CN206355134U - 一种固态微波源及微波消融设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种固态微波源及微波消融设备，属于射频技术领域。该固态微波源包括信号发生器、放大模块、检测模块和控制模块。该放大模块包括前置放大器、功率调节器、驱动功率放大器和末级功率放大器。通过检测模块检测出正向功率和反向功率，控制模块根据该检测功率控制信号发生器和功率调节器得到精确、稳定的输出功率。并且，当负载驻波不稳定、未连接或者未可靠连接负载时，反向功率增大。控制模块将控制功率调节器，将功率调小，并控制关闭驱动功率放大器和末级功率放大器，保护微波源。

Description

一种固态微波源及微波消融设备

技术领域

本实用新型涉及射频技术领域，具体而言，涉及一种固态微波源及微波消融设备。

背景技术

传统的方法采用磁控管为微波能量源，磁控管由于是真空器件，使用寿命短，随着使用时间的增长，微波能量衰减大。磁控管震荡频率不确定和不稳定，不能完美的匹配需要的最佳驻波点，在使用过程中反射功率大，能量利用效率低。

磁控管需要高达上千瓦的高压电才能工作，应用于具体设备中时安全性不高，例如用于微波消融的微波能量通常仅仅只需要功率100W，而传统的磁控管功率大，很难精确的控制输出功率，使消融治疗需要的能量不能得到有效的控制。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种固态微波源及微波消融设备，以改善现有的微波源反射功率大，能量利用效率低，难以精确控制输出功率，使用寿命短等问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种固态微波源，包括信号发生器、放大模块、检测模块和控制模块。所述信号发生器与所述放大模块连接，所放大模块与所述检测模块连接，所述电路检测模块与所述控制模块连接，所述控制模块分别与所述信号发生器以及放大模块连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述的固态微波源，所述放大模块包括前置放大器和功率放大器，所述信号发生器的输出端与所述前置放大器的输入端连接，所述前置放大器的输出端与功率放大器的输入端连接，所述功率放大器与检测模块连接，所述控制电路分别与信号发生器、功率放大器和检测模块连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述的固态微波源，所述功率放大器包括驱动功率放大器和末级功率放大器，所述驱动功率放大器的输入端与所述前置放大器的输出端连接，所述末级功率放大器的输入端与所述驱动功率放大器的输出端连接，所述控制电路分别与信号发生器、驱动功率放大器、末级功率放大器和检测模块连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述的固态微波源，所述放大模块还包括功率调节器，所述功率调节器的输入端与所述前置放大器的输出端连接，所述功率调节器的输出端与所述驱动功率放大器的输入端连接，所述控制电路分别与信号发生器、功率调节电路、驱动功率放大器、末级功率放大器和检测模块连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述的固态微波源，所述检测模块包括定向功率耦合器、正向功率检测器和反向功率检测器，所述定向功率耦合器的输入端与所述末级功率放大器的输出端连接，所述正向功率检测器和反向功率检测器的输入端与定向功率耦合器的输出端连接，所述正向功率检测器和反向功率检测器与控制模块连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述的固态微波源，所述信号发生器包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，所述鉴相器与环路滤波器连接，所述环路滤波器与所述压控振荡器连接，所述压控振荡器与所述鉴相器连接构成环路，所述控制模块与所述压控振荡器连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述的固态微波源，所述锁相频率源还包括分频器，所述分频器设置在所述鉴相器和所述压控振荡器之间。

在本实用新型较佳的实施例中，上述的固态微波源，所述控制模块为单片机。

在本实用新型较佳的实施例中，上述的固态微波源，所述驱动功率放大器和末级功率放大器为固态LDMOS微波功率器件。

本实用新型还提供了一种微波消融设备，包括消融装置、同轴连接器和上述任意一项所述的固态微波源，所述固态微波源通过所述同轴连接器与所述消融装置连接。

本实用新型提供了一种固态微波源，通过设置信号发生器产生信号，并通过放大模块放大信号。通过设置检测模块采集和检测出微波源输出的信号的功率值，例如，微波源输出的信号的功率和微波源输出的信号中被负载反射的信号的功率。并设置与信号发生器和放大模块连接的控制模块，该控制模块与检测模块连接，控制模块通过得到检测模块检测到的功率值控制信号发生器和放大模块，以得到具有精确且稳定的输出功率的输出信号。并且，当微波源输出的信号中被负载反射的信号的功率增大时，控制模块通过控制和关闭放大模块来保护微波源。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型第一实施例提供的固态微波源的模块图；

图2是本实用新型第一实施例提供的固态微波源的信号发生器的第一实施方式的模块图；

图3是本实用新型第一实施例提供的固态微波源的信号发生器的第二实施方式的模块图；

图4是本实用新型第一实施例提供的固态微波源的放大模块的模块图；

图5是本实用新型第一实施例提供的固态微波源的检测模块的模块图；

图6是本实用新型第一实施例提供的固态微波源的详细模块图；

图7是本实用新型第二实施例提供的微波消融设备的模块图。

其中，附图标记汇总如下：

固态微波源100；

信号发生器110；鉴相器111；环路滤波器112；压控振荡器113；分频器114；

放大模块120；前置放大器121；功率调节器122；

功率放大器123；驱动功率放大器1231；末级功率放大器1232；

检测模块130；定向功率耦合器131；正向功率检测器132；反向功率检测器133；

控制模块140；

同轴连接器150；

消融装置160。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

针对现有的微波源的反射功率大，能量利用效率低，难以精确地控制输出功率，使用寿命短等问题，本实用新型实施例提供一种固态微波源。

第一实施例

详情请参见图1，图1示出了本实用新型第一实施例提供的固态微波源100，所述固态微波源100包括信号发生器110、放大模块120、检测模块130和控制模块140。

其中，信号发生器110用于产生信号。具体地，信号发生器110采用锁相环技术，用于自动控制相位同步，减小反射功率。请参照图3，信号发生器110包括鉴相器111、环路滤波器112和压控振荡器113，鉴相器111的输出端与环路滤波器112的输入端连接，环路滤波器112的输出端与压控振荡器113的输入端连接，压控振荡器113的输出端与鉴相器111输入端连接构成环路。

压控振荡器113用于产生调频信号，产生的信号传输给鉴相器111。压控振荡器113的输出端与鉴相器111的输入端连接。

压控振荡器113的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。优选地，使用晶体压控振荡器，因为晶体压控振荡器的频率稳定度较高。

鉴相器111用于比较参考信号和压控振荡器113输入的信号的相位，并产生一个两相位差成比例的误差电压输出。鉴相器111的输出端与环路滤波器112的输入端连接。

环路滤波器112用于滤除误差电压的高频部分。该环路滤波器112为低通滤波器，误差电压输入到环路滤波器112，滤除掉误差电压的高频信号成分。环路滤波器112的输出端与压控振荡器113的输入端连接。

经滤波后的误差电压输入压控振荡器113，压控振荡器113调制频率，重新在鉴相器111中与参考信号比较，直到压控振荡器113以固定的相位关系锁住参考信号。

请参照图4，信号发生器110还包括一个分频器114，分频器114实现高性能的改变输出功率，以满足不同工作的需要。分频器114的一端连接压控振荡器113，另一端连接鉴相器111。

信号发生器110采用锁相环技术实现频率的同步跟踪，以达到输出稳定、精确的功率。

放大模块120用于放大输出信号的功率，请参照图2，放大模块120包括前置放大器121、功率调节器122和功率放大器123。功率放大器123又包括驱动功率放大器1231和末级功率放大器1232。

前置放大器121的输入端与信号发生器110的输出端连接，信号发生器110产生的信号输入前置放大器121，前置放大器121将该信号进行放大处理至功率调节器122能够接受的范围。

功率调节器122与前置放大器121的输出端连接，经前置放大器121放大后的信号输入功率调节器122。功率调节器122按照信号的大小进行调节，放大功率到一定的数值，该数值根据功率放大器123的放大倍数和具体负载决定。

驱动功率放大器1231用于放大电流信号，将电流信号放大成能够驱动末级功率放大器1232正常工作的中等功率信号。驱动功率放大器1231的输入端与功率调节器122的输出端连接。

末级功率放大器1232用于进一步的放大电流信号。末级功率放大器1232的输入端与驱动功率放大器1231的输出端连接，末级功率放大器1232将驱动功率放大器1231输出的电流信号再次放大，得到负载需要的功率。

驱动功率放大器1231和末级功率放大器1232优选采用固态LDMOS微波功率器件或者固态GaN微波功率器件，使用寿命更长。也可以是其他器件，这里不做限定。

检测模块130用于采集和检测输出信号的功率，请参照图5，检测模块130包括定向功率耦合器131、正向功率检测器132和反向功率检测器133。

定向功率耦合器131用于采集正向功率和反向功率。定向功率耦合器131的输入端与末级功率放大器1232的输出端连接，定向功率耦合器131的输出端与检测模块130连接。定向功率耦合器131还与负载连接，向负载输出功率。其中，正向功率为末级功率放大器1232输出的功率，反向功率为输出信号中没被负载接受而反射的信号的功率。

正向功率检测器132和反向功率检测器133的输入端与定向功率耦合器131连接。定向功率耦合器131将采集的正向功率信号和反向功率信号输入正向功率检测器132和反向功率检测器133。正向功率检测器132用于检测正向功率，反向功率检测器133用于检测反向功率。

控制模块140用于接收正向功率检测器132和反向功率检测器133发送的正向功率值和反向功率值，并且根据正向功率值和反向功率值来控制信号发生器110的相位和频率，以及控制功率调节器122、驱动功率放大器1231和末级功率放大器1232，以达到输出稳定的微波功率和保护微波源的目的。控制模块140分别与正向功率检测模块132、反向功率检测模块133、信号发生器110的压控振荡器113、功率调节器122、驱动功率放大器1231和末级功率放大器1232连接。

控制模块140可以是单片机，也可以是DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、ARM(Advanced RISC Machine，微处理器)或FPGA(Field－Programmable GateArray，现场可编程逻辑门阵列)等中的一种，这里不对控制模块140进行限定。

本实用新型提供的第一实施例的固态微波源的工作原理如下：

请参照图6，压控振荡器113产生的信号传输给鉴相器111，鉴相器111接受该信号并将该信号与预设的参考信号的相位进行比较，产生一个两相位差成比例的误差电压输出。误差电压输入环路滤波器112，环路滤波器112滤除掉误差电压的高频成分。经滤波后的误差电压输入压控振荡器113，压控振荡器113调制频率，重新在鉴相器111中与参考信号比较，直到压控振荡器113以固定的相位关系锁住参考信号。最后输出稳定的功率。

信号发生器110输出的信号输入前置放大器121，前置放大器121将该信号进行放大处理至功率调节器122能够接受的范围。功率调节器122接收信号后并功率放大到一定的数值，该数值根据之后的功率放大器的放大倍数和具体负载决定。放大后的电流信号进入驱动功率放大器1231，驱动功率放大器1231将电流信号放大成能够驱动末级功率放大器1232正常工作的中等功率信号。末级功率放大器1232将驱动功率放大器1231输出的电流信号再次放大，得到负载需要的功率。定向功率耦合器131采集末级功率放大器1232输出的正向功率和没被负载接受的反向功率。正向功率检测器132和反向功率检测器133分别检测出正向功率和反向功率的值。控制模块140接收并且根据正向功率值和反向功率值来控制信号发生器110的相位和频率，以及控制功率调节器122、驱动功率放大器1231和末级功率放大器1232，达到输出稳定的微波功率和保护微波源的目的。

具体地，当正向功率减小时，控制模块140将控制信号发生器110、控制功率调节器122以及同时控制信号发生器110和功率调节器122，调节信号功率值到需要的功率大小。当负载连接不稳定或者未连接时，反向功率增大。控制模块140将控制功率调节器122，将功率调小，并控制关闭驱动功率放大器1231和末级功率放大器1232，保护微波源。

本实实用新型第一实施例提供的固态微波源具有精确、稳定的输出功率；反射功率小，能量利用率高；并且当负载驻波不稳定、未连接或者未可靠连接负载时能够保护微波源等效果。

第二实施例

本实用新型还提供一种微波消融设备，请参考图7，包括消融装置160、同轴连接器150和上述的固态微波源100。固态微波源100的定向功率耦合器131的一个输出端与同轴连接器150连接，同轴连接器150与消融装置160连接。

定向功率耦合器131直接与同轴连接器150连接，而不需要同轴转换装置，将微波能量传输到消融装置160。

消融装置160用于根据微波能量消融或切割肿瘤以及应用到微创手术，优选地，消融装置160可以为消融针。

具体地，该消融设备的固态微波源100中，前置放大器121的最大输出功率为20dbm(0.1W)，增益为18db；功率调节器122的最大输出功率为25dbm(0.32W),增益调节范围为0db-30db；驱动功率放大器1231的最大输出功率为40dbm(10W)，增益为18db；末级功率放大器1232的最大输出功率为50.79dbm(120W)，增益为17db。

整个系统由直流范围在24-32V供电。

本实用新型提供的第二实施例的微波消融设备的工作原理如下：

请再参照图7，信号发生器110产生的信号经过前置放大器121将该信号放大处理到功率调节器122能够接收的范围，再经过功率调节器122、驱动功率放大器1231和末级功率放大器1232将微波能量放大到微波消融需要的100W功率，经过定向功率耦合器131和同轴连接器150将微波能量传给消融针。当正向功率减小时，控制模块140通过控制信号发生器110、或者控制功率调节器122、或者同时控制信号发生器110和功率调节器122，将输出功率调到100W。达到稳定地输出微波能量的目的。

当微波消融针未连接、连接不稳定、故障或者从患者体内拔出时，反射功率增大。控制模块140将控制功率调节器122将功率调小，并且控制关闭驱动功率放大器1231和末级功率放大器1232，切断微波源的输出，达到保护微波源的目的。

本实用新型第二实施例提供的微波消融设备，能够得到精确、稳定的微波消融需要的100W功率，能量利用率高，以及在消融针连接故障时保护设备等效果。

综上所述，本实用新型提供了一种固态微波源100，通过设置信号发生器110产生信号，并通过放大模块120放大信号以及功率得到输出功率。通过设置检测模块130采集和检测出微波源输出的正向功率和反向功率，并设置与信号发生器110和放大模块120连接的控制模块140，该控制模块140与检测模块130连接，通过得到检测模块130检测出的正向功率和反向功率来控制信号发生器110和放大模块120，以得到精确、稳定的输出功率。以及当反射功率增大时，控制模块140通过控制和关闭放大模块120来保护微波源。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种固态微波源，其特征在于，包括信号发生器、放大模块、检测模块和控制模块，所述放大模块包括前置放大器和功率放大器，所述功率放大器包括驱动功率放大器和末级功率放大器，所述信号发生器、所述前置放大器、所述驱动功率放大器、所述末级功率放大器、所述检测模块以及所述控制模块依次连接，所述控制模块还分别与所述信号发生器、所述驱动功率放大器、所述末级功率放大器连接，所述检测模块用于采集和检测输出信号的功率。

2.根据权利要求1所述的固态微波源，其特征在于，所述放大模块还包括功率调节器，所述功率调节器的输入端与所述前置放大器的输出端连接，所述功率调节器的输出端与所述驱动功率放大器的输入端连接，所述控制模块分别与信号发生器、功率调节电路、驱动功率放大器、末级功率放大器和检测模块连接。

3.根据权利要求1所述的固态微波源，其特征在于，所述检测模块包括定向功率耦合器、正向功率检测器和反向功率检测器，所述定向功率耦合器的输入端与所述末级功率放大器的输出端连接，所述正向功率检测器和所述反向功率检测器的输入端与所述定向功率耦合器的输出端连接，所述正向功率检测器和所述反向功率检测器与所述控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的固态微波源，其特征在于，所述信号发生器包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，所述鉴相器与环路滤波器连接，所述环路滤波器与所述压控振荡器连接，所述压控振荡器与所述鉴相器连接构成环路，所述控制模块与所述压控振荡器连接。

5.根据权利要求4所述的固态微波源，其特征在于，所述信号发生器还包括分频器，所述分频器设置在所述鉴相器和所述压控振荡器之间。

6.根据权利要求1所述的固态微波源，其特征在于，所述控制模块为单片机。

7.根据权利要求1所述的固态微波源，其特征在于，所述驱动功率放大器和末级功率放大器为固态LDMOS微波功率器件。

8.一种微波消融设备，其特征在于，包括消融装置、同轴连接器和上述权利要求1-7任意一项所述的固态微波源，所述固态微波源通过所述同轴连接器与所述消融装置连接。