Сверхвысокочастотная печь

 

Устройство относится к медицинской технике и может быть использовано для создания установок лучевой терапии, а также в различных технологических процессах и лабораторной технике. Устройство содержит генератор СВЧ, подключенный к СВЧ камере, выполненной в виде металлического шкафа, с загрузочным отверстием и дверцей, блок управления. В стенках СВЧ камеры, с шагом, кратным λ/2±λ/2, где λ- длина волны сигнала генератора СВЧ, выполнены m отверстий диаметром d_от<<λ, надставленные металлическими патрубками диаметром d_п<<λ и длиной L не менее λ/4, закрытых металлическими крышками, через которые в СВЧ камеру введены n электрических или магнитных зондов с возможностью изменения глубины их погружения в СВЧ камеру в пределах от 0 до h, где h - внутренний размер СВЧ камеры по направлению погружения, и с возможностью их вращения вокруг своей оси от 0 до 360^o. Каждый из этих зондов соединен со своим излучателем электромагнитной энергии, установленным в зоне электромагнитного воздействия на внешний объем, посредством кабеля и регулируемого фазовращателя, а в камере установлены балластная нагрузка с коэффициентом поглощения от 0 до 100% выходной мощности генератора СВЧ. Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности СВЧ печи за счет осуществления нагрева электромагнитной энергией СВЧ, локальной области облучаемого внешнего объекта, расположенного вне СВЧ камеры. 1 ил.

Устройство относится к медицинской технике и может быть использовано для создания установок лучевой терапии, а также в различных технологических процессах и лабораторной технике.

Известны установки для сверхвысокочастного (СВЧ) нагрева, см., например, SU 1169204, БИ 27, от 23.07.85 г., АС 965033, БИ 37, от 07.08.82 г., SU 1141593, БИ 7 и 23.02.85 г. Все они содержат генератор СВЧ сигнала, СВЧ камеру, в которой осуществляют нагрев. Недостатком этих устройств является то, что они позволяют нагревать объекты, ограниченные размерами СВЧ камеры, и осуществляют только общий нагрев внутри камеры.

Прототипом изобретения является СВЧ печь - АС 786070, МПК Н 05 В 6/64, БИ 45, от 07.12.80 г. Она состоит из генератора СВЧ, соединенного с СВЧ камерой, выполненной в виде металлического шкафа, передняя стенка которого снабжена загрузочным отверстием с дверцей.

СВЧ печь обеспечивает общий нагрев объектов, помещенных внутрь шкафа, за счет облучения электромагнитным полем, сформированным внутри шкафа.

Недостатком прототипа является то, что он не позволяет, наряду с нагревом в СВЧ камере, производить нагрев объектов, расположенных вне камеры, в том числе и локальный (сфокусированный нагрев).

Решаемой технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей СВЧ печи, позволяющих осуществить нагрев электромагнитной энергией СВЧ, локальной области облучаемого внешнего объекта, расположенного вне СВЧ камеры.

Решаемая техническая задача в сверхвысокочастотной печи, содержащей генератор СВЧ, подключенный к СВЧ камере, выполненной в виде металлического шкафа с загрузочным отверстием и дверцей, блок управления, достигается тем, что в стенках СВЧ камеры с шагом, кратным λ/2±λ/2, выполнены m отверстий диаметром d_от<<λ, надставленные металлическими патрубками диаметром d_п<<λ и длиной L≥λ/4, закрытых металлическими крышками, через которые в СВЧ камеру введены n электрических или магнитных зондов с возможностью изменения глубины их погружения в СВЧ камеру в пределах от 0 до h и с возможностью их вращения вокруг своей оси от 0 до 360^o, каждый из этих зондов, соответственно, соединен со своим излучателем электромагнитной энергии, являющимся внешними нагрузками для генератора СВЧ, посредством кабеля и регулируемого фазовращателя, а в СВЧ камере установлена балластная нагрузка с коэффициентом поглощения от 0 до 100% выходной мощности генератора СВЧ, где h - внутренний размер СВЧ камеры по направлению погружения зонда, величина n изменяется от 0 до m, а λ - длина волны сигнала генератора СВЧ.

На чертеже изображена СВЧ печь.

Устройство содержит генератор СВЧ 1, подключенный к СВЧ камере 2, выполненной в виде металлического шкафа, с загрузочным отверстием 3 и дверцей 4, блок управления 5. В стенках СВЧ камеры, с шагом, кратным λ/2±λ/2, выполнены m отверстий 6 диаметром d_от<<λ, надставленные металлическими патрубками 7 диаметром d_п<<λ, длиной L≥λ/4, закрытых металлическими крышками 8, через которые в СВЧ камеру введены n электрических или магнитных зондов 9 с возможностью изменения глубины их погружения в СВЧ камеру 2 в пределах от 0 до h и с возможностью их вращения вокруг своей оси от 0 до 360^o. Каждый из этих зондов 9 соединен со своим излучателем электромагнитной энергии 10, установленным в зоне электромагнитного воздействия на внешний объект 11, являющимся внешней нагрузкой, посредством кабеля 12 и регулируемого фазовращателя 13, а в камере установлена балластная нагрузка 14 с коэффициентом поглощения от 0 до 100% выходной мощности генератора СВЧ. 11 - внешний объект, установленный в зоне требуемого электромагнитного воздействия излучателей 10, где λ - длина волны сигнала генератора.

Устройство работает следующим образом. При необходимости осуществить нагрев объекта 11, расположенного вне камеры 2, к ней подключают, посредством зондов 9 и кабеля 12 с фазовращателями 13, излучатели 10. Амплитудно-фазовое распределение сигнала на излучателях 10, их количество, место расположения зависят от размеров и формы объекта 11, характеристики его материальной среды и условий фокусировки. Все эти параметры, обеспечение которых необходимо для фокусировки электромагнитного поля, определяются из решения соответствующей электродинамической задачи, см., например, Г.Т. Марков, А.Ф. Чаплин. Возбуждение электромагнитных волн. Москва "Радио и связь", 1983 г. Амплитуда сигнала, которая наводится на зонд 9, помещенный внутрь СВЧ камеры 2, зависит от координаты точки включения зонда 9 относительно распределения поля в СВЧ камере 2, oт размеров зонда 9 и глубины его погружения. Например, в случае, если зонд 9 выполнен электрическим, то точки включения с максимальным уровнем сигнала располагаются в четверти длины волны от края стенки СВЧ камеры 2 и далее повторяются через половину длины волны. При изменении глубины погружения зонда 9 от 0 до λ/4 амплитуда наведенного на него сигнала изменяется от 0 до максимального значения. Дальнейшее погружение зонда 9 от 0 до h будет приводить к изменению амплитуды наведенного на нем сигнала в соответствии с распределением поля в СВЧ камере. Сигнал, наведенный на соседних зондах 9, расположенных на расстоянии, кратном λ/2 друг от друга, будет либо синфазным, либо противофазным. Для коррекции фазы сигнала, в соответствии с условиями фокусировки, на каждом излучателе 10 в кабель 12 включены регулируемые фазовращатели 13. Патрубки 7, выполненные длиной не менее L≥λ/4 и диаметром (d_п<<λ), равным диаметру отверстия 6, позволяют осуществить полную регулировку зонда 9 по его погружению внутрь СВЧ камеры 2, например, если зонд 9 выполнен в виде четвертьволнового штыря. А также улучшают экранировку за счет ослабления поля излучения через свободные отверстия 6 с патрубками 7, как в запредельных волноводах. Отверстия 6 с патрубками 7, не использованные для подключения зондов 9, закрываются крышками 8 и могут быть использованными для подключения большего количества излучателей 10 или для изменения места подключения работающих излучателей 10. Балластная нагрузка 14 в СВЧ камере 2 обеспечивает необходимую защиту генератора СВЧ по допустимому рассогласованию, что является необходимым, если отводимая зондами 9 СВЧ энергия недостаточна для нормальной работы генератора СВЧ 1. Режим работы генератора СВЧ 1 контролируется блоком управления 5. Блок управления обеспечивает работу генератора СВЧ сигнала по программе, характеризующейся циклами, содержащими паузы определенной длительности и излучение.

Распределение энергии, отводимой из камеры СВЧ зондами 9 между излучателями 10, позволяет осуществить СВЧ нагрев объектов, расположенных вне камеры СВЧ 2. А локальность и избирательность области нагрева внешнего объекта 11 определяется возможностью размещения требуемого количества излучателей 10 относительно внешнего объекта 11 и возможностью формирования необходимого, амплитудно-фазового распределения сигнала на их входах.

СВЧ печь, реализованная в лабораторных условиях на микроволновой печке типа "Электроника СП 23", позволила осуществить с помощью четырех излучателей локальный СВЧ нагрев цилиндрического сосуда диаметром 160 мм и длиной 300 мм, заполненного гелем, имитирующим мышечную ткань. За две минуты температура в центре сосуда повысилась на 32^oС, а на его краях изменение температуры не превысило семнадцати градусов. В качестве балластной нагрузки в камере СВЧ был размещен сосуд с водой емкостью 0.5 л.

Формула изобретения

Сверхвысокочастотная печь, содержащая генератор сверхвысокой частоты, подключенный к сверхвысокочастотной камере, выполненной в виде металлического шкафа с загрузочным отверстием и дверцей, и блок управления, отличающаяся тем, что в стенках сверхвысокочастотной камеры с шагом кратным λ/2±λ/2, где λ - длина волны сигнала генератора сверхвысокой частоты, выполнены m отверстий диаметром d_от значительно меньшим λ, надставленные металлическими патрубками с диаметром d_п значительно меньше λ, длиной L не менее λ/4, снабженные металлическими крышками, с возможностью введения через них, изменения глубины погружения в сверхвысокочастотную камеру в пределах от 0 до h, где h - внутренний размер сверхвысокочастотной камеры по направлению погружения зонда, и вращения вокруг своей оси от 0 до 360^o, n электрических или магнитных зондов, где n изменяется от 0 до m, каждый из которых соединен со своим излучателем электромагнитной энергии посредством кабеля и регулируемого фазовращателя, а в сверхвысокочастотной камере установлена балластная нагрузка с коэффициентом поглощения от 0 до 100% выходной мощности генератора сверхвысокой частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1