DE2410962A1

DE2410962A1 - Magnetronvorrichtung

Info

Publication number: DE2410962A1
Application number: DE2410962A
Authority: DE
Inventors: Masao Kato; Hirokazu Takahashi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1973-03-07
Filing date: 1974-03-07
Publication date: 1974-09-19
Also published as: GB1436928A; FR2220924B1; DE2410962C3; US3924196A; FR2220924A1; DE2410962B2; JPS49115642A

Description

PATENTANWÄLTE HENKEL—KERN — FEILER - HÄNZEL — MÜLLER

DR. PHIL. DIPL.-ING. DR. RLR. NAT. DIPL.-ING. DIPL.-ING.

ι ι x: 01 ■) ι«.? HNKi η E D UAR D-S C H M ID - STRAS SE 2 bayerische Hypotheken- und

I I-I-r-ON: (08 I 1) 6Ί 31 07, 66 'Il'JI-'JJ ιιηνίΛίτίπΜ η WIC HSII BANK MÜNCHEN NR. 318-85 Hl

II !.LCRAMME: 1:1 LIPSOID Mi)NCHIN U-SUUU MUNUHtM ¹JU POS ISCH ECK: MCHN 1621 47 —809

Tokyo Shibaura Electric Co₀, Ltd. "_' ■ - ■ ·, slii, Japan

Magnetronvorrichtun··;

Die Erfindung "betrifft eine Hochfrequenzvorrichtung, insbesondere eine therapeutische Hochfrequeiisvorrichtimg unter Verwendung eines Magnetrons.

Die zweckmäßige Bestrahlung mit L'ikrovrellenenergie wird verbreitet ίΐίτ die Behandlung von Muskelermüdung bzw. -Überanstrengung, für die therapeutische Behandlung von Neuralgien und für die Schönheitspflege angewandt. Die bekannten therapeutischen Hochfrequenz» vorrichtungen bestehen aus' einem Mikrowellenoszillator und einem llikrowellenstrahler bzw. einer Abstrahlvorrichtung, die dtirch ein für die 'übertragung einer vergleichsweise hohen Leistting dienendes Hochfrequenzkabel miteinander verbunden sind. Einer solchen, bekannten therapeutischen Hochfrequenzvorrichtung haftet allerdings der !fechteil an, daß sich der Anschluß des Hochfrequenzkabels lockern kann, was zu instabilem Betrieb derVorrichtung und außerdem zum Auftreten von elektrischen Entladungen führen kann. Außerdem bestehen bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art Schwierigkeiten bezüglich der Übertragung der Ausgangsleistung des Magnetrons auf das Hochfrequenzkabel und von diesem auf die Abstrahlvorrichtung, wodurch der Betriebswirkungsgrad vermindert wird. Zudeni ist eine derartige Vorricht ung kompliziert aufgebaut.

Der Erfindung liegt daher in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine kompakt gebaute und wirksame therapeutische Hochfrequenzvorrichtung

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mit einem JUikrowellenoszillator zu schaffen, der mit einem Magnetron und einer Abstrahlanordnung versehen ist.

' Diese Aufgabe wird "bei einer Iiagnetronvoirrichtung mit einem JLikrowellenoszillator erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie eine MagnetroneinLeit mit einem Aus mtigs ab schnitt und einest Kat hodenschaft, die in entgegengesetzte Richtungen abstehen, sowie eine Abstrahlanordnung aus einem unmittelbar mit deru Ausgangsabschnitt der liagnetroneinheit verbundenen Strahler und einen llikrowellenreilelctor, welcher die vom Strahler abgestrahlte Iviikrowellenenergie in Form eines Strahlenbündels in eine vorbestimmte Richtung reflektiert, aufweist, und daß der Liikrowellenoszillator elektrisch mit einer Stromversorgung verbunden ist.

Die erfindungsgemäße therapeutische Hochfrequenzvorrichtung besteht nithin aus einer Stromversorgung und einem Ilikrowellenoszillator. Letzterer weist ein Llagnetron und eine mit dem Ende des Ais gangsabschnitts des Hagnetrons verbundene Abstrahlandrdnung auf. Die Abstrahlanordnung besteht ihrerseits aus einem Strahler und einem parabolischen, sphärischen oder kegelförmigen Mikrowellenreflektor.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Ss zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer therapeutisclien Hochfrequenzvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild der elektrischen Schaltung der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen in stark vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitb durch den Mikrowellenoszillator der erfindungsge:rüßen Vorrichtung,

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Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fi₁^. 3> Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in I¹Ig. 5-und

Fig. 6 bis 8 Schnittansieilten abgewandelter Aus führungsformen der Strahlera.nordnung.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße therapeutische Hochfrequenzvorrichtung weist eine Stromversorgung 11, einen Mikrowellenoszillator 12 und eine flexible Zuleitung bzw. ein Kabel 13 zur Verbindung der Teile 11 und 12 auf. Der Liikr owe I leno szillator 12 strahlt Mikrowellenstrahleii mit einer Frequenz von Z₀B. 245O MHz in der durch den Pfeil I4 angedeuteten Richtung ab.

Fig. 2 ist ein Schaltbild der erfindunr-sgeraäßen Vorrichtung. Gemäß Fig. 2 weist die Stromversorgung 11 einen Uiederspannungs-Transformator 111 zur Lieferung von Strom aur Beheizung der Kathode eines Magnetrons, einen Hochspannungs-Transformator 112 zur Erzeugung einer Spannung, die zwischen die Anode und die Kathode eines Magnetrons 15a aufgeprägt"wird, eine Speiseleitung 48 zur Speisung eines Kühlgebläses und einen Hochspannungs-Gleichrichter II3 auf.

Gemäß den Fig. 3 bis 5 besteht der !.likrowellenossillator 12 aus einer Magnetronvorrichtung 15» einer Abstrahlanordnung 16 und einem Kühlgebläse 17» die in einem Abschirm-Gehäuse 18 untergebracht sind. Die Ilagnetronvorrichtung l^r> weist eine Hagnetroneinheit 15a und einen magnetisch damit verbundenen stabförmigen Dauermagneten 29 auf. Die Liagnetroneinheit 15a besteht ihrerseits aus einer Elektronen emittierenden Kathode 21, einer zjrlindrischen Anode 22, die konzentrisch zur Kathode 21 angeordnet ist, um welche heanm ein Resonanzraum vorgesehen ist, zwei an den beiden Enden der

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Anode 22 angebrachten magnetischen Polstüclcen 23, 24, einem vom hinteren Ende der Anode 22 abstehenden Kathodenschaft 25 und einem Aus^angsabschnitt 26,· der vom vorderen Ende der Anode 22 absteht. Die Magnetroneinheit 15a ist luftdicht unter Vakuum eingelcapselt. Der Dauermagnet 29 ist über Magnet j ο die 27, 28 magnetisch mit den magnetischen Polstücken 2J, 24 verbunden. Das eine Magnetjoch 28 ist an einem aus nicht-magnetischem Material bestehenden Anschlußsockel 30 befestigt, der in seinem Zentrum mit einer Bohrung 30a versehen ist, welche vom Strahle r-Ausgangsabschriitt 26 und von einem Strahlerstab 31 durchsetzt wird. Die Außenumfangsfläche der zylindrischen Anode 22 des Magnetrons 15 ist gemäß Fig. 5 mit einer Anzahl von wärmeabstrahlenden Hippen 32 versehen, die radial um die Mittelachse der Anode 22 herum angeordnet sind. Dem Dauermagneten 29 gegenüberliegend sind die Bauteile eines mit der Kathode 21 der Magnetroneinheit 15a verbundenen Filterkreises angeordnet, nämlich eine Zuleitung 33, ein Mikrowellendämpiungs-Ferritwulst 34» ein Relaisanschluß 35 und ein Kondensator 36, die sämtlich in ein Isolierglied 37 eingesetzt sind. Eine Abschirmkappe 40 ist auf Abstand vom Kathodenschaft 25 des Magnetrons 15 angeordnet, wodurch ein unerwünschter Austritt von über den Kathodenschaft 25 geleiteten Mikrowellen nach außen verhindert wird. Die Abschirmkappe 40 ist mit einer großen Zahl von kleinen Belüftungsöffnungen 39 versehen, die jeweils einen Durchmesser von ZoB. 5 ιμώ besitzen, so daß sie Mikrowellen blockieren. Hinter der Abschirmkappe 40 ist ein Kühlgebläse mit einem Flügelrad 50 und einem Motor 5I angeordnet.

Die Abstrahlanordnung 16 ist an der dem Ausgangsabschnitt 26 zugewandten Stirnfläche des Magnetrons 15 angeordnet, und sie weist einen wendeiförmigen Strahler 4I, der mit dem Ausgangsabschnitt 26 der Magnetroneinheit 15a verbunden ist, sowie einer, parabolischen Mikrowellenreflektor 42 auf, der so angeordnet ist, daß er die vom

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Strahler 41 rückwärts abgestrahlten Mikrowellen in Porm von Strahlenbündeln auf ein ζυ bestrahlen!es Objekt bzw.in Richtung des Pfeils 14 reflektiert. DerRexlektor A.2 kann auch Kuppel- oder Kegelform, besitzen.

Das zi/lindrische Abschirm-Gehäuse 18, welches die Magnetroneinheit 15a, die Abstrahlanordnung l6 und das Kühlgebläse 17 aufnimmt, ist von einem Spannband 38 umgeben und durch dieses inssiner Lage ge» haltert. Der Anschluß-Sockel 30 ist an der Seite des Gehäuses 18 angeschraubt, an welcher das Ende 42a des Hikrowellenreflektcr s 42 befestigt ist. Das Vorderende des Gehäuses 18 ist mit einer Abdeckung 43 aus einem für Mikrowellen durchlässigen dielektrischen Material, beispielsweise Glas oder Kunstharz, versehen, welche den wendeiförmigen Strahler 4I abdeckt. Das hintere Ende des Gehäuses 18 ist mit einer leitfähigen Kappe 46 versehen, die von einer großen Anzahl von Belüftungslöchern 47 durchsetzt wird. Außerdem ist der der Außenseite des Refektors 42 zugewandte Teil des Gehäuses 18 mit einer großen Zahl von Belüftungslöchern 44 versehen, die jeweils einen solchen Querschnitt besitzen, daß der Durchtritt der Mikrowellen verhindert wird. Das mit der Stromversorgung 11 verbundene flexible Kabel I3 umfaßt eine Kühlgebläse-Zuleitung 48, eine Kathodenleitung 33 und. eine nicht dargestellte Masseleitung, wobei alle diese Kabelteile über zugeordnete Durchführungen 49 nadi außen geführt sind.

Bei der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen therapeutischen Hochfrequenzvorrichtung sind die Magnetronvorrichtung I5 und die Abstrahlanordnung l6, die gemeinsam den Hochfrequenzabschnitt bilden, innerhalb der Vorrichtung in einem einheitlichen Gehäuse untergebracht, wodurch die Ausgaxigs-Abstrahlungsleistung erhöht wird und die gesamte Vorrichtung kompakt gebaut werden kann. Außerdem gewährleistet der Reflektor 42, welcher die Mikrowellen gebündelt reflektiert, einen hohen Wirkungsgrad für therapeutische

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oder kosmetische Behandlung. Wenn das am Mikrowellenoszillator angebaute Kühlgebläse in Drehung versetzt wird, so daß die Kühlluft in der durch den Pfeil 45 in Fig. 3 angedeuteten Richtung strömt, wird die Luft durch die in der Umfangswand des Abschirm-Gehäuses 18 ausgebildeten Belüftungslöcher 44 angesaugt, worauf sie zwischen den 7/ärmeabstrahl-Rippen 32 des Magnetrons 15 sowie zwischen den Bauteilen des Filterkreises hinduchströmt und diese Teile kühlt, um schließlich über die Beluftungslöcher 39» 47 der hinter dem Kathodenschaft angeordneten leitfähigen Abschirmkappen 40, 46 abzuströmen. Infolgedessen ist ein mit Mikrowellen zu bestrahlendes Objekt, beispielsweise ein menschlicher Körper, nicht dem Kühlluftstrahl ausgesetzt, so daß auch keine'Unbehaglichkeit hervorgerufen γ/ird. Selbst wenn das Kühlgebläse in solcher Richtung umläuft, daß die Kühlluft entgegengesetzt zun Pfeil 45 strömt, trifft die Kühlluft auf die Rückseite des Reflektors 42 auf, um dann seitwärts über die Belüftungslöcter 44 des Abschirm-Gehäuses 18 abzuströmen, so daß das zu bestrahlende Objekt nur in geringem Maß durch die Kühlluft beeinflußt wird.

Bei der in Fig. 6 dargestellten abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abstrahlanordnung 16 sind Löcher bzw. Öffnungen 53» 54 im Mikrowellenreflektor 42 und in dem vor ihm befindlichen Teil des Abschirm-Gehäuses 18, d.h. in dessen Vorderteil ausgebildet, um den wendeiförmigen Strahler 4I und- d-en Auegangsabs chnitt 2b der Magnetroneinheit 15a zu kühlen, wodurch eine erhöhte Temperatur der Ausgangs-'Abstrahlanordnung Ib vermieden wird und die Vorrichtung unter stabileren Bedingungen betrieben v:erden kann. Die genannten Belüftun^slöcher 53» 54 besitzen dabei eine solche Querschnittsfläche, daß ein Durchtritt von Mikrowellen verhindert wird.

Bei derin Fig. 7 dargestellten Abv/andlun;; der erfindungsgemäßen Abstrahlanordnung 16 sind liebenschluß bsw. Überbrückungsleisten

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über die einzelnen Windungen des vendelförmigen Strahlers 4I der Abstrahlanordnung; 16 sowie jeweils über eine Reihe von Windungen gespannt, um die Impedanz der Lagnetroneinheit 15a ΐΐηά diejenige des wendeIförmigen Strahlers 4I aneinander anzupassen und auf diese IVeise den Wirkungsgrad der Energieübertragung von der Magnetroneinheit 15a zu erhöhen. Außerdem können die Mikrowellen durch die gemeinsame Wirkung des wendeIförmigeu Strahlers 4I und des Mikrowellenreflektors 42 in ib'orm von Strahlenbündel mit wesentlich "besserer Richtwirkung abgestrahlt werden. Wenn die einzelnen Windungen des wendeIförmigen Strahlers 4I jeweils eine der Länge der Mikrowellen entsprechende Länge besitzen und die Nebenschluß- oder Überbrückungleisten 6l so angebracht sind, daß sie die Punkte auf den jeweiligen Windungen des Strahlers 4I kurζschließen, welche die gleiche Phase besitzen, werden diese Phasen zwangsweise aufeinander abgestimmt, \voraixs sich stabilere I-Iikrowellenstralilen ergeben. Diese Nebenschluß- oder Überbrückungsleisten bieten zudem, den weiteren Vorteil, daß sie den wendeiförmigen Strahler 4I mechanisch gegen Stoß und Schwingung verstärken.

Bei der in Fig. 8 gezeigten, weiter abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abstrahlanordnun:; ist ein dielektrischer Stab 65 konzentrisch in den wendelförinigen Strahler 4I eingesetzt. Das Vorderende dieses Stabs 65 ist in einen ringförmigen Führungssteg 67 eingesetzt, der in der Mitte von der Innenwand einer am Vorderende des Abschirm-Gehäuses 18 angebrachten dielektrischen Abdeckung 66 absteht. Der dielektrische Stab 6"ϊ ist so in den Strahler 4I eingesteckt, daß das Ende seiner hintersten Windung zum Zentrum der hinteren Stirnfläche dieses Stabs 65 geführt und letzterer an mehreren Stellen an wendelförmigen Strahler 4I "befestigt ist. Das hintere Ende des Strahlers 4I ist z.'-i. durch Löten mit dem Strahlerabschnitt des Hagnetrons 15 verbunden.

Der dielektrische Stab 65 bewirkt, daß das vom Strahler 4I

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abgestrahlte elektric¹ ehe Feld im Stab 65 konzentriert wird, ohne aus ihm r.ach außen entweichen zu können. Auf diese v/eise wird die im v/esent liehen auftretende axiale Verschiebung der von einer therapeutischen Hochfrequerizvorrichtung gelieferten Liikrowellenstrahlen einwandfrei korrigiert, und die llikrowellenstrahlen werden derart gebündelt, daß sie jenauestens beispielsweise auf einen zu behandelnden Körperteil eines Patienten gerichtet werden können. Außerdem kann infolge der gebündelten Mikrowellenstrahlen die Zahl der Yfindun^en des wendeIförmigen Strahüe rs 4I und mithin seine axiale Länge verkleinert werden, r/odurch die mechanische ,^ des Strahlez's 4I ira Betrieb vermindert wird.

S-

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Claims

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Patentansprüche

/ Im J Magnetronvorrichtung mit einem Mikrowellenoszillator, dadurch gekennzei chnet , daß sie eine Ilagnetroneinheit (15) mit einein Ausgangsabschnitt (26) und einem Kathodenschaft (25), die in entgegengesetzte Richtungen abstehen, sowie eine Abstrahlanordnung (l6) aus einem unmittelbar mit dem Ausgangsabschnitt der Magnetroneinheit verbundenen Strahler(4l) und einem Mikrowellenreflektor (42), welcher die vom Strahler abgestrahlte Mikrowellenenergie in Form eines Strahlenbündels in eine vorbestimmte Richtung reflektiert, aufweist, und daß der MikroY/ellenoszillator elektrisch mit einer Stromversorgung (ll) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellenoszj Ilator und die Stromversorgung getrennt angeordnet und durch ein Uiederfrequenzkabel (13) elektrisch miteinander verbunden sind.

3· Torrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung einen Hochspannungs-'Iransformator (112)^ einen Hochspannungs-Gleichrichter (II3) und- einen Hiederspannungs-Transformator (ill) zum Beheizen der Kathode der Magnetroneinheit (15) aufweist.

4. Magnetronvorrichtung mit einem Mikrowellenoszillator, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Magnetroneinheit mit einem Ausgangsabschnitt und einem Kathodenschaft, die beide in entgegengesetzte Richtungen abstehen, sowie eine Äbstrahleranordnung aus einem unmittelbar mit dem Ausgangsabschnitt der Magnetroneinheit verbundenen wendeiförmigen Strahler und einem Mikrowellenreflektor ,

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welcher die vom Strahler abgestrahlte Llikrowellenenergie in Form eines StrahlenbündeI3 in eine vorbestimmte Richtung re flektiert, aufweist, daß die Magnefcroneinheit und die Abstrahlanordnung von einem Abschirrn-Gehäuse umschlossen sind.und daß der Mikrowellenoszillator über ein ITiederfreouenskabel elektrisch mit einer Stromversorgung verbunden ist.

5e Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlanordnung mindestens eine schmale llebenschluß - oder Überbrückungsleiste aus einem leitfähigen Material aufweist, die über mindestens zwei benachbarte Windungen des vrendelförmigen Strahlers gespannt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlanordnung einen konzentrisch in den wendeIförniigeii Strahler eingesetzten dielektrischen Stau aufweist, derart, daß das hintere Ende dieses Stabs der Stirnfläche des Strahlerabschnitts der Magnetroneinheit mit engem Abstand zugewandt ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlanordnung eine auf das Vorderende des Abschirm-Gehäuses aufgesetzte Abdeckung aus einem für die Mikrowellen durchlässigen dielektrischen Material aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlanordnung einen konzentrisch in den wendeiförmigen -Strahler eingesetzten dielektrischen Stab aufweist, dessen hintere Stirnfläche dicht an der Stirnfläche des Strahlerabschnitts der Magnetroneinheit angeordnet und dessen Vorderende am Mittelteil einer dielektrischen Abdeckung befestigt ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellenoszillator ein in den Teil des Abschirm-Gehäuses,

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welcher dem Kafhodenscnaft der Llagnetroneinheit zugewandt ist, eingebautes Kühl'jebläne aufrreißt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß das Abscliiriü-C-ehäuse in dein dem Lliicrovrelleiu'eflektor zugevrand-

" ten Teil eine große Zahl von Belüfti-rngsöfinun^en aufweist unl an seinen hinteren Ende durch einen Abs chimde ekel abgedeckt ist, der ebenfalls mit einer großen Zahl von Belüitungsöffnungen versehen ist.

11. Magnetron nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der liikrowellenreilektor und der vor seinem Vorderende liegende Teil des Abschirm-Gehäuses mit einer großen Zahl von Selüftungsöffnungen versehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsöffnungen jeweils eine solche Q.uersciinittsfläche besitzen, daß der Durchtritt von Mikrowellen verhindert wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung einen Ilochspannun^s-iransforniator, einen Hochspannungs-Gleichrichter, einen Niederspannun^s-'iransformator zum Beheizen der Kathode der rlagnetroneinheit und eine Speiseleitung zur Betätigung des Kühlgebläses aufweist.

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