CN102940935B - 太赫兹波发生装置 - Google Patents
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Abstract
一种太赫兹波发生装置，包括壳体、偏置滤波器、固定件、支杆及耿氏二极管；所述壳体上开设收容孔及波导孔，所述收容孔及所述波导孔均贯穿所述壳体，所述波导孔的开设方向与所述收容孔的开设方向相垂直，且所述波导孔与所述收容孔相导通；所述偏置滤波器包括帽盘及偏置杆；所述帽盘为圆盘状，收容于所述收容孔中，并将所述收容孔分隔为第一收容部及第二收容部；所述偏置杆的一端收容于所述第一收容部内，并与所述帽盘的中部相连接；耿氏二极管包括正极及负极，所述正极通过所述偏置滤波器与外部电源的正极电连接，所述负极依次通过所述支杆、固定件及壳体与外部电源的负极电连接。上述太赫兹波发生装置，其体积更小，成本更低，适合医学的应用。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，特别是涉及一种太赫兹波发生装置。
背景技术
太赫兹波（THz波）或称为太赫兹射线（THz射线）是上个世纪80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科学家们将统称为远红外射线。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围内的电磁波，波长大概在0.03mm到3mm范围，介于微波与红外之间。到目前为止，THz技术的应用主要集中在分子检测及生物体成像上。
实验证明，太赫兹波有着意想不到的生物效应，例如影响细胞生长、基因表达等。更令人感到惊奇的是，通常毫米波和亚毫米只能穿透到生物体不到1mm的深度，却常常对人体深处脏器的疾病带来疗效。但目前采用太赫兹波的医疗设备较少。
传统的太赫兹波发生装置中，一般采用光学技术，主要有基于半导体瞬态电流的太赫兹源、光学非线性效应的太赫兹源和太赫兹气体激光器。光学技术所产生的太赫兹源大多为宽带脉冲辐射。由于传统的太赫兹波发生装置体积庞大，使其不适合医学治疗方面的应用。
发明内容
基于此，有必要提供一种体积较小的太赫兹波发生装置。
一种太赫兹波发生装置，包括：
壳体，由导电材料制成，所述壳体上开设收容孔及波导孔，所述收容孔及所述波导孔均贯穿所述壳体，所述波导孔的开设方向与所述收容孔的开设方向相垂直，且所述波导孔与所述收容孔相导通；
偏置滤波器，由导电材料制成，包括：
帽盘，为圆盘状，收容于所述收容孔中，并将所述收容孔分隔为第一收容部及第二收容部；
偏置杆，所述偏置杆的一端收容于所述第一收容部内，并与所述帽盘的中部相连接；
固定件，部分收容于第二收容部中，由导电材料制成；
支杆，由导电材料制成，通过所述固定件收容于所述第二收容部中；及
耿氏二极管，包括正极和负极，所述支杆的一端连接于所述负极，所述正极与所述帽盘相抵持，所述正极通过所述偏置滤波器与外部电源的正极电连接，所述负极依次通过所述支杆、固定件及壳体与外部电源的负极电连接。
在其中一个实施例中，还包括：
波导窗，设置于所述壳体上，所述波导窗上开设有与所述波导孔相连通的波导口；及
短路活塞，设置于所述波导孔远离所述波导窗的一端，并将所述波导孔覆盖。
在其中一个实施例中，所述固定件包括螺栓及设置于所述螺栓顶部的卡座，所述卡座为圆锥体，并与所述螺栓同轴，所述卡座底部与所述螺栓相连接，所述固定件上开设贯穿所述卡座及所述螺栓的轴向通孔，所述支杆部分收容于所述通孔中；
所述第二收容部的孔壁上开设有与所述螺栓相配合的内螺纹，且所述第二收容部的孔壁在靠近所述第一收容部处凸出形成环状的凸出部，所述螺栓与所述第二收容部的孔壁相螺合，所述卡座的侧壁与所述凸出部相抵持，使所述固定件固定于所述壳体上。
在其中一个实施例中，还包括波导节，所述波导节包括：
弹簧片，所述弹簧片为狭长形，一端通过固定于所述壳体上；及
绝缘体，设置于所述弹簧片的自由端，所述绝缘体压持于所述偏置杆远离所述帽盘的一端。
在其中一个实施例中，还包括电路板，所述电路板设置于所述壳体外壁上，外部电源通过同轴电缆与所述电路板电连接，并通过所述电路板与所述偏置杆电连接。
在其中一个实施例中，还包括导电片，其通过固定于所述壳体上，所述导电片上连接有用于接地的同轴电缆，所述壳体通过所述导电片接地。
在其中一个实施例中，所述壳体由铜材料制成，所述收容孔的内壁设有镀银层。
在其中一个实施例中，所述偏置滤波器还包括绝缘套管，其外直径与所述第一收容部的孔径相匹配，所述绝缘套管套设于所述偏置杆上，并收容于所述第一收容部内。
在其中一个实施例中，所述绝缘套管由聚四氟乙烯材料制成。
在其中一个实施例中，所述耿氏二极管的直径为0.90mm~1.10mm，所述帽盘的直径为0.95mm~1.05mm。
上述太赫兹波发生装置中，采用耿氏二极管等一系列元件，产生太赫兹波。耿氏二极管具有体积小、成本低、可靠性高、工作电压低、相位噪声低等优点。采用耿氏二极管的太赫兹波发生装置，相较于传统的采用光学技术的太赫兹波发生装置，其体积更小，成本更低，从而适合医学治疗方面的应用。
附图说明
图1为一实施例的太赫兹波发生装置的剖视图；
图2为图1所示太赫兹波发生装置另一个角度的剖视图；
图3为图1所示耿氏二极管的剖视图；
图4为图1所示固定件、支杆及耿氏二极管的剖视图；
图5为图1所示壳体的剖视图；
图6为图1所示波导节的剖视图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本实施例的太赫兹波发生装置100包括壳体110、偏置滤波器120、固定件130、支杆140及耿氏二极管150。
请一并参阅图2，壳体110由导电材料制成，其上开设收容孔111及波导孔113。收容孔111及波导孔113均贯穿壳体110，且收容孔111的开设方向与波导孔113的开设方向相垂直。波导孔113与收容孔111相导通。
偏置滤波器120包括偏置杆121、帽盘123及绝缘套管125。帽盘123为圆盘状结构，其固定于偏置杆121的一端，并收容于收容孔111中。帽盘123将收容孔111分隔为第一收容部111a及第二收容部111b。偏置杆121的一端收容于第一收容部111a内，并连接于帽盘123的中部。
请一并参阅图3，固定件130部分收容于第二收容部111b中。支杆140通过固定件130收容于第二收容部111b中，耿氏二极管150设置于支杆140的一端上，通过支杆140固定于收容孔111中。耿氏二极管150包括正极152和负极154，负极154与支杆140的一端相连接，正极152与帽盘123相抵持。偏置滤波器120、固定件130及支杆140也均是由导电材料制成。上述太赫兹波发生装置100工作时，正极152通过偏置滤波器120与外部电源的正极电连接，负极154依次通过支杆140、固定件130及壳体110与外部电源的负极电连接。
耿氏二极管150是一种基于耿氏振荡效应的半导体器件，其利用氮化镓材料的导带双谷（高能谷和低能谷）结构，共有三个区域：两端是N型重掺杂区，中间层是轻掺杂的薄层(氮化镓)。由于耿氏二极管150具有负微分电阻的特性，因此利用负微分电阻性质与中间层的时间特性，当有偏置电压通过帽盘123给耿氏二极管150供直流电流，耿氏二极管150中的负微分电阻会抵消的部分真实存在的正阻值，使电路等效成一个“零电阻”的电路，从而形成一个弛豫振荡器，达到将直流信号转化为微波信号的目的，产生太赫兹波。太赫兹波通过波导孔113输出。
为了更好的输出太赫兹波，太赫兹波发生装置100还包括波导窗160。波导窗160设置于壳体110上，波导窗160上开设有与波导孔113相连通的波导口162。短路活塞170设置于波导孔113远离波导窗160的一端，并将波导孔113覆盖。调节短路活塞170可使太赫兹波发生装置100的发生功率全部向波导窗输出，达到输出功率最大。上述产生的太赫兹波通过波导孔113从波导口162发射出，并均匀照射所需被照射区域。
壳体110由铜材料制成，且收容孔111的内壁设有镀银层。太赫兹波的传播受到收容孔111的内壁的限制和反射。由于收容孔111的内壁设有镀银层，其导电率很高，腔体内的电磁场可由麦克斯韦方程组结合波导的边界条件求解。为了避免偏置杆121与壳体110相接触，引起短路，绝缘套管125收容于第一收容部111a中，并套设于偏置杆121上。绝缘套管125由聚四氟乙烯材料制成，具有良好的绝缘性，绝缘套管125外直径与第一收容部111a的孔径相匹配。绝缘套管125套设于偏置杆121上，并可在偏置杆121上滑动，保证了偏置杆121与收容孔111的内壁相隔离，且能固定偏置杆121在第一收容部111a中的位置。
通过选择帽盘123的尺寸和耿氏二极管150的位置，可以解决耿氏二极管150与壳体110构成的负载之间的阻抗匹配问题。耿氏二极管150的管柱的直径增加时，引起电感减小，直流电阻也减小，使得太赫兹波发生装置100内各元件组成的等效电路振荡频率升高。同时，当减小帽盘123的直径时，振荡频率升高；相反，如果增大帽盘123的直径，振荡频率降低。
具体在本实施例中，耿氏二极管150的直径为0.90mm~1.10mm，帽盘123的直径为0.95mm~1.05mm，最终使太赫兹波发生装置100产生的太赫兹波的频率在0.15THz左右。0.15THz的太赫兹波正好位于一氧化氮（NO）气体分子的特征吸收频率内，可用于生物医学用途，增加生物体内NO的生产量，从而使紊乱的血小板凝聚特性恢复正常，并增加局部微循环的血流速度等效果，进而治疗包括心血管疾病、睡眠障碍等一系列疾病。
上述太赫兹波发生装置100中，采用耿氏二极管150等一系列元件，产生太赫兹波。耿氏二极管150具有体积小、成本低、可靠性高、工作电压低、相位噪声低等优点。采用耿氏二极管150的太赫兹波发生装置100，相较于传统的采用光学技术的太赫兹波发生装置，其体积更小，成本更低，从而适合医学治疗方面的应用。
为了增强太赫兹波发生装置100的抗干扰能力，太赫兹波发生装置100通过同轴电缆（图未示）同外界进行电连接。请再次参阅图1，具体在本实施例中，太赫兹波发生装置100还包括电路板190及二导电片101。电路板190设置于壳体110的外壁上，其上设有滤波电容器，外部电源通过同轴电缆与电路板190电连接，并通过电路板190与偏置杆121电连接。外部电源通过电路板190、偏置杆121及帽盘123连接于耿氏二极管150的正极。
导电片101通过连接件103固定于壳体110上，导电片101上连接有用于接地的同轴电缆，壳体110通过所述导电片接地。
帽盘123及耿氏二极管150尺寸固定后，通过调整耿氏二极管150在收容孔111中的位置、偏置滤波器120的位置以及短路活塞170的位置，可使太赫兹波发生装置100中的电路的振荡频率在几GHz的小范围内变化，以改变最终产生的太赫兹波的频率，满足用户的不同需求。
请一并参阅图4，固定件130包括螺栓132及设置于螺栓132顶部的卡座134，卡座134为圆锥体，并与螺栓132同轴。卡座134的底部与螺栓132相连接。固定件130上开设贯穿卡座134及螺栓132的轴向通孔136，支杆140部分收容于通孔136中。
请一并参阅图5，第二收容部111b的孔壁上开设有与螺栓132相配合的内螺纹，且第二收容部111b的孔壁在靠近第一收容部111a处凸出形成环状的凸出部112，螺栓132与第二收容部111b的孔壁相螺合，卡座134的侧壁与凸出部112相抵持，使固定件130固定于壳体110上。通过旋紧或松开螺栓132，可对耿氏二极管150的位置进行微调。
请一并参阅图6，太赫兹波发生装置100还包括波导节180，波导节180可用来对偏置滤波器120的位置进行调节，波导节180包括弹簧片182及绝缘体184。弹簧片182为长条状，一端通过连接件186固定于壳体110上。绝缘体184设置于弹簧片182的自由端，绝缘体184压持于偏置杆121远离帽盘123的一端。波导节180可配合螺栓132，来对耿氏二极管150及偏置滤波器120的位置进行调节，由于绝缘体184固定在弹簧片182的自由端，并与偏置杆121相压持，当螺栓132旋紧或松开时，偏置滤波器120可随耿氏二极管150一同上下微调，以改变输出的太赫兹波的频率，满足人们的需求。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种太赫兹波发生装置，其特征在于，包括：
壳体，由导电材料制成，所述壳体上开设收容孔及波导孔，所述收容孔及所述波导孔均贯穿所述壳体，所述波导孔的开设方向与所述收容孔的开设方向相垂直，且所述波导孔与所述收容孔相导通；
偏置滤波器，由导电材料制成，包括：
帽盘，为圆盘状，收容于所述收容孔中，并将所述收容孔分隔为第一收容部及第二收容部；
偏置杆，所述偏置杆的一端收容于所述第一收容部内，并与所述帽盘的中部相连接；
固定件，部分收容于第二收容部中，由导电材料制成；
支杆，由导电材料制成，通过所述固定件收容于所述第二收容部中；及
耿氏二极管，包括正极和负极，所述支杆的一端连接于所述负极，所述正极与所述帽盘相抵持，所述正极通过所述偏置滤波器与外部电源的正极电连接，所述负极依次通过所述支杆、固定件及壳体与外部电源的负极电连接；
所述固定件包括螺栓及设置于所述螺栓顶部的卡座，所述卡座为圆锥体，并与所述螺栓同轴，所述卡座底部与所述螺栓相连接，所述固定件上开设贯穿所述卡座及所述螺栓的轴向通孔，所述支杆部分收容于所述通孔中；
所述第二收容部的孔壁上开设有与所述螺栓相配合的内螺纹，且所述第二收容部的孔壁在靠近所述第一收容部处凸出形成环状的凸出部，所述螺栓与所述第二收容部的孔壁相螺合，所述卡座的侧壁与所述凸出部相抵持，使所述固定件固定于所述壳体上；
所述太赫兹波发生装置还包括电路板，所述电路板设置于所述壳体外壁上，外部电源通过同轴电缆与所述电路板电连接，并通过所述电路板与所述偏置杆电连接；
所述太赫兹波发生装置还包括：
波导窗，设置于所述壳体上，所述波导窗上开设有与所述波导孔相连通的波导口；及
短路活塞，设置于所述波导孔远离所述波导窗的一端，并将所述波导孔覆盖。
所述第二收容部的孔壁上开设有与所述螺栓相配合的内螺纹，且所述第二收容部的孔壁在靠近所述第一收容部处凸出形成环状的凸出部，所述螺栓与所述第二收容部的孔壁相螺合，所述卡座的侧壁与所述凸出部相抵持，使所述固定件固定于所述壳体上。
2.根据权利要求1所述的太赫兹波发生装置，其特征在于，还包括波导节，所述波导节包括：
弹簧片，所述弹簧片为狭长形，一端固定于所述壳体上；及
绝缘体，设置于所述弹簧片的自由端，所述绝缘体压持于所述偏置杆远离所述帽盘的一端。
3.根据权利要求1所述的太赫兹波发生装置，其特征在于，还包括导电片，其固定于所述壳体上，所述导电片上连接有用于接地的同轴电缆，所述壳体通过所述导电片接地。
4.根据权利要求1所述的太赫兹波发生装置，其特征在于，所述壳体由铜材料制成，所述收容孔的内壁设有镀银层。
5.根据权利要求1所述的太赫兹波发生装置，其特征在于，所述偏置滤波器还包括绝缘套管，其外直径与所述第一收容部的孔径相匹配，所述绝缘套管套设于所述偏置杆上，并收容于所述第一收容部内。
6.根据权利要求5所述的太赫兹波发生装置，其特征在于，所述绝缘套管由聚四氟乙烯材料制成。
7.根据权利要求1所述的太赫兹波发生装置，其特征在于，所述耿氏二极管的直径为0.90mm～1.10mm，所述帽盘的直径为0.95mm～1.05mm。
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