射频发射线圈的阻抗匹配的制作方法

技术领域

本发明涉及电学技术领域，特别是涉及一种射频发射线圈的阻抗匹配。

背景技术：

本公开涉及射频发射线圈的阻抗匹配。

磁共振成像系统的射频线圈按照功能可以分为射频接收线圈和射频发射线圈。所述射频接收线圈用于对磁共振信号进行接收。所述射频发射线圈可以仅用于发射射频信号，也可以既用于发射射频信号又用于接收磁共振信号。

在磁共振成像系统中，若射频发射线圈的阻抗与射频传输线的阻抗匹配，即所述射频发射线圈与所述射频传输线的接口处对所述射频发射线圈发射出的射频信号的功率的反射最小，则可保证所述射频发射线圈的射频信号的输出功率最大，从而可保证磁共振图像的质量。其中，所述射频传输线是所述射频发射线圈与射频放大器之间的传输线。

一般情况下，可将所述射频发射线圈与射频放大器之间的射频传输线的阻抗设置为50欧姆，并可将所述射频发射线圈的阻抗也设置为50欧姆，以实现所述射频发射线圈与所述射频传输线的阻抗匹配。但是，当磁共振成像系统对身材大小不同的被检体进行成像时，该磁共振成像系统中的射频发射线圈的等效电容可能会发生变化，从而改变所述射频发射线圈的阻抗，并可导致所述射频发射线圈的阻抗与所述射频传输线的阻抗不匹配。

为了保证射频发射线圈与射频传输线的阻抗匹配，公开号为CN85106858A的中国专利申请公开了一种基于互感耦合技术的磁共振射频线圈阻抗匹配装置和方法。该装置中，射频发射线圈与耦合匹配线圈可看作一个整体，将所述耦合匹配线圈设置于所述射频发射线圈在共振频率下具有射频磁通线密度最大的地方，通过手动旋转所述耦合匹配线圈的角度，来改变耦合匹配线圈在射频场中射频磁通的有效面积，从而改变所述射频发射线圈与所述耦合匹配线圈之间的耦合系数。通过上述调节方法，可使得所述射频发射线圈和所述耦合匹配线圈作为整体的等效阻抗与所述射频传输线的阻抗匹配，从而可保证所述射频发射线圈的射频信号的输出功率最大。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于提供一种射频发射线圈的阻抗匹配，从而能够解决现有技术中调节射频发射线圈的阻抗匹配的方法速度慢，精度低的问题。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：

本发明第一方面提供一种射频发射线圈的阻抗匹配电路，包括：

线圈接口电路，配置为在射频发射状态下完成射频功率的正交输出，或者在射频接收状态下完成射频接收信号的混合输出；

线圈匹配电路，通过直流阻塞器串联在射频发射线圈与所述线圈接口电路之间；

射频功率检测电路，与所述线圈接口电路相连，配置为检测射频发射状态下的射频前向信号功率和射频反射信号功率；以及

谱仪；

其中，所述线圈匹配电路包括可变电抗二极管，所述谱仪向所述线圈匹配电路输出的电压反向施加在所述可变电抗二极管上，并且所述线圈匹配电路的阻抗根据施加在所述可变电抗二极管上的反向电压而改变；

所述谱仪在向所述线圈匹配电路输出一个电压后向所述射频功率检测电路输出一个射频发射信号，从所述射频功率检测电路获得所述电压对应的射频前向信号功率以及射频反射信号功率，并将与最小的射频反射信号功率对应的电压确定为表示所述线圈匹配电路和所述射频发射线圈作为整体的等效阻抗与射频传输线的阻抗相互匹配的阻抗匹配电压。

在本发明第一方面的第一种可能的实现方式中，其中，

所述线圈匹配电路还包括射频阻塞器，

所述谱仪向所述线圈匹配电路输出的电压通过所述射频阻塞器反向施加在所述可变电抗二极管上。

在本发明第一方面的第二种可能的实现方式中，其中

所述线圈匹配电路的第一输出端通过第一直流阻塞器与所述射频发射线圈的第一输入端相连，

所述线圈匹配电路的第二输出端通过第二直流阻塞器与所述射频发射线圈的第二输入端相连；

所述线圈匹配电路的第一输入端通过第三直流阻塞器与所述线圈接口电路的第一输出端相连，

所述线圈匹配电路的第二输入端通过第四直流阻塞器与所述线圈接口电路的第二输出端相连；

所述线圈匹配电路的第三输入端与所述谱仪的第一输出端相连。

在本发明第一方面的第三种可能的实现方式中，其中，所述射频功率检测电路包括第一定向耦合器和第二定向耦合器，

所述第一定向耦合器的输入端通过所述射频放大器与所述谱仪的第二输出端相连，

所述第一定向耦合器的输出端与所述第二定向耦合器的输出端相连，

所述第一定向耦合器的耦合端与所述谱仪的第一输入端相连，

所述第二定向耦合器的输入端与所述线圈接口电路相连，

所述第二定向耦合器的耦合端与所述谱仪的第二输入端相连。

结合本发明第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，其中，

在所述谱仪的第一输出端向所述线圈匹配电路输出一个电压后，所述谱仪的第二输出端通过射频放大器向所述第一定向耦合器的输入端输出一个射频发射信号，

所述第一定向耦合器的耦合端向所述谱仪的第一输入端输出所述电压对应的射频前向信号功率，并且所述第二定向耦合器的耦合端向所述谱仪的第二输入端输出所述电压对应的射频反射信号功率。

结合本发明第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，其中，所述线圈匹配电路包括可变电抗二极管、第一射频阻塞器和第二射频阻塞器；

所述第一射频阻塞器的第一端为所述线圈匹配电路的第三输入端，

所述第一射频阻塞器的第二端与所述可变电抗二极管的负极相连，

所述可变电抗二极管的正极通过所述第二射频阻塞器接地，

所述可变电抗二极管的负极为所述线圈匹配电路的第一输入端，

所述可变电抗二极管的正极为所述线圈匹配电路的第一输出端，

所述线圈匹配电路的第二输出端与所述线圈匹配电路的第二输入端短路。

结合本发明第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，其中，所述线圈匹配电路包括可变电抗二极管、第三射频阻塞器和第四射频阻塞器；

所述线圈匹配电路的第一输出端与所述线圈匹配电路的第一输入端短路，

所述第三射频阻塞器的第一端为所述线圈匹配电路的第三输入端，

所述第三射频阻塞器的第二端与所述可变电抗二极管的负极相连，

所述可变电抗二极管的正极通过所述第四射频阻塞器接地，

所述可变电抗二极管的负极为所述线圈匹配电路的第二输入端，

所述可变电抗二极管的正极为所述线圈匹配电路的第二输出端。

结合本发明第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，其中，所述线圈匹配电路包括第一可变电抗二极管、第二可变电抗二极管、第一射频阻塞器、第二射频阻塞器、第三射频阻塞器和第四射频阻塞器；

所述第一射频阻塞器的第一端为所述线圈匹配电路的第三输入端，

所述第一射频阻塞器的第二端与所述第一可变电抗二极管的负极相连，

所述第一可变电抗二极管的正极通过所述第二射频阻塞器接地，

所述第一可变电抗二极管的负极为所述线圈匹配电路的第一输入端，

所述第一可变电抗二极管的正极为所述线圈匹配电路的第一输出端；

所述第一射频阻塞器的第二端与所述第三射频阻塞器的第一端相连，

所述第三射频阻塞器的第二端与所述第二可变电抗二极管的负极相连，

所述第二可变电抗二极管的正极通过所述第四射频阻塞器接地，

所述第二可变电抗二极管的负极为所述线圈匹配电路的第二输入端，

所述第二可变电抗二极管的正极为所述线圈匹配电路的第二输出端。

在第一方面的第八种可能的实现方式中，其中，所述线圈接口电路包括射频功率分配/混合器、第一射频开关、第二射频开关、第五直流阻塞器、第六直流阻塞器、第七直流阻塞器、第八直流阻塞器、发射功率吸收负载、接收功率吸收负载以及前置放大器；

所述射频功率分配/混合器的第一端与所述第一射频开关的第一端相连，

所述第一射频开关的第二端通过所述第五直流阻塞器与所述射频功率检测电路相连；

所述第一射频开关的第三端依次串联所述第六直流阻塞器和所述接收功率吸收负载后接地；

所述射频功率分配/混合器的第二端与所述第二射频开关的第一端相连，

所述第二射频开关的第二端依次串联所述第七直流阻塞器和所述发射功率吸收负载后接地，

所述第二射频开关的第三端通过所述第八直流阻塞器与所述前置放大器相连，

所述前置放大器与所述谱仪相连，

所述射频功率分配/混合器的第三端通过直流阻塞器与所述线圈匹配电路的第二输入端相连，

所述射频功率分配/混合器的第四端通过直流阻塞器与所述线圈匹配电路的第一输入端相连。

结合本发明第一方面的第八种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，其中，还包括：

第一开关信号驱动器，其一端与所述谱仪相连，另一端通过第五射频阻塞器与所述射频发射线圈相连，配置为接收所述谱仪发送的线圈状态控制信号，并向所述射频发射线圈发送线圈失谐状态驱动信号或谐振状态驱动信号；

第二开关信号驱动器，其一端与所述谱仪相连，另一端通过第六射频阻塞器分别与所述第一射频开关和所述第二射频开关相连，配置为接收所述谱仪发送的线圈状态控制信号，并向所述第一射频开关和所述第二射频开关发送射频发射状态驱动信号。

本发明的第二方面提供一种射频发射线圈的阻抗匹配方法，包括：

谱仪向线圈匹配电路输出一个电压，所述电压反向施加在所述线圈匹配电路中的可变电抗二极管上，所述线圈匹配电路的阻抗根据施加在所述可变电抗二极管上的反向电压而改变；

所述谱仪在输出所述电压后，向射频功率检测电路输出一个射频发射信号，并从所述射频功率检测电路获得所述电压对应的射频前向信号功率以及射频反射信号功率；

所述谱仪重复上述步骤以获得与多个不同的电压对应的射频反射信号功率和射频前向信号功率，并将与最小的射频反射信号功率所对应的电压确定作为表示所述线圈匹配电路和射频发射线圈作为整体的等效阻抗与射频传输线的阻抗相互匹配的阻抗匹配电压。

在第二方面第一种可能的实现方式中，其中，所述等效阻抗为所述线圈匹配电路的阻抗与所述射频发射线圈的阻抗的和。

在第二方面第二种可能的实现方式中，其中，在所述谱仪首次向所述线圈匹配电路输出一个电压之前，还包括：

所述谱仪进行初始化，以设置输出电压起始值、步进值以及最大电压驻波比。

结合第二方面第二种可能的实现方式，在第二方面第三种可能的实现方式中，其中，在所述谱仪首次向所述线圈匹配电路输出一个电压之后，还包括：

所述谱仪根据与首次输出电压对应的射频前向信号功率以及射频反射信号功率计算电压驻波比；

在所述电压驻波比大于预设的最大电压驻波比的情况下，所述谱仪退出操作；

在所述电压驻波比小于或等于预设的最大电压驻波比的情况下，所述谱仪将与所述首次输出电压对应的射频反射信号功率记录为最小射频反射信号功率。

结合第二方面第二种可能的实现方式，在第二方面第四种可能的实现方式中，其中，所述谱仪重复上述步骤以获得与多个不同的电压对应的射频反射信号功率和射频前向信号功率包括：

所述谱仪从所述射频功率检测电路获得与当前输出电压对应的射频反射信号功率和射频前向信号功率后，判断所述当前输出电压对应的射频反射信号功率是否小于所记录的最小射频反射信号功率，

在判定所述当前输出电压对应的射频反射信号功率小于所述最小射频反射信号功率的情况下，所述谱仪将所述当前输出电压对应的射频反射信号功率记录为新的最小射频反射信号功率，并将所述当前输出电压增大当前步进值作为新的当前输出电压；

在判定所述当前输出电压对应的射频反射信号功率大于或等于所述最小射频反射信号功率并且所述当前步进值能够缩小的情况下，所述谱仪设置新的输出电压起始值和步进值，并按新的输出电压起始值和步进值重新获得与多个不同的电压对应的射频反射信号功率和射频前向信号功率；

在判定所述当前输出电压对应的射频反射信号功率大于或等于所述最小射频反射信号功率并且所述当前的步进值不能够缩小的情况下，所述谱仪基于所述当前输出电压以及所述最小射频反射信号功率对应的电压确定所述阻抗匹配电压。

结合第二方面第四种可能的实现方式，在第二方面第五种可能的实现方式中，其中，在判定所述当前输出电压对应的射频反射信号功率大于或等于所述最小射频反射信号功率并且所述当前步进值能够缩小的情况下，所述谱仪设置新的输出电压起始值和步进值，包括：

如果所述当前输出电压对应的射频反射信号等于所述最小射频反射信号功率，则所述谱仪将所述最小射频反射信号功率对应的电压作为新的输出电压起始值，将所述当前步进值减去预设的步进差值后作为新的步进值，并将所述新的输出电压起始值加上一个所述新的步进值作为新的当前输出电压；

如果所述当前输出电压对应的射频反射信号大于所述最小射频反射信号功率，则所述谱仪将所述最小射频反射信号功率对应的电压减去一个所述当前步进值作为新的输出电压起始值，将所述当前步进值减去预设的步进差值作为新的步进值，并在所述新的输出电压起始值大于前次的输出电压起始值的情况下将所述新的输出电压起始值加上一个所述新的步进值作为新的当前输出电压。

结合第二方面第四种可能的实现方式，在第二方面第六种可能的实现方式中，其中，在判定所述当前输出电压对应的射频反射信号功率大于或等于所述最小射频反射信号功率并且所述当前的步进值不能够缩小的情况下，所述谱仪基于所述当前输出电压以及所述最小射频反射信号功率对应的电压确定所述阻抗匹配电压，包括：

如果所述当前输出电压对应的射频反射信号等于所述最小射频反射信号功率，则所述谱仪取所述当前输出电压和前次输出电压的中间值作为所述阻抗匹配电压；

如果所述当前输出电压对应的射频反射信号大于所述最小射频反射信号功率，则所述谱仪将所述最小射频反射信号功率对应的电压确定作为所述阻抗匹配电压。

通过上述技术方案可知，本发明有如下有益效果：

本发明公开了一种射频发射线圈的阻抗匹配电路及方法。所述阻抗匹配电路包括线圈接口电路、线圈匹配电路、射频功率检测电路和谱仪。所述谱仪向所述线圈匹配电路输出多个不同的电压，所述电压反向施加在所述线圈匹配电路中的可变电抗二极管上，所述线圈匹配电路的阻抗根据施加在所述可变电抗二极管上的反向电压而改变。此外，通过向所述射频功率检测电路输出射频发射信号，所述谱仪从所述射频功率检测电路获得与多个不同的电压对应的射频反射信号功率和射频前向信号功率，并将与最小的射频反射信号功率所对应的电压确定作为表示所述线圈匹配电路和所述射频发射线圈作为整体的等效阻抗与射频传输线的阻抗相互匹配的阻抗匹配电压。调节射频发射线圈的阻抗匹配的速度快，精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开提供的一种射频发射线圈阻抗匹配电路的结构示意图；

图2为本公开可变电抗二极管反向电压与所述可变电抗二极管的结电容的关系示意图；

图3为本公开包含射频发射线圈在内的线圈匹配网络的阻抗随可变电抗二极管的结电容变化的关系示意图；

图4为所述谱仪输出的电压与射频反射信号的功率的关系示意图；

图5为本公开提供的线圈匹配电路第一种结构示意图；

图6为本公开提供的线圈匹配电路第二种结构示意图；

图7为本公开提供的线圈匹配电路第三种结构示意图；

图8为本公开提供的线圈接口电路和开关信号驱动器结构示意图；

图9为本公开一个例子提供的一种射频发射线圈阻抗匹配的方法流程图；

图10为本公开一个例子提供的一种射频发射线圈阻抗匹配的方法流程图。

具体实施方式

在描述本公开例子前，需要进行如下说明：本公开中所述的射频发射线圈的阻抗匹配实质上不是射频发射线圈的阻抗与射频传输线的阻抗匹配，而是将所述射频发射线圈与所述线圈匹配电路看作一个整体，即所述射频发射线圈与所述线圈匹配电路作为一个整体的等效阻抗与所述射频传输线的阻抗匹配。本公开中，所述射频发射线圈与所述线圈匹配电路作为一个整体的等效阻抗，可例如指的是所述射频发射线圈的阻抗与所述线圈匹配电路的阻抗的和。

图1为本公开提供的一种射频发射线圈的阻抗匹配电路的结构示意图。如图1所示，所述电路可包括射频发射线圈101、线圈匹配电路102、线圈接口电路103、射频功率检测电路104、射频放大器105和谱仪106。线圈接口电路103用于在射频发射状态下完成射频功率的正交输出，或者在射频接收状态下完成射频接收信号的混合输出。线圈匹配电路102通过直流阻塞器串联在所述射频发射线圈101与所述线圈接口电路103之间。射频功率检测电路104与所述线圈接口电路103相连，用于检测射频发射状态下的射频前向信号功率和射频反射信号功率。

其中，所述线圈匹配电路102可包括可变电抗二极管，所述谱仪106向所述线圈匹配电路102输出的电压可反向施加在所述可变电抗二极管上，并且所述线圈匹配电路102的阻抗能够根据施加在所述可变电抗二极管上的反向电压而改变。这样，所述谱仪106可在向所述线圈匹配电路102输出一个电压后向所述射频功率检测电路104输出一个射频发射信号，从所述射频功率检测电路104获得所述电压对应的射频前向信号功率以及射频反射信号功率，并将与最小的射频反射信号功率对应的电压确定为表示所述线圈匹配电路102和所述射频发射线圈101作为整体的等效阻抗与射频传输线的阻抗相互匹配的阻抗匹配电压。

本公开中，射频发射线圈101可以仅用于发射射频信号，也可以既用于发射射频信号又用于接收磁共振信号。当所述射频发射线圈101既用于发射射频信号又用于接收磁共振信号时，所述射频发射线圈101为收发共用型射频发射线圈。

所述线圈匹配电路102的第一输出端1021可通过第一直流阻塞器107与所述射频发射线圈101的第一输入端相连，所述线圈匹配电路102的第二输出端1022可通过第二直流阻塞器108与所述射频发射线圈101的第二输入端相连。

所述线圈匹配电路102的第一输入端1023可通过第三直流阻塞器109与所述线圈接口电路103的第一输出端相连，所述线圈匹配电路102的第二输入端1024可通过第四直流阻塞器110与所述线圈接口电路103的第二输出端相连。

所述线圈匹配电路102可包括可变电抗二极管1026和射频阻塞器1027、1028，所述线圈匹配电路102的第三输入端1025可与所述谱仪106的第一输出端1061相连。

所述谱仪106的第一输出端1061可向所述线圈匹配电路102的第三输入端1025依次输出多个电压，每个电压都反向施加在所述线圈匹配电路102的可变电抗二极管1026上。所述可变电抗二极管1026的结电容可随着施加在所述可变电抗二极管1026上的反向电压的增大而减小。如图2所示，为施加在可变电抗二极管1026上的反向电压与所述可变电抗二极管1026的结电容的关系示意图。而所述可变电抗二极管1026的结电容的变化会改变所述可变电抗二极管1026的阻抗。如图3所示，为包含射频发射线圈在内的线圈匹配网络的阻抗随可变电抗二极管的结电容变化的关系示意图。线圈匹配网络可包括自身的等效电感以及等效电容，其中等效电容包括可变电抗二极管的结电容。图3中最左边的部分表示容性负载，也即容抗比感抗大，随着可变电抗二极管的结电容增加，容抗越来越小，线圈匹配网络的整体阻抗也越来越小。当等效电容的电抗与等效电感的电抗相匹配时，线圈匹配网络呈阻性负载，此时线圈匹配网络的整体阻抗最小，也即图中的最低点。随着可变电抗二极管的结电容进一步增加，容抗越来越小，当容抗小于感抗时，电路呈感性，线圈匹配网络的整体阻抗也就越来越大，如曲线右侧部分所示。

因此，所述可变电抗二极管1026的阻抗会随着该可变电抗二极管1026两端的电压的变化而变化。换言之，随着施加在该可变电抗二极管1026上的反向电压不同，该可变电抗二极管1026的阻抗可不同。改变所述谱仪106的输出电压的大小，可以改变可变电抗二极管1026的阻抗的大小，进而可以改变所述线圈匹配电路102的阻抗的大小，从而改变所述线圈匹配电路102与所述射频发射线圈101的等效阻抗。当所述线圈匹配电路102与所述射频发射线圈101的等效阻抗与射频传输线的阻抗匹配时，例如所述等效阻抗与所述射频传输线的阻抗相等时，可实现磁共振成像系统的阻抗匹配。

根据一个示例，对于所述线圈匹配电路102中的可变电抗二极管1026，可选用结电容随着电压的变化具有较大变化区间的可变电抗二极管。例如，可以采用具有0.18pF至22pF的结电容变化区间的可变电抗二极管。

所述射频功率检测电路104可包括第一定向耦合器111和第二定向耦合器112。其中，所述第一定向耦合器111的输入端1111可通过所述射频放大器105与所述谱仪106的第二输出端1062相连，所述第一定向耦合器111的输出端1112可与所述第二定向耦合器112的输出端1122相连，所述第一定向耦合器111的耦合端1113可与所述谱仪106的第一输入端1063相连，所述第二定向耦合器112的输入端1121可与所述线圈接口电路103相连，所述第二定向耦合器112的耦合端1123可与所述谱仪106的第二输入端1064相连。

所述射频功率检测电路104中包括的两个定向耦合器111、112可相向连接，即第一定向耦合器111的输出端1112可与第二定向耦合器112的输出端1122相连。需要说明的是，定向耦合器111和112的输入、输出端可以是双向的，但是耦合端只与输入端相关。所述谱仪106的第一输出端1061每次输出一个电压后，其第二输出端1062都会通过射频放大器105向射频功率检测电路104输出一个中心频率、相位以及幅度不变的射频发射信号。该射频发射信号经由所述射频功率检测电路104时，所述第一定向耦合器111将该射频发射信号输出给第二定向耦合器112，以使得该射频发射信号经由第二定向耦合器112发送给线圈接口电路103。与此同时，第一定向耦合器111的耦合端1113输出射频前向信号的功率。射频传输线的接口处会将该射频发射信号反射回来一部分，所述第二定向耦合器112的耦合端1123可输出射频反射信号的功率。

本领域技术人员应能理解，也可用其他耦合器实现如上射频功率检测电路104的功能。例如，可用一个四端口定向耦合器来直接得到射频前向信号和射频反射信号，并在此不再赘述。

在实现射频发射线圈阻抗匹配时，所述谱仪106的第一输出端1061可向所述线圈匹配电路102的第三输入端1025依次输出多个电压。其中，所述多个电压可通过所述射频阻塞器1027、1028反向施加在所述可变电抗二极管1026上，改变所述线圈匹配电路102的阻抗。例如，在所述谱仪106的第一输出端1061每次输出一个电压后，所述谱仪106的第二输出端1062可输出射频发射信号，所述第一定向耦合器111的耦合端1113可向所述谱仪106的第一输入端1063输出射频前向信号的功率，所述第二定向耦合器112的耦合端1123可向所述谱仪106的第二输入端1064输出射频反射信号的功率。这样，所述谱仪106可获取射频反射信号的功率最小时，所述谱仪106的第一输出端1061输出的电压作为阻抗匹配电压。

在实际应用中，所述射频发射线圈101与所述线圈匹配电路102的等效阻抗可能不易检测，因此可以考虑间接检测所述等效阻抗与射频传输线的阻抗匹配。例如，当所述谱仪106输出一个电压使得射频反射信号的功率最小时，则可认为所述等效阻抗与射频传输线的阻抗匹配。如图4所示，为所述谱仪106输出的电压与射频反射信号的功率的关系示意图。

由此可知，本公开中，所述谱仪106每次输出一个电压后，所述射频发射线圈101与所述线圈匹配电路102的等效阻抗可发生改变，所述谱仪106可从所述第一定向耦合器111的耦合端1113获取射频前向信号的功率，再从所述第二定向耦合器112的耦合端1123获得射频反射信号的功率，作为该电压对应的射频前向信号的功率和射频反射信号的功率。这样，所述谱仪106可通过查找射频反射信号的功率最小时所对应的电压，来确定可表示此时所述等效阻抗与射频传输线的阻抗匹配的电压作为阻抗匹配电压，而无需直接检测所述等效阻抗的大小。换言之，通过由所述谱仪106输出多个不同的电压，可查找到能够使得所述等效阻抗与射频传输线的阻抗实现匹配的阻抗匹配电压。然后，所述谱仪106可以以所述阻抗匹配电压为输出电压，自动调节磁共振成像系统的阻抗匹配。

在具体实现时，本领域技术人员应能理解，所述射频发射线圈101可以包含N根天线，其中N为大于或等于1的整数。在这种情况下，所述线圈匹配电路102内的包括可变电抗二极管、射频阻塞器等的配套电路也可以为N套。相应地，用于连接射频发射线圈101与线圈匹配电路102的直流阻塞器，以及用于连接线圈匹配电路102与线圈接口电路103的直流阻塞器，也可以为N套。

本领域技术人员还应能理解，在线圈匹配电路102中，可变电抗二极管可以串联和/或并联连接电阻、电容、电感等其它器件来共同构成匹配电路，还可以连接附加的可变电抗二极管来协助实现阻抗匹配。下面将结合附图逐一描述所述线圈匹配电路102的示例性结构。

所述线圈匹配电路102第一种可能的实现结构，如图5所示，可包括一个可变电抗二极管501和两个射频阻塞器502、503。

其中，第一射频阻塞器502的第一端可为所述线圈匹配电路102的第三输入端1025，所述第一射频阻塞器502的第二端可与所述可变电抗二极管501的负极相连，所述可变电抗二极管501的正极可通过第二射频阻塞器503接地，所述可变电抗二极管501的负极可为所述线圈匹配电路102的第一输入端1023，所述可变电抗二极管501的正极可为所述线圈匹配电路102的第一输出端1021。所述线圈匹配电路102的第二输出端1022可与所述线圈匹配电路102的第二输入端1024短路。

在所述线圈匹配电路102第一种可能的实现结构中，只有一个可变电抗二极管501，所述谱仪106的第一输出端1061可向所述线圈匹配电路102中所述第一射频阻塞器502的第一端输入电压，所述电压反向施加在可变电抗二极管501的两端，用于改变所述可变电抗二极管501的阻抗。

所述线圈匹配电路102第二种可能的实现结构，如图6所示，可包括一个可变电抗二极管601和两个射频阻塞器604、605。

所述线圈匹配电路102的第一输出端1021可与所述线圈匹配电路102的第一输入端1023短路。第三射频阻塞器604的第一端可为所述线圈匹配电路102的第三输入端1025，所述第三射频阻塞器604的第二端可与所述可变电抗二极管601的负极相连，所述可变电抗二极管601的正极可通过第四射频阻塞器605接地，所述可变电抗二极管601的负极可为所述线圈匹配电路102的第二输入端1024，所述可变电抗二极管601的正极可为所述线圈匹配电路102的第二输出端1022。

在所述线圈匹配电路102第二种可能的实现结构中，只有一个可变电抗二极管601，所述谱仪106的第一输出端1061可向所述线圈匹配电路102中所述第一射频阻塞器604的第一端输入电压，所述电压反向施加在可变电抗二极管601的两端，用于改变所述可变电抗二极管601的阻抗。

所述线圈匹配电路102第三种可能的实现结构，如图7所示，可包括两个可变电抗二极管701、702和四个射频阻塞器703、704、705、706。

第一射频阻塞器704的第一端可为所述线圈匹配电路102的第三输入端1025，所述第一射频阻塞器704的第二端可与第一可变电抗二极管701的负极相连，所述第一可变电抗二极管701的正极可通过第二射频阻塞器705接地，所述第一可变电抗二极管701的负极可为所述线圈匹配电路102的第一输入端1023，所述第一可变电抗二极管702的正极可为所述线圈匹配电路102的第一输出端1021。

所述第一射频阻塞器704的第二端可与第三射频阻塞器705的第一端相连，所述第三射频阻塞器705的第二端可与第二可变电抗二极管702的负极相连，所述第二可变电抗二极管702的正极可通过第四射频阻塞器706接地，所述第二可变电抗二极管702的负极可为所述线圈匹配电路102的第二输入端1024，所述第二可变电抗二极管702的正极为所述线圈匹配电路102的第二输出端1022。

在所述线圈匹配电路102第三种可能的实现结构中，包括两个可变电抗二极管701、702，所述谱仪106的第一输出端1061可向所述线圈匹配电路102中所述第一射频阻塞器704的第一端输入电压，所述电压将反向施加在第一可变电抗二极管701和第二可变电抗二极管702的两端，可用于改变第一可变电抗二极管701和第二可变电抗二极管702的阻抗。图7所示的所述线圈匹配电路102第三种可能的实现结构，可比图5所示的第一种可能的实现结构和图6所示的第二种可能的实现结构能够改变的阻抗范围大。

在具体的例子中，如图8所示，所述线圈接口电路103可包括射频功率分配/混合器801，两个射频开关802、806，四个直流阻塞器803、804、807、809，发射功率吸收负载808，接收功率吸收负载805以及前置放大器810。

所述射频功率分配/混合器801的第一端(图示为“端口1”)可与第一射频开关802的第一端相连，所述第一射频开关802的第二端可通过第五直流阻塞器803与所述射频功率检测电路104相连；所述第一射频开关的802的第三端依次串联第六直流阻塞器804和所述接收功率吸收负载805后接地。

所述射频功率分配/混合器801的第二端(图示为“端口2”)可与第二射频开关806的第一端相连，所述第二射频开关806的第二端依次串联第七直流阻塞器807和所述发射功率吸收负载后808接地，所述第二射频开关806的第三端可通过第八直流阻塞器809与所述前置放大器810相连，所述前置放大器810可与所述谱仪106相连。

所述射频功率分配/混合器801的第三端(图示为“端口3”)为线圈接口电路103的第二输出端，所述线圈匹配电路102的第二输入端1024可通过第四直流阻塞器110与所述线圈接口电路103的第二输出端相连。所述射频功率分配/混合器801的第四端(图示为“端口4”)为线圈接口电路103的第一输出端，所述线圈匹配电路102的第一输入端1023可通过第三直流阻塞器109与所述线圈接口电路103的第一输出端相连。

在具体例子中，如图8所示，所述射频发射线圈阻抗匹配电路还可包括两个开关信号驱动器811、813。

第一开关信号驱动器811的一端可与所述谱仪106相连，另一端可通过第五射频阻塞器812与所述射频发射线圈101相连。这样，第一开关信号驱动器811可接收所述谱仪106发送的线圈状态控制信号，并向所述射频发射线圈101发送线圈失谐状态驱动信号或谐振状态驱动信号。

第二开关信号驱动器813的一端可与所述谱仪106相连，另一端可通过第六射频阻塞器814分别与所述第一射频开关802和所述第二射频开关806相连。这样，第二开关信号驱动器813可接收所述谱仪106发送的线圈状态控制信号，并向所述第一射频开关802和所述第二射频开关806发送射频发射状态/射频接收状态驱动信号。

所述射频功率分配/混合器801在射频发射状态下可完成射频功率的正交输出，并在射频接收状态下可完成射频接收信号的混合输出。所述前置放大器810在射频接收状态下可完成对所接收到的射频信号的放大处理。所述发射功率吸收负载808是具有例如50欧姆阻抗的负载，用于实现射频发射状态下的负载平衡，可吸收所述射频功率分配/混合器801的耦合端输出的功率。所述接收功率吸收负载805是具有例如50欧姆阻抗的负载，用于实现射频接收状态下的负载平衡，可吸收所述射频功率分配/混合器801的耦合端输出的功率。

所述第一开关信号驱动器811可向所述射频发射线圈101发送线圈失谐状态驱动信号或谐振状态驱动信号，以控制所述射频发射线圈101处于失谐状态或谐振状态。第二开关信号驱动器813可向所述第一射频开关802和所述第二射频开关806发送射频发射状态/接收状态驱动信号，以控制所述第一射频开关802和所述第二射频开关806调整射频发射状态和射频接收状态的切换。在调节射频发射线圈阻抗匹配的过程中，所述射频发射线圈101处于谐振状态，并且控制所述第一射频开关802和所述第二射频开关806为射频发射状态。

由上述内容可知，在本公开所提供的射频发射线圈阻抗匹配电路中，通过谱仪输出多个电压，可查找到能够实现等效阻抗与传输线阻抗匹配的阻抗匹配电压，以所述阻抗匹配电压为输出可自动调节等效阻抗与传输线阻抗匹配，调节速度快，精度高。

图9为本公开提供的一种射频发射线圈阻抗匹配的方法流程图。结合图1所示，所述方法可包括以下步骤901-903。

在步骤901：谱仪106向线圈匹配电路102输出电压，所述电压反向施加在所述线圈匹配电路106中的可变电抗二极管1026上。其中，反向施加在所述可变电抗二极管1026上的电压可改变所述可变电抗二极管1026以及所述线圈匹配电路106的阻抗。

在步骤902：所述谱仪在输出所述电压后，通过射频放大器105向射频功率检测电路104输出一个射频发射信号，并从所述射频功率检测电路104获得与所述电压对应的射频前向信号功率以及射频反射信号功率。

在步骤903：所述谱仪106重复以上向所述线圈匹配电路102输出多个不同的电压，并获取最小的射频反射信号功率所对应的电压作为阻抗匹配电压，所述阻抗匹配电压表示射频发射线圈101和线圈匹配电路102作为整体的等效阻抗与射频传输线的阻抗匹配。其中，所述等效阻抗可例如为所述线圈匹配电路102的阻抗与射频发射线圈101的阻抗的和。

谱仪106向线圈匹配电路102依次输出多个不同的电压，所述多个不同的电压反向施加在所述线圈匹配电路102中的可变电抗二极管1026上。可变电抗二极管1026的结电容可随着反向施加在该可变电抗二极管1026上的电压的增大而减小，从而可改变该可变电抗二极管1026的阻抗的大小。因此，线圈匹配电路102与射频发射线圈101作为整体的等效阻抗也可随之改变。

所述谱仪106每次向所述线圈匹配电路102输出一个电压后，会通过射频放大器105向射频功率检测电路104输出一个射频发射信号。所述谱仪106获取该电压对应的射频前向信号功率以及射频反射信号功率。所述射频反射信号功率最小时，可表示所述等效阻抗与传输线的阻抗匹配，也即可视为实现了磁共振成像系统的阻抗匹配。因此，所述谱仪106可获取所述射频反射信号功率最小时的输出电压作为阻抗匹配电压。

本公开所提供的射频发射线圈阻抗匹配方法，可以自动查找使得所述射频发射线圈和线圈匹配电路作为整体的等效阻抗与传输线阻抗匹配的阻抗匹配电压。在磁共振成像设备扫描过程中，以所述阻抗匹配电压为输出，可自动调节磁共振成像系统的阻抗匹配，从而可保证磁共振图像的质量。

这里需要说明的是，在实际应用过程中，预先会设置一个初始的电压输出范围，即所述谱仪输出电压的最大值和最小值，在初始的电压范围内按照从大到小或从小到大的顺序依次输出多个电压，可自动查找满足所述阻抗匹配电压。一般情况下，所述多个电压各输出一次即可获得所述阻抗匹配电压。根据一个例子，为了保证所查找到的阻抗匹配电压更精确，可以进行多次循环查找，例如所述多个电压中的各个电压被输出至少两次。

这里需要说明的是，所述谱仪输出的电压可反向施加在所述线圈匹配电路中的一个可变电抗二极管上，如图5和图6所示。或者，所述谱仪输出的电压可反向施加在所述线圈匹配电路中的两个并联的可变电抗二极管上，如图7所示。参考本公开提供的射频发射线圈阻抗匹配电路中的具体描述，这里不再赘述。

图10为本公开提供的一种射频发射线圈阻抗匹配的方法流程图。如图10所示，所述方法可包括以下步骤1001-1011。

在步骤1001：初始化谱仪。

具体的，可包括设置所述谱仪的输出电压起始值、步进值、步进差值、最小步进值以及最大电压驻波比等参数。

在步骤1002：所述谱仪输出当前电压，并且通过射频放大器向射频功率检测电路输出一个射频发射信号。其中，所述当前电压可为所述输出电压起始值，或者为所述输出电压起始值加N个步进值，N为大于或等于1的整数。

在步骤1003：所述谱仪从所述射频功率检测电路获得当前电压对应的射频前向信号功率以及射频反射信号功率。

在步骤1004：所述谱仪判断是否是第一次获取到数据，如果是，则执行步骤1005；如果否，则执行步骤1007。

在步骤1005：所述谱仪判断第一次获取到的数据是否正常。若正常，则进入步骤1006；若不正常，则进入步骤1011。

根据一个例子，在步骤1005，可根据第一次获取的射频前向信号功率以及射频反射信号功率计算电压驻波比，以判断所述电压驻波比是否大于预设的最大电压驻波比。如果所计算出的电压驻波比小于或等于预设的最大电压驻波比，则表示数据正常，并可执行步骤1006；如果所计算出的电压驻波比大于预设的最大电压驻波比，则表示可能因存在设备故障而导致数据不正常，并可执行步骤1011。

具体的，可利用公式(1)计算电压驻波比：

在步骤1006：将当前电压对应的射频反射信号功率记录为最小射频反射信号功率，并将当前电压加上步进值作为新的当前电压，然后返回步骤1002。

在步骤1007：判断射频反射信号功率是否在减小。若是，则跳转到步骤1006；若否，则跳转到步骤1008以判断步进值能否减小。

根据一个例子，在步骤1007，可将当前电压对应的射频反射信号功率与所记录的最小射频反射信号功率进行比较。如果当前电压对应的射频反射信号功率小于所记录的最小射频反射信号功率，则表示射频反射信号功率在减小，并可能存在更小的射频反射信号功率。在这种情况下，可进入步骤1006，以将当前电压对应的射频反射信号功率记录为新的最小射频反射信号功率，并将当前电压加上步进值作为新的当前电压，然后返回步骤1002以继续探测可能的更小射频反射信号功率。

然而，如果当前电压对应的射频反射信号功率大于或等于所记录的最小射频反射信号功率，则表示当前电压可能已超出的阻抗匹配电压。在这种情况下，可进入步骤1008以判断能否设置更小的步进值。

在步骤1008：判断是否能够缩小步进值。如果是，则表示当前的步进值可进一步减小以提高检测精度，并可进入步骤1009以重新设置步进值和输出电压起始值；如果否，则表示当前的步进值已达到最小，并可进入步骤1010以确定阻抗匹配电压。

根据一个例子，在步骤1008，可判断当前步进值减去预设的步进差值后是否大于预设的最小步进值。如果是，则表示当前步进值可进一步减小，并可执行步骤1009以重新设置步进值；如果否，则表示当前步进值已不适宜进一步减小，可执行步骤1010以基于所记录的数据确定阻抗匹配电压。

在步骤1009：所述谱仪重新设置输出电压起始值以及步进值，并然后返回步骤1002以重新开始遍历。

根据一个例子，如果当前电压对应的射频反射信号功率等于最小射频反射信号功率，则可将最小射频反射信号功率对应的谱仪输出电压作为新的输出电压起始值，将当前步进值减去预设的步进差值后作为新的步进值，将新的输出电压起始值加上一个新的步进值作为新的当前电压，并然后跳转到步骤1002以开始新一轮的遍历。

如果当前电压对应的射频反射信号功率大于最小射频反射信号功率，则可将最小射频反射信号功率对应的谱仪输出电压减去一个当前步进值作为新的输出电压起始值，将当前步进值减去预设步进差值作为新的步进值，并比较输出电压起始值与上一次遍历的输出电压起始值。如果新的输出电压起始值小于上一次遍历的输出电压起始值，则表示可能存在设备故障，并跳转到步骤1011以退出操作。否则，可将新的输出电压起始值加上一个新的步进值作为新的当前电压，并然后跳转到步骤1002以开始新的一轮遍历。

在步骤1010：基于所记录的数据确定阻抗匹配电压。

根据一个例子，可比较当前电压对应的射频反射信号功率和所记录的最小射频反射信号功率。如果当前电压对应的射频反射信号功率等于所记录的最小射频反射信号功率，则可取当前输出电压和前次输出电压的中间值作为阻抗匹配电压。如果当前电压对应的射频反射信号功率大于所记录的最小射频反射信号功率，则可将最小射频反射信号功率对应的谱仪输出电压作为阻抗匹配电压。

在步骤1011：所述谱仪退出操作。

图10所示的方法与图9所示的方法相比，在图10中，先使用较大的步进值对射频反射信号的波形进行采样，找到射频反射信号功率由大到小再增大的大致范围，然后在最多三个采样点范围内加密采样点重新采样，如此反复，直到不能再缩小步进值，找到的射频反射信号功率较小的地方，此时谱仪输出的电压即为所述阻抗匹配电压。

上述方法的谱仪输出电压是从低到高进行遍历，显见的，也可以使得电压从高到低进行遍历。在此不再赘述。

由此可知，图10所示的方法所获得的匹配阻抗电压比图9所示的方法所获得的匹配阻抗电压更精确，更快速。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。