DE937782C - Aus mehreren Dipolen zusammengesetzter Strahler - Google Patents

Description

• Aus mehreren Dipolen zusammengesetzter Strahler Im Gegensatz zur Kurzwellendiathermie, bei der der Patient im Kondensatorfeld zwischen zwei Plattenelektroden oder im Feld einer Spule behandelt wird, wobei er ein Teil des Patientenkreises ist und in diesen eingestimmt wird, besteht bei der Mikrowellentherapie kein unmittelbarer Zusammenhang zwischen dem Patienten und dem Mikrowellengenerator. Die Energie wird in diesem Falle von einer Antenne ausgestrahlt und trifft auf die Haut auf.
• Durch entsprechende Formgebung des Strahlers und die damit verbundene Richtwirkung ist es möglich, ein vorbestimmtes, örtlich begrenztes Körpergebiet bevorzugt zu bestrahlen. Im allgemeinen benutzt man hierzu Hohlrohrstrahler oder Rotationsparabolspiegel, die eine relativ starke Bündelung der Strahlung bewirken. Häufig tritt jedoch bei bestimmten Behandlungsmethoden die Forderung auf, eine größere Fläche, meist in Form eines Rechtecks, gleichmäßig zu bestrahlen. Sie wird durch Anwendung eines Zylinderparabolspiegels oder eines Eckenreflektors (Corner-Refiektor) erfüllt.
• Der Zylinderparabolspiegel muß nun so angeregt werden, daß die Öffnungsebene in der Längsachse und möglichst auch quer dazu annähernd gleichmäßig mit Energie belegt ist. Im allgemeinen wird dazu ein A/2-Dipol in der Normalebene zur Öffnungsfiäche parallel zur Längsachse des Zylinderspiegels aufgestellt. Seine Lage braucht keineswegs mit der Brennlinie des Spiegels identisch zu sein, sondern wird wegen des kleinen Verhältniswertes Brennweitef von dieser Wellenlänge X abweichen.
• Während bei kurzen Spiegellängen die Anregung mit einem einzigen Rj2-Dipol genügt, müssen bei längeren Spiegeln mehrere mit gleicher Phase und gleicher Amplitude erregte Dipole hintereinandergelegt werden, um eine gleichmäßige Ausleuchtung in der Längsachse zu erreichen.
• Die Erfindung zeigt nun einen besonders einfachen Weg, wie die Dipole des Strahlers beliebig dicht aneinandergelegt werden können und damit die Energieverteilung entlang der Längsachse beliebig gleichmäßig gemacht werden kann. Gemäß der Erfindung ist der Strahler in der Weise aufgebaut, daß eine konzentrische Leitung mit einem verlustfreien Dielektrikum hinreichend großer Dielektrizitätskonstante eine Anzahl etwa A/2-langer Stäbe trägt, die an einem Ende mit ihrem Innenleiter an Punkten gleicher Phase verbunden, durch Öffnungen im Mantel nach außen geführt und in einem gegen die Wellenlänge kleinen Abstand zu einer Mantellinie parallel abgebogen sind. Dabei ist die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums der Leitung so gewählt, daß der mechanische Abstand der Fußpunkte der einzelnen Dipolstäbe voneinander etwa gleich einer halben Wellenlänge im freien Raum ist.
• Es sind bereits Strahler bekannt, die aus einer konzentrischen Leitung dadurch gebildet werden, daß der Außenmantel der Leitung in bestimmten Abständen ringförmig geschlitzt ist, so daß auf dem Mantel eine Reihe hintereinanderliegender »Dipole« entsteht. Bei diesen Strahlern ist ebenfalls die Verkürzung der Wellenlänge Alo auf der Leitung gegenüber der Wellenlänge A im freien Raum durch geeignete Wahl des Dielektrikums benutzt worden, um durch Einstellung bestimmter Phasenverhältuisse an den Schlitzen ein bestimmtes Strahlungsdiagramm in einer Ebene durch die Leitungsachse zu erzielen; das Diagramm in der Ebene senkrecht zur Leitungsachse ist kreisförmig. Auch eine in Abständen gleicher Phase geschlitzte Leitung ist bekanntgeworden.
• Von diesen Strahlern unterscheidet sich der Strahler nach der Erfindung ganz wesentlich durch seinen Aufbau und sein Strahlungsdiagramm. Bei ihm dient eine konzentrische Leitung zugleich als Speiseleitung und als mechanischer Träger einer Anzahl stabförmiger S./2-Dipole, deren Anordnung in geringem Abstand zum Mantel der Leitung dem Strahler eine Richtcharakteristik in der zu seiner Längsachse senkrechten Ebene verleiht, die ihn unter anderem vorzüglich zur gleichmäßigen Ausleuchtung eines längeren Zylinderspiegels geeignet macht.
• Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar in Fig. I eine mit Dipolen besetzte Leitung (im Schnitt) und in Fig. 2 einen Flächenstrahler.
• Der Zwischenraum zwischen Innenleiter und Außen leiter der konzentrischen Leitung 1 ist mit einem Dielektrikum 2 ausgefüllt, dessen Dielektrizitätskonstante zweckmäßig 8 2... 4 oder größer ist und dessen Verluste hinreichend gering sind. Der verlängerte Innenleiter 3 bildet den ersten Dipol 4.
• Dieser wird so zurückgebogen, daß er in geringem Abstand ( 0,1 ) parallel zum Mantel der konzentrischen Leitung verläuft. Der nächste Dipol 5 könnte ohne das Vorhandensein des Dielektrikums erst in I Ii1, A0 Abstand vom Fußpunkt des ersten Dipols angeschlossen werden, wenn er gleichphasig mit dem ersten Dipol erregt werden soll. Durch den Einfluß des Dielektrikums jedoch folgen die Punkte gleicherPhasebereits in einem Abstand von A£ =il, =0/Vs aufeinander. Für Polystyrole, -äthylene, -isobutylene usw. (8 etwa 2,5) als Dielektrikum wird As = o,6 jl, Die ebenso wie der erste Dipol herumgebogenen Dipole von 0,5 Ao Länge schließen also mit nur kleinen Zwischenräumen aneinander an. Bei höheren Dielektrizitätskonstanten wird der Abstand gleichphasiger Punkte geringer als A/2. Die Dipole müssen dann kürzer als Ao/2 bemessen werden. Die Gleichmäßigkeit der Energieverteilung der Längsachse wird besser mit wachsender Dipolzahl pro Längeneinheit.
• Die Länge der einzelnen Dipole ist für das Strahlungsdiagramm unkritisch. Sie bestimmt lediglich den Wert des Fußpunktwiderstandes des gesamten Strahlers. Da sämtliche Dipole in I Ao Abstand angeschlossen sind, erscheint del Gesamtwiderstand in Ao/2 Abstand vom letzten Dipol als Parallelschaltung der Fußpunktwiderstände sämtlicher Dipole. Ein etwa noch verbleibender Blindwiderstand kann mit bekannten Mitteln kompensiert und der Wirkwidelstand auf den Kabelwiderstand transformiert werden.
• Zweckmäßig wird hinter dem letzten Dipol eine Wellenfalle 6 in Form eines Äi4-Sperrtopfes angel bracht, der Mantelwellen oder ein Mitschwingen des Spiegels 7 (Fig. 2) verhindert. Der Wellenwiderstand der koaxialen Leitung bestimmt lediglich die Breitbandigkeit des Fußpunktwiderstandes. Im einfachsten Falle kann ein genügend starres konzentrisches Vollkabel als Träger für die Dipole dienen.
• Die Länge des Strahlers und damit die Zahl der Dipole sowie die Belegungsdichte werden praktisch nur durch die Verluste des Dielektrikums begrenzt, da diese einen Amplitudenabfall in Richtung nach der Spitze des Strahlers, also zum ersten Dipol hin bewirken.
• Der Strahler wird so in den Spiegels7 eingebaut, daß die Dipollinie dem Scheitel des Spiegels zugekehrt ist. Der Mantel des Strahlers wirkt dann als Re-Rektor und blendet die direkte falschphasige Strahlung aus. Die Energiebelegung quer zur Längsachse ist beim Zylinderparabolspiegel sinusförmig und kann durch entsprechende Formgebung der Ränder gleichmäßiger gemacht werden.
• Der Abstand des Strahlers vom Scheitelpunkt des Spiegels wird so eingestellt, daß die Energie etwa auf den Raum in etwa 5 bis IO cm Entfernung vor der Öffnungsfläche konzentriert wird. Als günstig hat sich z. B. eine Spiegelform mit f = o,25 ß erwiesen, bei der der anregende Strahler etwa o,6 A vom Scheitelpunkt des Spiegels entfernt ist.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜcHE: I. Aus mehreren Dipolen zusammengesetzter Strahler, dessen Dipole von einer konzentrischen Leitung gleichphasig und mit nahezu gleicher Amplitude erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine konzentrische Leitung eine Anzahl etwa A/2-langer Stäbe trägt, die an einem Ende mit ihrem Innenleiter an Punkten gleicher Phase verbunden, durch Öffnungen im Mantel nach außen geführt und in einem gegen die Wellenlänge kleinen Abstand zu einer Mantellinie parallel abgebogen sind, und dadurch, daß das Dielektrikum der Leitung eine solche Dielektrizitätskonstante hat, daß der mechanische Abstand der Fußpunkte der einzelnen Dipolstäbe voneinander etwa gleich einer halben Wellenlänge im freien Raum ist.
2. 2. Strahler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der hintereinanderliegenden Dipolstäbe von dem Außenmantel der konzentrischen Leitung kleiner als A/Io ist.
3. 3. Flächenstrahler, insbesondere für Zwecke der Mikrowellentherapie, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahler nach Anspruch 1 oder 2 in einen Zylinderparabolspiegel eingebaut ist, derart, daß seine Dipolstäbe dem Scheitel des Spiegels zugekehrt sind und in der Brennlinie des Spiegels liegen.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler außerhalb der Brennlinie so in den Zylinderparabolspiegel eingebaut ist, daß eine Energiekonzentration im Raume vor dem Spiegel stattfindet.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß an ihrem Fußpunkt ein Sperrtopf eingebaut ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an ihrem Fußpunkt Mittel zur Blindkompensation bzw. zur Wirkwiderstandstransformation zwecks Anpassung an einen vorgegebenen Kabelvvellenwiderstand eingebaut sind.

   Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 321 454, 2 486 597.