微波生物效应照射装置的制作方法

本发明涉及一种微波生物效应照射装置，属于微波生物效应领域。

背景技术：

随着现代社会的快速发展，手机、电脑、微波炉、吹风机及电磁医疗设备等电子产品越来越多地出现在人们的生活中，为生活带来巨大便利的同时，其辐射的微波也对人体健康构成了不可忽视的影响。大量的研究结果表明，高强度微波辐照会使生物组织温度升高，而低强度微波辐照对于生物体的非热效应影响如何，目前还存在争议。

细胞作为生物体及生命活动的基本组成单位，是一切生命现象的基础。所以微波对于生物体的影响，首先要着眼于微波对组成生物体的细胞的影响。激光共聚焦显微镜、膜片钳等仪器是当前研究细胞的先进分析工具，可以对活体细胞的结构、膜离子通道电流等进行实时动态观察及检测；已经有关于利用上述分析仪器及相应的辐照装置对微波辐照下细胞实时状态变化研究的文献报道，综合文献分析发现，已有的辐照装置存在以下问题：1、装置不够紧凑；2、工作带宽较窄；3、电磁兼容性能较差。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构较为紧凑、工作带宽较宽、电磁兼容性能较好的微波生物效应照射装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种微波生物效应照射装置，其特征在于，包括：

穿孔式背敷金属共面波导，包括矩形介质基板，贴设在所述矩形介质基板的上表面上的信号金属贴片，分布于所述信号金属贴片两侧并贴设在所述矩形介质基板上表面上的第一地金属贴片和第二地金属贴片，贴设在所述矩形介质基板的下表面上的背敷金属贴片，以及包覆在所述矩形介质基板周侧面上的的包边金属贴片；在位于所述信号金属贴片和第一地金属贴片之间的所述矩形介质基板上开设有第一穿孔，在位于所述信号金属贴片和第二地金属贴片之间的所述矩形介质基板上开设第二穿孔，且所述第一穿孔和第二穿孔相对于所述矩形介质基板的对称中心呈中心对称分布；所述背敷金属贴片上开设有与所述第一穿孔、第二穿孔一一对应的第三穿孔和第四穿孔；

穿孔式矩形金属波导腔，包括矩形金属波导腔体，所述矩形金属波导腔体的内部中空，所述穿孔式背敷金属共面波导放置在所述矩形金属波导腔体内，所述矩形金属波导腔体的底壁上开设有与所述第一穿孔、第二穿孔一一对应的第一透光孔和第二透光孔；所述矩形金属波导腔体的顶壁上开设有与第一穿孔、第二穿孔一一对应的第一观察检测口和第二观察检测口；

同轴射频接头，两所述同轴射频接头分别插置在所述穿孔式矩形金属波导腔的两窄侧面上；每一所述同轴射频接头的一端位于所述穿孔式矩形金属波导腔的内部并与所述穿孔式背敷金属共面波导连接，且所述同轴射频接头的内导体与所述信号金属贴片接触，所述同轴射频接头的外导体与所述包边金属贴片接触；每一所述同轴射频接头的另一端位于所述穿孔式矩形金属波导腔的外部。

所述信号金属贴片为中心对称结构，所述信号金属贴片贴设在矩形介质基板的上表面的中心位置，所述信号金属贴片的对称中心与所述矩形介质基板的对称中心重合；所述第一地金属贴片和第二地金属贴片以信号金属贴片为中心在矩形介质基板呈中心对称分布。

所述信号金属贴片、第一地金属贴片、第二地金属贴片由贴设在所述矩形介质基板的上表面上的第一矩形金属贴片经切割或刻蚀掉第一切除部和第二切除部后形成；所述第一切除部和第二切除部相对于所述第一矩形金属贴片的对称中心呈中心对称分布；位于所述第一切除部和第二切除部之间的部分为所述信号金属贴片，位于所述第一切除部外侧的部分为所述第一金属贴片，位于所述第二切除部外侧的部分为所述第二金属贴片。

所述第一切除部为由点c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o、p围成的第一多边形，所述第二切除部为由点c`、d`、e`、f`、g`、h`、i`、j`、k`、l`、m`、n`、o`、p`围成的第二多边形；点c到所述第一矩形金属贴片的横向中心线的距离为l6，点d到所述第一矩形金属贴片的横向中心线的距离为l7，点o或点p到所述第一矩形金属贴片的横向中心线的距离为l8，点c和点p的水平距离为l9，点p和点e的水平距离为l10，点m或点n到所述第一矩形金属贴片的横向中心线的距离为l11，点f或点g到所述第一矩形金属贴片的横向中心线的距离为l12，点e和点f之间的水平距离为l13，点f到所述第一矩形金属贴片的纵向中心线的距离为l14；其中，l6≥0mm，l7＞l8＞0mm，l9≥0mm，l10≥0mm，l13＞0mm，l14≥16mm；所述矩形介质基板的长为l1，宽为l2，厚度为d1，介电常数为ε；l1＝2×(l9+l10+l13+l14)，l2≥2×l12，d1＞0mm，ε＞1。

所述背敷金属贴片为贴设在所述矩形介质基板的下表面上的第二矩形金属贴片经切割或刻蚀掉所述第三穿孔和第四穿孔后形成；所述第一矩形金属贴片、第二矩形金属贴片以及包边金属贴片的厚度均为d2；0mm＜d2＜1mm。

所述第一穿孔、第二穿孔、第三穿孔、第四穿孔、第一透光孔和第二透光孔均为矩形通孔，所述第一观察检测口和第二观察检测口均为圆形通孔，所述矩形通孔的长为l3，宽为l4，所述圆形通孔的半径为r2；所述第一穿孔和第二穿孔、第三穿孔和第四穿孔、第一透光孔和第二透光孔以及第一观察检测口和第二观察检测口的中心线之间的距离均为2×l5；其中，l3≥5mm，5mm≤l4≤15mm，10mm＜r2＜l5，l5≥17.5mm，l11＝l5-l4/2，l12＝l5+l4/2。

所述矩形金属波导腔体包括相互活动盖合的上腔体和下腔体；所述上腔体上开设有第一观察检测口和第二观察检测口，在所述上腔体的两窄侧面上分别开设第一弧形缺口；所述下腔体上开设有第一透光孔和第二透光孔，在所述下腔体的两窄侧面上分别开设第二弧形缺口；同侧分布的所述第一弧形缺口和第二弧形缺口构成供所述同轴射频接头穿过的通孔；所述包边金属贴片的两窄侧面的上边缘上分别开设有第三弧形缺口，且所述第三弧形缺口与所述第一弧形缺口以及所述第二弧形缺口的中心线重合。

所述矩形金属波导腔体的长为l15+2×d3，宽为l16+2×d3，高为d4+d5，壁厚为d3；其中，l15≥l1，l16≥l2，0mm＜d3＜5mm，d4≥(d3+10.5)mm，d5＝d1+2×d2+d3+r3；同轴射频接头的中心导体半径为r3。

所述上腔室上的两所述第一弧形缺口、所述下腔室上的两所述第二弧形缺口以及所述包边金属贴片上的所述第三弧形缺口的半径均为r1，所述第三弧形缺口的圆心到所述包边金属贴片的下边缘的距离为所述矩形介质基板的厚度、第一矩形金属贴片的厚度以及同轴射频接头的中心导体半径之和。

所述同轴射频接头采用sma型同轴射频接头或n型同轴射频接头。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明包括穿孔式矩形金属波导腔、穿孔式背敷金属共面波导和同轴射频接头，穿孔式背敷金属共面波导放置于穿孔式矩形金属波导腔内，两同轴射频接头穿过穿孔式矩形金属波导腔的两窄侧面与穿孔式背敷金属共面波导连接，形成结构紧凑的整个微波生物效应照射装置；矩形金属波导腔体上除开设第一、二透光孔以及第一、二观察检测口外，其余部分均为封闭状态，故整个微波生物效应照射装置处于近封闭状态，使得整个装置具有较好的电磁兼容性能；穿孔式矩形金属波导腔内放置穿孔式背敷金属共面波导，整个装置具有较宽的工作频率范围；因此，整个微波生物效应照射装置具有结构较为紧凑、工作带宽较宽、电磁兼容性能较好的优点，比较适用于应用空间较为狭小、工作频率范围较宽、对电磁场较为敏感的微波生物效应研究及应用场合。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明穿孔式背敷金属共面波导的正面结构示意图；

图3是本发明穿孔式背敷金属共面波导的背面结构示意图；

图4是本发明包边金属贴片的结构示意图；

图5是本发明第一矩形金属贴片的结构示意图；

图6是图5的k处的局部放大结构示意图；

图7是本发明第二矩形金属贴片的结构示意图；

图8是本发明穿孔式矩形金属波导腔的上腔体的结构示意图；

图9是本发明穿孔式矩形金属波导腔的下腔体的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图1所示，本发明提供一种微波生物效应照射装置，包括穿孔式背敷金属共面波导1、穿孔式矩形金属波导腔2和同轴射频接头3；

如图2～4所示，穿孔式背敷金属共面波导1包括矩形介质基板10，贴设在矩形介质基板10的上表面上的信号金属贴片11，分布于信号金属贴片11两侧并贴设在矩形介质基板10上表面上的第一地金属贴片12和第二地金属贴片13，贴设在矩形介质基板10的下表面上的背敷金属贴片14，以及包覆在矩形介质基板10周侧面上的的包边金属贴片15；在位于信号金属贴片11和第一地金属贴片12之间的矩形介质基板10上开设有第一穿孔16，在位于信号金属贴片11和第二地金属贴片13之间的矩形介质基板10上开设第二穿孔17，且第一穿孔16和第二穿孔17相对于矩形介质基板10的对称中心呈中心对称分布；背敷金属贴片14上开设有与第一穿孔16、第二穿孔17一一对应的第三穿孔18和第四穿孔19；

如图8、图9所示，穿孔式矩形金属波导腔2，包括矩形金属波导腔体21，矩形金属波导腔体21的内部中空，穿孔式背敷金属共面波导1放置在矩形金属波导腔体21内，矩形金属波导腔体21的底壁22上开设有与第一穿孔16、第二穿孔17一一对应的第一透光孔221和第二透光孔222；矩形金属波导腔体21的顶壁23上开设有与第一穿孔16、第二穿孔17一一对应的第一观察检测口231和第二观察检测口232；

两同轴射频接头3分别插置在穿孔式矩形金属波导腔2的两窄侧面24上；每一同轴射频接头3的一端位于穿孔式矩形金属波导腔2的内部并与穿孔式背敷金属共面波导1连接，且同轴射频接头3的内导体与信号金属贴片11接触，同轴射频接头3的外导体与包边金属贴片15接触；每一同轴射频接头3的另一端位于穿孔式矩形金属波导腔2的外部。

进一步地，信号金属贴片11为中心对称结构，信号金属贴片11贴设在矩形介质基板10的上表面的中心位置，信号金属贴片11的对称中心与矩形介质基板10的对称中心重合；第一地金属贴片12和第二地金属贴片13以信号金属贴片11为中心在矩形介质基板10呈中心对称分布。

进一步地，如图5、图6所示，信号金属贴片11、第一地金属贴片12、第二地金属贴片13由贴设在矩形介质基板10的上表面上的第一矩形金属贴片100经切割或刻蚀掉第一切除部101和第二切除部102后形成；第一切除部101和第二切除部102相对于第一矩形金属贴片100的对称中心呈中心对称分布；位于第一切除部101和第二切除部102之间的部分为信号金属贴片11，位于第一切除部101外侧的部分为第一金属贴片12，位于第二切除部102外侧的部分为第二金属贴片13。

进一步地，第一切除部101为由点c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o、p围成的第一多边形103，第二切除部102为由点c`、d`、e`、f`、g`、h`、i`、j`、k`、l`、m`、n`、o`、p`围成的第二多边形104。

进一步地，点c到第一矩形金属贴片100的横向中心线aa`的距离为l6，点d到第一矩形金属贴片100的横向中心线aa`的距离为l7，点o或点p到第一矩形金属贴片100的横向中心线aa`的距离为l8，点c和点p的水平距离为l9，点p和点e的水平距离为l10，点m或点n到第一矩形金属贴片100的横向中心线aa`的距离为l11，点f或点g到第一矩形金属贴片100的横向中心线aa`的距离为l12，点e和点f之间的水平距离为l13，点f到第一矩形金属贴片100的纵向中心线bb`的距离为l14；其中，l6≥0mm，l7＞l8＞0mm，l9≥0mm，l10≥0mm，l13＞0mm，l14≥16mm。

进一步地，矩形介质基板10的长为l1，宽为l2，厚度为d1，介电常数为ε，l1＝2×(l9+l10+l13+l14)，l2≥2×l12，d1＞0mm，ε＞1。

进一步地，如图7所示，背敷金属贴片14为贴设在矩形介质基板10的下表面上的第二矩形金属贴片110经切割或刻蚀掉第三穿孔18和第四穿孔19后形成；第一矩形金属贴片100、第二矩形金属贴片110以及包边金属贴片15的厚度均为d2，0mm＜d2＜1mm。

进一步地，第一穿孔16、第二穿孔17、第三穿孔18、第四穿孔19、第一透光孔221和第二透光孔222均可为矩形通孔，第一观察检测口231和第二观察检测口232均可为圆形通孔；矩形通孔的长为l3，宽为l4，圆形通孔的半径为r2；第一穿孔16和第二穿孔17、第三穿孔18和第四穿孔19、第一透光孔221和第二透光孔222以及第一观察检测口231和第二观察检测口232的中心线之间的距离均为2×l5；其中，l3≥5mm，5mm≤l4≤15mm，10mm＜r2＜l5，l5≥17.5mm，l11＝l5-l4/2，l12＝l5+l4/2。

进一步地，如图4、图8、图9所示，矩形金属波导腔体21包括相互活动盖合的上腔体211和下腔体212；上腔体211上开设有第一观察检测口231和第二观察检测口232，在上腔体211的两窄侧面2111上分别开设第一弧形缺口2112；下腔体212上开设有第一透光孔221和第二透光孔222，在下腔体212的两窄侧面2121上分别开设第二弧形缺口2122；同侧分布的第一弧形缺口2112和第二弧形缺口2122构成供同轴射频接头3穿过的通孔；包边金属贴片15的两窄侧面151的上边缘上分别开设有第三弧形缺口152，且第三弧形缺口152与所述第一弧形缺口2112以及第二弧形缺口2122的中心线重合。

进一步地，矩形金属波导腔体21的长为l15+2×d3，宽为l16+2×d3，高为d4+d5，壁厚为d3，上腔室211的高为d4，下腔室212的高为d5；其中，l15≥l1，l16≥l2，0mm＜d3＜5mm，d4≥(d3+10.5)mm，d5＝d1+2×d2+d3+r3；同轴射频接头3的中心导体半径为r3。

进一步地，上腔室211上的两第一弧形缺口2112、下腔室212上的两第二弧形缺口2122以及包边金属贴片15上的第三弧形缺口152的半径均为r1，第三弧形缺口152的圆心到包边金属贴片15的下边缘的距离为矩形介质基板10的厚度、第一矩形金属贴片100的厚度以及同轴射频接头3的中心导体半径之和。

进一步地，同轴射频接头3采用sma型同轴射频接头或n型同轴射频接头。

本发明的使用过程如下：

将2个相同的放置生物样品的培养皿内置于穿孔式矩形金属波导腔2内部，并分别放置于矩形介质基板10上的两个矩形通孔正上方；将同轴圆波导tem模式微波通过两同轴射频接头3同时且同相位注入整个微波生物效应照射装置，同轴圆波导tem模式微波会被转换为共面波导准tem模式微波，并且共面波导准tem模式微波沿着第一切除部101及第二切除部102横向传输；共面波导准tem模式微波在经过放置生物样品的培养皿时，会有部分能量微波与培养皿内生物样品进行作用，其余部分微波会被两侧的两同轴射频接头3的端口吸收；在整个微波生物效应照射装置工作的同时，可以利用矩形金属波导腔体21的下腔体212上的第一透光孔221和第二透光孔222作为光源窗口，使用外部检测设备通过上腔体211上的第一观察检测口231和第二观察检测口232伸入整个微波生物效应照射装置内部，对两培养皿内的生物样品的电磁参数、温度参数、细胞状态等信息进行监测。

整个微波生物效应照射装置不进行生物样品检测时，当d2、l5、ε确定后，通过电磁仿真软件hfss，由微波生物效应照射装置一侧的同轴射频接头3注入tem模式微波，设定注入的tem模式微波传输到另一侧的同轴射频接头3后，其反射在0.8-2ghz频率范围内均低于-10db进行仿真优化，可以获得参数l1、l2、l3、l4、l6、l7、l8、l9、l10、l11、l12、l13、l14、l15、l16、d3、d4、d5、r2的精确值，为后续微波生物效应照射装置的批量生产提供数据支持，有利于生产工艺的优化。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。