Направленная антенная решетка

(5 МИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫИ ПО ИЗОБР:.ТЕНИЯМ ПРИ ГКНТ ССР И Е Б ННАЯ РЕШЕТ нское прибороования СВЧ-обих целей путем верхности опу- НимдЛЬНОГО ПО" оровых тканей ИКАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) НАПРАВЛЕННАЯ АНТЕ КА(57) Использование: медици строение в области использ лучения для терапевтическ равномерного облучения по холи при гипертермии и ми вреждения окружающих зд Изобретение относится к медицинскому приборостроению в области использования СВЧ-облучения для терапевтических целей. Гипертермия является одним из эффективнейших способов лечения злокачественных опухолей, применяемым сейчас практически во всем мире, Входящие в состав гипертермических установок СВЧ-диапазона антенны должны обеспечивать заданное распределсние ближнего поля, Предлагаемая антенная решетка позволяет улучшить характеристики излучения, по сравнению с известными антеннами, с точки зрения обеспечиваемого терапевтического эффекта,Известна малогабаритная направленная антенная решетка, в которой излучатели расположены гораздо теснее, чем в обычных антенных решеткахи в ФАР, Эта антен 2за счет формирования однонаправленного излучения с прямоугольной характеристикой направленности. Сущность изобретения; 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 разнящимися друг от друга на число длин волн, гдле п = О, 1, 2 и т,д, По сравнению с известными антеннами предлагаемая антенна повышает равномерность облучения нагреваемой поверхности и уменьшает вероятность повреждения окружающих тканей, что позволяет улучшить результаты лечения и уменьшить осложнения, связанные с ожогами здоровых тканей, 4 ил. М ная решетка отличается тем, что фазовые центры составляющих ее излучателей расположены по окружности с диаметром, меньшим длины волны. Все излучатели возбуждаются противофазно по отношению к соседним излучателям, При этом за счет неполного гашения в пространстве полей, возбуждаемых противофазными близко расположенными излучателями, формируются в определенных направлениях острые лучи с ослабленной амплитудой поля.На фиг, 1 показана для примера структура и комплексные амплитуды возбуждения излучателей сверхнаправленной антенной решетки, содержащей четыре излучателя, и ее диаграмма направленности.При наружной локальной СВЧ-гипертермии часто возникает задача равномерного облучения поверхности опухоли приминимальном повреждении окружающих здоровых тканей. Для решения этой задачи предназначена предлагаемая антенная решетка, которая обеспечивает близкое к пря- моугольному распределение излучаемого поля, что подтверждено экспериментальноЦель изобретения - равномерное облучение поверхности опухоли при гипертермии и минимальное повреждение окружающих здоровых тканей за счет формирования однонаправленного излучения с поямоугольной характеристикой направленности,Цель достигается тем, что в антенной решетке, содержащей излучатели, фазовые центры которых расположены по окружности с диаметром, меньшим длины волны, создается не противофазное, а синфазное возбуждение излучателей, Этот вид возбуждения реализуется за счет изменения, по сравнению с прототипом, электрических длин питающих линий излучателей таким образом, чтобы они отличались друг от друга на величину Лр= 2 п л, где и = О, 1, 2. В результате вместо неполного гашения полей отдельных излучателей, как это происходило в прототипе. в предлагаемой антенне происходит сложение полей отдельных излучателей, что при малых расстояниях между фазовыми центрами и. следовательно, сильной связи между излучателями обеспечивает формирование "прямоугольной" характеристики направленности с плоской вершиной и крутыми склонами.На фиг. 2 показана структура предлагаемой антенной решетки, содержащей, для примера, 4 излучателя, возбуждаемых в фазе, и качественный вид характеристики направленности решетки.В качестве примера конкретной реализации предлагаемой антенны была изготовлена методом интегральной технологии малогабаритная антенная решетка, содержащая четыре излучателя, фазовые центры которых расположены на окружности диаметром 0.,25 длин ы вол н ы. В качестве излучателей были выбраны сдвоенные печатные вибраторы на основе щелевой линии. Этот излучатель представляет собой отрезок щелевой линии, расширяющийся на конце и дополненный пассивным ленточным печатным вибратором, расположенным на той же подложке на определенном расстоянии от торца металлизация щелевой линии, Такая антенна обеспечивает однонаправленное излучение с шириной диаграммы направленности 80 - 100.Описываемая конкретная реализацияпредлагаемой антенной решетки выполнена следующим образом. На тонкой гибкой диэлектрической подложке с я = 3,5 (полиамидная пленка; можно использовать также дюроид, т,е, тефлон, армированныйстекловолокном, который применяется для изготовления Йп - пе), методом фотолитографии выполняется рисунок печатной10 антенной решетки, Затем пленка с готовым рисунком наклеивается на наружную боко 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вую поверхность полого цилиндра диаметром 0,25 длины волны, изготовленного изкерамики с е = 10 (22 ХС или поликор). Возбуждающий отрезок микрополосковой линии наклеивается на внутреннююповерхность полого цилиндра и соединяется с помощью коаксиально-полоскового перехода с коаксиальным кабелем. идущим квыходу СВЧ-генератора.На фиг, 3 представлены топология рисунка металлизации, общий вид макета иэкспериментальная диаграмма направленности предлагаемой антенной решетки изчетырех излучателей (конкретная реализация),Кроме снятия антенных характеристик(КСВни диаграммы направленности) были экспериментально исследованы такжесогласование решетки на имитатор живойткани и распределение ближнего поля вимитаторе живой ткани, Использовалась общепринятая методика, в качестве имитатора использовалась ванна с солевымраствором, в котором автоматически перемещался по трем координатам датчик напряженности поля, соединенный ссамописцем, Испытываемая антенна подводилась вплотную ко дну ванны. Толщинастенки 4 мм (оргстекло),На фиг, 4 представлены экспериментальные характеристики, снятые в имитаторе живой ткани: согласование КСВн (1) ираспределение ближнего поля, которое также, как и диаграмма направленности имеетплоскую вершину и крутые спады,Поскольку при гипертермии используются высокие уровни СВЧ-мощности, обеспечивающие нагрев опухолевых тканей,излучатель был проверен на высоком уровне мощности Р =200 Бт, При этом не наблюдалось ни пробоя, ни даже заметногонагрева элементов конструкции,КПД антенны, измеренный калориметрическим методом, не менее 93 .Формула изобретенияНаправленная антенная решетка, содержащая излучатели, подключенные черезпитающие линии к генератору СВЧ, приатом фазовые центры излучателей расположены на окружности с диаметром, меньшим длины волны, отличающаяся тем,что, с целью равномерного облучения поверхности опухоли при гипертермии и минимального повреждения окружающих здоровых тканей за счет формирования однонаправленного излучения с прямоугольной характеристикой направленности, длины питающих линий отдельных излучателей вы полнены разнящимися друг от друга на пчисло длин волн, где и = 0,1,2 и т.д,.Палий дактор М,Бандур ри ГКНТ С изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагари Составитель Л.РыжковТехред М,Моргентал Заказ 1845 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобрет 113035, Москва, Ж, Раушс