一种射频加热方法和装置

摘要

本发明公开了一种射频加热方法和装置，射频加热方法为：将射频功率输送到由至少两个盘形线圈垒叠构成的射频会聚天线，在其附近产生一能量密集且相对均匀的射频超近场，直接用此超近场对介质或人体进行加热；射频加热装置包括由至少两个盘形线圈构成的射频会聚天线，与天线接口电路共同构成天线模块，射频功率模块提供射频功率到天线模块，射频功率模块的输出功率由计算机或微处理器控制，确保输出功率稳定在设定值。本发明装置可加装测温模块，用以监控加温区的温度，确保安全。本发明不仅加热效率高，特别是用于加热人体病灶时，由于加热均匀，不易造成灼伤，可克服传统射频加热方法的不足，获得较好的加热效果。

权利要求

1.一种射频加热方法，其特征在于，将射频功率送到一个以上射频会聚天线，然后将所述一个以上射频会聚天线贴近需加热介质，在所述射频会聚天线周围形成能量密集的超近场，直接用此超近场对介质进行加热；其中所述射频会聚天线由至少两个直径依次增大的盘形线圈垒叠串联而成；所述盘形线圈最外圈的直径小于λ/30；其中λ为射频信号波长。

2.根据权利要求1所述的射频加热方法，其特征在于，所述射频会聚天线与所述需加热介质表面之间的距离＜2cm。

3.根据权利要求1或2所述的射频加热方法，其特征在于，所述射频会聚天线盘形线圈最外圈的直径为λ/50～λ/200。

4.根据权利要求1所述的射频加热方法，其特征在于，所述射频频率为5MHz～

300MHz。

5.一种射频加热装置，其特征在于，包括射频会聚天线，所述射频会聚天线由至少两个直径依次增大的盘形线圈垒叠串联而成，所述盘形线圈最外圈的直径小于λ/30；其中λ为射频信号波长；所述射频会聚天线与接口电路连接组成天线模块；所述天线模块通过射频功率模块连接到功率控制模块，所述功率控制模块与用于监控加热区的温度的测温模块连接，所述测温模块的温度传感器与需加热介质的表面接触；所述射频会聚天线与所述需加热介质表面之间的距离＜2cm。

6.根据权利要求5所述的射频加热装置，其特征在于，由至少两个天线模块并联构成天线阵，天线阵中的每一个天线模块连接到一个射频功率模块，且这些射频功率模块互相之间是非相干的。

7.根据权利要求5或6所述的射频加热装置，其特征在于，所述盘形线圈由导电线绕制而成。

说明书

一种射频加热方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种对介质及人体局部区域进行加热的方法和装置。

背景技术

[0002] 射频加热方法广泛用于食品加工、人体疾病的治疗、催化反应等等领域，它们的本质都是利用了介质对射频能量有较强的吸收。传统的射频加热是通过偶极子天线实现的，其偶极子天线多采用平板形偶极子对或条形偶极子对，被加热体置于偶极子对的中间；射频是米波，为提高效率，使天线尺寸接近于1/4波长（λ/4），因而天线尺寸无法做的很小。此类装置有下列不足之：1、偶极子（或天线）之间及其周围电磁场的分布不均匀。2、加热介质时，难以使加热区集中在介质周围，而使过多的电磁波能量分散在周围空间，形成无用辐射，对加热区外造成一定程度的不良影响。3、所需功率很大能量利用率低。4、用于加热人体时，由于不均匀性容易造成个别部位的灼伤，或使皮下脂肪烧结成团块。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种射频加热方法和装置，使被加热的介质附近能量集中和均匀，提高加热效率，防止加热过程中灼伤被加热介质。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：将射频功率输送到一个或一个以上射频会聚天线，然后将所述一个或一个以上射频会聚天线贴近被加热介质，在所述射频会聚天线周围形成能量密集且分布均匀的超近场，直接用此超近场对介质进行加热；其中所述射频会聚天线由至少两个从内向 外直径依次增大的盘形线圈垒叠串联而成；所述盘形线圈最外圈的直径小于λ/30；其中λ为射频信号波长。

[0005] 所述射频会聚天线与所述被加热介质表面之间的距离＜2cm。

[0006] 所述射频会聚天线中盘形线圈最外圈的直径为λ/50～λ/200。

[0007] 所述射频信号频率为5MHz～300MHz，最佳范围为8MHz～120MHz。

[0008] 本发明还提供了一种射频加热装置，包括射频会聚天线，所述射频会聚天线包括至少两个由内向外直径依次增大的串联的盘形线圈；所述盘形线圈最外圈的直径小于λ/30；其中λ为射频信号波长；所述射频会聚天线与接口电路连接组成天线模块；所述天线模块通过射频功率模块接入功率控制模块，所述功率控制模块与测温模块连接，所述测温模块的温度传感器与被加热介质表面接触；所述射频会聚天线与所述被加热介质表面之间的距离＜2cm。测温模块用于监控加热区的温度。

[0009] 两个以上天线模块并联构成天线阵，所述天线阵通过非相干射频源接入功率控制模块；所述非相干射频源包括两个以上并联的射频功率模块；每个射频功率模块与天线阵中的一个天线模块连接。天线阵的各个阵元可以从不同方向指向加热区域，采用非相干射频源，确保各个天线阵元辐射的射频电磁波不会彼此干扰，可使加热深度更深，或加热范围更大。

[0010] 本发明的功率控制模块由计算机或微处理器及其外围控制电路构成，计算机或微处理器根据测温结果，对射频功率模块的输出功率进行自动调节，保证加热的安全性。

[0011] 以下对本发明作出进一步说明：

[0012] 本发明的射频加热装置，其内部的射频功率模块由射频发生电路和射频功放电路组成；功率控制模块由计算机或微处理器组成。

[0013] 本发明的射频加热装置，其内部的测温模块由多个温度传感器、多通道小信号放大电路、A/D转换电路组成，且温度传感器可以为光纤、热电偶、热敏电阻、半导体器件等。

[0014] 本发明的工作原理是，在本发明的射频会聚天线附近，存在一个能量集中且分布相对均匀的超近场（含：辐射场和感应场，其范围小于λ/30），直接将本发明的射频会聚天线贴近被加热介质，使被加热区域温度迅速上升，达到所需要的温度。测温模块监视加温过程，计算机（或微处理器）自动调节功率模块的输出功率，确保被加热区温度处于最佳状态。采用射频会聚天线构成天线阵，非相干射频源输出的多路射频彼此相位无关，可使透热深度增加，或使加热范围扩大，用于加热人体病灶时，能适应更多病症的治疗。

[0015] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明采用由至少两个盘形线圈叠加构成射频会聚天线，在该射频会聚天线周围的一个尺寸小于λ/30波长的区域内有一个能量集中，且分布相对均匀的超近场（含辐射场和感应场），将该射频会聚天线置于被加热体一侧，直接利用此超近场对需要加热的介质进行加热，能量利用率高，40～60W的电源功率就足以对介质进行有效加热；射频会聚天线将此超近场能量集中并均匀化，在此超近场内实现对介质的均匀加热，不仅加热效率高，而且用于加热人体病灶时，不易造成灼伤。

附图说明

[0016] 图1为本发明一实施例射频会聚天线俯视图；

[0017] 图2为本发明一实施例射频会聚天线侧视图；

[0018] 图3为本发明一实施例天线模块示意图；

[0019] 图4为本发明一实施例单一射频会聚天线加热装置结构框图；

[0020] 图5为由多个天线模块构成的射频会聚天线阵的加热装置的结构图；

[0021] 其中：1：射频会聚天线；2：天线接口电路；3：射频会聚天线模块4：射频功率模块；5：非相干射频功率模块；6：被加热介质；7：测温模块；8：计算机（或微处理器）。

具体实施方式

[0022] 本实施例的射频会聚天线包括两个直径依次增大的盘形线圈，这两个盘形线圈垒叠串联成塔状结构，直径较小的盘形线圈在上，如图1、图2所示。且射频会聚天线的所有盘形线圈的中心共轴，串联时，直径较小的盘形线圈的最外圈一端与直径较大的盘形线圈的最内圈一端连接。本发明的盘形线圈由导电线绕制而成。

[0023] 如图3所示，射频会聚天线与天线接口电路组成天线模块，射频功率模块提供射频功率，功率模块的射频功率可在30W～60W范围内调节，工作频率40.68MHz（可在5～300MHz范围选择）；将射频会聚天线靠近需加热的介质，对介质加热。

[0024] 如图4所示，本发明一种实施例的射频加热装置包括天线模块，射频功率模块，测温模块及功率控制模块（由计算机或微处理器及外围电路构成）。多通道测温模块用于监控加热区的温度；计算机或微处理器根据测温结果，对射频功率模块的输出功率进行自动调节，保证治疗的安全性。功率模块的射频功率可在30W～60W范围内调节，工作频率40.68MHz（可在5～300MHz范围选择），将此射频会聚天线靠近需加热的介质附近，可以对介质有效加热。采用的射频会聚天线，其尺寸为λ∕100。本发明中，射频会聚天线的尺寸是指塔状结构底部盘形线圈的最外圈的直径。

[0025] 本发明还可以由至少两个天线模块构成的天线阵，每个天线模块为一个 阵元，天线阵的各个阵元从不同方向指向加热区域。采用非相干射频源，确保各个天线阵元辐射的射频电磁波不会产生干涉现象。可使加热深度更深，或加热范围更大。非相干射频源包括两个以上并联的射频功率模块。

[0026] 如图5所示，本发明另一种实施例的射频加热装置包括由射频会聚天线与天线接口电路构成天线模块；由至少两个天线模块构成天线阵；采用非相干射频源，射频频率为40.68MHz（可在5～300MHz范围选择）；多通道测温模块，其测温精度优于±0.5℃，实际可达±0.3℃；非相干射频源可输出多路相位无关的射频，分别送到天线阵的各阵元；天线阵的各个阵元均由射频会聚天线与天线接口电路构成；各阵元的超近场指向同一区域，以增加透热深度或增大加热范围，当用它加热人体时，可以治疗深部病灶。多通道测温模块用于监控加热区的温度；计算机或微处理器根据测温结果，对非相干射频源的射频功率模块的输出功率进行自动调节，保证治疗的安全性。射频功率模块的射频功率可在20W～100W范围内调节，工作频率27.13MHz（可在5～300MHz范围选择）。采用的射频会聚天线，其尺寸为λ∕100。