RU2196620C2 - Microwave oven - Google Patents

Abstract

FIELD: medical equipment, applicable in production of radiotherapy units, as well as of various processes, and laboratory equipment. SUBSTANCE: device has a microwave oscillator connected to a microwave chamber made in the form of a metal locker with a charging opening and a gate, control unit. Made in the walls of the microwave chamber with a spacing multiple of λ/2±λ/2, where λ is wavelength of the microwave oscillator d_hole≪λ extended by metal branch pipes with diameter d_bp≪λ and length L not less than λ/4 closed with metal covers, through which n electric or magnetic probes are introduced into the microwave chamber for changing the depth of their immersion in the microwave chamber within 0-h, where h is inner dimension of the microwave chamber in the direction of immersion, and for their rotation about their axis from 0 to 300 deg. Each of these probes is connected to its own radiator of electromagnetic energy installed in the zone of electromagnetic action on the external volume through a cable and adjustable phase shifter, and a ballast load with an absorption factor within 0 to 100% of the output power of the microwave oscillator is installed in the chamber. EFFECT: expanded functional abilities of the microwave oven due to heating of the local region of the irradiated external object located outside the microwave chamber by microwave electromagnetic energy. 1 dwg

Description

Устройство относится к медицинской технике и может быть использовано для создания установок лучевой терапии, а также в различных технологических процессах и лабораторной технике. The device relates to medical equipment and can be used to create radiation therapy units, as well as in various technological processes and laboratory equipment.

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. Known installations for ultra-high-frequency (microwave) heating, see, for example, SU 1169204, BI 27, from 07.23.85, AC 965033, BI 37, from 08/07/82, SU 1141593, BI 7 and 02.23.85 g All of them contain a microwave signal generator, a microwave chamber in which they carry out heating. The disadvantage of these devices is that they allow heating objects limited by the size of the microwave chamber, and only carry out general heating inside the chamber.

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. The prototype of the invention is a microwave oven - AC 786070, IPC N 05 V 6/64, BI 45, dated 12/07/80. It consists of a microwave generator connected to a microwave camera made in the form of a metal cabinet, the front wall of which is equipped with a loading hole with the door.

СВЧ печь обеспечивает общий нагрев объектов, помещенных внутрь шкафа, за счет облучения электромагнитным полем, сформированным внутри шкафа. The microwave oven provides general heating of objects placed inside the cabinet due to irradiation with an electromagnetic field formed inside the cabinet.

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). The disadvantage of the prototype is that it does not allow, along with heating in the microwave chamber, to produce heating of objects located outside the chamber, including local (focused heating).

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. The technical problem of the present invention is solved by expanding the functionality of a microwave oven, which allows heating with electromagnetic energy of a microwave, a local area of an irradiated external object located outside the microwave chamber.

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.The technical problem to be solved in a microwave oven containing a microwave generator connected to a microwave chamber made in the form of a metal cabinet with a loading hole and a door, a control unit is achieved by the fact that in the walls of the microwave chamber with a step multiple of λ / 2 ± λ / 2, made m holes with a diameter of d _from << λ, fitted with metal pipes with a diameter of d _p << λ and a length L≥λ / 4, closed by metal covers, through which n electric or magnetic probes were inserted into the microwave chamber with the possibility of changing the depth of their immersion in the microwave kame ru in the range from 0 to h and with the possibility of their rotation around its axis from 0 to 360 ^o , each of these probes, respectively, is connected to its emitter of electromagnetic energy, which are external loads for the microwave generator, through a cable and an adjustable phase shifter, and in The microwave camera has a ballast load with an absorption coefficient from 0 to 100% of the output power of the microwave generator, where h is the internal size of the microwave camera in the direction of immersion of the probe, n varies from 0 to m, and λ is the wavelength of the signal from the microwave generator.

На чертеже изображена СВЧ печь. The drawing shows a microwave oven.

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.The device comprises a microwave generator 1 connected to a microwave chamber 2, made in the form of a metal cabinet, with a loading hole 3 and a door 4, a control unit 5. m holes are made in the walls of the microwave chamber in increments of a multiple of λ / 2 ± λ / 2, m holes 6 with a diameter d _from << λ, fitted with metal pipes 7 with a diameter d _p << λ, length L≥λ / 4, closed by metal covers 8, through which n electric or magnetic probes 9 are inserted into the microwave chamber with the possibility of changing the depth of their immersion in Microwave camera 2 in the range from 0 to h and with the possibility of rotation around Oei axis from 0 to 360 ^o. Each of these probes 9 is connected to its own electromagnetic energy emitter 10 installed in the zone of electromagnetic influence on an external object 11, which is an external load, through a cable 12 and an adjustable phase shifter 13, and a ballast load 14 is installed in the chamber with an absorption coefficient from 0 to 100% microwave generator output power. 11 is an external object installed in the zone of the required electromagnetic effect of the emitters 10, where λ is the wavelength of the signal of the generator.

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.The device operates as follows. If necessary, to heat the object 11 located outside the chamber 2, radiators 10 are connected to it by means of probes 9 and cable 12 with phase shifters 13. The amplitude-phase distribution of the signal on the radiators 10, their quantity, location depend on the size and shape of the object 11 , characteristics of its material environment and focusing conditions. All these parameters, the provision of which is necessary for focusing the electromagnetic field, are determined from the solution of the corresponding electrodynamic problem, see, for example, G.T. Markov, A.F. Chaplin. Excitation of electromagnetic waves. Moscow "Radio and Communications", 1983. The amplitude of the signal, which is directed to the probe 9, placed inside the microwave chamber 2, depends on the coordinate of the point of inclusion of the probe 9 relative to the distribution of the field in the microwave chamber 2, from the dimensions of the probe 9 and its immersion depth. For example, if the probe 9 is made electric, then the switching points with the maximum signal level are located at a quarter of the wavelength from the edge of the wall of the microwave chamber 2 and then repeated at half the wavelength. When changing the immersion depth of the probe 9 from 0 to λ / 4, the amplitude of the signal induced on it changes from 0 to the maximum value. Further immersion of the probe 9 from 0 to h will lead to a change in the amplitude of the signal induced on it in accordance with the distribution of the field in the microwave chamber. The signal induced on neighboring probes 9 located at a distance multiple of λ / 2 from each other will be either in-phase or in-phase. To correct the phase of the signal, in accordance with the focusing conditions, on each emitter 10, adjustable phase shifters 13 are included in the cable 12. Pipes 7 made of at least L≥λ / 4 and a diameter (d _p << λ) equal to the diameter of the hole 6, allow full adjustment of the probe 9 by immersing it inside the microwave chamber 2, for example, if the probe 9 is made in the form of a quarter-wave pin. They also improve shielding by attenuating the radiation field through free openings 6 with nozzles 7, as in transcendental waveguides. Holes 6 with nozzles 7, not used to connect the probes 9, are closed by covers 8 and can be used to connect more emitters 10 or to change the connection of working emitters 10. The ballast load 14 in the microwave chamber 2 provides the necessary protection for the microwave generator by permissible mismatch , which is necessary if the energy discharged by the 9 microwave probes is insufficient for the normal operation of the microwave generator 1. The operating mode of the microwave generator 1 is controlled by the control unit 5. The control unit eniya provides operation of the microwave signal according to the program generator, characterized by rings containing certain pause duration and radiation.

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. The distribution of energy removed from the chamber by microwave probes 9 between the emitters 10 allows microwave heating of objects located outside the microwave oven 2. And the locality and selectivity of the heating region of the external object 11 is determined by the ability to accommodate the required number of emitters 10 relative to the external object 11 and the possibility of forming the necessary amplitude-phase distribution of the signal at their inputs.

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.A microwave oven, implemented in laboratory conditions on a microwave oven such as "Electronics SP 23", made it possible to use local radiators to heat a cylindrical vessel with a diameter of 160 mm and a length of 300 mm with four emitters using a gel simulating muscle tissue. In two minutes, the temperature in the center of the vessel increased by 32 ^o C, and at its edges the temperature change did not exceed seventeen degrees. As a ballast load, a vessel with water with a capacity of 0.5 l was placed in the microwave chamber.

Claims (1)

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.A microwave oven containing a microwave generator connected to a microwave chamber made in the form of a metal cabinet with a loading hole and a door, and a control unit, characterized in that in the walls of the microwave chamber with a multiple of λ / 2 ± λ / 2, where λ is wavelength of microwave frequency generator signal formed hole diameter d m _of much smaller λ, nadstavlennye metal pipes with a diameter d _f is much smaller than λ, the length L is not less than λ / 4, provided with a metallic fitment Kami, to be inserted therethrough, changing the depth of immersion in the microwave chamber in the range from 0 to h, where h - the internal size of the microwave chamber in the direction of the probe immersion and rotation around its axis from 0 to 360 ^o, n electric or magnetic probes, where n varies from 0 to m, each of which is connected to its emitter of electromagnetic energy through a cable and an adjustable phase shifter, and a ballast load with an absorption coefficient from 0 to 100% of the output is installed in the microwave chamber th power generator microwaves.