金属块表面出现局域化电场分布．这可以从图4（a）上清楚看出．电场分布表现出明显的各项异性，而且与金属块的尺寸、形状以及入射光的偏振均密切相关．此外，从图2还可以看到，透射谷的位置除了取决于金属块尺寸外，还受金属块阵列影响．这表明，金属块之间的相互作用也会影响其局域化的表面等离子体特性．对这些特性的深入理解，有助于发展THz近场光学，同时对研制各种THz波的光子学器件大有帮助．
3结论
【关键词】 安列克（卡前列素氨丁三醇） ；剖宫产术； 产后出血
产后出血是产科最常见、最危险的临床并发症， 是导致产妇死亡的主要因素。预防产时产后出血， 分娩时及剖宫产术中的产科处理非常重要， 目前， 临床常用的方法是在剖宫产术中用缩宫素促进子宫收缩， 本文将临床应用安列克（卡前列素氨丁三醇）预防剖宫产术中及产后出血进行临床观察， 现将结果报告如下。
1 资料与方法
1. 1 一般资料 选择本院产科2012年6月～2013年3月 300例， 平均年龄
1. 2 用药方法 观察组：剖宫产术中胎儿娩出后第一把血管钳钳夹脐带后， 子宫肌壁注射安列克（卡前列素氨丁三醇）注射液250 μg；对照组：剖宫产术中胎儿娩出后第一把血管钳钳夹脐带后， 子宫肌壁注射缩宫素注射液10 μ， 同时缩宫素10 μ加入5%10 μ葡萄糖注射液500 m静脉点滴。
1. 3 观察指标 产时出血量、产后2、6、12、24、48 h阴道出血量和产后24 h总出血量。按产后出血定义（产后24 h内出血量≥500 ml）计算两组间产后出血发生率， 以及按出血量
1. 4 统计学方法 采用成组t检验χ2检验；临床数据的计算或等级资料的组间比较， 采用CMH方法[1]。
2 结果
2. 1 两组产妇产时出血量比较， 安列克组出血量最少， 差异有统计学意义（P0.05）。2. 2 两组产妇产后24 h出血量及产后出血发生率的比较：产后24 h总出血量缩宫素组为（400±260）ml，安列克组为（360±170）ml， 差异有统计学意义（P
2. 3 两组产妇产前及产后血红蛋白和红细胞计数变化比较 两组产妇产前及产后血红蛋白及红细胞计数均不同程度下降， 其中， 安列克组下降程度低于缩宫素组。两组产后出血0.05）见表2；产后出血量≥500 ml者， 两组红细胞及血红蛋白计数下程度比较， 差异有统计学意义（P
3 讨论
产后出血包括胎儿娩出后至胎盘娩出前， 胎盘娩出至产后2 h及产后2～24 h3个阶段， 出血多发生在前2个阶段。产后出血是产妇死亡的主要原因， 产后出血常为几种原因合并存在， 如宫缩乏力、产道裂伤、凝血机制障碍等[2]。导致产后出血的主要原因是子宫收缩乏力[3]， 剖宫产术中大出血， 大多是由于胎儿娩出后， 胎盘剥离面，子宫平滑肌收缩不良， 加上局部血窦丰富， 易引起出血[4]， 因此， 良好的子宫收缩剂对预防和治疗产后出血十分重要， 目前临床上多应用缩宫素预防产后出血， 缩宫素为多肽类激素子宫收缩药物， 缩宫素起效快， 但半衰期短（3～4 min）， 维持作用时间短， 当缩宫素受体饱和后增加药物剂量仍不能继续引起子宫收缩， 而且药物疗效受到给药途径的影响， 个体差异极大[5]；安列克（卡前列素氨丁三醇）属前列腺素类物质， 前列腺素PGs是人的前列腺提取液中发现的一种化学物质， 可明显降低动物血压引起离体肠和子宫收缩， 广泛分布人体组织和体液中， 它可作用于人体的各个系统， 对生殖系统有较强生物效应的是PGE1， PGE2， PGF2， 产妇于孕晚期及临产前明显增加， 因此， 它们与分娩的启动密切相关， 具有促宫颈成熟和兴奋子宫肌层及促进子宫创面血窦关闭的作用。PGs对各期妊娠子宫均有兴奋作用， 对分娩子宫更为明显。卡前列素氨丁三醇注射液为甲基前列腺素F2α，为地诺前列腺素的衍生物， 具有较强持久的刺激子宫平滑肌收缩作用， 有效促进子宫血窦关闭， 同时刺激胃肠道平滑肌， 可引起轻微腹泻等副作用， 但很快自行缓解。安列克（卡前列素氨丁三醇）临床观察可降低产后出血量、产后24 h总出血量， 降低产后出血发生率， 减少产前产后血红蛋白水平和红细胞计数差值。总之， 本临床观察表明， 安列克（卡前列素氨丁三醇）具有预防剖宫产术中及产后出血的作用， 其效果好， 安全性好， 值得临床推广。
参考文献
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你妻子高潮时射出的液体，很可能是来自于她本人的前列腺。人们往往本能地认为前列腺是男人的“专利”，其实女性也有前列腺。
长期以来，女性前列腺一直被认为是一个发育不全的退化器官，被称为“尿道旁腺”。但捷克一位病理学家经过20多年的研究发现，女性前列腺并非退化器官，而是一个功能健全的器官，具有和男性前列腺同样的组织构成，它的分泌物具有和男性前列腺液一样的化学成分。2001年，这位专家有关女性前列腺的研究成果最终说服了美国解剖学术语联邦委员会的各国专家，他们同意在新版的《组织学术语》中以“女性前列腺”取代“尿道旁腺”。这意味着女性前列腺被现代医学所正式承认，也意味着人类又发现了一个新的人体器官。
男性的前列腺类似于一个栗子，包绕在尿道起始部。女性前列腺也位于尿道周围，但是它包绕在尿道远端1/3处的尿道壁内，形状也不是男性前列腺的栗子型，而是呈一端厚另一端薄的梯形，正常情况下触摸不到。然而，当女性处于性兴奋状态时，可在阴道前壁近阴道口部位触摸到一个明显隆起的区域，这实际上就是因性兴奋而膨胀的女性前列腺。性兴奋时，女性前列腺内充满分泌物，因此摸上去感觉质地较硬、有膨胀感。女性前列腺大小相当于本人拇指末端，重约5克，最多可容纳30～50毫升液体。
类似方先生妻子出现的“”现象并非罕见，因为作为女性的一个重要性器官，女性前列腺最主要的功能就是与女性时的“”有关。女性现象是指女性时从尿道出一股液体，数量可达数十毫升。正像方先生夫妻一开始想的那样，有人认为女性是一种尿失禁，射出来的只不过是尿液。然而，科学研究表明，女性射出的并不是尿液。首先，这些液体没有尿液味道。其次，尿液中含有很高的尿素。有学者曾对能的女性射出的液体进行了研究，结果表明，这些液体几乎不含尿素和尿液中的其他物质。相反，这些液体中含有数量很高的前列腺酸性磷酸酶、前列腺特异抗原等男性前列腺液特有的成分。这表明，女性性兴奋时射出的液体并非尿液，而是来自前列腺的前列腺液。影像学检查也发现，女性性兴奋时，在相当于女性前列腺的部位，会出现一个明显的膨胀区域；而在女性后，此区域大大缩小，这从另一个侧面表明了女性前列腺是女性射出“”的存储器。
【关键词】 恶性肿瘤；，近距离放射治疗；，放射性粒子植入
【关键词】 恶性肿瘤；近距离放射治疗；放射性粒子植入
放射治疗与外科治疗、化疗以及生物治疗是当今肿瘤四大治疗方法。100多年来，放射治疗(放疗)的发展给肿瘤患者带来了福音，但也带来了一些难以避免的严重副反应和合并症。为了最大限度地减少放疗副反应以及对正常组织的损伤，近距离治疗放射性粒子植入技术脱颖而出。
1 近距离放射治疗的基本概念
近距离放射治疗(brachytherapy)是将放射源(封装的放射性核素)经人体腔道置于肿瘤附近、插植到肿瘤体内、或放置在瘤体表面实施照射的一类放射治疗手段的总称［1］。所谓“近距离”是指将放射性同位素放置在距肿瘤组织5 cm范围内，甚至在肿瘤组织内进行治疗［2］。近距离治疗主要包括腔内或管内照射、组织间照射、术中放置导管的照射以及模照射［3］，而放射性粒子近距离治疗肿瘤技术是将放射性同位素直接植入肿瘤内，属于组织间照射，因此，具有治疗靶点局部剂量高，周围正常组织受量低，照射时间短，可以连续照射或分次照射，安全、可靠、易于防护等优点。
2 放射源的选择及其治疗肿瘤的机制
适用于近距离治疗的放射源必须满足：①在组织中有足够的穿透力；②易于放射防护；③半衰期不宜过长；④易制成微型源。目前我国放射性粒子植入术主要应用125I粒子。这是由于其物理特性所决定的：①125I释放γ线，其平均能量为28 keV，属于低能放射性同位素，有穿透到局部组织间的作用，疗效较好，损伤小；②125I半衰期较长，为60 d，可提供200 d左右的持续照射(3个半衰期)，便于临床的使用和保存［4］；③半价层为0003 cm的铅，操作人员易于防护；④靶治疗体积以外放射剂量迅速衰减。
3 放射性粒子植入技术的方法
首先通过超声、CT、MRI图像所提供的肿瘤及周围器官的信息，测出肿瘤的三维径线，将数据输入三维治疗计划系统，最终得出粒子的放射总剂量［5，6］、粒子的数量、粒子种植的准确部位以及粒子的间距，使得粒子在三维方向上剂量分布均匀，最大限度地减少周围正常组织的受量。所需粒子数＝［靶体积(长＋宽＋高)×5］／（3×每个粒子的活度)。通过手术暴露肿瘤，或在超声或CT引导下，按计划将穿刺针刺入肿瘤，各穿刺针应平行排列，再用粒子植入枪将粒子种植入肿瘤的不同深度。边缘粒子应位于肿物表面下05～10 cm。种植前应将邻近脏器尽可能移开，以便最大限度地减少这些器官及组织的照射剂量。术后拍X线片来确定粒子种植的部位，显示治疗部分与周围正常组织的关系，得出粒子的放射剂量分布图，从而验证粒子种植后剂量分布是否与治疗计划一致。
4 放射性粒子近距离治疗的植入方式
4．1 盲插法 早期粒子治疗是在手术直视下用穿刺针徒手将暴露的放射性粒子直接刺入肿瘤内。由于粒子刺入的部位及深度难以准确控制，且无法控制粒子的均匀排布，致使肿瘤内放射剂量分布不均。1997，Zelefsky和Whitmore报道了用手引导经耻骨后125I永久插植治疗前列腺癌患者的5～15年长期随访数据，研究表明盲插复发率高［1］。此外，操作人员还接受过多的照射。随着粒子植入装置的研制成功，人们已不再采用徒手操作。
42 模板立体定位法 为了按治疗计划准确种植，术中常使用有横、竖坐标和栅格的多孔模板进行立体定位。模板上的栅格与超声监视器上所显示的栅格一致。穿刺针通过模板孔进入肿瘤内，按照治疗计划，用粒子植入装置在不同深度放置粒子，从而达到立体定向治疗的目的。
43 超声、CT引导法 超声引导下的三维治疗计划系统和CT引导下的三维治疗计划系统目前已经广泛应用临床治疗。由于超声分辨率良好，操作简便，性能价格比较优良，更因其实时扫描、实时监测的突出优势，为粒子均匀植入肿瘤奠定了基础，使得超声在放射性粒子近距离治疗中前景最为广阔。Bulter等分析了有无超声引导下198Au插植工作的数据，并据此认为前列腺癌近距离治疗的技术革命已经开始，超声技术能使插植位置及剂量掌握得更好［8］。
4．4 其他方法 尚有直肠内螺旋MRI引导［9］、胸腔镜、腹腔镜引导等方式。直肠内螺旋MRI能够清晰显示前列腺轮廓，是一种非常有前途的影像技术。目前利用胸腔镜、腹腔镜等微创技术进行粒子种植成为此项技术的研究热点，拓宽了该项技术的应用范围，使此项技术逐渐趋于微创化。近些年来，国内亦开展了放射性粒子植入术治疗肿瘤，植入方法除前列腺为超声引导模板立体定位外，其他部位的肿瘤，因肿瘤部位不同而采用不同的植入方法。如胡建林等［10］行CT引导下放射性粒子植入治疗肺癌，亦有报道［11～13］借助腹腔镜辅助或CT引导术中盲插植入粒子。
5 治疗原理
放射性粒子近距离治疗肿瘤是将微型放射源植入肿瘤内或肿瘤浸润的组织中，包括肿瘤淋巴扩散途径的组织，通过微型放射源(粒子源)发出连续低能量γ射线，持续对肿瘤细胞起作用，不断杀伤肿瘤干细胞，经过足够的剂量和足够的半衰期，使肿瘤组织遭受最大程度毁灭性杀伤，直至肿瘤细胞全部失去繁殖能力，从而达到较彻底的治疗效果，使正常组织不损伤或有微小损伤。粒子源经4个半衰期后完全衰变，可永久地留在病人体内。放射性粒子植入与外照射放射治疗和高剂量率后装治疗最大放射生物区别是剂量率不同。粒子植入后开始的剂量率仅为直线加速器的1%，加速器2 Gy/min，10 Gy／周，而125I为00013 Gy／min，一周后为13 Gy／周，剂量率的差别直接影响放射损伤的修复，肿瘤细胞的再氧化、再分布和再增殖等。剂量率越低，放射性生物学效应越小。放射性粒子具有非常低的剂量率，达到需要的处方剂量必须有足够长的照射时间，延长时间，使乏氧细胞有充分时间发生再氧化，增加放射敏感性。当细胞死亡超过细胞分裂时，不发生再增殖。放射性粒子植入的主要特点是局部“适形”治疗，肿瘤靶区剂量高，周围正常组织受量较低，这样可以有效地提高治疗增益系数(TGF)，减少并发症，提高疗效。
6 临床治疗适应证［11］
放射性粒子近距离临床治疗适应证，主要包括：①未经治疗的原发肿瘤；②需要保留功能性组织或手术将累及重要脏器的肿瘤；③不愿进行根治手术的病例；④预防肿瘤局部扩散或区域性扩散者；⑤转移性肿瘤病灶或术后孤立性肿瘤转移灶而失去手术价值者；⑥无法手术的原发肿瘤；⑦外照射效果不佳或失败的病例；⑧外照射剂量不足，作为局部剂量补充；⑨术中残存肿瘤或切缘距肿瘤太近(＜05 cm)等。
7 临床疗效标准(OTR)及临床受益反应（CBR）
按照WHO疗效评价标准，将病人治疗疗效评价为完全缓解(CR)、部分缓解(PR)、轻微缓解(MR)、疾病稳定(SD)和疾病进展(PD)。有关CBR的标准，临床受益反应评价指标包括病人的疼痛强度、镇痛药物消耗量、KPS评分和体重变化。疗效分为有效、稳定和无效。根据疼痛评分标准(VAS法，10分制)进行疼痛评分，计算镇痛药物消耗量，每周记录病人的KPS评分。术后定期(3～6个月）行血常规、肝功能等检查，记录与毒性反应相关的症状。术后常见并发症有胆汁漏、胰漏、胃肠出血、粒子移位、肺栓塞等［15］，颅内植入粒子可发生癫痫、脑水肿、脑坏死［16］。
8 在常见肿瘤中的应用
8．1 前列腺癌 Merrick等［17］报道425例T1～T3期前列腺癌患者经125I或103Pd粒子治疗后，5年实际生物化学无病生存率为94%；低度、中度和高度危险组患者5年生物化学无病生存分别为971%、975%和844%。Blasko等［18］报道低度、中度和高度危险组患者5年生物化学无病生存率分别为94%、82%和65%。Grimm等［19］报道125例T1～T2b期前列腺癌患者粒子治疗后随访10年，PSA无进展生存率为87%；而Zelefsky等［20］报道外放疗加三维适形放疗，剂量756～810 Gy，4年生物化学无病生存率分别为95%、80%和55%。美国近距离治疗协会推荐，对于T1～T2期、Gleason分级＜6和PSA低于10 ng/ml的早期前列腺癌患者，单纯放射性粒子治疗可作为首选治疗。当前列腺体积＞60 cm3时，可先行激素治疗或外放疗，体积缩小后再加放射性粒子治疗［21］。
8．2 胰腺癌 由于胰腺癌症状隐蔽，不易早期发现，大约80%以上的病人在确诊时肿瘤已属局部进展期，手术切除困难，尤其是胰头癌，往往与周围组织或器官粘连，引发梗阻性黄疸。研究显示外照射并没有明显提高肿瘤局部控制率，中位生存期仅为55～7个月，外照射加化疗的中位生存期为9～10个月，术中放疗配合外照射和化疗的中位生存期为7～16个月。外照射的疗效差是因胃肠道的放射耐受性较低，常规外照射的剂量受到一定限制，根本达不到肿瘤根治照射剂量，使肿瘤局部控制率较低，复发率较高，2年生存率仅为10%左右。自1925年起，不同类型的放射性粒子组织间种植治疗胰腺癌得到应用。1943年英国的Handley医生利用镭针治疗了7例胰癌，取得了较好的姑息治疗效果，其中1例存活2年。1938年Peck、McNeil和Barone医生利用氡粒子治疗胰腺癌也取得了很好的疗效，而且并发症发生率较低。修典荣等［22］报道术中超声引导下125I放射性粒子永久性植入治疗8例晚期胰腺癌。结果8例中植入粒子19～38粒，平均228粒，周缘匹配剂量(MPD)65 Gy。手术后，病人恢复良好，术后复查血常规未发现有骨髓抑制现象。手术前顽固性腹痛消失（2／2）。得到CT复查的4例显示，肿瘤完全消失2例，肿瘤明显缩小和略有缩小各1例。全组无胰漏、胰腺炎并发症。提示放射性粒子125I植入对失去手术切除机会的胰腺癌局部控制效果满意，可有效缓解疼痛，是一种安全的治疗手段。Parikh等［23］报道胰腺癌病人最长生存期超过36个月。王绍奎等［24］报道因肿瘤局部因素不能手术切除或全身状况不能耐受手术的胆总管下段癌行内引流的基础上植入125I粒子，CR 4例，PR 1例，另1例于术后20 d死于肺部感染。丁昂等［25］比较了放射125I与吉西他滨(gemcitabine，GEM)在治疗局部进展期胰腺癌中的作用。
8．3 肺癌 胡效坤等［26］回顾分析36例失去手术机会的中晚期肺癌，其中中心型肺癌22例，周围型肺癌14例，并发纵隔转移16例，肝转移4例。36例原发灶及20处转移灶均行CT导引下植入125I放射性密封籽源治疗，运用治疗计划系统（TPS）按处方剂量、设计籽源分布，植入16～50颗125I籽源，其放射性活度为26、30、33 Mbp／粒，放射性总活度为550～1500 Mbp，籽源间距为1～15 cm。全部病例行经静脉化疗2～6次。治疗后1、2、6、12个月行CT随访评价。随访6个月时生存率为100%(36／36)，随访12个月时生存率为8571%(30／35）。提示植入125I放射性密封籽源治疗中晚期肺癌，操作安全，并发症少。黄志庆等［27］报道中药肺积方(名中医方)与放射性125I粒子植入结合治疗晚期非小细胞肺癌对改善患者生活质量和主要症状、控制肿瘤的增长、延长生存期均有较好疗效。另外，125I粒子植入尚可用于头颈部肿瘤的治疗［28］，我院对宫颈癌放疗后未控或放疗后复发、低位直肠癌无法手术或复发的患者行125I粒子植入取得良好效果。
参考文献
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5.先进光源机构―终极显微镜
先进光源机构（ALS）是一台位于加州大学伯克利分校的粒子加速器。自从1993年开始，科学家们就开始借用该设备，朝蛋白质、电池电极、超导体和其他材料发送亮度为太阳表面亮度100万倍的质子束，力求揭示这些物质的原子、分子和电子特性。
它能为你做什么：使用ALS研究一个同恶性黑色素瘤有关的蛋白质，将有助于科学家研发出新奇的疗法来对抗这种疾病。目前，这种药物处于二期和三期临床实验阶段。从ALS获取的其他数据可能帮助科学家制造出大容量的锂电池电极，以增加电池的充电容量。最后，理解石墨烯的物理和电学结构将有助于科学家研制出原子层面的晶体管和运行速度更快的计算机处理器。
6.“朱诺”号探测器――木星勇敢的“探险家”
美国国家航空航天局（NASA）宣布，美国东部时间2011年8月5日12时25分，“朱诺”号探测器由一枚“宇宙神-5”运载火箭搭载，从卡纳维拉尔角空军基地升空，前往木星进行探测。由太阳能提供动力的“朱诺”号探测器将在太空飞行5年时间，预计于2016年7月抵达绕木星运行轨道，并在木星辐射带中运行一年，任务计划于2017年10月结束。
届时，“朱诺”的速度将高达21.4万千米/小时，使它成为有史以来运行速度最快的人造设备。一旦进入木星轨道，“朱诺”将环绕木星极地33圈，然后直接俯冲进入木星。探测器将在木星大气层遭受强烈的宇宙射线的照射，强度超过太阳系内除太阳以外任何有探测器造访过的地方。这段险象环生的旅程一旦开始，“朱诺”将在木星充满氢气的大气中艰难求生，然后像流星一样燃烧殆尽。
它能为你做什么：研究木星复杂的天气模式有助于科学家预测地球上的天气，有助于我们解开早期太阳系的秘密。
7.大型强子对撞机（LHC）旨在寻找“上帝粒子”
大型强子对撞机（LHC）位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究中心（CERN）内，埋藏于瑞士和法国交界处的50米至150米的地下深处，它是世界上最大的粒子对撞机。LHC每小时需要消耗7000亿瓦特的能量，每年耗资10亿美元。来自于全球60个国家的超过1万名研究人员、工程师正在为LHC的6个项目而孜孜不倦地工作着，这些科研项目旨在解开宇宙基础物理学的谜团。
它能为你做什么：大型强子对撞机有助于我们发现“上帝粒子”，即暗物质（那些不发射任何光及电磁辐射的物质），并且进一步加深对暗物质的理解与研究，从而揭示宇宙以及地球的起源，生命元素的构成等。
8.散裂中子源为分子拍电影的摄像机
美国橡树岭国家实验室拥有世界上两个最先进的中子散射研究装置，即散裂中子源（SNS）和高通量同位素反应堆（HFIR）。散裂中子源是目前世界上研究物质微观结构最重要的科学设施之一。目前，散裂中子源能给研究人员提供比以前更小的物理和生物材料样品的更详细图像。
它能为你做什么：科学家们正在使用这些原子层面的“电影”来实时监控电池的充放电过程，以便研制出更好的电池；它也可以被用来研究蛋白质的结构。
9. 甚大阵―能倾听宇宙的射电望远镜阵列
甚大阵（VLA）是美国国家射电天文台在新墨西哥州建造的射电望远镜阵，是全球最大的望远镜系统之一，其共有27个口径为25米的抛物面天线，排列成Y型，每臂长约一千米，观测波长可短至一厘米。
甚大阵采用一种综合口径技术，其分辨率相当于口径为27千米的一个单抛物面天线，可以收集宇宙中最明亮的物体发出的信号。其姐妹阵列超长基线射电望远镜阵列（VLBA）由十台射电望远镜排成一条直线而形成，超长基线射电望远镜阵列最大长度为8611千米。
它能为你做什么：宇宙中很多物体的发现或理论的推演都基于甚大阵和超长基线射电望远镜阵列这对“姊妹花”收集到的数据。超长基线射电望远镜阵列收集位于近地小行星上的数据，这些数据有助于科学家预测是否有小行星会同地球相撞。
10.相对论重离子对撞机―一台揭示宇宙起源的时间机器
位于美国纽约州布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机（RHIC）经过10年的建设，于2000年正式运行。该实验旨在通过驱动两束金离子束对撞，创造出一个微型的“宇宙大爆炸”，以便科学家研究宇宙早期的形态；寻找新物质；理解从最小的粒子物理世界到最大的恒星世界的运作方式和原理。
摘要：主要通过p态和fc态的反射特征曲线来研究取向层的摩擦强度对胆甾相液晶显示器件对比度的影响。随着摩擦强度的增大，器件的对比度先增大后减小，在摩擦强度为25.26mm时，器件的对比度达最大，约为5.66。结果表明，对取向层进行适当的摩擦处理，可以得到对比度较高的显示器件。
关键词：反射式；胆甾相；摩擦强度；对比度
中图分类号：TN141.9文献标识码：A
Effect of Different Rubbing Strengths to Reflective Cholesteric
LCD Contrast Ratio
WEI Zhen1,2,LV Guo-qiang1,2,3,LU Hong-bo1,3
（1.Key Laboratory of Special Display Technology，Ministry of Education，Hefei 230009,China；2. School of Instrument Science and Opto-electronic Engineering,Hefei University of Technology Hefei 230009,China；3.Academe of Opto Electronic Technology, Hefei University of Technology, Hefei 230009,China)
Abstract: We got the reflective cholesteric LCDs' reflective characteristic curves of their p states and fc states,then the effect of different rubbing strengths on alignment layers to contrast ratio was studied.The contrast ratio of the display increased first and then reduced to a constant with the rubbing strength enhanced.When the rubbing strength was 25.26mm,the display showed its best contrast ratio about 5.66 in value.The result told us that we can get a high contrast ratio reflective cholesteric LCD by rubbing the alignment layer properly.
Keywords:reflective display；cholesteric；rubbing strength；contrast ratio
引言
透射式液晶显示器件（liquid crystal display，LCD）必须采用背光源，器件功耗的80%都消耗在背光源上。因此，无需背光源、低功耗、重量轻的反射式液晶显示成为当今液晶显示研究热点之一，其中又以双稳态反射式胆甾相液晶显示[1]尤为受到关注。
双稳态反射式胆甾相液晶显示器件是利用胆甾相液晶的双稳特性研制而成，其具有很多传统液晶显示器件无法比拟的优点：①采用零场双稳态显示，无需刷新，并且不需要背光源，真正发挥了液晶显示微功耗的优点；②采用Bragg反射光显示，易于实现彩色，并且在阳光下具有可读性，适用于户外显示；③不需要偏振片，从而大大提高了显示亮度；④在零电场下，显示器的每一个像素可以长期稳定在不同的反射态，加适当的电压脉冲可以实现不同稳态间的转换和灰度显示；⑤视角比传统的LCD的视角宽；⑥驱动电路比较简单，可以实现多层次高密度多路驱动。这种显示器件特别适用于电子书、电子窗帘和商业广告等领域。美国、日本、中国和欧洲等国家和地区投入了大量的人力、物力从事此方面的基础研究和应用开发工作。
胆甾相液晶的双稳特性通常通过两种途径得到：其一是在胆甾相液晶中添加聚合物，相应的器件称为聚合物稳定胆甾相液晶[2]（polymer stabilized cholesteric texture，PSCT）；其二是对器件表面进行适当处理，相应的器件称为表面稳定胆甾相液晶（surface stabilized cholesteric texture，SSCT）。本文针对第二类器件进行研究，着重研究摩擦强度对双稳态反射式胆甾相液晶显示器件多畴结构[3]的影响，揭示出摩擦强度对此类器件对比度的影响，这对制作双稳态反射式胆甾相液晶显示器件有着重大的指导意义。
1反射式胆甾相液晶显示器件的显示原理
胆甾相液晶有四种不同的分子排列结构，如图1。第一种是平面织构状态（planar texture），称为p态；第二种是焦锥织构状态（focal conic texture），称为fc态；第三种是垂直织构（homeotropic texture）或称为场致向列相，称为h态；第四种是短暂的平面态（transient planar texture），称为p*态。在零电场下，处于p态的胆甾相液晶具有周期性的螺旋结构，其螺旋轴基本与液晶盒表面垂直，如果入射光的波长λ0满足Bragg方程：
λ0＝P0 （1）
其中是平均折射率，P0为液晶材料螺距，则光将被反射，反射光为圆偏振光，此时的p态是一个零场稳定态，反射的波长可通过螺距来控制。
对p态胆甾相液晶施加一定强度的电场，则胆甾相液晶可以从p态转换为fc态，其螺旋轴分布杂乱无章，基本取向与基板平行。当此电场变为零时，fc态在一定条件下构成了另一个零场稳定态。处于fc态的胆甾相液晶螺旋结构的周期性不复存在，呈现多畴状态，但每个畴内的螺旋结构仍存在，因此它对入射光产生散射。如果对液晶施加足够高的电场，液晶将变化到h态，此状态分子都沿电场方向排列，液晶是透明的。对处于h态的胆甾相液晶，当电压迅速降到零时，液晶分子回到p态；当电压缓慢降低时，液晶分子则转变为fc态。胆甾相液晶的这些状态中，只有p态和fc态在无外场时是稳定的。垂直排列态仅当有外场时才存在，p*态是一个具有螺距（K33/K22）P0类平面态，主要出现于液晶分子从垂直排列态向平面态过渡的过程中。p态时的反射态和fc态时的散射态构成一组对比态，这便是双稳态反射式胆甾相液晶显示器件的基本工作原理。
2实 验
显示用胆甾相液晶材料由向列相液晶和手性材料配制而成，对于反射式胆甾相液晶, 反射波长λ0可由螺距P0来控制。螺距P0和手性材料浓度Xc的关系[4]是：
其中HTP是手性材料的扭曲力常数（helical twisting power），由手性材料自身特性决定，当P0值一定时，手性材料的HTP值越大，Xc相对越小。可以通过调节不同HTP值的手性组分及其在液晶材料中的含量来改变螺距和反射波长，以获得不同的反色。
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实验所用材料是由石家庄实力克公司提供的BN1-12型向列相液晶材料和手性材料CB15混合而成，BN1-12型向列相液晶的清亮点为105℃，Δn值为0.2，CB15型手性材料的HTP值为7.9μm-1，旋光性为左旋。通过调节CB15的含量使得胆甾相液晶的反射波长中心为480nm。
图2是实验所用液晶盒的结构示意图。图中，器件的上下基板是1.1mm厚的ITO玻璃，在ITO玻璃显示区域涂覆KP1-2046型聚酰亚胺（PI），在270℃固化40min后，进行不同程度的摩擦处理。液晶盒厚度通过Spacer控制，为5.9μm。
利用岛津公司的UV-2550型紫外可见分光光度计对液晶的反射特性进行测试、分析与比较，利用160倍率光学显微镜对液晶多畴结构进行观察分析。
3测试与分析
对器件表面处理的摩擦效果[5]可以用摩擦密度 ρ来衡量， ρ的定义如下：
N为摩擦次数，r为粘合绒布的滚筒半径（单位：mm），ω为滚筒转速（单位：r/s），v为平台前进速度（单位：mm/s）。摩擦强度S还与绒布压入深度h (单位：mm)相关，即
S=ρ・h（4）
我们主要通过改变绒布压入深度h来改变摩擦强度。
对液晶盒施加一个强度为60V、时间为110ms的脉冲电压后，液晶处于p态，而当对液晶施加强度为60V的电压后再缓慢撤除，则液晶处于fc态[6]。
图3是摩擦强度为25.26mm时的p态与fc态反射特征曲线，由图可知，p态时液晶在波长为440~520nm区间存在明显的反射峰，反射率达到43%左右，而fc态时，液晶的反射率约为7.6%。
反射式胆甾相液晶器件的对比度Cr可以定义为p态反射率值Rp与fc态的反射率值Rfc的比值[7]，即
则图3对应的显示器件的对比度为：
Cr=43/7.6=5.66。
图4是摩擦强度与p态、fc态的反射率的关系。由图可知，当摩擦强度小于16.84mm时，器件P态时的反射率很小，约为8%。随着摩擦强度增大到25.26mm，液晶盒p态的反射率快速增大至43%左右，随着摩擦强度的进一步增大，p态反射率缓慢增加，而当摩擦强度大于33.68mm后，p态的反射率保持在了45%左右。fc态的反射率变化与p态不同，在摩擦强度小于25.26mm时，fc态的反射率在7.6%左右，当摩擦强度大于25.26mm而小于58.94mm时，fc态的反射率随着摩擦强度的增加而增大，即从约7.6%增加到15%左右。在摩擦强度大于58.94mm时，fc态的反射率在15%左右趋于稳定。
图5是摩擦强度对显示器件对比度的影响。当摩擦强度处于0mm和16.84mm之间时，对比度约为1。在摩擦强度为25.26mm时，Cr达到最大，为5.66。随着摩擦强度继续增大，对比度逐渐下降，在摩擦强度为58.94mm时，Cr降为2.65，之后则趋于稳定。由此看来，要得到较好的对比度，应选择适当的摩擦强度。
从理论上分析来说，器件的反射率主要与胆甾相液晶分子的排列情况有关，液晶分子在平面织构态的排列越规整，其反射率越高，反之就越低，而液晶分子的排列取决于取向层对它的锚定作用，在摩擦强度较小时，锚定作用较小，而在摩擦强度增加时，锚定作用也随之增加，所以导致不同强度下反射率的差异，当摩擦达到一定强度后，其对分子的锚定作用会达到饱和。
图6为不同摩擦强度下胆甾相液晶器件的p态微观结构。在摩擦强度分别为16.84mm和25.26mm时，器件表面的微观现象有较大差别：在摩擦强度较大的25.26mm器件表面观察到了清楚的晶畴结构，此时胆甾相液晶的排列较为规整。而在摩擦强度较小的16.84mm没有观察到这一现象，由于取向层对液晶分子的取向作用较小，所以液晶分子排列较为凌乱。由此分析，在摩擦强度相对大时，由分子所受锚定作用等而形成的平面态晶畴是器件有较大反射率的主要原因。在摩擦强度更大时的75.78mm的液晶层表面，我们看到其也存在明显的晶畴结构，但是该微观结构与摩擦强度为25.26mm时相近，故而在上述测试中，两者p态反射率大小相近，分别约为43%和45%。
图7（a）、（b）、（c）分别对应于摩擦强度为16.84mm、25.26mm、75.78mm时胆甾相液晶的fc态微观结构。可以看到，图7（a）和图7（b）中分子排列的情况比较相近，此时平面态晶畴基本弛豫完毕，所以其反射率都比较低，在7.6%左右。图7（c）中弛豫的程度相对较小，还存在部分在p态时可以观察到的晶畴，从而致使反射率较高，在15%左右。
因此，为了得到较高的对比度，应当控制对取向层有合适的摩擦强度，使液晶在p态有较高的反射率的同时，在fc态有较低的反射率。
我们选择不同摩擦强度下的样品进行相应测试：在5min、15min、30min、60min后分别测试其p态、fc态反射率，结果发现，其各自的反射特征曲线均基本重合，这也就说明，我们所制作的胆甾相液晶显示器件有良好的双稳特性。
4讨 论
本文通过对不同强度摩擦处理下的胆甾相液晶显示器件的反射特征曲线进行分析，得到了摩擦强度与器件对比度的关系。在摩擦强度为25.26mm时，器件对比度达最大，约为5.66。研究结果表明，在适当的摩擦强度下能得到较好的器件对比度，同时，经摩擦处理的器件亦具有良好的双稳特性。
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关键词： MIMO雷达； 波形设计； 虚拟阵列； 天线布阵
中图分类号： TN951?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）23?0001?03
Principle of MIMO system radar and analysis of its key technology
GAO Jian?ping
（Unit 92932 of PLA， Zhanjiang 524016， China）
Abstract： Based on overview of the basic principle of MIMO radar， the main key technologies involved in the radar design are analyzed. The approach and common methods to realize the key technologies are discussed. At last， the direction and main contents in the further research are given in this paper.
Keywords： MIMO radar； waveform design； dummy array； antenna embattle
0 引 言
MIMO（多输入多输出）技术主要应用于通信系统。近年来，人们逐渐将该技术引入到雷达发展的研究当中。由于采用多个发射通道、多个接收通道，其目标探测能力、弱信号检测能力、速度分辨率方面都由于传统雷达。这使得它在目标的跟踪、参数估计、目标识别、成像等相关领域有非常好的发展前景。
1 基本原理
MIMO雷达与传统雷达设计的主要区别在于发射阵列和接收阵列不同。下面对其主要原理进行论述。
发射阵列在方位或俯仰方向都有[M]个数字收发单元，在空间每个子阵都在控制下，使信号相互正交，无法相干叠加成高增益的窄波束，相反，却形成低增益的宽波束，这样波束主瓣增益减小[M]倍，目标处的功率为传统相控阵模式的[1M。]
MIMO雷达发射阵列在空间生成模式如图1所示。
同样，MIMO雷达接收时，也是宽波束接收， [N]个接收子阵接收[M]个发射子阵发射的叠加正交信号。为使信号匹配，需在每个接收子阵后接[M]个匹配滤波器。因此，[N]个接收阵列共有[N×M]个匹配滤波器，每个滤波器分别匹配于一个正交的发射波形，就可以恢复出由单个发射阵发射的信号，合成后在接收端形成等效发射波束，从而得到完整的回波信号。由于各发射和接收单元的数量、位置是已知的，在对匹配滤波器输出的信号进行移相相加，便可以在一个或多个方向上形成联合接收波束，用于后续目标检测和跟踪。
MIMO雷达接收原理如图2所示。
图1 MIMO雷达发射阵列模式图
2 关键技术分析
2.1 发射信号设计和波形优化
2.1.1 发射信号设计
对于正交的发射信号，主要有三种：正交频分复用线性调频信号、正交多相编码信号、正交多频编码信号。
（1）正交频分复用线性调频信号
该信号突出特点是通过匹配滤波器可以起到脉冲压缩的作用，而且匹配滤波对回波信号的多普勒频率不敏感。每个子载波通过不同通道发射，每个信号占用不同的频带，通过接收系统信号处理，可以得到宽带效果，获得高分辨率，如式（1）所示：[si（t）=rect（t）expj2πfit+12μt2， i=1，2，，M] （1）
式中：[rect（t）=1Te，][t≤Te2，][Te]为发射脉冲宽度；[fi=f0+cif]为第[i]个发射天线的发射载频，[f]为频率间隔，且[Tef=1，][f0]为中心载频，[ci∈][0，±1，±2，，±M2]为发射信号频率编码；[μ]为线性跳频信号的调频斜率。
图2 MIMO雷达接收阵列模式图
（2）正交相位编码信号
其特点是易于实现数字化处理，信号一般具有优良的自相关性能；与线性调频脉冲压缩信号相比，不存在距离?多普勒耦合问题；而且具有良好的抗干扰性能。
[si（n）=ejφi（n），n=1，2，，N， i=1，2，，M] （2）
式中：[φi（n）（0≤φi（n）≤2π）]为第[i]个信号的第[n]个子脉冲的加载相位常数。
（3）正交多频编码信号
同正交多相编码信号相似，各脉冲串信号子脉冲载频规则地或随机地跳变，只要跳变量足够大，就可以使各子脉冲频谱互不重叠，从而使各发射信号自相关函数的旁瓣大大降低。
[s（t）=n=1Nej2πfint， i=1，2，，M] （3）
式中：[fin]表示第[i]个信号的第[n]个子脉冲的调制频率。调制序列[fi1， fi2，， fiN] 是[0，Δf，2Δf，…，（N-1）Δf]的任意排列，且[Δf=1TP。]
2.1.2 发射波形设计优化
MIMO雷达之所以具有良好的工作性能，是基于有效正交波形的产生。波形设计具有很大的灵活性，好的波形不但可得到低自相关旁瓣，获得高分辨力，还可以有效降低信号处理的复杂度。
目前波形设计方法主要有以下几种：
（1）基于波束图综合的波形设计及优化
对于MIMO雷达，发射信号的相关矩阵决定了信号的空间功率分布。当发射信号相互正交时，发射功率的空间分布为全向分布。因此，通过改变发射信号的相关矩阵就可以综合任意波束图。如何获得信号的相关矩阵是该设计方法的关键部分，一般情况下选择期望波束图与综合波束图的功率差作为优化目标，采用投影梯度搜索算法、遗传算法等来进行优化设计得到发射信号的相关矩阵。
（2）基于互信息量和最小均方误差的波形设计及优化
该问题就是在对发射信号进行约束的条件下，利用优化算法设计最佳的发射信号，使得在发射信号确定的情况下，雷达接收通道接收的信号达到最大。一般情况下，约束条件会选择雷达发射信号的功率，在此条件下，对由杂波的统计特性决定的协方差矩阵形成的子空间按照互信息量准则进行优化设计从而得到期望的发射信号。
（3）自适应波形设计方法
自适应波形设计就是设计自适应于目标的散射特性和杂波（包含噪声和干扰）的环境，使得系统具有较强的杂波抑制能力，最大化接收端的信噪比，以提高目标的检测性能。在目标的散射特性和杂波的统计特性已知的条件下，可以通过最大化目标接收端输出的信噪比来设计发射波形；在仅知目标的统计特性时，可以将发射信号功率集中在提供较强回波的目标频域部分，或者优化发射信号使得雷达照射目标函数与目标的散射函数相匹配，来提高接收端的信噪比；在仅知杂波的统计特性时，可以通过最小化接收端杂波能量来设计发射波形。
2.2 天线布阵设计
由于发射阵和接收阵的设计特性，必须设计有别于传统雷达的天线阵列。设计方法如下：
接收阵元对发射信号进行匹配滤波，形成同时多波束，从而产生比实际阵列数量多的虚拟阵元。如果采用收发同阵的布阵方式（收发阵元数为[M]），那么即使各发射信号正交，接收时所能形成的虚拟阵元的数目最多为[2M-1]个，而如果采用非均匀布阵方式，则形成的虚拟阵元的数目最多为[M2+M2。]如果收发分置，发射阵列为[M，]接收阵列为[N，]则形成的虚拟阵元数目最多为[M×N。]对于具有[M]个发射阵元，[N]个接收阵元，如果发射阵元间距为[dt=Ndr，]则其发射导向矢量式如式（4）所示：
[b（θ）=1，e-j2πλNdrsinθ，…，e-j2πλ（M-1）NdrsinθλT] （4）
接收导向矢量如式（5）所示：
[a（θ）=1，e-j2πλdrsinθλ，…，e-j2πλ（N-1）drsinθλT] （5）
则其形成的虚拟导向矢量如式（6）所示：
[c（θ）=1，…，ej2πλdr（N-1）sinθ，ej2πλdrNsinθ，…，ej2πλdr（N+N-1）sinθ，ej2πλdr2Nsinθ，…，ej2πλdr（NM-1）sinθT] （6）
由此看出，无论是发射阵元的稀布还是接收阵元的稀布，均可等效出比实际阵元数量多的虚拟阵元。同时，由于阵元稀布所带来的方向图副瓣的提高目前还没有很好的解决方法。因此，目前仍采用收发同阵的布阵方式作为该体制雷达天线系统研究的主要方向。
2.3 脉冲综合技术
脉冲综合，也称为空时匹配滤波处理。由于空间目标回波进行时域匹配滤波时，滤波器系数与方向有关，在进行“脉冲压缩”处理时，先对信号进行时域滤波处理。如图3所示，在接收通道，接收信号经过[MN]个匹配滤波器后，共形成[MN]个输出信号。然后对每个接收单元得到的[M]路输出进行移相求和处理，实现等效发射波束的形成，再对各接收阵元的[N]路输出进行移相求和处理，形成多个高增益的接收波束，多波束将覆盖发射波束所照射的空域范围。当然，接收波束的形成也可以在匹配滤波之前，先对所有的接收信号进行接收波束的形成，然后再进行匹配滤波，匹配滤波完成后再进行发射波束的形成，其最后结果和上述的方法得到的结果完全相同，但是两种处理方法的计算量有很大的差别，波束同时形成的运算量较大，但是需要的数据存储量较小。
图3 MIMO雷达同时多波束形成示意图
3 结 语
目前，MIMO雷达技术的研究结果主要集中在对其体制、机理、检测性能、参数估计以及发射波形设计等方面，模型都比较简单，基本没有考虑目标运动、多径影响等实际情况。因此，在未来的研究中更应该侧重解决实际问题。另外，由于该体制雷达起步不久，还需对发射的波形产生、优化、降低算法计算复杂度等方面做更多研究。
参考文献
[1] 成芳.正交波形MIMO雷达中信号处理与仿真试验研究[D].成都：电子科技大学，2008.
[2] 苗江宏.MIMO雷达性能与波束形成技术研究[D].成都：电子科技大学，2008.
[3] 刘波.MIMO雷达正交波形设计及信号处理研究[D].成都：电子科技大学，2007.
[4] 赵瑞丽.MIMO雷达发射波形优化设计[D].西安：西安电子科技大学，2009.
[5] 雷刚.脉冲综合与孔径雷达的脉冲综合处理及其实现[D].西安：西安电子科技大学，2009.
看到过去？可能吗？答案是肯定的。原来光速是有限的，这意味着一个天体离我们愈远，它发出的光到达我们地球所需的时间就愈长。譬如说，此刻我们看到距地球10亿光年外的一颗恒星，那么这束光必定是它在10亿年前发出的，所以我们现在看到的，其实是这颗恒星10亿年前的模样。
这样，我们利用目前最强大的望远镜，已经能够追溯到宇宙大爆炸之后5亿年的那一时间。换句话说，在宇宙137亿年的“历史”中，除了最初的5亿年还不为人知，其余的历史我们都已经有所了解。至于作为宇宙“婴儿”期的那5亿年里，到底发生了什么，我们目前只掌握这样一件事实：在大爆炸之后大约40万年，遍布宇宙的背景辐射开始形成，这一辐射起初温度极高，后来随着宇宙膨胀，才逐渐冷却，这就是我们现在所说的2.73K微波背景辐射。
至于这一时期其余时间发生了什么，我们只能做各种猜测。这就好比一个人对5岁之前的记忆，除了记得不到1岁时被火烫了一下，其余一概都记不得了一样。但现在，得益于新的观测技术和手段，宇宙历史中这一缺失的篇章将很快得到填补。
第几代恒星才开始
形成星系？
关于这一缺失的篇章，其实理论家们早已经为我们勾勒出了大致的图景。线索来自微波背景辐射：大爆炸之后大约40万年，宇宙温度降低到可让质子和电子结合形成氢原子，氢原子散射光子，使之均匀地遍布整个宇宙。背景辐射中温度的微小起伏则说明当时氢原子的分布并非完全均匀，已经显出疏密不均的“团团块块”。这些团团块块就是形成恒星的种子，随着时间的推移，它们演化成了恒星。这些恒星，又受到彼此引力的拉拽，在数亿年的时间里形成了星系。
当这一切进行的时候，宇宙的“个性”又发生了天翻地覆的变化：高能量的辐射摧毁了刚形成不久的氢原子，把电子和质子重新“解放”了出来。这就是所谓的宇宙“重电离”时期。这一时期大约结束于大爆炸后7亿年。
但这些故事只是在缺乏观测证据的条件下所做的大致猜测。我们对于这一时期宇宙演化的许多细节依然一无所知。
譬如说，首先，组成最早星系的是什么？你或许会想，当然是最早的恒星呗。但这个“当然”很成问题。我们知道，在宇宙历史上，有过好几代恒星。最早的恒星“爷爷”们，看起来完全不像后来的子孙，它们成长的环境很特殊。它们是在单纯由氢和氦元素组成的环境中长大的，因为宇宙大爆炸只大量制造了这两种元素。而稍重的元素，比如碳、氧、硅等，还有待于这些恒星“爷爷”内部发生核反应才能进一步制造出来。这些稍重的元素跟原有的氢、氦一起，构成了像太阳这样的第二或第三代恒星的成长环境。
我们目前知道，第一代恒星个头都很大，一般达到太阳质量的100多倍。因为个头大，燃烧得快，所以它们的寿命也短，平均只有几百万年。但寿命这么短，怎么来得及形成星系呢？要形成一个星系，至少需要上亿年时间。难道是第二代恒星才开始形成稳定的星系的吗？
超大质量黑洞是
怎么来的？
此外，存在到如今的宇宙“巨兽”也为我们增添了新的谜团。这些巨兽就是超大质量黑洞。我们知道，几乎每一个像银河系这样的星系中心，都隐藏着一个超大质量黑洞，其质量是数百万乃至数十亿倍的太阳质量。它们是怎么变成巨无霸的？
一种理论认为，这些黑洞起初质量并不大，是恒星坍缩之后形成的，后来不断“吞吃”周围的星云和恒星，才变成了现在的这副样子。然而，一个超大质量黑洞要是通过这种方式长成，所需时间甚至超过了整个宇宙的年龄。
另一种理论则干脆假设它们一开始就几乎这么大，是由宇宙早期大量的气体云直接坍缩而成的。但气体云怎么不经过恒星阶段就直接坍缩成黑洞呢？这在理论上缺乏依据。
还有，宇宙“重电离时期”电离氢原子的高能辐射来自何处？是来自第一代恒星的紫外线辐射，还是来自超大质量黑洞周围物质摩擦发射出的X射线？这些问题我们都还不清楚。
要回答这些问题，我们可以通过建造更加强大的常规望远镜来寻找答案。但哪怕功能最强大的常规望远镜，在那样遥远的距离，也仅能观测到那些最明亮、最显眼的天体，而形容词前加了“最”字，可见它们即便被观测到，也没有代表性，我们想知道的是一般的情况。
记录宇宙早年历史的
21厘米射电波
有一个好方法可以窥探宇宙早期，即捕捉来自氢原子的射电波（也就是无线电波）。
在宇宙“重电离时期”刚开始，中性氢原子应该是十分丰富的，它们会发射出微弱的辐射。在每个氢原子里，都有1个电子和1个质子，电子和质子都有自旋，所以就好比两个小磁针。根据量子力学，在外部磁场中（宇宙空间充满了磁场），它们的自旋只有两个朝向：顺着磁力线和逆着磁力线方向。从一个朝向翻转到另一个朝向，需要释放或者吸收能量，这部分能量刚好对应波长为21厘米的光子。波长21厘米的光子正好处于电磁波的无线电波段，所以是一种射电波。
可见，不管是发射还是吸收21厘米波长的光子，这都是氢原子存在的一个确凿无疑的信号。在宇宙“重电离时期”，因为有些地方的氢原子被电离了，那里就不会发出21厘米波长的光子。所以，了解了氢原子的分布，我们就可以了解这一时期宇宙的许多细节。
正是基于21厘米氢原子射电波的重要性，所以我国在建的这座射电望远镜被命名为“21厘米射电阵列”。
但是21厘米仅指发射时的波长，当它抵达地球时，由于宇宙膨胀，这一波长已经被拉长了。拉长的程度取决于那块包含氢原子的天区离我们有多远。一个区域离我们越远（因此现在看到的其实是它越早时候的样子），这一波长抵达我们就会被拉得越长。这样我们就可以从21厘米氢原子射电波被拉长的程度，得知这片天区到我们的距离，从而描绘出宇宙早期氢原子在宇宙中的三个维度分布图，或者说是我们“回溯的历史时间”。
这样，我们将通过21厘米氢原子射电波的观测记录，了解宇宙早年那段缺失的岁月，澄清这一时期的许多恼人问题。譬如，这张图将揭示第一代恒星在星系形成的过程中究竟扮演何种角色，以及氢原子重新被电离的辐射究竟来自第一代恒星还是超大质量黑洞。如果黑洞是主角，那么还可以揭示它是否一诞生就是“巨人”，倘若不是，那么它朝“巨人”演化的速度有多快，等等。
大型射电阵列的由来
那么，之前为什么天文学家没有做这一工作呢？这是因为，从宇宙大爆炸后的前10亿年发出的氢原子辐射抵达我们地球，波长已经被拉长到2米左右了。波长越长，望远镜接收天线的面积就要做得越大。目前世界上最大的单个射电望远镜，其接收天线已经是一个直径305米的“大碟子”，可是连这么大的射电望远镜也无法探测波长2米的信号。
这就是新一代射电望远镜需要采用天线阵列的原因。我们可以建许多单个的射电望远镜，把它们都连接到同一台超级计算机上。这就相当于一个拥有大面积天线的射电望远镜。此即所谓的“射电阵列”。
这些射电阵列工作起来也并非那么轻松：首先地球上充满着各种嘈杂的无线电通讯信号，这些人类的信号需要剔除；其次还要排除地球电离层对射电信号产生的严重干扰；另外还必须剔除来自我们银河系自身的射电信号。
克服这些困难的技术目前基本上已经成熟，预计来自宇宙“重电离时期”的首个氢原子信号将在未来5年内探测到。至于整幅氢原子分布图何时能够完成，这就不好说了。如果我国的“21厘米射电阵列（21-CMA）”还不能完全完成这项任务，那也不要紧，还有一项“千平方米天线阵列（SKA）”计划，这个射电阵列拟建在南非和澳大利亚西部，但要到2016年才开工。预计在2020年建成，它由100万个天线组成，收集面积达到1平方千米。
未来，美国宇航局还准备在月球背面建一个射电阵列，那样就可以避开地球电离层和人类通讯的干扰了。
超级链接
偷窥中微子和暗物质的真容
在粒子物理学的标准模型里，一种叫做中微子的粒子是没有质量的，但实验表明，中微子具有质量，只是这个质量很小而已，其具体数值至今未定。确定中微子的质量对于物理学家的研究非常重要，可惜要在地球上开展实验并非易事。
于是物理学家想到，可以通过测量中微子对宇宙结构的影响来探知它的质量。中微子的引力（虽然单个的中微子质量很小，但在整个宇宙中中微子数量惊人，产生的引力也不可小觑）会使物质分布更加均匀。宇宙受中微子影响变得更加均匀的情况，则可以告诉我们自宇宙大爆炸以来中微子飞行得有多远，有多快，而这一切又跟它的质量有关。通过这种办法，我们虽然不能准确测量中微子的质量，但可以给出质量的上下限。