用於磁共振射頻線圈的前置放大器的製造方法
2023-04-24 10:47:06 1
用於磁共振射頻線圈的前置放大器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於磁共振射頻線圈的前置放大器，包括由第一電晶體、第二電晶體組成的共射－共基放大電路，第一電晶體並聯布置有第三電晶體，第一電晶體、第三電晶體的輸入端分別與天線的輸出端相連，第一電晶體、第三電晶體的輸出端分別與第二電晶體的輸入端相連。本實用新型能夠在不破壞該裝置的噪聲匹配條件下增加接上放大器後的天線的整體等效阻抗，具有互感消除能力強、隔離效果好的優點。
【專利說明】用於磁共振射頻線圈的前置放大器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及醫學成像設備【技術領域】，具體涉及一種用於磁共振射頻線圈的前置放大器。
【背景技術】
[0002]磁共振射頻接收線圈所使用的前置放大器大部分屬於低輸入阻抗的共射-共基放大器。這類放大器除了具有低噪聲放大信號功能外，還有一些專門的特性，如它們的輸入阻抗一般小於3歐姆，通過簡單的匹配網絡和線圈(天線)相連。在有負載的情況下，從它們的往線圈方向輸入端的阻抗為50歐姆左右，而從線圈(天線)端往放大器方向則是幾百歐姆以上大阻抗，相當於線圈(天線)線路中串入一個高阻抗的單元。這個高阻抗單元使得線圈(天線)在工作時的流經的感應電流大大減小，這使得不同線圈(各個天線)相互間的耦合效應(互感)明顯減弱。這就是在磁共振線圈中得到廣泛應用的通過前置放大器提高各個線圈和天線的隔離度方法的原理。由於現在的磁共振的線圈通道數(天線單元)越來越多(16-32個天線單元已常見於臨床應用中)，各個天線單元相互耦合效應是多通道線圈要克服的最大技術難題，其它的提高隔離度方法如重疊面積、共用電感和電容等方法將由於多個單元高密度聚集，技術實現的難度變得極其大。所以應用前置放大器提高隔離度是被認為是最有潛力的方法。但是僅常規採用這種方法提高的隔離度是有限的，不能完全地消除各個通道單元的互感。比如一般通道間的隔離度需要_16dB以上，而這種方法一般僅能保證互感效應最大天線單元之間(一般為物理位置為相鄰或近鄰的天線單元)的隔離度-1OdB左右，離-16dB，還差6dB。怎樣提高這種方法的效率和效果就顯得尤其重要。
[0003]現有技術用於磁共振射頻線圈的前置放大器為由第一電晶體FET1、第二電晶體FET2組成的共射一共基放大電路。如圖1所示，其中左側框內為天線的串聯諧振電路的等效電路。其中為天線在工作時的等效電阻，左邊的電感jXc為天線的等效電感，電容_jXc為天線的等效電容，它們是工作在諧振頻率的天線串聯諧振電路，是天線的線路主體，也是物理主體。該框中偏右邊的電感為天線輸出匹配電感其值等於天線的等效電感jXc。如圖1所示，其中右側框內為現有技術的前置放大器的等效電路。其中-jXp為放大器輸入匹配網絡等效電容，jXp為等效電感，和為等效電阻，它們也諧振在天線的工作頻率上。現有技術的前置放大器由第一電晶體FET1、第二電晶體FET2組成的典型的共射一共基放大電路。在現有技術的前置放大器裡，為了滿足噪聲係數匹配關係、使噪聲係數最小，各個電晶體的輸入負載應是一個大阻抗。對於常用的電晶體該值500-10000hm的範圍內。通過分析，可以計算出，在該設計裡該阻抗由式確定。其中由天線的物理特性和工作的電磁環境決定的，一般為IOOhm左右。可由輸出匹配電感設置。通常根據為了讓天線輸出阻抗為500hm的條件，其值設定為，在20到250hm之間。那麼為了滿足和第一電晶體FETl噪聲匹配條件，應設置在150至2500hm之間。為放大器的輸入網絡等效電阻，由該網絡電氣性能決定，一般為30hm左右。正如前文，決定放大器增加隔離度效應的重要參數:接上放大器後的天線的整體等效阻抗，可通過分析得出其是由+2/決定。利用以上各個參數經驗值可得其值為1500hm左右。在前文已經提到這個值還不夠大，它限制住了放大器增加隔離度效應的作用(該阻抗值越大，增加隔離度的效果越好)，不能滿足線圈內單元數增多和密集的技術趨勢的使用要求。因此，如何在不破壞該裝置的噪聲匹配條件下增加接上放大器後的天線的整體等效阻抗，從而增強不同線圈之間隔離度，已經成為一項亟待解決的關鍵技術問題。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠在不破壞該裝置的噪聲匹配條件下增加接上放大器後的天線的整體等效阻抗、互感消除能力強、隔離效果好的用於磁共振射頻線圈的前置放大器。
[0005]為了解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案為:
[0006]一種用於磁共振射頻線圈的前置放大器，包括由第一電晶體、第二電晶體組成的共射一共基放大電路，其特徵在於:所述第一電晶體並聯布置有第三電晶體，所述第一電晶體、第三電晶體的輸入端分別與天線的輸出端相連，所述第一電晶體、第三電晶體的輸出端分別與第二電晶體的輸入端相連。
[0007]進一步地，所述第一電晶體、第三電晶體均為N溝道場效應管，所述第二電晶體為三極體，所述第一電晶體的柵極、第三電晶體的柵極分別作為輸入端與天線的輸出端相連，所述第一電晶體的漏極、第三電晶體的漏極分別與第二電晶體的發射極相連，所述第一電晶體的源極、第三電晶體的源極、第二電晶體的基極分別接地，所述第二電晶體的集電極為前置放大器的輸出端。
[0008]本實用新型用於磁共振射頻線圈的前置放大器具有下述優點:本實用新型在第一電晶體並聯布置有第三電晶體，第一電晶體、第三電晶體的輸入端分別與天線的輸出端相連，第一電晶體、第三電晶體的輸出端分別與第二電晶體的輸入端相連，使得第一電晶體、第三電晶體之間相互等效和對稱，前置放大器等效阻抗增加了一倍，因此天線單元間的互感效應也因此減小了一倍(感應電壓一定，感應電流減半)，又因為滿足了噪聲係數匹配的條件，所以沒有使工作點的噪聲係數變大，對放大器的噪聲沒有任何不良影響，從而能夠在不破壞該裝置的噪聲匹配條件下增加接上放大器後的天線的整體等效阻抗，具有互感消除能力強、隔離效果好的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為現有技術用於磁共振射頻線圈的前置放大器與天線相連後的等效電路示意圖。
[0010]圖2為本實用新型實施例與天線相連後的等效電路示意圖。
【具體實施方式】
[0011]如圖2所示，本實施例用於磁共振射頻線圈的前置放大器包括由第一電晶體FETl、第二電晶體FET2組成的共射一共基放大電路，第一電晶體FETl並聯布置有第三電晶體FET3，第一電晶體FET1、第三電晶體FET3的輸入端分別與天線的輸出端相連，第一電晶體FET1、第三電晶體FET3的輸出端分別與第二電晶體FET2的輸入端相連。
[0012]圖2中左側為天線的串聯諧振電路的等效電路，其中等效電路元器件與現有技術表達的含義相同，即電感jXc為天線的等效電感，電容-jXc為天線的等效電容。由於第一電晶體FET1、第三電晶體FET3的輸入端分別與天線的輸出端相連，因此天線的串聯諧振電路的等效電路有所變化，而對天線諧振主體電路部份等效圖做出的修改，是將現有技術天線的串聯諧振電路的等效電路變成一對等效電感和等效電容，分別用兩對相等的等效電感和等效電容表示，但是天線的串聯諧振電路物理結構並未發生變化，實際變化的是該天線的輸出匹配網絡，本實施例的等效電路中，有兩個值大小為jXc電感輸出信號,且有兩個輸出端，分別對應連接第一電晶體FET1、第三電晶體FET3的輸入端。與現有技術相比，天線的串聯諧振電路主體沒有發生變化，但由於有兩個輸出匹配它電感，它可以等效看作被均分成兩個串聯的串聯諧振電路(在新的設計裡由一對一組jXc和-jXc等效電感和電容組成)。相應這兩個天線輸出端，圖中右邊框新型的放大器也有兩個的輸入網絡。為了平衡和對稱這兩個輸入網絡是設置成等效一致的。每個網絡末端接上與現有技術相同的第一級電晶體(第一電晶體FET1、第三電晶體FET3)，使得第一電晶體FET1、第三電晶體FET3組成並聯的共射一共基放大電路的第一級。這兩個第一級電晶體(第一電晶體FET1、第三電晶體FET3)輸出再共接到第二電晶體FET2。這些電晶體的接法是原來經典設計的共射一共基的簡單變形(第一級的一個共射電晶體由共輸出端的由兩個同樣的電晶體取代)。為了滿足第一電晶體FET1、第三電晶體FET3的噪聲匹配條件，我們需要考察第一電晶體FET1、第三電晶體FET3的輸入負載(它們是等效和對稱的)。在本實施例中，可分析得出該負載由決定。由於前文已經提到一般為30hm左右，因此為了實現讓負載大小在500-10000hm的範圍內，那麼則應設置在20到600hm範圍內。因此，該值很顯然小於現有技術的(在150至2500hm之間)。通過圖2的等效電路可以看出，天線的整體等效阻抗由公式+2/+ 2/決定。將等於lOOhm、等於500的開方根、等於30hm等經驗值，我們可得該等效電阻為3000hm左右，因此是現有技術對應值1500hm的兩倍。由於的值相對較小，在現有技術的設計裡來該阻抗約為2/，現在為兩個2/。由此可見，在本實施例中，等效阻抗增加了一倍，也因此天線單元間的互感效應也因此減小了一倍(感應電壓一定，感應電流減半)，又因為滿足了噪聲係數匹配的條件，所以沒有使工作點的噪聲係數變大，對放大器的噪聲沒有任何不良影響，而且本實施例通過輸入端的兩個共射的放大電晶體及其匹配網絡，並且通過匹配網絡具體阻抗的確定，實現兩個電晶體的輸入負載滿足噪聲係數匹配條件。
[0013]參見圖2，本實施例的第一電晶體FET1、第三電晶體FET3均為N溝道場效應管，第二電晶體FET2為三極體，第一電晶體FETl的柵極、第三電晶體FET3的柵極分別作為輸入端與天線的輸出端相連，第一電晶體FETl的漏極、第三電晶體FET3的漏極分別與第二電晶體FET2的發射極相連，第一電晶體FETl的源極、第三電晶體FET3的源極、第二電晶體FET2的基極分別接地，第二電晶體FET2的集電極為前置放大器的輸出端。
[0014]以上僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型的保護範圍並不僅局限於上述實施例，凡屬於本實用新型思路下的技術方案均屬於本實用新型的保護範圍。應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種用於磁共振射頻線圈的前置放大器，包括由第一電晶體、第二電晶體組成的共射一共基放大電路，其特徵在於：所述第一電晶體並聯布置有第三電晶體，所述第一電晶體、第三電晶體的輸入端分別與天線的輸出端相連，所述第一電晶體、第三電晶體的輸出端分別與第二電晶體的輸入端相連。
2.根據權利要求I所述的用於磁共振射頻線圈的前置放大器，其特徵在於：所述第一電晶體、第三電晶體均為N溝道場效應管，所述第二電晶體為三極體，所述第一電晶體的柵極、第三電晶體的柵極分別作為輸入端與天線的輸出端相連，所述第一電晶體的漏極、第三電晶體的漏極分別與第二電晶體的發射極相連，所述第一電晶體的源極、第三電晶體的源極、第二電晶體的基極分別接地，所述第二電晶體的集電極為前置放大器的輸出端。
【文檔編號】G01R33/36GK203773036SQ201420045209
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】吳勇 申請人:上海辰光醫療科技股份有限公司