7、超声成像中的模拟与信号处理技术解析

超声成像中的模拟与信号处理技术解析

1. 连续波层模拟器

连续波层模拟器的设置中，输入项位于图形用户界面（GUI）的左上角。这些输入包括三种材料的阻抗，中间材料有以波长表示的宽度，另外两种材料在范围上是半无限的。在彩色图形中，对于垂直入射情况，显示了入射、反射和透射功率的向量，并且它们使用与斜折射模拟器相同的功率比例（从 0 到 1）的颜色编码。在层内部，连续波模式根据右侧的刻度进行颜色编码。

在这个模拟器中，材料 1 的阻抗以及与层相关的变量都起作用。材料 3 可以被视为负载。总体而言，输入阻抗实际上是 w/λ2、Z2 和 Z3 的函数。默认配置的阻抗分别为 1、3 和 9 兆瑞利，宽度为 3λ/2，这种配置会使层“消失”。对于这种情况，相关公式得出 Zin = Z3，因此，根据特定公式，这种情况相当于材料 1 直接与材料 3 进行功率传输。

为了实现最大功率传输，w = λ/4。此时，$Z_{in1} = \frac{Z_2^2}{Z_3}$。这种以波长表示的宽度以及根据公式$Z_2 = \sqrt{Z_1Z_3}$选择层阻抗 Z2 的值，会创建一个用于最大功率传输的“匹配层”。这种安排使得$Z_{in1} = Z_1$，而不是复杂的公式，从而实现完美传输。使用这个模拟器还可以探索许多其他有趣的特性。

以下是相关参数的表格：
|参数|含义|默认值|
| ---- | ---- | ---- |
|Z1|材料 1 的阻抗|1 兆瑞利|
|Z2|材料 2 的阻抗|3 兆瑞利|
|Z3|材料 3 的阻抗|9 兆瑞利|
|w|材料 2 的宽度|3λ/2|

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