一種射頻加熱方法和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種射頻加熱方法和裝置，射頻加熱方法為：將射頻功率輸送到由至少兩個(gè)盤(pán)形線圈壘疊構(gòu)成的射頻會(huì)聚天線，在其附近產(chǎn)生一能量密集且相對(duì)均勻的射頻超近場(chǎng)，直接用此超近場(chǎng)對(duì)介質(zhì)或人體進(jìn)行加熱；射頻加熱裝置包括由至少兩個(gè)盤(pán)形線圈構(gòu)成的射頻會(huì)聚天線，與天線接口電路共同構(gòu)成天線模塊，射頻功率模塊提供射頻功率到天線模塊，射頻功率模塊的輸出功率由計(jì)算機(jī)或微處理器控制，確保輸出功率穩(wěn)定在設(shè)定值。本發(fā)明裝置可加裝測(cè)溫模塊，用以監(jiān)控加溫區(qū)的溫度，確保安全。本發(fā)明不僅加熱效率高，特別是用于加熱人體病灶時(shí)，由于加熱均勻，不易造成灼傷，可克服傳統(tǒng)射頻加熱方法的不足，獲得較好的加熱效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種射頻加熱方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)介質(zhì)及人體局部區(qū)域進(jìn)行加熱的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻加熱方法廣泛用于食品加工、人體疾病的治療、催化反應(yīng)等等領(lǐng)域，它們的本質(zhì)都是利用了介質(zhì)對(duì)射頻能量有較強(qiáng)的吸收。傳統(tǒng)的射頻加熱是通過(guò)偶極子天線實(shí)現(xiàn)的，其偶極子天線多采用平板形偶極子對(duì)或條形偶極子對(duì)，被加熱體置于偶極子對(duì)的中間；射頻是米波，為提高效率，使天線尺寸接近于1/4波長(zhǎng)(λ /4)，因而天線尺寸無(wú)法做的很小。此類(lèi)裝置有下列不足之:1、偶極子(或天線)之間及其周?chē)姶艌?chǎng)的分布不均勻。2、加熱介質(zhì)時(shí)，難以使加熱區(qū)集中在介質(zhì)周?chē)?，而使過(guò)多的電磁波能量分散在周?chē)臻g，形成無(wú)用輻射，對(duì)加熱區(qū)外造成一定程度的不良影響。3、所需功率很大能量利用率低。4、用于加熱人體時(shí)，由于不均勻性容易造成個(gè)別部位的灼傷，或使皮下脂肪燒結(jié)成團(tuán)塊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種射頻加熱方法和裝置，使被加熱的介質(zhì)附近能量集中和均勻，提高加熱效率，防止加熱過(guò)程中灼傷被加熱介質(zhì)。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:將射頻功率輸送到一個(gè)或一個(gè)以上射頻會(huì)聚天線，然后將所述一個(gè)或一個(gè)以上射頻會(huì)聚天線貼近被加熱介質(zhì)，在所述射頻會(huì)聚天線周?chē)纬赡芰棵芗曳植季鶆虻某鼒?chǎng)，直接用此超近場(chǎng)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行加熱；其中所述射頻會(huì)聚天線由至少兩個(gè)從內(nèi)向外直徑依次增大的盤(pán)形線圈壘疊串聯(lián)而成；所述盤(pán)形線圈最外圈的直徑小于λ/30;其中λ為射頻信號(hào)波長(zhǎng)。
[0005]所述射頻會(huì)聚天線與所述被加熱介質(zhì)表面之間的距離< 2cm。
[0006]所述射頻會(huì)聚天線中盤(pán)形線圈最外圈的直徑為λ/50?λ/200。
[0007]所述射頻信號(hào)頻率為5MHz?300MHz，最佳范圍為8MHz?120MHz。
[0008]本發(fā)明還提供了一種射頻加熱裝置，包括射頻會(huì)聚天線，所述射頻會(huì)聚天線包括至少兩個(gè)由內(nèi)向外直徑依次增大的串聯(lián)的盤(pán)形線圈；所述盤(pán)形線圈最外圈的直徑小于λ/30 ;其中λ為射頻信號(hào)波長(zhǎng)；所述射頻會(huì)聚天線與接口電路連接組成天線模塊；所述天線模塊通過(guò)射頻功率模塊接入功率控制模塊，所述功率控制模塊與測(cè)溫模塊連接，所述測(cè)溫模塊的溫度傳感器與被加熱介質(zhì)表面接觸；所述射頻會(huì)聚天線與所述被加熱介質(zhì)表面之間的距離< 2cm。測(cè)溫模塊用于監(jiān)控加熱區(qū)的溫度。
[0009]兩個(gè)以上天線模塊并聯(lián)構(gòu)成天線陣，所述天線陣通過(guò)非相干射頻源接入功率控制模塊；所述非相干射頻源包括兩個(gè)以上并聯(lián)的射頻功率模塊；每個(gè)射頻功率模塊與天線陣中的一個(gè)天線模塊連接。天線陣的各個(gè)陣元可以從不同方向指向加熱區(qū)域，采用非相干射頻源，確保各個(gè)天線陣元輻射的射頻電磁波不會(huì)彼此干擾，可使加熱深度更深，或加熱范圍更大。[0010]本發(fā)明的功率控制模塊由計(jì)算機(jī)或微處理器及其外圍控制電路構(gòu)成，計(jì)算機(jī)或微處理器根據(jù)測(cè)溫結(jié)果，對(duì)射頻功率模塊的輸出功率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證加熱的安全性。
[0011]以下對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步說(shuō)明:
[0012]本發(fā)明的射頻加熱裝置，其內(nèi)部的射頻功率模塊由射頻發(fā)生電路和射頻功放電路組成；功率控制模塊由計(jì)算機(jī)或微處理器組成。
[0013]本發(fā)明的射頻加熱裝置，其內(nèi)部的測(cè)溫模塊由多個(gè)溫度傳感器、多通道小信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路組成，且溫度傳感器可以為光纖、熱電偶、熱敏電阻、半導(dǎo)體器件等。
[0014]本發(fā)明的工作原理是，在本發(fā)明的射頻會(huì)聚天線附近，存在一個(gè)能量集中且分布相對(duì)均勻的超近場(chǎng)(含:輻射場(chǎng)和感應(yīng)場(chǎng)，其范圍小于λ/30)，直接將本發(fā)明的射頻會(huì)聚天線貼近被加熱介質(zhì)，使被加熱區(qū)域溫度迅速上升，達(dá)到所需要的溫度。測(cè)溫模塊監(jiān)視加溫過(guò)程，計(jì)算機(jī)(或微處理器)自動(dòng)調(diào)節(jié)功率模塊的輸出功率，確保被加熱區(qū)溫度處于最佳狀態(tài)。采用射頻會(huì)聚天線構(gòu)成天線陣，非相干射頻源輸出的多路射頻彼此相位無(wú)關(guān)，可使透熱深度增加，或使加熱范圍擴(kuò)大，用于加熱人體病灶時(shí)，能適應(yīng)更多病癥的治療。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明采用由至少兩個(gè)盤(pán)形線圈疊加構(gòu)成射頻會(huì)聚天線，在該射頻會(huì)聚天線周?chē)囊粋€(gè)尺寸小于λ/30波長(zhǎng)的區(qū)域內(nèi)有一個(gè)能量集中，且分布相對(duì)均勻的超近場(chǎng)(含輻射場(chǎng)和感應(yīng)場(chǎng))，將該射頻會(huì)聚天線置于被加熱體一側(cè)，直接利用此超近場(chǎng)對(duì)需要加熱的介質(zhì)進(jìn)行加熱，能量利用率高，40?60W的電源功率就足以對(duì)介質(zhì)進(jìn)行有效加熱；射頻會(huì)聚天線將此超近場(chǎng)能量集中并均勻化，在此超近場(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的均勻加熱，不僅加熱效率高，而且用于加熱人體病灶時(shí)，不易造成灼傷。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例射頻會(huì)聚天線俯視圖；
[0017]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例射頻會(huì)聚天線側(cè)視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例天線模塊示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例單一射頻會(huì)聚天線加熱裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖5為由多個(gè)天線模塊構(gòu)成的射頻會(huì)聚天線陣的加熱裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]其中:1:射頻會(huì)聚天線；2:天線接口電路；3:射頻會(huì)聚天線模塊4:射頻功率模塊；5:非相干射頻功率模塊；6:被加熱介質(zhì)；7:測(cè)溫模塊；8:計(jì)算機(jī)(或微處理器)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)施例的射頻會(huì)聚天線包括兩個(gè)直徑依次增大的盤(pán)形線圈，這兩個(gè)盤(pán)形線圈壘疊串聯(lián)成塔狀結(jié)構(gòu)，直徑較小的盤(pán)形線圈在上，如圖1、圖2所示。且射頻會(huì)聚天線的所有盤(pán)形線圈的中心共軸，串聯(lián)時(shí)，直徑較小的盤(pán)形線圈的最外圈一端與直徑較大的盤(pán)形線圈的最內(nèi)圈一端連接。本發(fā)明的盤(pán)形線圈由導(dǎo)電線繞制而成。
[0023]如圖3所示，射頻會(huì)聚天線與天線接口電路組成天線模塊，射頻功率模塊提供射頻功率，功率模塊的射頻功率可在30W?60W范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，工作頻率40.68MHz (可在5?300MHz范圍選擇)；將射頻會(huì)聚天線靠近需加熱的介質(zhì)，對(duì)介質(zhì)加熱。
[0024]如圖4所示，本發(fā)明一種實(shí)施例的射頻加熱裝置包括天線模塊，射頻功率模塊，測(cè)溫模塊及功率控制模塊(由計(jì)算機(jī)或微處理器及外圍電路構(gòu)成)。多通道測(cè)溫模塊用于監(jiān)控加熱區(qū)的溫度；計(jì)算機(jī)或微處理器根據(jù)測(cè)溫結(jié)果，對(duì)射頻功率模塊的輸出功率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證治療的安全性。功率模塊的射頻功率可在30W?60W范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，工作頻率40.68MHz (可在5?300MHz范圍選擇)，將此射頻會(huì)聚天線靠近需加熱的介質(zhì)附近，可以對(duì)介質(zhì)有效加熱。采用的射頻會(huì)聚天線，其尺寸為λ / 100。本發(fā)明中，射頻會(huì)聚天線的尺寸是指塔狀結(jié)構(gòu)底部盤(pán)形線圈的最外圈的直徑。
[0025]本發(fā)明還可以由至少兩個(gè)天線模塊構(gòu)成的天線陣，每個(gè)天線模塊為一個(gè)陣元，天線陣的各個(gè)陣元從不同方向指向加熱區(qū)域。采用非相干射頻源，確保各個(gè)天線陣元輻射的射頻電磁波不會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。可使加熱深度更深，或加熱范圍更大。非相干射頻源包括兩個(gè)以上并聯(lián)的射頻功率模塊。
[0026]如圖5所示，本發(fā)明另一種實(shí)施例的射頻加熱裝置包括由射頻會(huì)聚天線與天線接口電路構(gòu)成天線模塊；由至少兩個(gè)天線模塊構(gòu)成天線陣；采用非相干射頻源，射頻頻率為40.68MHz (可在5?300MHz范圍選擇);多通道測(cè)溫模塊，其測(cè)溫精度優(yōu)于±0.5°C，實(shí)際可達(dá)±0.3°C ;非相干射頻源可輸出多路相位無(wú)關(guān)的射頻，分別送到天線陣的各陣元；天線陣的各個(gè)陣元均由射頻會(huì)聚天線與天線接口電路構(gòu)成；各陣元的超近場(chǎng)指向同一區(qū)域，以增加透熱深度或增大加熱范圍，當(dāng)用它加熱人體時(shí)，可以治療深部病灶。多通道測(cè)溫模塊用于監(jiān)控加熱區(qū)的溫度；計(jì)算機(jī)或微處理器根據(jù)測(cè)溫結(jié)果，對(duì)非相干射頻源的射頻功率模塊的輸出功率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證治療的安全性。射頻功率模塊的射頻功率可在20W?100W范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，工作頻率27.13MHz (可在5?300MHz范圍選擇)。采用的射頻會(huì)聚天線，其尺寸為 λ / 100。
【權(quán)利要求】
1.一種射頻加熱方法，其特征在于，將射頻功率送到一個(gè)以上射頻會(huì)聚天線，然后將所述一個(gè)以上射頻會(huì)聚天線貼近需加熱介質(zhì)，在所述射頻會(huì)聚天線周?chē)纬赡芰棵芗某鼒?chǎng)，直接用此超近場(chǎng)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行加熱；其中所述射頻會(huì)聚天線由至少兩個(gè)直徑依次增大的盤(pán)形線圈壘疊串聯(lián)而成；所述盤(pán)形線圈最外圈的直徑小于λ/30 ;其中λ為射頻信號(hào)波長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻加熱方法，其特征在于，所述射頻會(huì)聚天線與所述需加熱介質(zhì)表面之間的距離< 2cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的射頻加熱方法，其特征在于，所述射頻會(huì)聚天線盤(pán)形線圈最外圈的直徑為λ/50~λ/200。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻加熱方法，其特征在于，所述射頻頻率為5MHz~300MHz ο
5.一種射頻加熱裝置，其特征在于，包括射頻會(huì)聚天線，所述射頻會(huì)聚天線由至少兩個(gè)直徑依次增大的盤(pán)形線圈壘疊串聯(lián)而成，所述盤(pán)形線圈最外圈的直徑小于λ/30;其中λ為射頻信號(hào)波長(zhǎng)；所述射頻會(huì)聚天線與接口電路連接組成天線模塊；所述天線模塊通過(guò)射頻功率模塊連接到功率控制模塊，所述功率控制模塊與用于監(jiān)控加熱區(qū)的溫度的測(cè)溫模塊連接，所述測(cè)溫模塊的溫度傳 感器與需加熱介質(zhì)的表面接觸；所述射頻會(huì)聚天線與所述需加熱介質(zhì)表面之間的距離< 2cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射頻加熱裝置，其特征在于，由至少兩個(gè)天線模塊并聯(lián)構(gòu)成天線陣，天線陣中的每一個(gè)天線模塊連接到一個(gè)射頻功率模塊，且這些射頻功率模塊互相之間是非相干的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的射頻加熱裝置，其特征在于，所述盤(pán)形線圈由導(dǎo)電線繞制--? 。
【文檔編號(hào)】H05B6/36GK103731946SQ201410019803
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】任立宏, 王祝盈, 陳小林, 任長(zhǎng)學(xué) 申請(qǐng)人:任長(zhǎng)學(xué)