一种相控阵天线、微波热疗设备和设备控制方法技术

本发明专利技术公开了一种相控阵天线、微波热疗设备和设备控制方法，属于医疗设备领域，实施例的相控阵天线包括介质基板、馈电网络和若干个微带贴片天线；所述介质基板形状为圆筒状；所述介质基板底部设有底板；所述介质基板的侧壁上设有若干个环绕介质基板中心排布的天线列；所述天线列包括若干个从上往下排列的微带贴片天线；所述馈电网络用于向微带贴片天线馈入微波。本发明专利技术的一种相控阵天线、微波热疗设备和设备控制方法，微波聚焦效果好，散热均匀、散热效果好，微波聚焦精高，能实现适形治疗。能实现适形治疗。能实现适形治疗。

【技术实现步骤摘要】
一种相控阵天线、微波热疗设备和设备控制方法


[0001]本专利技术属于医疗设备领域，具体地说涉及一种相控阵天线、微波热疗设备和设备控制方法。

技术介绍

[0002]微波热疗是指利用微波热效应使生物组织升温灭杀肿瘤细胞的治疗方法。微波热疗作为放射治疗和化学药物治疗的增效疗法，已被应用于临床治疗。体外热疗是在人体外部利用微波热疗天线将电磁波聚焦到靶区位置进行治疗，以求减小对患者身体组织的损伤的一种微波热疗方式。
[0003]然而现有天线的电场叠加有效率较低，还有旁瓣干扰，不能获得良好的近场聚焦特性，微波聚焦效果不佳，导致治疗效果不佳。并且，微波聚焦时会产生大量热量，会导致患者患处附近的生物组织受到不必要的损伤，所以治疗时需要进行散热，以求减小不必要的损伤。由于天线场分布和生物组织电参数的复杂性，导致微波热疗过程中电磁场的强场区温度升高快，弱场区温度升高慢，患处电磁场分布的不均匀致使生物组织内部温度不均匀，使得散热效果不佳。另外，患者患处的形状往往是不规则的，传统天线聚焦精度较低，在治疗时会损伤到患者非治疗区的生物组织，难以实现精准的适形治疗。因此，医护人员有改进现有技术的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对上述不足之处提供一种相控阵天线、微波热疗设备和设备控制方法，拟解决目前微波聚焦效果不佳，生物组织散热不均匀、散热效果不佳，微波聚焦精度低等问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种相控阵天线，包括介质基板1、馈电网络和若干个微带贴片天线2；所述介质基板1形状为圆筒状；所述介质基板1底部设有底板；所述介质基板1的侧壁上设有若干个环绕介质基板1中心排布的天线列；所述天线列包括若干个从上往下排列的微带贴片天线2；所述馈电网络用于向微带贴片天线2馈入射频信号。由上述结构可知，介质基板1是搭载微带贴片天线2和馈电网络的介质基材，采用荷兰帝斯曼研发的Somos WaterClear Ultra 10122光敏树脂材料，具有透明、防水和耐高温特性，介电常数约为3.1，总厚度约3mm，可使用3D打印技术制造。介质基板1形状为圆筒状，圆筒直径为300mm。介质基板1底部设有底板，故整体外形为底部密封上面开口的圆筒。因此，介质基板1还能用做盛装水的容器，对微波热疗的部位进行散热。介质基板1的侧壁上设有若干个环绕介质基板1中心排布的天线列，天线列分布均匀，每列之间间隔一致。天线列包括若干个从上往下排列的微带贴片天线2，每个微带贴片天线2之间间隔一致，长和宽都为30mm，厚度为2mm，工作于915MHz。微带贴片天线2的尺寸小，利于减小相控阵天线的体积。此外，每个天线列的微带贴片天线2在竖向上的摆放方向一致，因而极化差异小，能实现近场极化匹配，进一步使所有电场在筒状的介质基板1内实现有效叠加，获得良好的近场聚焦特性。馈电网络用于向微带贴片天线2馈入射
频信号，微带贴片天线2接收馈入的射频信号后，向介质基板1的空间内辐射电磁波。介质基板1的底板内部设有相控阵天线控制装置，它能改变微带贴片天线2的振幅和相位，使电场叠加的能量集中在筒内预期部位，实现波束聚焦；又可以通过改变幅度相位分布，使波束聚焦点在空间中快速移动，实现波束扫描。此外，本相控阵天线采用3D打印一体化成形技术加工而成，能使整个相控阵天线的结构更加紧凑。本专利技术的一种相控阵天线，结构紧凑，近场极化匹配，聚焦效率高，在介质基板1内部预期位置都能获得近场聚焦和波束扫描，利于适形治疗。
[0006]进一步的，所述馈电网络包括若干个馈电单元；所述馈电单元和天线列一一对应；所述馈电单元包括上金属地板3、下金属地板4和若干个带状线5；每个馈电单元的带状线5与对应的天线列的微带贴片天线2一一配合；所述下金属地板4位于介质基板1的外侧壁；所述上金属地板3位于介质基板1的夹层；若干个带状线5位于上金属地板3、下金属地板4之间；所述带状线5底部设有馈电接口6；所述微带贴片天线2包括辐射贴片21、金属馈电柱22和金属短路柱23；所述辐射贴片21位于介质基板1的内侧壁；所述金属馈电柱22连接辐射贴片21和配合的带状线5；所述金属短路柱23连接辐射贴片21和对应的上金属地板3。由上述结构可知，馈电单元包括上金属地板3、下金属地板4和若干个带状线5，下金属地板4位于介质基板1的外侧壁，所述上金属地板3位于介质基板1的夹层。上金属地板3和下金属地板4尺寸一致，位置对应。若干个带状线5位于上金属地板3、下金属地板4之间，所述带状线5底部设有馈电接口6。介质基板1外侧面的底部开有若干个小口，将内部埋有的带状线5的部分导线露出，这些小口即为馈电接口6，它能接受从底板馈入的射频信号。所述微带贴片天线2包括辐射贴片21、金属馈电柱22和金属短路柱23，辐射贴片21为微带贴片天线2的辐射主体结构，辐射贴片21将从馈电网络接收到的导行波转换为在介质基板1内部空间中传播的电磁波。辐射贴片21为不对称U型，U形两边一长一短，金属馈电柱22位于辐射贴片21的长边上，直径为0.5mm，作为微带贴片天线2的馈电激励端口。金属短路柱23同样位于辐射贴片21的长边，并设在金属馈电柱22下方，直径为0.5mm。所述辐射贴片21位于介质基板1的内侧壁，金属馈电柱22连接辐射贴片21和配合的带状线5，射频信号从馈电接口6进入带状线5，由带状线5运输至金属馈电柱22，最后由金属馈电柱22馈入辐射贴片21，实现向微带贴片天线2馈电的功能。每个微带贴片天线2都有独立的馈电单元，其幅度、相位等参数都可以单独调整控制，利于在介质基板1内的预期位置实施微波聚焦、波束扫描，进一步实现适形治疗。所述金属短路柱23连接辐射贴片21和对应的上金属地板3，可以使微带贴片天线2的谐振频率明显下降，利于实现天线的小型化。
[0007]进一步的，所述微带贴片天线2还包括金属围框24和若干个第一金属屏蔽柱25；所述金属围框24设在辐射贴片21四周；若干个第一金属屏蔽柱25均匀分布在金属围框24上；所述第一金属屏蔽柱25连接金属围框24和对应的下金属地板4。由上述结构可知，金属围框24与若干个第一金属屏蔽柱25配合，并连接对应的下金属地板4，能起到增加各个微带贴片天线2间隔离度的作用。
[0008]进一步的，所述辐射贴片21形状为不对称U形。由上述结构可知，本专利技术对贴片进行折叠设计，使贴片形状为不对称U形，U形两边一长一短，能减小微带贴片天线2的体积，利于实现天线的小型化。本专利技术的微带贴片天线2优势众多，结构紧凑、集成度高，体积小，且具有低剖面特点。
[0009]进一步的，每条带状线5两侧设有若干个第二金属屏蔽柱26。由上述结构可知，每条带状线5两侧都设置有若干个第二金属屏蔽柱26，每根第二金属屏蔽柱26之间有一定距离。设置第二金属屏蔽柱26的目的是降低各条带状线5之间的互耦现象，进一步减少对相邻带状线5产生的影响，从而保证信号传输的可靠性。
[0010]进一步的，一种微波热疗设备，包括相控阵天线系统7和去离子水循环系统8；所述相控阵天线系统7包括权利要求1至5中任一权利要求所述的相控阵天线；所述相控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相控阵天线，其特征在于：包括介质基板(1)、馈电网络和若干个微带贴片天线(2)；所述介质基板(1)形状为圆筒状；所述介质基板(1)底部设有底板；所述介质基板(1)的侧壁上设有若干个环绕介质基板(1)中心排布的天线列；所述天线列包括若干个从上往下排列的微带贴片天线(2)；所述馈电网络用于向微带贴片天线(2)馈入射频信号。2.根据权利要求1所述的一种相控阵天线，其特征在于：所述馈电网络包括若干个馈电单元；所述馈电单元和天线列一一对应；所述馈电单元包括上金属地板(3)、下金属地板(4)和若干个带状线(5)；每个馈电单元的带状线(5)与对应的天线列的微带贴片天线(2)一一配合；所述下金属地板(4)位于介质基板(1)的外侧壁；所述上金属地板(3)位于介质基板(1)的夹层；若干个带状线(5)位于上金属地板(3)、下金属地板(4)之间；所述带状线(5)底部设有馈电接口(6)；所述微带贴片天线(2)包括辐射贴片(21)、金属馈电柱(22)和金属短路柱(23)；所述辐射贴片(21)位于介质基板(1)的内侧壁；所述金属馈电柱(22)连接辐射贴片(21)和配合的带状线(5)；所述金属短路柱(23)连接辐射贴片(21)和对应的上金属地板(3)。3.根据权利要求2所述的一种相控阵天线，其特征在于：所述微带贴片天线(2)还包括金属围框(24)和若干个第一金属屏蔽柱(25)；所述金属围框(24)设在辐射贴片(21)四周；若干个第一金属屏蔽柱(25)均匀分布在金属围框(24)上；所述第一金属屏蔽柱(25)连接金属围框(24)和对应的下金属地板(4)。4.根据权利要求3所述的一种相控阵天线，其特征在于：所述辐射贴片(21)形状为不对称U形。5.根据权利要求4所述的一种相控阵天线，其特征在于：每条带状线(5)两侧设有若干个第二金属屏蔽柱(26)。6.一种微波热疗设备，其特征在于：包括相控阵天线系统(7)和去离子水循环系统(8)；所述相控阵天线系统(7)包括权利要求1至5中任一权利要求所述的相控阵天线；所述相控阵天线的介质基板(1)上设有进水口和出水口；所述去离子水循环系统(8)通过进水管连接进水口，通过出水管连接出水口。7.根据权利要求6所述的微波热疗设备，其特征在于：还...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲春兰，刘蕾，龚前园，孙悦珊，
申请(专利权)人：成都市第三人民医院，
类型：发明
国别省市：