CN113116513B - 一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线，包括基片集成同轴电缆结构、匹配结构、辐射结构、保护套结构；所述匹配结构通过基片集成同轴电缆结构与辐射结构连接，保护套结构将基片集成同轴电缆结构与辐射结构包围。本发明实现传统同轴电缆在平面结构下的性能，继承了同轴电缆的许多优良特性，使用成本低，精度高，且制造简单快捷，通过使用基片集成同轴电缆结构可以完成一些传统微波消融天线很难设计的结构。

Description

一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线
技术领域
本发明涉及微波消融技术领域，尤其涉及一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线。
背景技术
近些年来，微波在医疗行业中的应用逐渐增多，微波消融技术也被认为是治疗肿瘤的重要手段，目前由于出现的消融区域的不同而对消融天线的结构也提出了更高的要求，当前大多数微波消融天线是基于传统同轴线的结构设计的，这种结构功率容量大，横截面积小，对病人伤害小，但是传统同轴线为圆同轴，在此结构上加工天线成本高，精度低，难以进行阻抗匹配，且加工条件带来的天线结构设计自由度有一定的局限性。
基片集成同轴电缆是近年来提出的一种传统意义上的同轴线平面化的技术，和传统同轴线相同，基片集成同轴电缆是一种TEM模传播结构。基片集成同轴电缆技术实现了传统同轴电缆在平面结构下的性能，它继承了同轴电缆的许多优良特性，如最小的辐射泄漏，但它的使用低成本，精度高，且具备印刷电路板的简单制造方法。由于印刷电路的制造工艺比在传统同轴线的基础上加工天线优良得多，然而制造成本却比在传统同轴线的基础上加工天线低，因此，在基片集成同轴电缆结构上设计天线可以在低成本下完成一些传统微波消融天线很难设计的结构。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明基于基片集成同轴线提供了一种结构简单、消融精度高、成本低以及制造方法简单的设计方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线，包括基片集成同轴电缆结构、匹配结构、辐射结构、保护套结构；所述匹配结构通过基片集成同轴电缆结构与辐射结构连接，保护套结构将基片集成同轴电缆结构与辐射结构包围。
进一步地，所示的基片集成同轴电缆结构由第一导体层、第一介质层、内导体层、第二介质层、第三介质层、第二导体层以及金属化通孔构成；其中内导体层位于第一介质层与第二介质层之间，两侧金属化通孔穿过第一导体层、第二介质层、第三介质层将第一导体层、第二导体层相连接，第一导体层、金属化通孔和第二导体层三者共同构成了基片同轴电缆结构的外导体部分。
进一步地，所述的基片集成同轴电缆结构中的呈矩形形状的内导体层通过金属化通孔与呈矩形形状的微带线相连，呈矩形形状的第一导体层与呈矩形形状的第二导体层相连。
进一步地，所述的基片集成同轴电缆结构中的内导体层、呈矩形形状的第一导体层以及呈矩形形状的第二导体层均采用金属化结构。
进一步地，所述的匹配结构包括微带线、第二介质层、第二导体层和金属化通孔；微带线位于第二介质层上部且覆盖在第二介质层上，金属化通孔嵌入在第二介质层中，微带线通过金属化通孔与基片集成同轴电缆的第二导体层连接。
进一步地，所述的辐射结构包括第一偶极臂、第二偶极臂、第三偶极臂，第一偶极臂与第一导体层相连接，第二偶极臂与内导体层相连接，第三偶极臂与第二导体层相连接。
进一步地，所述的辐射结构的第一偶极臂与第二偶极臂组成一个偶极子天线；第三偶极臂与第二偶极臂组成一个偶极子天线；第一偶极臂和第三偶极臂围绕第二偶极臂旋转，当第一偶极臂和第三偶极臂缠绕至介质层侧边边缘时，通过金属化通孔连接，调整第一偶极臂、第二偶极臂、第三偶极臂的长度能调节天线的阻抗和消融区域。
进一步地，所述的辐射结构中的第一偶极臂由基片集成同轴电缆结构中的呈矩形形状的第一导体层延伸得到，第二偶极臂由基片集成同轴电缆结构中的内导体层延伸得到，第三偶极臂由基片集成同轴电缆结构中的呈矩形形状的第二导体层延伸得到，所述的辐射结构中的第一偶极臂以及第二偶极臂通过金属化通孔相连。
进一步地，所述的辐射结构中的第一偶极臂长度为15mm，宽度为3.4mm。
本发明具有以下有益效果：
本发明实现传统同轴电缆在平面结构下的性能，继承了同轴电缆的许多优良特性，使用成本低，精度高，且制造简单快捷，通过使用基片集成同轴电缆结构可以完成一些传统微波消融天线很难设计的结构。
附图说明
图1是本发明一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线的原理框图；
图2是本发明一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线的基片集成同轴电缆结构、匹配结构、辐射结构示意图；
图3是本发明一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线的保护套结构示意图；
图4是本发明一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线S11参数图；
图5是本发明一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线温度分布图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中，如图1所示为本发明一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线的原理框图，包括基片集成同轴电缆结构1、匹配结构2、辐射结构3、保护套结构4；其中匹配结构2通过基片集成同轴电缆结构1与辐射结构3连接，保护套结构4将基片集成同轴电缆结构1与辐射结构3包围。
如图2所示，本发明实施例中，所述的基片集成同轴电缆结构1由多层PCB工艺制造，所述的基片集成同轴电缆结构1由第一导体层11、第一介质层12、内导体层13、第二介质层14、第三介质层15、第二导体层16以及金属化通孔17构成；其中内导体层13位于第一介质层12与第二介质层14之间，两侧金属化通孔17穿过第一导体层11、第二介质层14、第三介质层15将第一导体层11、第二导体层16相连接，第一导体层11、金属化通孔17和第二导体层16三者共同构成了基片同轴电缆结构1的外导体部分。
本发明实施例中，所述的匹配结构2包括微带线21、第二介质层14、第二导体层16和金属化通孔22；微带线21位于第二介质层14上部且覆盖在第二介质层14上，金属化通孔22嵌入在第二介质层14中，微带线21通过金属化通孔22与基片集成同轴电缆1的第二导体层16连接。
如图3所示，本发明实施例中，所述的保护套结构4主要起到防止天线被腐蚀的作用。
本发明实施例中，所述的基片集成同轴电缆结构1中的呈矩形形状的内导体层13通过金属化通孔17与呈矩形形状的微带线21相连，呈矩形形状的第一导体层11与呈矩形形状的第二导体层16相连。
本发明实施例中，所述的辐射结构3中的第一偶极臂31由基片集成同轴电缆结构中的呈矩形形状的第一导体层11延伸得到，第二偶极臂32由基片集成同轴电缆结构中的内导体层13延伸得到，第三偶极臂33由基片集成同轴电缆结构中的呈矩形形状的第二导体层16延伸得到，所述的辐射结构中的第一偶极臂31以及第二偶极臂32通过金属化通孔17相连。
本发明实施例中，所述的匹配结构2中的呈矩形形状的微带线21采用金属导体，矩形形状的微带线21通过金属化通孔22与呈矩形形状的第二导体层16相连。
本发明实施例中，所述的基片集成同轴电缆结构1中的内导体层13、呈矩形形状的第一导体层11以及呈矩形形状的第二导体层16均采用金属化结构，长方体第一介质层12、长方体第二介质层14以及长方体第三介质层15均采用FR4材料，长度为54mm，宽度为3.4mm。
本实施例中，所述的辐射结构3的第一偶极臂31与第二偶极臂32组成一个偶极子天线；第三偶极臂33与第二偶极臂32组成一个偶极子天线；第一偶极臂31和第三偶极臂33围绕第二偶极臂32旋转，当第一偶极臂31和第三偶极臂33缠绕至介质层侧边边缘时，通过金属化通孔34连接，调整第一偶极臂31、第二偶极臂32、第三偶极臂33的长度能调节天线的阻抗和消融区域。
本实施例中，所述的辐射结构3中的第一偶极臂31长度为15mm，宽度为3.4mm。
图4所示为本发明实施例的微波消融天线在蛋清中的S参数仿真结果，谐振频率为2.45GHz，在规定的ISM频段内，回波损耗达到-35.25dB。
图5所示为本发明实施例的微波消融天线的温度场分布图，天线的馈入功率为20W，消融时间为600s，轮廓温度为60℃的温度分布图。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线，其特征在于：包括基片集成同轴电缆结构、匹配结构、辐射结构、保护套结构；所述匹配结构通过基片集成同轴电缆结构与辐射结构连接，保护套结构将基片集成同轴电缆结构与辐射结构包围；
所示的基片集成同轴电缆结构由第一导体层、第一介质层、内导体层、第二介质层、第三介质层、第二导体层以及金属化通孔构成；其中内导体层位于第一介质层与第二介质层之间，两侧金属化通孔穿过第一导体层、第二介质层、第三介质层将第一导体层、第二导体层相连接，第一导体层、金属化通孔和第二导体层三者共同构成了基片同轴电缆结构的外导体部分；
所述的匹配结构包括微带线、第二介质层、第二导体层和金属化通孔；微带线位于第二介质层上部且覆盖在第二介质层上，金属化通孔嵌入在第二介质层中，微带线通过金属化通孔与基片集成同轴电缆的第二导体层连接；
所述的辐射结构包括第一偶极臂、第二偶极臂、第三偶极臂，第一偶极臂与第一导体层相连接，第二偶极臂与内导体层相连接，第三偶极臂与第二导体层相连接；
所述的辐射结构的第一偶极臂与第二偶极臂组成一个偶极子天线；第三偶极臂与第二偶极臂组成一个偶极子天线；第一偶极臂和第三偶极臂围绕第二偶极臂旋转，当第一偶极臂和第三偶极臂缠绕至介质层侧边边缘时，通过金属化通孔连接，调整第一偶极臂、第二偶极臂、第三偶极臂的长度能调节天线的阻抗和消融区域。
2.根据权利要求1所述的一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线，其特征在于：所述的基片集成同轴电缆结构中的呈矩形形状的内导体层通过金属化通孔与呈矩形形状的微带线相连，呈矩形形状的第一导体层与呈矩形形状的第二导体层相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线，其特征在于：所述的基片集成同轴电缆结构中的内导体层、呈矩形形状的第一导体层以及呈矩形形状的第二导体层均采用金属化结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线，其特征在于：所述的匹配结构中的呈矩形形状的微带线采用金属导体，矩形形状的微带线通过金属化通孔与呈矩形形状的第二导体层相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线，其特征在于：所述的辐射结构中的第一偶极臂由基片集成同轴电缆结构中的呈矩形形状的第一导体层延伸得到，第二偶极臂由基片集成同轴电缆结构中的内导体层延伸得到，第三偶极臂由基片集成同轴电缆结构中的呈矩形形状的第二导体层延伸得到，所述的辐射结构中的第一偶极臂以及第二偶极臂通过金属化通孔相连。
6.根据权利要求1所述的一种基于基片集成同轴电缆的微波消融天线，其特征在于：所述的辐射结构中的第一偶极臂长度为15mm，宽度为3.4mm。
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