CN111952715A - 基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器，包括外壳、同轴线、发射天线、连接件和罩盖，所述外壳的上方可拆卸地安装有罩盖，同轴线由内导体和外导体组成，所述内导体嵌套于外导体内，发射天线由两个相同的弧形臂、直线臂、和两个相同的导体末端组成，该发射天线呈“S形”，所述导体末端设置为开路，且两个相同的导体末端与发射天线中心的连线为直线，所述直线臂与导体末端夹角为θ，降低了偶极子天线的谐振频率，实现了偶极子天线的小型化。本发明减小了偶极子天线的整体尺寸，与人体组织不同部位良好匹配，可用于人体组织的微波理疗。

Description

基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器
技术领域
本发明属于微波理疗技术领域，特别涉及一种基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器，可用于对人体组织不同部位的微波理疗。
背景技术
近年来，微波治疗仪广泛地应用于临床治疗中，具有很大的应用前景。目前国内采用的微波理疗方式都是体内理疗辐射器，相对体外辐射器，很难做到无痛无创的治疗效果，较容易对健康组织造成一定的损伤。体外辐射器通过照射人体受伤组织，以微波特有的物理特性，即生物热效应和非热效应，促进病变组织的吸收、修复血液体液的循环，提高局部组织的免疫力，恢复病变组织器官的正常功能。
微波理疗辐射器是微波治疗仪的关键部件，其作用机理是通过磁控管产生的微波能量通过辐射器直接作用在人体的病变部位。微波理疗辐射器电磁波频率为13.56MHz，27.12MHz，40.65MHz，433MHz，915MHz和2450MHz。其中，433MHz，915MHz和2450MHz是微波频段。
现有的微波理疗辐射器，包括波导辐射器、天线辐射器等。当确定辐射器频率为433MHz时，波导辐射器分为空心矩形波导辐射器及空心圆形波导辐射器，空心矩形波导辐射器的标准尺寸为454×272，而空心圆形波导辐射器的尺寸为460左右，其结构尺寸过大，不便于临床应用；当人体的患病部位发生变化时，其负载也相应地变化，会造成辐射器失配，无法正常工作，临床应用受到极大限制。
2017年11月24日，马庆锋公开了一种“便携式新型微波理疗装置”(申请号为201711192583.2，申请公布日为2018年3月16日)，所述箱体包括壳体，所述壳体通过设置在中间的隔板分为上腔体和下腔体，设置在所述箱体的下腔体内的理疗单元，以及设置在所述箱体的上腔体内的按摩单元；虽然解决了现有技术存在的设备整体体积庞大和功能单一的问题，但是不能适应不同的人体部位的治疗。
2018年10月8日，无锡淘金智能科技有限公司公开了“一种理疗仪用的微波理疗机构”(申请号为201811168543.9，申请公布日为2019年1月22日)，所述理疗机构壳体顶部设置有进风口，所述进风口处设置有用于进风的涡轮风机，所示理疗机构壳体底部设置有出风口；主要通过从理疗机内喷出高压热风排空微波理疗路径上的蒸汽，从而达到增强微波理疗的康复效果，但是，该整体结构复杂且体积较大，使得加工成本较高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器，用于解决现有技术中整体结构复杂且体积较大，加工成本较高的技术问题，使其适应不同的人体部位的要求。
本发明的技术思路是通过对外壳和发射天线的形状设计，以及对发射天线的整体结构优化设计，实现结构尺寸符合实际需求，使得天线谐振点处反射系数小，在不同负载下仍能够保持良好的辐射特性的特点，进而解决现有微波理疗仪不便于临床应用的问题。
一种基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器，包括外壳、同轴线、发射天线、连接件和罩盖，所述外壳的上方可拆卸地安装有罩盖，所述同轴线由内导体和外导体组成，所述内导体嵌套于外导体内，其特征在于：所述发射天线由两个相同的弧形臂、直线臂、和两个相同的导体末端组成，该发射天线呈“S形”，所述导体末端设置为开路，且两个相同的导体末端与发射天线中心的连线为直线，所述直线臂与导体末端夹角为θ，降低了偶极子天线的谐振频率，实现了偶极子天线的小型化。
所述弧形臂的宽度为w1，w1表示为3mm≤w1≤5mm，所述直线臂的宽度为w2，w2表示为13mm≤w2≤15mm。
所述直线臂与导体末端夹角为θ，夹角θ表示为75≤θ≤85。
所述弧形臂的长度为L1，L1表示为75mm≤L1≤80mm，所述直线臂的长度为L2，L2表示为53mm≤L2≤55mm，所述导体末端与发射天线中心的距离为L3，L3取值为17mm≤L3≤22mm。
所述同轴线的特性阻抗为50Ohm，所述发射天线的工作频率为433MHz。
本发明与现有技术相比具有以下技术优点：
1、本发明采用的发射天线由两个相同的弧形臂、直线臂、和两个相同的导体末端组成，通过对发射天线进行了优化设计，使得该发射天线呈“S形”结构，偶极子天线整体结构尺寸减小，降低了偶极子天线的谐振频率，实现了偶极子天线的小型化。
2、本发明采用的发射天线由两个相同的弧形臂、直线臂、和两个相同的导体末端组成，该发射天线呈“S形”，所述导体末端设置为开路，且两个相同的导体末端与发射天线中心的连线为直线，不仅减小了发射天线的整体尺寸，也使其相比于传统偶极子天线，在433MHz处有较小的反射系数，既可实现对不同部位的灵活治疗，又能提高治疗的有效性和安全性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的同轴线结构示意图；
图3为本发明的发射天线结构示意图；
图4为本发明图1的主视图；
图5为本发明发射天线的反射系数仿真曲线图；
图6为本发明发射天线在不同人体模型的反射系数仿真曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
实施例1
参照图1、图2和图3
一种基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器，包括外壳1、同轴线2、发射天线3、连接件4和罩盖5，所述外壳1的上方可拆卸地安装有罩盖5，所述同轴线2由内导体21和外导体22组成，所述内导体21嵌套于外导体22内，其特征在于：所述发射天线3由两个相同的弧形臂31、直线臂32、和两个相同的导体末端33组成，该发射天线3呈“S形”，所述导体末端33设置为开路，且两个相同的导体末端33与发射天线3中心的连线为直线，所述直线臂32与导体末端33夹角为θ，降低了偶极子天线的谐振频率，实现了偶极子天线的小型化。
本发明的偶极子天线属于半波天线，它的总长度近似为工作波长的一半。通过对传统偶极子天线进行“S型”弯折，能够在较小的空间内增大了天线的总长度，降低了偶极子天线的谐振频率，实现了偶极子天线的小型化。同时，扩大了天线谐振电流和人体接触的面积，起到了更好的理疗作用。
所述弧形臂31的宽度为W1，W1表示为3mm≤W1≤5mm，所述直线臂32的宽度为W2，W2表示为13mm≤W2≤15mm。本发明的弧形臂31宽度的最优选择为W1＝4mm，直线臂32宽度的最优选择为W2＝14mm。
所述直线臂32与导体末端33夹角为θ，夹角θ表示为75≤θ≤85。本发明的θ角最优选择为80。
所述弧形臂31的长度为L1，L1表示为75mm≤L1≤80mm，所述直线臂32的长度为L2，L2表示为53mm≤L2≤55mm，所述导体末端33与发射天线中心的距离为L3，L3取值为17mm≤L3≤22mm。本发明的弧形臂31长度的最优选择为L1＝78mm，直线臂32长度的最优选择为L2＝54mm，导体末端33与发射天线中心的距离的最优选择为L3＝19mm。
所述同轴线2的特性阻抗为50Ohm，所述发射天线3的工作频率为433MHz。
实施例2
实施例2与实施例1的结构相同，仅对发射天线的结构参数进行调整。
所述弧形臂31的宽度为W1，W1表示为3mm≤W1≤5mm，所述直线臂32的宽度为W2，W2表示为13mm≤W2≤15mm。本发明弧形臂31的宽度W1＝3mm，直线臂32的宽度W2＝13mm，同样能够满足要求。
所述直线臂32与导体末端33夹角为θ，夹角θ表示为75≤θ≤85。本发明的θ角为75，同样能够满足要求。
所述弧形臂31的长度为L1，L1表示为75mm≤L1≤80mm，所述直线臂32的长度为L2，L2表示为53mm≤L2≤55mm，所述导体末端33与发射天线中心的距离为L3，L3取值为17mm≤L3≤22mm。本发明的弧形臂31长度L1＝75mm，直线臂32长度L2＝53mm，导体末端33与发射天线中心的距离L3＝17mm，同样能够满足要求。
所述同轴线2的特性阻抗为50Ohm，所述发射天线3的工作频率为433MHz。
实施例3
实施例3与实施例1的结构相同，仅对发射天线的结构参数进行调整。
所述弧形臂31的宽度为W1，W1表示为3mm≤W1≤5mm，所述直线臂32的宽度为W2，W2表示为13mm≤W2≤15mm。本发明弧形臂31的宽度W1＝5mm，直线臂32的宽度W2＝15mm，同样能够满足要求。
所述直线臂32与导体末端33夹角为θ，夹角θ表示为75≤θ≤85。本发明的θ角为85，同样能够满足要求。
所述弧形臂31的长度为L1，L1表示为75mm≤L1≤80mm，所述直线臂32的长度为L2，L2表示为53mm≤L2≤55mm，所述导体末端33与发射天线中心的距离为L3，L3取值为17mm≤L3≤22mm。本发明的弧形臂31长度L1＝80mm，直线臂32长度L2＝55mm，导体末端33与发射天线中心的距离L3＝22mm，同样能够满足要求。
所述同轴线2的特性阻抗为50Ohm，所述发射天线3的工作频率为433MHz。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明
参照图4、图5和图6
1、仿真条件：
在辐射器上方放置人体组织模型，人体组织模型介电常数为57，电导率为0.94S/m，应用hfss仿真软件进行仿真。
图4中，Dr表示人体组织模型的直径，Hr表示人体组织模型的厚度，Hd表示人体组织模型与辐射器之间的距离。
依据人体主要部位直径的变化，将人体组织模型的直径Dr依次调整为25mm，35mm，45mm，55mm，65mm，75mm，在不同部位(负载)下，保持良好的反射系数，使其具有良好辐射特性。
2、仿真结果：
图5为本发明发射天线的反射系数仿真曲线，图5的横坐标为频率，单位为MHz，范围为从380MHz～480MHz，纵坐标为S11(反射系数)幅度的分贝值，单位为dB，范围为0dB～-24dB。
由图5可知，该天线的曲线谐振点在433MHz处，S11参数为-21.5dB，小于-10dB，辐射器与人体模型良好匹配。
图6为本发明发射天线在不同人体模型的反射系数仿真曲线，图6的横坐标为频率，单位为MHz，范围从380MHz～480MHz。纵坐标为S11(反射系数)幅度的分贝值，单位为dB，范围为0～-24dB。图中曲线分别为人体组织模型的半径Dr从75mm减少至25mm时的曲线。
由图6可知，在433MHz频段处，随着人体组织模型的直径从75mm减小到25mm，该辐射器的反射系数从-21.5dB增大到-4dB，表明在不同部位(负载)的情况下，辐射器均能够良好工作。
综上所述，本发明所提出的基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器，与现有的理疗辐射器相比，不仅辐射器整体结构尺寸减少，并且依据人体主要部位直径的变化，在人体模型半径Dr从25mm至75mm的情况下均可保持良好的辐射特性。
上述实施例为本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器，包括外壳(1)、同轴线(2)、发射天线(3)、连接件(4)和罩盖(5)，所述外壳(1)的上方可拆卸地安装有罩盖(5)，所述同轴线(2)由内导体(21)和外导体(22)组成，所述内导体(21)嵌套于外导体(22)内，其特征在于：所述发射天线(3)由两个相同的弧形臂(31)、直线臂(32)、和两个相同的导体末端(33)组成，该发射天线(3)呈“S形”，所述导体末端(33)设置为开路，且两个相同的导体末端(33)与发射天线(3)中心的连线为直线，所述直线臂(32)与导体末端(33)夹角为θ，降低了偶极子天线的谐振频率，实现了偶极子天线的小型化。
2.根据权利要求1所述的一种基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器，其特征在于：所述弧形臂(31)的宽度为w1，w1表示为3mm≤w1≤5mm，所述直线臂(32)的宽度为w2，w2表示为13mm≤w2≤15mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器，其特征在于：所述直线臂(32)与导体末端(33)夹角为θ，夹角θ表示为75≤θ≤85。
4.根据权利要求1所述的一种基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器，其特征在于：所述弧形臂(31)的长度为L1，L1表示为75mm≤L1≤80mm，所述直线臂(32)的长度为L2，L2表示为53mm≤L2≤55mm，所述导体末端(33)与发射天线中心的距离为L3，L3取值为17mm≤L3≤22mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于小型化偶极子天线的微波理疗辐射器，其特征在于，所述同轴线(2)的特性阻抗为50Ohm，所述发射天线(3)的工作频率为433MHz。
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