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Publication number: DEB0032148MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 6. August 1954 Bekanntgeniacht am 26. Juli 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Im Gegensatz zur Kurzwellendiathermie, bei der der Patient im Kondensatorfeld zwischen zwei Plattenelektroden oder im Feld einer Spule behandelt wird und ein Teil des abstimmbaren Patientenkreises ist, wird bei der Mikrowellentherapie die Energie von einer Antenne ausgestrahlt und trifft auf die Haut auf; es besteht hier also kein unmittelbarer Zusammenhang zwischen dem Patienten und dem Mikrowellengenerator.

Durch geeignete Formgebung des Strahlers und die daraus herrührende Richtwirkung ist es möglich, ein vorbestimmtes, örtlich begrenztes Körpergebiet bevorzugt zu beistrahlen. Im allgemeinen benutzt man hierzu Hohlrohrstrahler oder Rotationsparabolreflektoren, die die Strahlung relativ stark bündeln. Bei diesen Strahlern haben die Linien gleicher Feldstärke in Ebenen senkrecht zur Strahlrichtung annähernd kreisförmige Gestalt. Bei bestimmten Behandlungsmethoden besteht jedoch der Wunsch, eine größere Fläche, etwa in Form eines. Rechtecks, gleichmäßig zu bestrahlen. Hierfür ist bereits ein Zylinderparabolreflektor vorgeschlagen worden, der so angeregt wird, daß die Öffnumgsebene in der Längsachse und möglichst auch quer

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dazu annähernd gleichmäßig mit Energie belegt ist. Während bei kurzen Reflektorlängen die Anregung mit einem einzigen Λ/2-Dipol genügt, der parallel zur Längsachse des Zylinderreflektors aufgestellt wird, müssen bei längeren Reflektoren mehrere mit gleicher Phase und gleicher Amplitude erregte Dipole übereinandergesetzt werden, um eine gleichmäßige Ausleuchtung in der Längsachse zu erreichen. Die Achse des Dipols oder der Dipolgruppe ίο braucht keineswegs mit der Brennlinie des Spiegels identisch zu sein, sondern wird wegen des kleinen

Verhältnisses —v-von dieser abweichen. Wellenlänge λ

Soweit ist der Aufbau der Flächenetrahler aus der drahtlosen Nachrichtentechnik von Richtantennen her bekannt. Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, um eine derartige in einer Standlinie angeordnete und in Elementen mit gleicher Phase und gleicher Amplitude gespeiste Dipolgruppe für Zwecke der Mikrowellentherapie zu verwirklichen. Es hat sich aber gezeigt, daß im Nahfeld, d. h. in den Bereichen, wo die. vom Strahler ausgestrahlte Energie verwertet wird, die Lini.en gleicher Feldstärke in Ebenen senkrecht zur Strahlrichtung mehr quadratische, aber nicht ausgesprochen rechteckige Form aufweisen. Dies hat seine Ursache darin, daß die bekannten Richtstrahler der Nachrichtentechnik entwickelt worden sind, um im Fernfeld bestimmte Richtwirkungen zu erzeugen, während an den Therapiestrahler die eingangs betrachteten Anforderungen an die Energieverteilung, im Nahfeld, also sehr dicht vor der Antenne, gestellt werden. Der Begriff des Nahfeldes wird hier nicht im üblichen physikalischen, sondern im geometrischen, optischen Sinn verstanden; die geringste Entfernung betrage etwa 1 X. Im Nahfeld besteht zweifellos nicht mehr der gleiche - Zusammenhang zwischen der Standlinie der Dipolgruppe und der Bündelung, aus dem mit Hilfe bekannter Formeln aus der Amplituden- und Phasenbelegung der Elemente die Strahlungscharakteristik berechnet werden kann. Die Rechnung setzt einen unendlich fernen Aufpunkt voraus, was hier nicht zutrifft. Die von den einzelnen mit gleicher Phase erregten Dipolen ausgehende Strahlung trifft an dem sehr nahen AufpUnkt wegen der unterschiedlichen Laufzeit von der Mitte oder vom Rande der Strahlergruppe zu diesem Punkt dort mit stark verschiedener Phase ein.

Daraus folgt, daß das Strahlungsdiagramm in unmittelbarer Nähe des Strahlers abhängig ist von der Entfernung zum Aufpunkt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Flächenstrahler mit verbesserter, im Nahfeld annähernd rechteckiger Energieverteilung zu schaffen. Sie geht dabei von der bekannten Tatsache aus, da'ß die Bündelung bei einer Dipolgruppe um so größer ist, je größer ihre Standlinie ist. Der Flächenstrahler besteht daher ebenfalls aus mehreren in einer Linie angeordneten Dipolen, hinter denen ein Reflektor zur Bündelung in der Ebene senkrecht zu ihrer Standlinie (Strahlerachse) angeordnet ist, und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlergruppe nach Art einer Collinear-Antenne mit nicht strahlenden Phasenumweggliedem zwischen den strahlenden Elementen ausgebildet ist und daß die Länge der Elemente von der Reflektormitte zu dessen Stirnseiten hin so verschieden bemessen ist, daß die von ihnen herrührende Strahlung an einem im Nahfeld befindliehen Aufpunkt annähernd phasengleich eintrifft. In einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung besteht die Strahlergruppe aus einem in den Stirnseiten des Reflektors gehalterten Leiter, der in Abständen zu gegen den Reflektor gerichteten 2/4-Umwegleitungen abgebogen ist.

Wird ein solcher Flächenstrahler symmetrisch von einer konzentrischen Energieleitung über ein Transformationsglied gespeist, so wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vom Leitungsanschluß an der Rückseite des Reflektors bis zur Strahlergruppe eine koaxiale. Leitung geführt, deren Mantel durch einen λ/4-langen Schlitz vom offenen Ende her in zwei Hälften geteilt ist, von denen eine mit dem Innenleiter und der einen Hälfte der Strahlergruppe, die andere mit der anderen Hälfte der Strahlergruppe verbunden ist.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar in

Fig. ι im Längsschnitt durch die Strahlerachse und in

Fig. 2 im Querschnitt.

Mit der stark ausgezogenen Linie 1 ist der Zylinderparabolreflektor angedeutet. Mit 2 ist eine Isolierkappe bezeichnet, die das gesamte Reflektorinnere abschließt. In den Seitenwänden 3 sind Isolierstücke 4 eingelassen, zwischen denen der Antennenleiter 5 gehaltert ist. Der Leiter ist sehr einfach aufgebaut und besteht aus einem entsprechend zurechtgebogenen Gebilde aus blankem Kupferdraht von etwa 2 mm Durchmesser. Er bildet mehrere Dipole, die in einer Reihe hintereinander liegen. Dadurch, daß in Abständen A/4-lange Umwegleitungen 8 angeordnet sind, werden die falschphasigen Anteile der Strahlung unterdrückt. Auf diese Weise können z. B. gleich lange Dipole gebildet werden, die alle mit gleicher Phase erregt werden, wie ohne weiteres verständlich ist. Gemäß der Erfindung werden die Dipole jedoch nicht mit gleicher Phase erregt, wie das sonst bei Antennen der Nachrichtentechnik üblich ist, die für das Fernfeld bestimmt sind, sondern die Phase wird nach außen hin geändert, um eine gleich lange Laufzeit, betrachtet vom Mittelpunkt der Antenne über den erstein Dipol bis zum letzten Dipol und zu dem Aufpunkt, d. h. bei Therapiestrahlern bis zum Behandlungspunkt, zu erreichen, so> daß die von den einzelnen Dipolen herrührende Strahlung am Behandlungsort mit gleicher Phase oder wenigstens annähernd gleicher Phase eintrifft. Dies läßt sich am einfachsten dadurch erreichen, daß die Dipole nach den Stirnseiten des Reflektors hin in ihrer Länge abgestuft werden, so daß die kürzesten Dipole außen liegen. Durch die 2/4-Umwegleltungen wird jeweils eine gleichbleibende Phasendrehung von 90⁰ erreicht. Die Phasendrehung setzt aber

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chon früher oder später ein, je nachdem, an welcher Stelle des vorhergehenden Dipols sie angelbracht ist. Werden also die Längen der Dipole nicht !gleich, sondern verschieden gemacht, so erhalten [die nach außen liegenden Dipole eine gegenüber dem inneren Dipol unterschiedliche Phase. Gleichzeitig wird dabei die Amplitudenbelegung nach außen etwas geringer. Dies wirkt sich jedoch auf die erstrebte Bündelung nicht nachteilig aus, da die Veränderung der Phasenbelegung der Strahlerelemente¹ wesentlich stärker auf die Charakteristik eingeht als die Veränderung der Amplitudenbelegung.

Das Verbindungsstück von der Antenne zum Anschluß der Energieleitung 6 an der Rückseite des Reflektors 1 ist als Transformationsglied ausgebildet und besteht aus einem Stück einer koaxialen Leitung 7, deren Außenleiter durch einen l/4-langen Schlitz 12 (Fig. 2) in zwei Hälften 9 und 10 geteilt ist. Der Innenleiter 11 des Transformationsgliedes ist unmittelbar mit der einen Hälfte 9 des Außenleiters verbunden und setzt sich in der einen Hälfte des Strahlers 5 fort. Die andere Hälfte des Strahlers ist an der zweiten Hälfte 10 des Kabelmantels befestigt.

Die Bündelung in der Ebene senkrecht zur Strahlerlängsachse¹ und ihr Verhältnis zur Bündelung in der Ebene durch die Strahlerlängsachse wird eingestellt durch die Ausbildung des rückwärtigen Reflektors und die Anordnung der Antenne ihm gegenüber. Ein Reflektor mit sehr großem öffnungsverhältnis, d. h. mit großer Öffnungsweite im Verhältnis zur Wellenlänge, bewirkt eine sehr starke Bündelung, während ein sehr schmaler Reflektor oder im Grenzfall ein einfacher, linearer, abgestimmter Reflektor eine weit geringere Bündelung ergibt. Die Anordnung der Antenne außerhalb der Brennlinie des Parabolreflektors ergibt eine weitere Möglichkeit, die Energie in einem gewünschten Raumabschnitt vor dem Reflektor zu konzentrieren.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Breite des Reflektors und der Abstand der Strahlergruppe vor dem Reflektor so bemessen worden, daß die Bündelung in der Ebene senkrecht zur Strahlerachse etwa drei- bis viermal geringer ist als in der Ebene durch die Strahlerachse. In einem solchen Fall liegt die lange Seite des annähernd rechteckfö-rmigen Querschnitts durch die Strahlungscharakteristik senkrecht zur Strahlrichtung nicht parallel, sondern senkrecht zur Strahlerachse.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Flächenstrahler für dielektrische Erwärmung im Hochfrequenzfeld, insbesondere für Zwecke der Mikrowellentherapie, bestehend aus ' mehreren in einer Linie angeordneten Dipolen, hinter denen ein Reflektor zur Bündelung in der Ebene senkrecht zu ihrer Standlinie angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlergruppe nach Art einer Collinear-Antenne mit nicht strahlenden Phasenumweggliiedern zwischen den strahlenden Elementen ausgebildet ist und daß die Länge der Elemente von der Reflektormitte zu dessen Stirnseiten hin so verschieden beimessen ist, daß die von ihnen herrührende Strahlung an einem im Nahfeld (rt^il) liegenden Aufpunkt annähernd phasengleich eintrifft.

2. 'Flächenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlergruppe aus einem in den Stirnseiten des Reflektors gehalterten Leiter besteht, der in Abständen zu. gegen den Reflektor gerichteten i/4-Umwegleitungen abgebogen ist.

3. Flächenstrahler nach Anspruch 1 oder 2, der in der Mitte von einer konzentrischen Energieleitung über ein Transformationsglied gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß vom Leitungsanschluß an der Rückseite dies Reflektors bis zur Strahlergruppe eine koaxiale Leitung führt, deren Mantel durch einen 2/4-langen Schlitz vom oberen Ende her in zwei Hälften geteilt ist, von. denen eine mit dem Innenleiter und der einen Hälfte der Antenne, die andere mit der anderen Hälfte der Antenne verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne außerhalb der Brennlinie so in einen Zylinderparabolreflektor eingebaut ist, daß die Strahlung im RaunTvor dem Reflektor konzentriert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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