SU1736511A1

SU1736511A1 - Directional array

Info

Publication number: SU1736511A1
Application number: SU904863625A
Authority: SU
Inventors: Людмила Владимировна Рыжкова; Игорь Германович Мироненко; Николай Николаевич Антонов
Original assignee: Л.В. Рыжкова, И.Г, Мироненко и Н.Н. Антонов
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-05-30

Abstract

Использование: медицинское приборостроение в области использовани СВЧ-об- лучени дл терапевтических целей путем равномерного облучени поверхности опухоли при гипертермии и минимального повреждени окружающих здоровых тканей за счет формировани однонаправленного излучени с пр моугольной характеристикой направленности. Сущность изобретени : фазовые центры излучателей антенной решетки расположены на окружности с диаметром , меньшим длины волны, излучатели подключены через питающие линии к генератору СВЧ, при этом длины питающих линий отдельных излучателей выполнены разн щимис друг от друга на число длин волн, гдле п 0, 1, 2 и т.д. По сравнению с известными антеннами предлагаема антенна повышает равномерность облучени нагреваемой поверхности и уменьшает веро тность повреждени окружающих тканей , что позвол ет улучшить результаты лечени и уменьшить осложнени , св занные с ожогами здоровых тканей. 4 ил. (ЛUse: medical instrumentation in the use of microwave radiation for therapeutic purposes by uniformly irradiating the tumor surface during hyperthermia and minimal damage to surrounding healthy tissues due to the formation of unidirectional radiation with a rectangular directivity pattern. The essence of the invention: the phase centers of the radiators of the antenna array are located on a circle with a diameter smaller than the wavelength, the radiators are connected via power lines to the microwave generator, while the lengths of the power lines of the individual radiators are made different from each other by the number of wavelengths, nn 0, 1 , 2, etc. Compared with prior art antennas, the proposed antenna improves the uniformity of irradiation of the heated surface and reduces the likelihood of damage to surrounding tissues, which improves the treatment results and reduces the complications associated with burns of healthy tissues. 4 il. (L

Description

Изобретение относитс к медицинскому приборостроению в области использовани СВЧ-облучени дл терапевтических целей. Гипертерми вл етс одним из эффективнейших способов лечени злокачественных опухолей, примен емым сейчас практически во всем мире. Вход щие в состав гипертермических установок СВЧ-диа- пазона антенны должны обеспечивать заданное распределение ближнего пол . Предлагаема антенна решетка позвол ет улучшить характеристики излучени , по сравнению с известными антеннами, с точки зрени обеспечиваемого терапевтического эффекта.This invention relates to medical instrumentation in the use of microwave radiation for therapeutic purposes. Hyperthermia is one of the most effective methods of treating malignant tumors, which is now used almost all over the world. The antennas that are part of the hyperthermic microwave installations must provide a specified distribution of the near field. The proposed antenna array allows the radiation characteristics to be improved, as compared with the known antennas, in terms of the therapeutic effect provided.

Известна малогабаритна направленна антенна решетка, в которой излучатели расположены гораздо теснее, чем в обычных антенных решетках и в ФАР. Эта антенна решетка отличаетс тем, что фазовые центры составл ющих ее излучателей расположены по окружности с диаметром, меньшим длины волны. Все излучатели возбуждаютс противофазно по отношению к соседним излучател м. При этом за счет неполного гашени в пространстве полей, возбуждаемых противофазными близко расположенными излучател ми, формируютс в определенных направлени х острые лучи с ослабленной амплитудой пол .Known small-sized directional antenna array, in which the emitters are much closer than in conventional antenna arrays and in the PAR. This antenna array is characterized in that the phase centers of its emitters are located circumferentially with a diameter smaller than the wavelength. All emitters are excited in antiphase with respect to neighboring emitters. At the same time, due to incomplete damping in space of fields, excited by antiphase closely spaced emitters, sharp rays with a weakened amplitude of the field are formed in certain directions.

На фиг. 1 показана дл примера структура и комплексные амплитуды возбуждени излучателей сверхнаправленной антенной решетки, содержащей четыре излучател , и ее диаграмма направленности.FIG. Figure 1 shows, for example, the structure and complex amplitudes of the excitation of a radiator of a super-directional antenna array containing four emitters, and its radiation pattern.

При наружной локальной СВЧ-гипер- термии часто возникает задача равномерного облучени поверхности опухоли приWith external local microwave hyperthermia, the problem of uniform irradiation of the tumor surface often arises.

VIVI

00 о00 about

;СЛ; SL

минимальном повреждении окружающих здоровых тканей. Дл решени этой задачи предназначена предлагаема антенна решетка , котора обеспечивает близкое к пр моугольному распределение излучаемого пол , что подтверждено экспериментальноminimal damage to surrounding healthy tissue. To solve this problem, the proposed antenna array is designed, which provides a near-rectangular distribution of the radiated field, which has been confirmed experimentally

Цель изобретени - равномерное облучение поверхности опухоли при гипертермии и минимальное повреждение окружающих здоровых тканей за счет фор- мировани однонаправленного излучени с пр моугольной характеристикой направленности .The purpose of the invention is uniform irradiation of the tumor surface during hyperthermia and minimal damage to surrounding healthy tissues due to the formation of unidirectional radiation with a rectangular directional characteristic.

Цель достигаетс тем, что в антенной решетке, содержащей излучатели, фазовые центры которых расположены по окружности с диаметром, меньшим длины волны, создаетс не противофазное, а синфазное возбуждение излучателей. Этот вид возбуждени реализуетс за счет изменени . по сравнению с прототипом, электрических длин питающих линий излучателей таким образом, чтобы они отличались друг от друга на величину 2п , где п 0, 1 2. В результате вместо неполного гашени по- лей отдельных излучателей, как это происходило в прототипе, в предлагаемой антенне происходит сложение полей отдельных излучателей, что при малых рассто- ни х между фазовыми центрами и следовательно, сильной св зи между излучател ми обеспечивает формирование пр моугольной характеристики направленности с плоской вершиной и крутыми склонами.The goal is achieved by the fact that in an antenna array containing emitters, the phase centers of which are located circumferentially with a diameter smaller than the wavelength, not phase-wise, but in-phase excitation of the emitters is created. This kind of arousal is realized by a change. compared to the prototype, the electrical lengths of the power supply lines of the radiators are such that they differ from each other by 2p, where n is 0, 1 2. As a result, instead of incompletely quenching, the fields of individual radiators, as was the case in the prototype, in the proposed antenna the fields of individual radiators are added, which at small distances between phase centers and, consequently, a strong connection between the radiators ensures the formation of a rectangular directional characteristic with a flat top and steep slopes.

На фиг. 2 показана структура предлагаемой антенной решетки, содержащей, дл примера, 4 излучател , возбуждаемых в фазе , и качественный вид характеристики направленности решетки.FIG. Figure 2 shows the structure of the proposed antenna array, containing, for example, 4 emitters excited in phase, and a qualitative view of the directivity characteristic of the array.

В качестве примера конкретной реализации предлагаемой антенны была изготовлена методом интегральной технологии малогабаритна антенна решетка, содержаща четыре излучател , фазовые центры которых расположены на окружности диаметром 0.25 длины волны.As an example of a specific implementation of the proposed antenna, a small-sized array antenna containing four emitters, the phase centers of which are located on a circle with a diameter of 0.25 wavelength, was made using the integrated technology method.

В качестве излучателей были выбраны сдвоенные печатные вибраторы на основе щелевой линии. Этот излучатель представл ет собой отрезок щелевой линии расши- р ющийс на конце и дополненный пассивным ленточным печатным вибратором , расположенным на той же подложке на определенном рассто нии от торца металлизаци щелевой линии. Така антенна обеспечивает однонаправленное излучение с шириной диаграммы направленности 80- 100°.As emitters were selected dual printed vibrators based on a slit line. This radiator is a slit line segment that extends at the end and is supplemented by a passive ribbon printed vibrator located on the same substrate at a certain distance from the end of the metal of the slit line. This antenna provides unidirectional radiation with a beam width of 80-100 °.

Описываема конкретна реализаци предлагаемой антенной решетки выполнена следующим образом. На тонкой гибкой диэлектрической подложке с к 3,5 (полиамидна пленка; можно использовать также дюроид, т.е. тефлон, армированный стекловолокном, который примен етс дл изготовлени fin - line), методом фотолитографии выполн етс рисунок печатной антенной решетки. Затем пленка с готовым рисунком наклеиваетс на наружную боковую поверхность полого цилиндра диаметром 0,25 длины волны, изготовленного из керамики с Е 10 (22 ХС или поликор). Возбуждающий отрезок микрополосковой линии наклеиваетс на внутреннюю поверхность полого цилиндра и соедин етс с помощью коаксиально-полоскового перехода с коаксиальным кабелем, идущим к выходу СВЧ-генератора.The specific implementation of the proposed antenna array is described as follows. On a thin flexible dielectric substrate with up to 3.5 (polyamide film; you can also use dyroid, i.e. glass fiber reinforced teflon, which is used to make fin - line), the printed antenna array is printed using photolithography. Then a film with a finished pattern is pasted onto the outer side surface of a hollow cylinder with a diameter of 0.25 wavelength, made of ceramic with E 10 (22 XC or polycore). The excitation section of the microstrip line is glued onto the inner surface of the hollow cylinder and connected via a coaxial-strip junction with a coaxial cable leading to the output of the microwave generator.

На фиг. 3 представлены топологи рисунка металлизации, общий вид макета и экспериментальна диаграмма направленности предлагаемой антенной решетки из четырех излучателей (конкретна реализаци ).FIG. Figure 3 shows the topology of the metallization pattern, a general view of the layout, and an experimental radiation pattern of the proposed four-emitting antenna array (concrete implementation).

Кроме сн ти антенных характеристик (КСВн (f) и диаграммы направленности) были экспериментально исследованы также согласование решетки на имитатор живой ткани и распределение ближнего пол в имитаторе живой ткани. Использовалась общеприн та методика, в качестве имитатора использовалась ванна с солевым раствором, в котором автоматически перемещалс по трем координатам датчик напр женности пол , соединенный с самописцем. Испытываема антенна подводилась вплотную ко дну ванны. Толщина стенки 4 мм (оргстекло).In addition to the removal of antenna characteristics (VSWR (f) and radiation patterns), the matching of the grid to the living tissue simulator and the distribution of the near field in the living tissue simulator were also experimentally investigated. A conventional technique was used, as a simulator a bath with a saline solution was used, in which a floor connected to a recorder automatically moved in three coordinates. Test the antenna was brought close to the bottom of the tub. Wall thickness 4 mm (plexiglas).

На фиг. 4 представлены экспериментальные характеристики, сн тые в имитаторе живой ткани: согласование КСВн (f) и распределение ближнего пол , которое так же. как и диаграмма направленности имеет плоскую вершину и крутые спады.FIG. Figure 4 shows the experimental characteristics recorded in the simulator of living tissue: coordination of the SWR (f) and the distribution of the near field, which is also. as the radiation pattern has a flat top and steep dips.

Поскольку при гипертермии используютс высокие уровни СВЧ-мощности, обеспечивающие нагрев опухолевых тканей, излучатель был проверен на высоком уровне мощности Р 200 Вт. При этом не наблюдалось ни пробо , ни даже заметного нагрева элементов конструкции.Since hyperthermia uses high levels of microwave power to heat tumor tissue, the emitter was tested at a high power level of 200 W. At the same time, no breakdown or even noticeable heating of the structural elements was observed.

КПД антенны, измеренный калориметрическим методом, не менее 93%.The antenna efficiency, measured by the calorimetric method, is not less than 93%.

Claims

Invention Formula

A directional antenna array containing radiators connected via supply lines to a microwave generator, with

This phase centers emitters are located on a circle with a diameter smaller than the wavelength, characterized in that, in order to uniformly irradiate the surface of the tumor during hyperthermia and minimal damage to the surrounding healthy

tissues due to the formation of unidirectional radiation with a rectangular directional characteristic, the length of the supply lines of the individual emitters are made different from each other by n the number of wavelengths, where n 0,1,2, etc.

L-1

/

Schig.1

ift y

9

Schi g 2

sr

Ј $

CL N% N

N CHN

I I

. x. x

J

Yu "D GO

r

i, s p4,

vl

ixl

g o

X, / H / H