目的:為避免磁共振成像(MRI)系統(tǒng)射頻線圈的發(fā)射和接收兩種工作模式發(fā)生耦合,對于短弛豫時間信號的采集,要求射頻開關(guān)的切換時間應(yīng)盡可能短。方法:在分析被動式MRI射頻開關(guān)電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,采用PIN二極管設(shè)計了主動式MRI射頻開關(guān)電路,由直流驅(qū)動電路控制PIN二極管的導(dǎo)通和截止實現(xiàn)射頻開關(guān)的切換,從而達(dá)到對射頻開關(guān)及其狀態(tài)的主動控制,以縮短射頻開關(guān)的切換時間。結(jié)果:采用電子設(shè)計自動化軟件對射頻開關(guān)電路的隔離度、插入損耗、電壓駐波比等性能指標(biāo)進(jìn)行仿真分析,符合設(shè)計要求;通過示波器對由直流驅(qū)動電路和射頻開關(guān)電路外接負(fù)載的端口波形進(jìn)行分析,射頻開關(guān)的切換速度達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。結(jié)論:基于PIN二極管的射頻開關(guān)能夠有效地縮短射頻開關(guān)時間,具有良好的隔離度、插入損耗和噪聲系數(shù)等性能。 

【文章來源】：中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志. 2020年11期

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

MRI射頻開關(guān)工作原理

圖2為被動式MRI射頻開關(guān)電路結(jié)構(gòu)。射頻開關(guān)的斷開和閉合是通過λ4傳輸線和二極管對D2共同作用間接實現(xiàn)的。射頻開關(guān)通常位于LNA前端，在射頻發(fā)射階段，為防止射頻脈沖的耦合，采用電長度λ4傳輸線和限幅二極管D2實現(xiàn)對LNA的保護(hù)以及射頻線圈與LNA的阻抗匹配。射頻脈沖到達(dá)射頻線圈的輸入端同時，通過λ4傳輸線到達(dá)LNA輸入端，此時D2導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻很小，因此，傳輸線在射頻線圈的輸入阻抗較高，LNA的電壓為射頻脈沖在D2導(dǎo)通電阻和LNA阻抗的分壓值，D2起到限制LNA輸入端電壓的作用，故稱為限幅二極管。因MRI信號微弱無法導(dǎo)通D2，故D2和λ4傳輸線的存在不影響MRI信號的接收。通過調(diào)整由λ4傳輸線制作的阻抗變換器實現(xiàn)輸入阻抗與負(fù)載（LNA）阻抗匹配，實現(xiàn)噪聲最佳匹配，使射頻開關(guān)電路的噪聲系數(shù)最低。同時λ4網(wǎng)絡(luò)是窄頻帶電路，一定范圍內(nèi)的頻率呈現(xiàn)通路，頻率范圍以外信號將被衰減，對MRI信號采集過程的噪聲信號起到抑制作用[11-13]。1.2 MRI射頻開關(guān)的性能參數(shù)

對于發(fā)射通道開關(guān)ST，電路核心元器件PIN二極管D1相當(dāng)于直流控制開關(guān)，當(dāng)直流驅(qū)動電路輸出正向恒流時，PIN二極管D1導(dǎo)通，發(fā)射通道開關(guān)ST開關(guān)閉合；當(dāng)直流驅(qū)動電路輸出負(fù)向恒壓時，PIN二極管D1截止，發(fā)射通道開關(guān)ST斷開。對于接收通道開關(guān)SR，由二極管D2控制LNA的供電電源，當(dāng)直流驅(qū)動電路輸出正向恒壓時，二極管D2導(dǎo)通，接收通道開關(guān)SR閉合，對LNA進(jìn)行供電，進(jìn)入工作狀態(tài)；反之，二極管D2截止，接收通道開關(guān)SR斷開，LNA失電進(jìn)入非工作狀態(tài)。LC并聯(lián)電路偏置網(wǎng)絡(luò)起到隔離射頻電路和直流驅(qū)動電路的作用，電容C1使直流驅(qū)動電路信號朝射頻線圈方向流動，同時根據(jù)噪聲匹配原則，C1電容值的選擇應(yīng)保證輸入阻抗Zin等于特性阻抗Z0=50Ω，使發(fā)射通道端口的正向傳輸系數(shù)S21，即插入損耗最小。MRI射頻開關(guān)電路中D3由反向并聯(lián)的二極管對組成，和λ4傳輸線電路共同作用起到限制LNA輸入端電壓的作用。根據(jù)λ4傳輸線阻抗變換原理，當(dāng)大功率噪聲信號由接收線圈進(jìn)入接收通道開關(guān)SR時，D3導(dǎo)通出現(xiàn)短路，但是λ4傳輸線電路在輸入端的阻抗很高，大功率噪聲信號在λ4傳輸線電路處被阻隔而不能進(jìn)入LNA，保護(hù)LNA不受大功率噪聲信號沖擊而損壞；當(dāng)MRI信號采集時，因其信號微弱無法導(dǎo)通D3，故λ4傳輸線電路和D3的存在不影響MRI信號的采集[20-23]。MRI可控射頻開關(guān)電路端口接線與功能見表2。2.2 基于場效應(yīng)管的直流驅(qū)動電路設(shè)計

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本文編號：2926916