Направленная антенная решетка

Направленная антенная решетка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: медицинское приборостроение в области использования СВЧ-облучения для терапевтических целей путем равномерного облучения поверхности опухоли при гипертермии и минимального повреждения окружающих здоровых тканей за счет формирования однонаправленного излучения с прямоугольной характеристикой направленности. Сущность изобретения: фазовые центры излучателей антенной решетки расположены на окружности с диаметром , меньшим длины волны, излучатели подключены через питающие линии к генератору СВЧ, при этом длины питающих линий отдельных излучателей выполнены разнящимися друг от друга на число длин волн, гдле п 0, 1, 2 и т.д. По сравнению с известными антеннами предлагаемая антенна повышает равномерность облучения нагреваемой поверхности и уменьшает вероятность повреждения окружающих тканей , что позволяет улучшить результаты лечения и уменьшить осложнения, связанные с ожогами здоровых тканей. 4 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 А 61 N 5/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБР:-ТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCP

ОГ1 И(:АН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4863625/14 (22) 29.06,90 (46) 30,05.92. Ьюл. М 20 (75) Л,В, Рь.>ккова, И.Г, Мироненко и Н.Н.

Антонов (53) 615.475(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 691017, кл. Н 01 Q 3/26. Н 01 0 21/20, 1978.. (54) НАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА (57) Использование: медицинское приборостроение в области использования СВЧ-облучения для терапевтических целей путем равномерного облучения поверхности опухоли при гипертермии и минимального повреждения окружающих здоровых тканей

Изобретение относится к медицинскому приборостроению в области использования СВЧ-облучения для терапевтических целей. Гипертермия является одним из эффективнейших способов лечения злокачественных опухолей, применяемым сейчас практически во всем мире, Входящие в состав гипертермических установок СВЧ-диапазона антенны должны обеспечивать заданное распределсние ближнего поля, Предлагаемая антенная решетка позволяет улучшить характеристики излучения, по сравнению с известными антеннами, с точки зрения обеспечиваемого терапевтического эффекта, Известна малогабаритная направленная антенная решетка, в которой излучатели расположены гораздо теснее, чем в обычных антенных решетках и в ФАР, Эта антен„„. Ы„„1736511 А1 за счет формирования однонаправленного излучения с прямоугольной характеристикой направленности. Сущность изобретения; фазовые центры излучателей антенной решетки расположены на окружности с диаметром, меньшим длины волны, излучатели подключены через питающие линии к генератору СВЧ, при этом длины питающих линий отдельных излучателей выполнены разнящимися друг от друга на число длин волн, гдле п = О, 1, 2 и т,д. По сравнению с известными антеннами предлагаемая антенна повышает равномерность облучения нагреваемой поверхности и уменьшает вероятность повреждения окружающих тканей, что позволяет улучшить результаты лечения и уменьшить осложнения, связанные с ожогами здоровых тканей. 4 ил.

1 ная решетка отличается тем, что фазовые центры ссстаалялтщих ее излучателей расположены по окружности с диаметром,,(,ц) меньшим длины волны. Все излучатели воз- О, буждаются противофазно по отношению к,«у соседним излучателям. При этом за счет неполного гашения в пространстве полей, возЪ буждаемых противофазными близко расположенными излучателями, формируются в определенных направлениях острые лучи с ослабленной амплитудой поля. д

На фиг. 1 показана для примера структура и комплексные амплитуды возбуждения излучателей сверхнаправленной антенной решетки, содержащей четыре излучателя, и ее диаграмма направленности.

При наружной локальной СВЧ-гипертермии часто возникает задача равномерного облучения поверхности опухоли при

1736511 минимальном повреждении окружающих здоровых тканей. Для решения этой задачи предназначена предлагаемая антенная решетка, которая обеспечивает близкое к пря- моугольному распределение излучаемого поля, что подтверждено экспериментально

Цель изобретения — равномерное облучение поверхности опухоли при гипертермии и минимальное повреждение окружающих здоровых тканей за счет формирования однонаправленного излучения с прямоугольной характеристикой направленности, Цель достигается тем, что в антенной решетке, содержащей излучатели, фазовые центры которых расположены по окружности с диаметром, меньшим длины волны, создается не противофазное, а синфазное возбуждение излучателей. Этот вид возбуждения реализуется за счет изменения. по сравнению с прототипом, электрических длин питающих линий излучателей таким образом, чтобы они отличались друг от друга на величину Лр— = 2n R, где и = О, 1, 2. В результате вместо неполного гашения полей отдельных излучателей, как это происходило в прототипе. в предлагаемой антенне происходит сложение полей отдельных излучателей, что при малых расстояниях между фазовыми центрами и. следовательно, сильной связи между излучателями обеспечивает формирование

"прямоугольной" характеристики направленности с плоской вершиной и крутыми склонами.

На фиг. 2 показана структура предлагаемой антенной решетки, содержащей, для примера, 4 излучателя, возбуждаемых в фазе, и качественный вид характеристики направленности решетки.

В качестве примера конкретной реализации предлагаемой антенны была изготовлена методом интегральной технологии малогабаритная антенная решетка. содержащая четыре излучателя, фазовые центры которых расположены на окружности диаметром 0.,25 длин ы вол н ы.

В качестве излучателей были выбраны сдвоенные печатные вибраторы на основе щелевой линии. Этот излучатель представляет собой отрезок щелевой линии. расширяющийся на конце и дополненный пассивным ленточным печатным вибратором, расположенным на той же подложке на определенном расстоянии от торца металлизация щелевой линии. Такая антенна обеспечивает однонаправленное излучение с шириной диаграммы направленности 80—

100о, Описываемая конкретная реализация предлагаемой антенной решетки выполнена следующим образом. На тонкой гибкой диэлектрической подложке с я = 3,5 (полиамидная пленка; можно использовать также дюроид, т,е. тефлон, армированный

cTeKlloBoJloKHoM, который применяется для изготовления fin — line), методом фотолитографии выполняется рисунок печатной

10 антенной решетки, Затем пленка с готовым рисунком наклеивается на наружную боко15

55 вую поверхность полого цилиндра диаметром 0,25 длины волны, изготовленного из керамики с = 10 (22 ХС или поликор). Возбуждающий отрезок микрополосковой линии наклеивается на внутреннюю поверхность полого цилиндра и соединяется с помощью коаксиально-полоскового перехода с коаксиальным кабелем. идущим к выходу СВЧ-генератора.

На фиг. 3 представлены топология рисунка металлизации. общий вид макета и экспериментальная диаграмма направленности предлагаемой антенной решетки из четырех излучателей (конкретная реализация).

Кроме снятия антенных характеристик (КСВн (f) и диаграммы направленности) были экспериментально исследованы также согласование решетки на имитатор живой ткани и распределение ближнего поля в имитаторе живой ткани. Использовалась общепринятая методика, в качестве имитатора использовалась ванна с солевым раствором, в котором автоматически перемещался по трем координатам датчик напряженности поля, соединенный с самописцем, Испытываемая антенна подводилась вплотную ко дну ванны. Толщина стенки 4 мм (оргстекло), На фиг. 4 представлены экспериментальные характеристики, снятые в имитаторе живой ткани: согласование КСВн (f) и распределение ближнего поля, которое так н<е, как и диаграмма направленности имеет плоскую вершину и крутые спады, Поскольку при гипертермии используются высокие уровни СВЧ-мощности, обеспечивающие нагрев опухолевых тканей, излучатель был проверен на высоком уровне мощности P =200 Бт. При этом не наблюдалось ни пробоя, ни даже заметного нагрева элементов конструкции, КПД антенны. измеренный калориметрическим методом, не менее 93 .

Формула изобретения

Направленная антенная решетка, содержащая излучатели, подключенные через питающие линии к генератору СВЧ, при

173б511

Дуг 1

55 атом фазовые центры излучателей расположены на окружности с диаметром, меньшим длины волны,отличающая ся тем,что, с целью равномерного облучения поверхности опухоли при гипертермии и минимального повреждения окружающих здоровых тканей за счет формирования однонаправленного излучения с прямоугольной характеристикой направленности, длины питающих линий отдельных излучателей вы5 полнены разнящимися друг от друга на п число длин волн, где и = 0,1,2 и т.д, 1736511 г

1736511 с а зо к л "

Составитель Л.Рыжкова

Редактор М,Бандура Техред М,Моргентал Корректор Т.Палий

Заказ 1845 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101