CN114899566A - 一种波形变换衰减装置及毫米波治疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波形变换衰减装置，包括波形变换单元和衰减单元，其中，波形变换单元和衰减单元集成为一个器件，衰减单元适于将毫米波源发射的毫米波功率衰减到目标值，波形变换单元适于将功率衰减后的毫米波的场型从矩形波导中的TE₁₀波变换为圆波导中的圆极化波，衰减单元的毫米波衰减介质的形状、尺寸、位置以及波形变换单元的内部形状通过在仿真过程中毫米波的场型、回波损耗、插入损耗、电压驻波比、S参数符合阻抗匹配要求时确定。该装置可以减小毫米波治疗仪体积，在不改变毫米波源的情况下具有较大的功率衰减量调节能力。

Description

一种波形变换衰减装置及毫米波治疗仪

技术领域

本发明涉及天线辅助设备技术领域，具体涉及一种波形变换衰减装置及毫米波治疗仪。

背景技术

毫米波可以穿透生物表皮作用于深层组织，可以与蛋白质、RNA等生物大分子发生谐振，以此影响和调节生命活动过程。毫米波治疗仪需要几种不同的输出功率，通常使用矩形波导接口功率源+衰减器+波形变换器的方式为治疗仪提供标准功率源。其中波形变换器、可调衰减器是两种不同的微波器件，由于连接法兰、调节机构等附加结构的存在，在Ka频段（27~40GHz），两个器件同时使用时所需要的体积约为长13cm×宽2cm×高8cm，体积较大。因此使用衰减器、波形变换器串联的方式，会导致毫米波系统的尺寸远超实际需求，无法在实际治疗中使用，尤其对于狭小的内腔无法深入治疗。

因此，需要一种集成化的波形变换衰减装置，能在缩小毫米波治疗仪体积的同时避免两个功能单元之间的相互干扰，以解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，为了缩小毫米波治疗仪的体积，满足医疗设备小型化的要求，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种波形变换衰减装置及毫米波治疗仪。

根据本发明的一个方面，提供一种波形变换衰减装置，包括波形变换单元和衰减单元，其中，衰减单元可以将毫米波源发射的毫米波功率衰减到目标值，波形变换单元可以将功率衰减后的毫米波的场型从矩形波导中的TE₁₀波变换为圆波导中的圆极化波，衰减单元的毫米波衰减介质的形状、尺寸、位置以及波形变换单元的内部形状通过在仿真过程中毫米波的场型、回波损耗、插入损耗、电压驻波比、S参数符合阻抗匹配要求时确定。

可选地，该装置还包括定位杆、调节螺母和限位弹簧，定位杆与衰减单元连接，调节螺母和限位弹簧通过定位杆调节衰减单元的位置，以便对毫米波的功率衰减量进行调节，以使毫米波功率衰减到目标值。

通过将波形变换单元和衰减片集成在一个器件中，可以大大缩减装置体积，使衰减单元的毫米波衰减介质的形状、尺寸、位置以及波形变换单元的内部形状满足阻抗匹配要求。能够在不改变功率源的情况下保证对毫米波功率衰减量有较大的调节范围。

可选地，该装置的体积至多为长4.5cm×宽2cm×高2cm，衰减单元对毫米波功率衰减量调节范围至少为0.5-10dB。

根据本发明的另一个方面，提供一种毫米波治疗仪，包括如上的波形变换衰减装置、圆波导、毫米波天线、天线保护罩和毫米波源，波形变换衰减装置的一端通过法兰与毫米波源连接，波形变换衰减装置的另一端通过圆波导连接毫米波天线。

可选地，毫米波治疗仪还包括外壳、供电接口和散热模块，供电接口适于通过外部直流稳压电路为毫米波源提供稳定工作电压。

可选地，天线保护罩和毫米波天线之间设置有装配台阶，装配台阶用于固定天线保护罩和毫米波天线之间的相对位置，天线保护罩与毫米波天线之间的相对位置根据毫米波天线辐射的场分布确定，天线保护罩的形状根据毫米波天线的方向图确定，天线保护罩的厚度根据数值仿真过程中毫米波天线与天线保护罩之间的特性阻抗匹配程度确定。

在数值仿真过程中，当毫米波天线通过天线保护罩时的波形反射损耗量小于预设损耗量时，确定天线保护罩的形状和厚度符合毫米波在传输路径上的介质界面处的特性阻抗匹配。

可选地，天线保护罩采用聚四氟乙烯材料制备，毫米波天线为圆锥喇叭天线，天线保护罩完全覆盖毫米波天线和圆波导。

根据本发明的方案，通过使波型变换结构和可调衰减单元合成为一个器件，在大幅度缩小体积的同时保持较大的衰减量调节能力，使波形变换衰减装置的体积从长13cm×宽2cm×高8cm减小到长4.5cm×宽2cm×高2cm，衰减量调节范围达到0.5-10dB。该波形变换衰减装置可以用于多种不同的腔内毫米波治疗器，使其在功率源无需改变的情况下分别具有不同的外形尺寸和输出功率，从而减少零部件数量，满足对仪器性能和体积的要求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的波形变换衰减装置100的结构示意图；

图2示出了根据本发明一实施例的毫米波治疗仪200的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

毫米波治疗仪由于作用位置小且精准可控，广泛用于治疗消化道溃疡、口腔溃疡、妇科炎症、关节疼痛、哮喘、皮肤病等多种疾病。但是现有的毫米波治疗仪普遍体积较大，不适于对口腔、妇科、前列腺、消化道等腔内的治疗。本方案为了减小毫米波治疗仪的体积，提出一种波形变换衰减装置，能够减小毫米波治疗仪的体积，在不改变功率源的情况下保证仪器具有较大的功率衰减量调节能力。

图1示出了根据本发明一个实施例的波形变换衰减装置100的结构示意图。如图1所示，该装置100包括波形变换单元110和衰减单元120。其中，波形变换单元和衰减单元被集成为一个器件，减少了连接机构，简化了装置内部结构。衰减单元120可以是衰减片，可以将毫米波源发射的毫米波功率衰减到目标值，波形变换单元110为矩圆过渡结构，可以将功率衰减后的毫米波的场型从矩形波导中的TE₁₀波变换为圆波导中的圆极化波。毫米波源输出为矩形波导，经过衰减单元控制功率，再经过矩圆过渡结构特征的波形变换器实现波形转换，再继续经过圆波导传输到发射天线，从发射天线发射后透过保护罩到达被治疗部位。

为了避免两个功能单元之间相互影响，造成毫米波多次反射和插入损耗，衰减单元120的毫米波衰减介质的形状、尺寸、位置以及波形变换单元110的内部形状通过在仿真过程中毫米波的场型、回波损耗、插入损耗、电压驻波比、S参数符合阻抗匹配要求时确定。其中，电压驻波比为波腹电压/波节电压，S参数包括S12反向传输系数、S21正向传输系数、S11输入反射系数、S22输出反射系数。

如图1所示，该装置100还包括定位杆130、调节螺母140和限位弹簧150。其中，定位杆130与衰减单元120连接，调节螺母140和限位弹簧150通过定位杆130调节衰减单元120的位置，以便对毫米波的功率衰减量进行调节，以使毫米波功率衰减到目标值。

通过上述装置，毫米波源从右侧进入衰减单元120，其发出的毫米波功率被衰减单元120中的衰减介质吸收，功率减小到目标范围，然后继续向左侧传输进入波形变换单元110，经过阻抗匹配调节，毫米波的场型从矩形波导中的TE₁₀波变换为圆波导中的圆极化波。定位杆130与衰减单元120连接，调节螺母140、限位弹簧150等通过定位杆130实现对衰减单元120的位置调节，进而实现对毫米波功率衰减量的调节。改进后的波形变换衰减装置消除了绝大部分的连接结构、并大幅精简调节机构等，使其所需体积减小到长4.5cm×宽2cm×高2cm，衰减单元对毫米波功率衰减量调节范围为0.5-10dB，能够满足使用需求。

图2示出了根据本发明一实施例的毫米波治疗仪200的结构示意图。如图2所示，该毫米波治疗仪200包括如上的波形变换衰减装置100、毫米波天线210、天线保护罩220、毫米波源230和圆波导270。波形变换衰减装置100的一端通过法兰与毫米波源230连接，波形变换衰减装置100的另一端连接圆波导270。

其中，天线保护罩220和毫米波天线210之间设置有装配台阶，装配台阶可用于固定天线保护罩220和毫米波天线210之间的相对位置，天线保护罩220与毫米波天线210之间的相对位置可以根据毫米波天线辐射的场分布确定，天线保护罩220的形状可以根据毫米波天线210的方向图确定，天线保护罩220的厚度可以根据数值仿真过程中毫米波天线210与天线保护罩220之间的特性阻抗匹配程度确定。在数值仿真过程中，当毫米波天线210发射的毫米波通过天线保护罩220时的反射损耗量小于预设损耗量时，确定天线保护罩220的形状和厚度符合毫米波天线与天线保护罩之间的特性阻抗匹配。天线保护罩220可以采用具有良好的生物相容性的聚四氟乙烯材料制备，能够保证天线保护罩对于毫米波天线的透明度。毫米波天线为圆锥喇叭天线，天线保护罩完全覆盖毫米波天线和圆波导。

如图2所示，毫米波治疗仪200还包括外壳240、供电接口250和散热模块260，供电接口250适于通过外部直流稳压电路为毫米波源230提供稳定工作电压。散热模块260可以使用风扇对仪器内部进行散热。其结构设计能够满足人体内腔对毫米波治疗仪尺寸小型化的要求。

通过上述方案，使波型变换结构和可调衰减单元合成为一个器件，在大幅度缩小体积的同时保持较大的衰减量调节能力，使波形变换衰减装置的体积从长13cm×宽2cm×高8cm减小到长4.5cm×宽2cm×高2cm，衰减量调节范围达到0.5-10dB。该波形变换衰减装置可以用于多种不同的腔内毫米波治疗器，使其在功率源无需改变的情况下分别具有不同的外形尺寸和输出功率，从而减少零部件数量，满足对仪器性能和体积的要求。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种波形变换衰减装置，包括波形变换单元和衰减单元，其特征在于，所述波形变换单元和衰减单元集成为一个器件，所述衰减单元适于将毫米波源发射的毫米波功率衰减到目标值，所述波形变换单元适于将功率衰减后的毫米波的场型从矩形波导中的TE₁₀波变换为圆波导中的圆极化波，所述衰减单元的毫米波衰减介质的形状、尺寸、位置以及波形变换单元的内部形状通过在仿真过程中毫米波的场型、回波损耗、插入损耗、电压驻波比、S参数符合阻抗匹配要求时确定。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括定位杆、调节螺母和限位弹簧，所述定位杆与所述衰减单元连接，所述调节螺母和限位弹簧通过所述定位杆调节所述衰减单元的位置，以便对毫米波的功率衰减量进行调节，以使毫米波功率衰减到目标值。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的体积至多为长4.5cm×宽2cm×高2cm。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衰减单元对毫米波功率衰减量调节范围至少为0.5-10dB。

5.一种毫米波治疗仪，其特征在于，包括如权利要求1-4任意一项中所述的波形变换衰减装置、圆波导、毫米波天线、天线保护罩和毫米波源，所述波形变换衰减装置的一端通过法兰与所述毫米波源连接，所述波形变换衰减装置的另一端通过所述圆波导连接毫米波天线。

6.根据权利要求5所述的毫米波治疗仪，其特征在于，所述毫米波治疗仪还包括外壳、供电接口和散热模块，所述供电接口适于通过外部直流稳压电路为所述毫米波源提供稳定工作电压。

7.根据权利要求5所述的毫米波治疗仪，其特征在于，所述天线保护罩和毫米波天线之间设置有装配台阶，所述装配台阶用于固定天线保护罩和毫米波天线之间的相对位置，所述天线保护罩与毫米波天线之间的相对位置根据毫米波天线辐射的场分布确定，所述天线保护罩的形状根据毫米波天线的方向图确定，所述天线保护罩的厚度根据数值仿真过程中毫米波天线与天线保护罩之间的特性阻抗匹配程度确定。

8.根据权利要求5所述的毫米波治疗仪，其特征在于，在数值仿真过程中，当毫米波天线通过所述天线保护罩时的毫米波反射损耗量小于预设损耗量时，确定所述天线保护罩的形状和厚度符合毫米波在传输路径上的介质界面处的特性阻抗匹配。

9.根据权利要求5所述的毫米波治疗仪，其特征在于，所述天线保护罩采用聚四氟乙烯材料制备。

10.根据权利要求9所述的毫米波治疗仪，其特征在于，所述毫米波天线为圆锥喇叭天线，所述天线保护罩完全覆盖所述毫米波天线和圆波导。

Images