微波设备和方法技术

微波设备包括：微波源，用于提供微波信号，该微波源能够连接到负载；控制装置，在操作中被配置成在频率范围内改变由所述源提供的所述微波信号的频率；微波检测器，用于执行微波测量，该微波检测器在操作中被布置成接收来自所述负载的反射和/或到所述负载的传输，并执行多个测量，每个测量对应于所述频率范围内的多个不同频率中的各自的一个频率；以及用于根据所述多个测量来确定反射的测量和/或传输的测量的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，例如，用于以微波频率测量正向和反射功率的设备和方法，包括测量正向或反射功率的微波功率生成器系统和方法。所述设备和方法可应用于工业和医疗微波应用。
技术介绍
公知的微波生成器系统的反射功率测量典型地被用作用于确定所施加的功率水平的间接机制(假设被沉积在目标材料中的能量不能被容易地直接获得)。在反射功率的预定水平被超过的情况下，该生成器系统能够被快速且安全地关闭，从而避免设备的损坏并避免因系统误读而导致的错误的设备操作。在医疗应用中，反射功率的测量能够用作用于检测设备故障、连接问题和一些形式的误用、并对上述问题进行反应的安全机制。反射测量的优点在于，能够在不需要用户检查治疗位置的情况下实时地监控盲治疗(blind treatment),这能够导致被管理的额外功率，而这会无意地导致不利的事件。相反地，完全胜任的医疗设备会偶然被误解释为故障，从而导致用户放弃治疗，进而导致对病人的不必要的风险和痛苦、以及需要重新安排治疗。在公知的设备中，正向和反向功率电路用于测量被传递给负载部件和从该负载部件反射的能量，其中该负载部件被连接到微波生成器。测量的精度是重要的，因为其能够被用作安全监控或者用于保护生成器中的放大器电路免于遭受能够损坏硬件的高水平的反射功率。就反射一部分入射微波能量的负载部件而言，电压驻波被建立，该电压驻波的幅度随着与不匹配部件的距离(电相位长度)而正弦地改变。传输线上的电压最大值(波腹)与 邻近的电压最小值(波节)(node)的比率与反射的能量和传递的能量的比例相关，而且被称为电压驻波比(VSWR)。典型地，使用矢量(幅度和相位)网络测量设备来设计和测量微波部件，其中使用基于尖端软件的校准技术来校准不匹配和测量电缆相位效应。以高精度的50 Ω参考标准为对照来设计和测量这些部件。典型地，部件将与参考标准稍微不同，从而呈现将导致一些微小程度的VSWR的不匹配。该问题仅在部件匹配差的情况下才会变得明显。就医疗应用而言，对系统匹配的应用器(applicator)通常比-20dB (VSffR I. 22:1)的典型工业部件回波损耗差，这会导致明显的VSWR水平。对于采用单操作频率的微波系统而言，反向功率测量电路将仅测量VSWR正弦曲线的单个点。由于VSWR正弦曲线随着距离而改变，路径长度的变化将导致反射功率测量遵循VSWR正弦曲线的轮廓。对于仅在相位长度方面不同的两个相同的不匹配部件而言，该效应能够导致反向功率测量电路测量从VSWR最大值到VSWR最小值的任意位置。在依靠测量反向功率以指示性能的系统中，其表示模糊且不可靠的测量。在公知的生成器系统中，通常使用检波二极管来测量微波功率，该检波二极管提供电压相关的功率测量。这些系统通过使用矢量(幅度和相位)测试设备而根据以精确50 Ω阻抗参考标准为对照所设计和测量的部件的组合来构建，然而期望最终的系统能够在不参考任何形式的原位校准的情况下进行关键测量。相反地，系统的操作特性基于以参考标准为对照而预定的单独部件的性质、根据所测量的反射信号(通常在单个位置和频率下测量)来确定。校准的省略强调了改变和电缆相位长度对功率 测量的影响。使用连续波(CW)微波生成器来生成微波信号也是常见的事。由于使用了仅能够以固定频率提供能量的基于磁控管的技术，这种CW生成器通常局限于以单个固定频点(例如，2. 45GHz)来生成微波能量。设备物理参数的变化结合CW操作以及校准的缺乏能够导致相当大的测量变化。在公知的系统中被忽视的另一因素是级联不匹配效应。例如，针对50 Ω终端所设计的部件可以被连接到其他不匹配的部件，而且互联的电相位长度(诸如应用器的电缆或相位长度)可以被忽略或者是未知的，从而导致不匹配的不确定性。其通常是在微波测量中被忽视的误差源。设备(尤其是医疗设备)的设计和校准应当考虑测量的不确定性，以证明其能力。应当理解的是，忽略VSWR和驻波对反射功率测量的上述影响，假设负载具有恒定值，则在不考虑电缆长度的微小变化的情况下，被传递给负载的总体功率应当保持相对恒定。使用被连接到检波二极管的定向耦合器来测量反向功率是公知的。VSWR通过建立所测量的正向与反向功率的比率来计算。在大部分系统中，在单频点下测量反向功率驻波。在该单频点测量下驻波的影响是不明显的，直到诸如匹配或相位长度之类的参数被改变(通常伴随部件制造公差而发生)。在功率检波电路中使用耦合器或依靠阻抗的测量部件的局限性在于，这些设备通常适用于以匹配的终端为对照的测量。就定向耦合器而言，耦合因子和定向性将受到在该设备的端口处所呈现的阻抗的影响。使用耦合器或阻抗敏感部件(例如，耦合器/隔离器)的任意其他布置的检波电路的性能将受到端口所呈现的变化阻抗的影响。该特性在工业应用中是可接受的，其中在工业应用中，待测设备(DUT)典型地具有-14dB或更好(VSWR 2:1)的匹配。在医疗应用中，应用器或天线匹配能够明显偏离50 Ω，而且依靠应用而可以从_20dB (VSffR 1.22:1)变化到-6(^ (VSffR 3. 01:1)或更差。在治疗期间，应用器或天线的有效阻抗也可以随着组织性质的变化而变化，这需要能够适应大范围的阻抗变化的测量系统。在反射功率测量中这尤其关键，其中在反射功率测量中，医疗系统已被配置成使用标准50 Ω参考部件来测量反射功率。当被连接到新阻抗时，该设置将继续使所有测量参考50 Ω参考标准，从而导致在阻抗不同于50 Ω的情况下，反射功率测量的不确定性和不可靠性。该阻抗相关的测量局限性也会遭受相位的影响，其中相位的影响可以使用本文描述的扫描源或通过采取机械或电气地扫描相位产生的相位变化的平均测量的任意其他方法来被降低。阻抗敏感型测量变化对其自身的影响向功率测量中添加了进一步独立的误差源。US 20090076492、US 7070595、US 11/479，259 和 US 20080319434 中描述了利用反射功率测量和VSWR的确定来监控和控制用于医疗应用的微波功率的应用的系统。US 20090076492和US 7070595描述了调整系统参数(诸如相位长度)或移动输出频率，以便在所测量的最低VSWR的位置(其被认为是最佳操作布置)处进行操作。然而，该方法的缺点在于整体系统性能没有得到改善，因为天线阻抗保持不变而且被传递的功率保持相同。唯一的改变是VSWR测量的参考点被移动到零点(null point)，其中在该零点处，反射信号相对于所传送的信号而被部分地取消。因此，这种系统提供了反射功率或VSWR的不可靠的测量，这对于安全性关键的用途而言是不能依赖的。
技术实现思路
在本专利技术的第一独立方面中，提供一种微波设备，该设备包括微波源，用于提供微波信号，该微波源可连接到负载；控制装置，在操作中被配置成在频率范围内改变由所述源所提供的微波信号的频率；微波检测器，用于执行微波测量，在操作中被布置成接收来自负载的反射和/或到负载的传输，并执行多个测量，每个测量对应于频率范围内的多个不同频率中的各自的一个频率；以及用于根据所述多个测量来确定反射的测量或传输的测量的装置。可以提供多个微波检测器。每 个微波检测器可以包括微波功率检测器。通过在频率范围内改变微波信号的频率，可以获得反射和/或传输的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.18 US 61/262,2061.一种微波设备，该微波设备包括 微波源，用于提供微波信号，该微波源能够连接到负载； 控制装置，在操作中被配置成在频率范围内改变由所述源提供的所述微波信号的频率； 微波检测器，用于执行微波测量，该微波检测器在操作中被布置成接收来自所述负载的反射和/或到所述负载的传输，并执行多个测量，每个测量对应于所述频率范围内的多个不同频率中的各自的一个频率；以及 用于根据所述多个测量来确定反射的测量和/或传输的测量的装置。2.根据权利要求I所述的设备，其中，所述微波源能够经由传输线连接到所述负载，以便在操作中通过由所述源提供的所述微波信号和该微波信号的反射的叠加来在所述传输线中形成电压驻波，所述电压驻波(VSW)的幅度在VSW周期中、在所述传输线上的最大和最小位置之间变化，并且所述频率范围使得由所述控制装置在操作中、在所施加的频率范围内改变所述频率导致在所述微波检测器的位置处的所述VSW在至少一个VSW周期中改变。3.根据权利要求I或2所述的设备，其中，所述微波源经由长度为L的传输线能够连接到所述负载，并且所述频率范围具有大于或等于c/2L的宽度，其中c是光速。4.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，所述频率范围具有大于或等于50MHz的宽度，可选地大于或等于200MHz，可选地大于或等于500MHz。5.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，所述控制装置被配置成通过在所述频率范围内扫描所述频率来改变所述微波信号的所述频率。6.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，所述控制装置被配置成通过控制所述信号具有不同频率的序列来在所施加的频率范围内改变所述微波信号的所述频率。7.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，所述控制装置被配置成在所述频率范围内重复地改变所述频率。8.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，所述微波信号包括脉冲信号，以及所述控制装置被配置成在每个脉冲期间改变所述频率。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述控制装置被配置成在重复周期中、在所施加的频率范围内改变所述微波信号的所述频率，并且每个周期的持续时间小于每个脉冲的持续时间。10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述每个周期的持续时间小于或等于所述每个脉冲的持续时间的十分之一。11.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，针对所施加的频率范围而获得的所述反射的测量表示针对所述频率范围而获得的反射的平均或最大量，和/或针对所施加的频率范围的所述传输的测量表示针对所述频率范围而获得的传输的平均或最大量。12.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，所述微波检测器被配置成测量由所述源提供的所述微波信号和所述微波信号的反射，并根据所测量的被提供的信号和所测量的反射来确定电压驻波比(VSWR)。13.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，所述反射的量的测量包括针对所述频率范围的VSWR，例如针对所述频率范围的最大或平均VSWR。14.根据前述任一权利要求所述的设备，该设备还包括被配置成将所述反射和/或传输的量的测量与阈值进行比较的监控装置。15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述控制装置被配置成依靠所述比较来改变由所述源提供的所述微波信号的至少一个性质。16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述控制装置被配置成依靠所述比较来降低或增加所述微波信号的功率，和/或依靠所述比较而停止向所述负载施加所述微波信号。17.根据前述任一权利要求所述的设备，其中所述微波源包括扫频振荡器和微波放大器，以及所述控制装置在操作中被配置成在其性能特性的线性范围内驱动所述微波放大器。18.根据权利要求I至16中任一权利要求所述的设备，其中，所述微波源包括外部微波振荡器、用于放大来自所述外部微波振荡器的信号以提供所述微波信号的放大器、以及用于向所述放大器施加控制信号以控制所述微波信号的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·麦克利恩，G·比尔，
申请(专利权)人：恩布莱申有限公司，
类型：发明
国别省市：