具有改进的射频隔离的发送/接收开关电路的制作方法_3

文档序号:8449085阅读:来源:国知局
,RF开关控制单元32经由前置放大器单元(未示出)将从MR RF天线单元36的阵列34采集到的MR信号指引到MR图像重建单元38。
[0098]MR RF天线单元36的阵列34包括多个七个MR RF天线M以及多个七个发送/接收(T/R)开关电路40,如图5中所示,其中,MR RF天线M中的每个都被设计为圆形的局部RF线圈。MR RF天线单元36的阵列34被布置为使得全部局部RF线圈基本上都位于平行于图5的视平面被对齐的平面内。
[0099]MR RF天线单元36中的每个都包括多个MR RF天线中的一个MR RF天线M以及被连接到该MR RF天线M的一个T/R开关电路40。MR RF天线单元36中的每一个的MR RF天线M都投影到其毗邻的MR RF天线单元36中的每个MR RF天线M中并且与其毗邻的MRRF天线单元36中的每个MR RF天线M部分重叠,其数目从二到四变化。所述多个T/R开关电路中的每个T/R开关电路40被布置为非常靠近其被连接到的MR RF天线M,如T/R开关电路40中的每一个到其被连接到的MR RF天线M之间的最接近距离小于MR RF天线M在平行于平面的方向上的最大延伸的30%。
[0100]图3图示根据本发明的发送/接收(T/R)开关电路40的实施例,发送/接收(T/R)开关电路40针对按照图5的所述多个MR RF天线的MR RF天线中的一个并且用于在按照图2的MR成像系统10中使用。
[0101]T/R开关电路40包括RF输入传输线TX,RF输入传输线TX被提供用于在发送RF功率的周期期间以用于对感兴趣对象20中的核素的共振激励的共振频率将RF功率发送到MR RF天线M0另外,T/R开关电路40包括RF输出传输线RX,RF输出传输线RX被提供用于在接收MR信号的周期期间将由所激励的核素发出的并由MR RF天线接收的MR信号从MRRF天线M转移到MR图像重建单元38。
[0102]此外,T/R开关电路40包括第一 RF固态开关构件Dl和第二 RF固态开关构件D2,其两者都包括PIN 二极管。两个RF固态开关构件Dl、D2的RF阻抗能够通过DC偏置电流的变化控制在具有大于1kQ的阻抗的基本上不导电状态与具有小于0.5 Ω的阻抗的基本上导电状态之间。DC偏置电流由被集成在RF开关控制单元32中的偏置电流生成电路(为清楚起见未示出)提供,以流经两个RF固态开关构件D1、D2。优选地,两个RF固态开关构件Dl、D2关于偏置电流生成电路被串联连接以便节约零件。然而,偏置电流生成电路也可以包括用于生成针对两个RF固态开关构件Dl、D2中的每个的各个DC偏置电流的独立电路。
[0103]DC偏置生成电路必须利用阻挡来自馈送线的任何RF电流的串联电感器来实现。额外地,大DC-阻挡电容器可以被实施在RF连接中以便避免任何DC电流流到RF连接端口中。此外,能够通过并联电感器来补偿在基本上不导电状态中的PIN 二极管处的任何杂散/剩余电容。这些技术对本领域技术人员而言是常见的且已知的。
[0104]如图3中所示,RF输入传输线TX经由第一 RF固态开关构件Dl被连接到MR RF天线M。T/R开关电路40还包括经由第一 RF固态开关构件Dl被连接的第一电感器LI和第一电容器Cl,其中,第一 RF固态开关构件Dl与第一电感器LI被串联连接在RF输入传输线TX与RF输出传输线RX之间。
[0105]第一电感器LI与第一电容器Cl形成具有基本上等于MR频率的共振频率的并联谐振电路42。当两个RF固态开关构件Dl、D2处于基本上不导电状态中时,并联谐振电路42关于RF输入传输线TX被并联连接到MR RF天线M。如众所周知的,并联谐振电路42在共振频率处具有最大RF阻抗。
[0106]此外,T/R开关电路40包括被串联连接在第一电感器LI与RF输出传输线RX之间的第二电容器C2。第二电容器C2与第一电感器LI形成具有基本上等于MR频率的共振频率的第一串联谐振电路44。串联谐振电路44被串联连接在第一 RF固态开关构件Dl与RF输出传输线RX之间。如众所周知的,串联谐振电路44在共振频率处具有最小RF阻抗。
[0107]如图3中图示的,第二 RF固态开关构件D2被连接到串联谐振电路44的第一电感器LI和第二电容器C2的共同节点。
[0108]T/R开关电路的功能
[0109]能够如下采用按照图3的T/R开关电路40来生成MR成像系统10的RF发送周期。
[0110]MR成像系统控制单元24控制RF开关控制单元32以使DC偏置电流超过预定的第一阈值电流,以将RF固态开关构件D1、D2从基本上不导电状态转移到基本上导电状态。因此,RF输入传输线TX被直接连接到MR RF天线M,MR RF天线M被并联连接到并联谐振电路42。并联谐振电路42在共振频率处具有最大RF阻抗,因此阻挡来自RF输入传输线TX的RF功率,所述RF功率因此被指引到MR RF天线M。关于RF输入传输线TX与RF输出传输线RX之间的RF隔离,这是由通过处于基本上导电状态中的第二 RF固态开关构件D2的阻抗以及将第二 RF固态开关构件D2连接到MR RF天线M的串联谐振电路44的第一电感器LI形成的分压器确定的。
[0111]能够如下采用按照图3的T/R开关电路40来生成MR成像系统10的RF接收周期。
[0112]MR成像系统控制单元24控制RF开关控制单元32以使DC偏置电流落在预定的第二阈值电流以下,以将RF固态开关构件D1、D2从基本上导电状态转移到基本上不导电状态。因此,第一 RF开关构件Dl阻挡来自RF输入传输线TX的RF功率。串联谐振电路44在共振频率处具有最小RF阻抗。因此,使由MR RF天线M接收到的MR信号传递到RF输出传输线RX。
[0113]预定的第一阈值电流和预定的第二阈值电流可以不同,但它们也可以相同。
[0114]在T/R开关电路40的实施例的设计中,电容器Cl、C2和电感器LI的值并不像现有技术设计中是单独固定的。相反,仅存在共振条件作为设计约束。这允许额外的自由度,所述额外的自由度不仅能够被用于改进RF隔离,而且还可以使制造容易,因为T/R开关电路40不需要对部件值的具体设定。
[0115]在这一点上应指出,能够通过交换按照图3的T/R开关电路40中的电容器和电感器的位置,即通过由电感器替换电容器并由电容器替换电感器来实现T/R开关电路40的另一实施例。这对本领域技术人员而言是明显的,并且被反映在权利要求1的措辞中。
[0116]为了使得MR成像系统控制单元24能够控制RF开关控制单元32,并且通过这样控制DC偏置电流,MR成像系统控制单元24被配备有用于控制对控制步骤的运行的软件模块26,其中,所述控制步骤被转换成程序代码,所述程序代码能实施在MR成像系统控制单元24的存储器元件28中并且能由MR成像系统控制单元24的处理单元运行。
[0117]图4图示根据本发明的T/R开关电路48的另一实施例。按照图4的实施例包括按照图3的实施例的全部部件,以及额外的第二级ST。第二级ST包括第二串联谐振电路46以及包括PIN 二极管的第三RF固态开关构件D3,其中,第二串联谐振电路46具有第三电容器C3和第二电感器L2,第二串联谐振电路46具有基本上等于MR频率的共振频率。第二串联谐振电路46被串联连接在第一串联谐振电路44与RF输出传输线RX之间。第三RF固态开关构件D3被连接到第二串联谐振电路46的第二电感器L2和第三电容器C3的共同节点,并且以基本上与第一 RF固态开关构件Dl和第二 RF固态开关构件D2同步的方式受DC偏置电流控制。第三RF固态开关构件D3以与其他RF固态开关构件D1、D2相同的方式能够通过DC偏置电流的变化控制在基本上不导电状态与基本上导电状态之间。
[0118]在MR成像系统10的RF发送周期中,当三个RF固态开关构件D1、D2、D3处于基本上导电状态时,RF输入传输线TX被直接连接到MR RF天线M,MR RF天线M被并联连接到并联谐振电路42。如之前解释的,并联谐振电路42在共振频率处具有最大RF阻抗并且阻挡来自RF输入传输线TX的RF功率。另外,通过由处于基本上导电状态的第三RF固态开关构件D3的阻抗以及将第三RF固态开关构件D3连接到第一串联谐振电路44的第二谐振电路46的第三电容器C3的阻抗形成的第二分压器来增强RF输入传输线TX与RF输出传输线RX之间的RF隔离。
[0119]已经采用模拟电路仿真器软件分析了所提出的电路的性能。分别通过它们处于基本上不导电状态和基本上导电状态中的阻抗来对PIN 二极管进行建模。电路中的电感器的串联电阻是根据对Coilcraft线圈的测量结果导出的,即根据物理实现准确地对这些部件的损耗进行建模。已经通过相对于50 Ω源的RF输入功率确定在50 Ω负载的RF功率计算了 RF隔离和RF衰减。仿真的结果汇总于表I中并且表明能利用根据本发明的T/R开关电路实现的RF隔离优于能利用现有技术的T/R开关电路实现的RF隔离。在全部情况中,在128MHz的MR频率处,输入阻抗接近50 Ω。
[0120]能够以不同的方式来实现所提
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