[發明專利]用于電子直線加速器的自適應行波鎖相式頻率控制系統

無效

• 申請號: 201010177693.3
• 申請日: 2010-05-20
• 公開（公告）號: CN101835340A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 柘江;吳建興;王春波;王小軍;高陽;薛小峰;鄧勇
• 申請（專利權）人: 江蘇海明醫療器械有限公司
• 主分類號: H05H9/02
• 分類號: H05H9/02;H05H7/02;A61N5/02;H03L7/113
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;楊志兵

發明領域

本發明涉及一種自適應行波鎖相式頻率控制系統，尤其是一種用于電子直線加速器的自適應行波鎖相式頻率控制系統，屬于醫用放射治療器械領域。

背景技術

自動頻率控制系統(簡稱AFC系統)是醫用電子直線加速器中微波功率源輸出的微波頻率的控制系統，其性能的優劣直接影響到微波頻率的準確性和穩定性，從而影響加速器輸出射線的物理指標，是一直受關注的關鍵部件之一。

磁控管產生的微波是對饋入到加速管中的電子進行加速的功率源。微波頻率的變化，或是加速管諧振頻率的改變，都會引起整機物理指標的改變，如輸出能量的偏移、劑量率不穩、劑量的一致性等；同時也會影響四端環流器和磁控管等微波功率器件的使用壽命，因此必須保持電子直線加速器微波頻率與加速管的諧振頻率一致，才能保證加速器穩定地工作，否則就會因為頻率的偏離，造成電子能量的降低和電子能譜的增寬，從而導致加速器輸出劑量率的降低，甚至導致停止出束。因此電子直線加速器中都設有自動頻率控制系統(autofrequency?control?system，AFC)負責完成這一任務，它是醫用電子直線加速器控制系統的重要組成部分。也有文獻稱之為自動穩頻系統。

電子直線加速器使用的自動頻率控制系統一般有四種：晶振型、單腔型、雙腔型、鎖相型。

1.晶振型

在早期的加速器中，采用晶振式自動頻率控制系統。它以晶振的輸出頻率為基準，采用各種不同的形式穩定微波功率源的輸出頻率f_t，這個頻率就是加速管在某一特定溫度下的諧振頻率。在理想狀況下，加速管的工作溫度恒定不變，加速管的諧振頻率也就不會發生變化。但是，當加速管的工作溫度發生變化時，加速管的腔體的物理參數隨之變化，其諧振頻率必然變化，而不再是f_t。溫度每變化1℃，其諧振頻率差數約為50KHz。而此時晶振式穩頻系統跟蹤的仍然是f_t，造成比較大的Δf使整機物理性能下降，為了彌補這一點，就需要嚴格地控制加速管的工作溫度。

2.單腔型

單腔型自動頻率控制系統采用一個諧振腔。它利用不同頻率的微波信號通過諧振腔，諧振腔的輸出信號的幅值不同的特點，即頻率——幅度關系來控制微波功率源的輸出頻率達到穩頻的目的。腔體的水套內通恒溫水，與加速管的恒溫水相通，以保持腔體的溫度恒定。其穩定精度受腔體性能的影響比較大，而且其本身的鑒頻靈敏度不高，另外，工作溫度的變化也對穩頻性能產生一定的影響，這些因數都使得頻率的控制精度難以提高。

以上兩種形式的自動頻率控制方法由于自身的缺陷，目前已基本不再使用了，下面著重討論雙腔型和鎖相型自動頻率控制系統的工作原理。

3.雙腔型

雙腔型自動頻率控制系統采用兩個諧振腔：高腔、低腔，其諧振頻率分別為f+Δf和f-Δf，其中f為加速管在某一特定溫度下的諧振頻率。Δf一般選擇1.0～1.2MHz，雙腔諧振曲線如圖1所示。

雙腔自動頻率控制系統的穩定點是由雙腔鑒頻器決定的，該穩定點選擇等于行波加速管的一個工作頻率。鑒頻器的穩定點始終與加速管的工作頻率保持一致，由雙腔鑒頻器控制微波功率源的輸出頻率。

取樣波導上的定向耦合器引出微波功率，作為頻率取樣，激勵雙腔。從高腔和低腔輸出的脈沖信號由二極管檢波，經過放大，放大的脈沖信號經峰值取樣電路轉換為直流電平，送至差分放大器。差分放大器的輸出與高低腔脈沖幅度的差值成比例，此輸出經電機驅動電路產生驅動電壓來驅動微波功率源調諧桿的電機，從而改變微波功率源的振蕩頻率。當微波功率源的振蕩頻率與鑒頻器設置的工作頻率f相等時，高腔和低腔的輸出相等，差分放大器的輸出為零，此時不進行調節。當微波功率源的振蕩頻率大于加速管的工作頻率時，高腔的輸出增大，低腔的輸出減小，

差分放大器的輸出值為正，此正值輸出將驅動微波功率源的調諧桿，使微波功率源的振蕩頻率降低，直至差分放大器的輸出為零，回到微波功率源的振蕩頻率與加速管的工作頻率相等的狀態。當微波功率源的振蕩頻率大于加速管的工作頻率時，情況與上述相反。差分放大器的輸出隨頻率變化的曲線如圖2所示，此曲線通常稱為系統的鑒頻特性曲線。

它們都需要嚴格控制加速管的溫度，否則就不能如實反映加速管的諧振頻率的變化，造成比較大的頻率偏差，使整機的物理性能和指標下降。

行波加速管是帶通器件，工作頻率不止一個，各個工作頻率是根據動力學計算結果選擇的，駐波加速管是點頻器件，工作頻率就是駐波加速管的主諧振頻率。

發明內容