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关键词：磁控管，微波治疗仪摘□要：尽管微波治疗仪已在临床上应用多年，但是仍然存在无法适应人体负载变化多端的问题。当负载发 生变化时，天线反射可能会很大，从而导致负载吸收到的功率小于标称功率，影响治疗效果，反射增大还 可能通过负载牵引原理导致磁控管输出不稳定，并可能导致漏波增大，对人体造成潜在危害。本文设计制 作了一个基于 DSPPIC33EP64GP504芯片的微控制器的微波源自动控制系统，以及带有微波剂量监测的微波辐射天线，当负载得 不到足够功率时，自动控制系统会给出提示。经实验测试，微波源控制系统工作运行正常、稳定，微波辐 射天线反馈回来的功率能反映出实际辐射功率。

引言（一级标题：小三号、黑体）

20 世纪 40 年代，在微波的使用中，人类 发现了微波可以对人体产生热效应，从而可 用来治疗疾病[1-2]。国家规定 433MHz、915MHz 和 2450MHz 三个频率为医用微波工作频率， 目前微波治疗中最常用的是 2450MHz 频率的 微波[3] 。 回顾微波治疗在国内国外的多年临床应 用，它的医用疗效已经获得了医学界的认可。 当微波作用于人体组织时，引起组织细胞中 离子，水分子和偶极子的高频震荡[4]。由于人 体介质损耗吸收微波而产热升温，促进局部 血液循环，加快局部代谢,有利于水肿吸收、 消炎止痛，微波治疗仪就是基于微波的这些 属性研制的[5]。但是，目前国内使用的微波治 疗仪普遍存在的问题就是当负载变化时有可 能导致辐射天线反射增大，从而引起负载吸 收到的功率小于标称功率，影响治疗效果， 反射增大还可能通过负载牵引原理导致磁控 管输出不稳定，并可能导致漏波增大，对其 他正常部位和在场的医护人员产生辐射危 害。本文通过设计及测试，制作了一套微波 源控制系统，以及带有微波剂量监测的辐射 天线，利用监测量通过理论计算可以得出实 际的辐射功率，形成一个反馈系统，并且还 可以判断治疗时是否出现故障、微波辐射天 线与被治疗组织是否贴合良好等。这样就避 免了治疗过程中由于输出功率不稳定、实际 功率不达标、匹配不好引起的伤害。

2 研究现状（一级标题：小三号、黑体）

微波治疗仪主要由两部分组成：微波源 控制系统和微波辐射天线，下面将分别介绍。

微波源控制系统是微波治疗仪的核心， 磁控管为系统提供微波源，该磁控管采用的 是 2450MHz 频率的医疗专用磁控管。线性电 源产生 3.3V 的直流电压，作为磁控管的灯丝 电压。双向可控硅控制高压变压器的通断来 控制磁控管的阳极电压的通断，再通过对高 压采样的反馈，形成闭环控制，来使磁控管 的功率稳定输出。50Omega;的同轴电缆连接磁控 管和辐射天线，将磁控管的微波能量传输到 辐射天线上。低压电源部分主要给散热风扇、 LCD 显示屏、STM32 微控制器等供电。散热风 扇给磁控管散热。LCD 显示屏主要完成人机交 互的工作。 微控制器的主要控制内容包括：治疗功 率、时间的设定；开机灯丝预热、开机自检； 超温自动报警并开启过温保护；控制磁控管 的通断及微波发射功率；治疗仪工作时工作 状态显示、故障报警等。微波治疗仪的控制 系统是由 STM32 为核心及外围驱动电路和为 其服务的软件程序构成。

微波源控制系统的硬件组成： 整个系统采用 STM32F103 微控制器，该 微控制器工作频率为 72MHz，内置 512K 字节 的闪存和 64K 字节的 SRAM， 3 个 12 位的 ADC、 4 个 16 位定时器和 2 个 PWM 定时器

磁控管功率控制的工作原理是：同步信 号电路将正弦交流电转变为方波信号，在方 波的上升沿或下降沿——即正弦交流电的过 零点，进行中断申请，进入中断服务程序， 触发继电器和双向可控硅，微控制器控制着 触发点时刻，以达到设定的功率值。采用电 阻分压形式进行阳极高压采样，采集的电压 通过 A/D 转换到微控制器，用来监测微波输 出功率，形成闭环控制系统，以达到稳定的 功率值。LCD 显示屏、蜂鸣器、发光二极管共 同对仪器状态和故障进行显示、报警工作。 (2)微波源控制系统的软件设计 微波源控制系统的软件程序是利用 Keil mu;Vision5 软件编程调试实现的。控制系统的 软件主要由主程序、子程序和中断服务程序 组成。主程序的主要功能是完成各模块的初 始化、开机灯丝预热、ADC 启动等。中断处理 服务程序主要包括：定时器中断服务程序（定 时治疗功能）、外部中断（暂停启动按键中断、 温度保护中断）等。子程序为各个按键的扫 描子程序、显示子程序等

微波辐射天线是微波治疗仪的重要组成 部分。微波辐射天线是通过同轴电缆连接到 磁控管，将微波能量辐照到被治疗组织上。 辐射天线与被治疗组织之间的阻抗匹配是设 计天线的重要问题。将辐射天线到被治疗组 织间看作无耗传输线，无耗传输线的特征阻 抗当作自由空间波阻抗(377Omega;)。当工作频率 不变时，治疗部位、照射距离的变化都会引 起负载阻抗的变化，要使 50Omega;的同轴电缆线 与各种负载相匹配，是很难的。所以只有设 计一个宽带的辐射天线，拥有较宽的频带以适应各种负载状况。从天线理论上来说，螺 旋天线近乎是非频变天线，频带很宽，因此 在螺旋天线的基础上进行设计。天线的电磁 场分布又与天线使用的工作频率、天线自身 的尺寸大小密切相关[6]。而工作频率 2450MHz 已定，所以通过 CST 软件不断地对天线的尺 寸大小等参数进行优化设计，以及加工测试， 最终设计出如图 3 所示带有微波剂量监测微 波辐射天线。

3 结论（一级标题：小三号、黑体）

本文设计制作的微波治疗仪，包括微波 源控制系统和带有微波剂量监测的辐射天 线，具有结构简单、操作人性化、可靠性高 等优点。经过加工测试，微波源控制系统工 作正常、稳定，设计的微波辐射天线能够接 收到反馈的能量，具有一定微波剂量监测作 用，但是辐射天线还是具有方向性较差、体 积较大等缺点。笔者也将继续改进微波控制 系统和设计更多类型辐射天线，以满足各个 部位的微波治疗。