CN101488766A - 射频信号传输电路和射频信号传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频信号传输电路和一种射频信号传输方法。射频信号传输电路包括一个包括射频输入端口、第一射频输出端口、第二射频输出端口和假负载端口的功率混合器，还包括第一开关单元和第二开关单元，第一开关单元与第一射频输出端口相连接，输出第一射频输出端口输出的射频信号或者将第一射频输出端口输出的射频信号反射回第一射频输出端口；第二开关单元与第二射频输出端口相连接，输出第二射频输出端口输出的射频信号，或者将第二射频输出端口输出的射频信号反射回第二射频输出端口；经第一开关单元反射至所述射频输入端口的射频信号与经第二开关单元反射至所述射频输入端口的射频信号相互抵消。本发明可以降低电路复杂度和降低成本。

Description

射频信号传输电路和射频信号传输方法
技术领域
本发明涉及射频信号传输技术领域，特别是一种射频信号传输电路和一种射频信号传输方法。
背景技术
在目前的磁共振成像系统中，体线圈射频信号的发射链路如图1所示。参照图1，该发射链路主要包括：射频放大器101、发射天线切换开关102、功率混合器103、发射天线104和功率负载105。其中，功率放大器101的主要作用是放大待发射的射频信号。发射天线切换开关102的主要作用是将射频放大器101的输出功率切换输出给功率混合器103或者输出给功率负载105，即：将射频放大器101的输出功率传送到功率混合器103的射频输入端口11，以便进一步提供给发射天线104发射；或者将射频放大器101的输出功率传送到功率负载105上，从而可以通过测量来校准射频放大器101。功率混合器103的主要作用是混合从发射天线切换开关102输入的射频信号，形成正交的两路射频射频信号，并通过射频输出端口12、13输出给发射天线104。发射天线104主要用于将所输入的两路射频信号发射出去。
当功率混合器103在将正交的两路射频信号通过射频输出端口12和13发送到天线时，由于射频器件的不匹配或者发射天线104多个输入端口的反射系数不相同，从而会产生一定量的反射功率，这部分反射功率从功率混合器103的假负载端口14输出到发射天线切换开关102，然后由发射天线切换开关102切换输出到功率负载105上消耗掉，避免返回到射频放大器101上烧毁该射频放大器101。
在图1所示的发射链路中，发射天线切换开关102除了要将射频放大器101输出的功率信号切换输出给功率混合器103或者功率负载105，还需要将从功率混合器103的假负载端口14输出的反射功率输出给功率负载105。这样的发射天线切换开关102性能要求较高，结构比较复杂，从而导致图1所示的发射链路也比较复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种射频信号传输电路，用以降低射频信号传输电路的复杂程度。本发明还提出一种利用该射频信号传输电路的射频信号传输方法。
本发明提供的射频信号传输电路，包括一个功率混合器，该功率混合器包括射频输入端口、第一射频输出端口、第二射频输出端口和假负载端口，其中，从第一射频输出端口反射回功率混合器的射频信号与从第二射频输出端口反射回功率混合器的射频信号，在所述射频输入端处相互抵消，并从所述假负载端口输出；该射频信号传输电路进一步包括第一开关单元和第二开关单元，其中，第一开关单元与第一射频输出端口相连接，用于输出第一射频输出端口输出的射频信号，或者将第一射频输出端口输出的射频信号反射回第一射频输出端口；第二开关单元与第二射频输出端口相连接，用于输出第二射频输出端口输出的射频信号，或者将第二射频输出端口输出的射频信号反射回第二射频输出端口。
在上述技术方案中，第一开关单元采用将第一射频输出端口短路的方式，将第一射频输出端口输出的射频信号反射回第一射频输出端口；第二开关单元采用将第二射频输出端口短路的方式，将第二射频输出端口输出的射频信号反射回第二射频输出端口。
优选地，第一开关单元和第二开关单元通过接地来实现所述短路。
第一开关单元包括一个二极管，该二极管正极连接至第一射频输出端口，负极接地，并且该二极管在截止时输出第一射频输出端口输出的射频信号，在导通时将第一射频输出端口输出的射频信号反射回第一射频输出端口。第二开关单元包括包括一个二极管，该二极管正极连接至第二射频输出端口，负极接地，并且该二极管在截止时输出第二射频输出端口输出的射频信号，在导通时将第二射频输出端口输出的射频信号反射回第二射频输出端口。
优选地，第一开关单元采用将第一射频输出端口开路的方式，将第一射频输出端口输出的射频信号反射回第一射频输出端口；第二开关单元采用将第二射频输出端口开路的方式，将第二射频输出端口输出的射频信号反射回第二射频输出端口。
第一开关单元包括一个射频开关，该射频开关的一侧连接至第一射频输出端口，并且该射频开关在闭合时从其另一侧输出第一射频输出端口输出的射频信号，在断开时将第一射频输出端口输出的射频信号反射回第一射频输出端口；第二开关单元包括一个射频开关，该射频开关的一侧连接至第二射频输出端口，并且该射频开关在闭合时从其另一侧输出第二射频输出端口输出的射频信号，在断开时将第二射频输出端口输出的射频信号反射回第二射频输出端口。
在上述技术方案中，从第一射频输出端口输出至第一开关单元的功率与从第二射频输出端口输出至第二开关单元的功率相等，且第一开关单元和第二开关单元的反射系数相等；或者，从第一射频输出端口输出至第一开关单元的功率与从第二射频输出端口输出至第二开关单元的功率不相等，且第一开关单元和第二开关单元的反射系数不相等。
在上述技术方案中，所述功率混合器为有源功率混合器或无源功率混合器。
上述射频信号传输电路进一步包括一个射频放大器、一个发射天线和一个功率负载，其中，所述射频放大器的输出端与所述功率混合器的射频输入端相连接；所述发射天线的两个输入端分别与所述功率混合器的第一射频输出端和第二射频输出端相连接；所述功率负载与所述功率混合器的假负载端口相连接。
本发明还提供了采用上述射频信号传输电路的射频信号传输方法，该方法包括：
通过第一开关单元和第二开关单元分别输出第一射频输出端口输出的射频信号和第二射频输出端口的射频信号；
通过第一开关单元和第二开关单元分别将第一射频输出端口输出的射频信号和第二射频输出端口的射频信号反射回第一射频输出端口和第二射频输出端口。
在上述技术方案中，利用第一开关单元将第一射频输出端口短路或者开路以实现所述反射；利用第二开关单元将第二射频输出端口短路或者开路以实现所述反射。
本发明提供的射频信号传输电路与现有技术中的射频信号传输电路相比，省略了现有技术中复杂的发射天线切换开关以及与之相关的连接，并且在电路中功率混合器的两个射频输出端口分别增加一个开关单元，这种开关单元只需要将对应的射频输出端口输出的射频信号传输给后续设备，或者将射频信号反射回对应的射频输出端口从而由功率混合器从其假负载端口输出反射的功率。由于根据本发明的射频信号传输电路中的两个开关单元及其连接关系比现有技术中的发射天线切换开关简单得多，因此本发明降低了电路的复杂程度。另一方面，通过利用简单的开关单元代替复杂的发射天线切换开关，本发明还降低了射频信号传输电路的成本。
附图说明
下面结合附图来详细地描述本发明的实施例，在附图中：
图1为现有技术中射频信号发射链路的示意图。
图2为本发明实施例中功率混合器的原理示意图。
图3为本发明实施例中射频信号发射链路的示意图。
图4为根据本发明的信号传输电路一个实施例的示意图。
图5为根据本发明的信号传输电路的另一实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
首先描述本发明实施例中功率混合器的原理。图2是功率混合器的原理示意图。如图2所示，功率混合器包括四个端口，分别为射频输入端口(RF in)、第一射频输出端口(RFoutput1)、第二射频输出端口(RF output2)以及假负载端口(Dummy load)。出于简明的目的，图2中没有给出功率混合器内部的具体结构，只是用线条和箭头给出了信号的流向。
在射频输入端口与第一射频输出端口之间、第二射频输出端口与假负载端口之间分别存在90°的奇数倍的相移。在射频输入端口与第二射频输出端口之间、第一射频输出端口和假负载端口之间存在90°的偶数倍的相移。出于简明的目的，在以下的描述中，上述90°的奇数倍相移以90°相移为例，上述90°的偶数倍相移以0°相移为例。
众所周知，功率混合器可以分为无源功率混合器和有源功率混合器，本发明中的功率混合器可以是无源功率混合器，也可以是有源功率混合器。在采用无源功率混合器的情况下，对于从射频输入端口输入的射频信号，各有一半的功率(约为-3dB)传输到第一射频输出端口和第二射频输出端口。在采用有源功率混合器的情况下，从射频输入端口传输到第一射频输出端口和第二射频输出端口的射频信号会有一定的增益，例如2dB的增益、5dB的增益等。出于简明的目的，在以下的描述中以无源功率混合器为例说明本发明实施例的实施方式，有源功率混合器的实施方式与无源功率混合器相似，所以此处不再赘述。
如图2所示，射频信号从射频输入端口输入，各有一半功率(约为-3dB)传输到第一射频输出端口和第二射频出数端口，其中，传输到第一射频输出端口的射频信号产生90°相移，传输到第二射频输出端口的射频信号产生0°相移。
如果在第一射频输出端口处存在k1的反射系数，那么经过反射，有功率等于k1与第一射频输出端口输出功率两者乘积的射频信号被反射进入第一射频输出端口。对于从第一射频输出端口反射回来的射频信号，各有一半功率(约为-3dB)传输到射频输入端口和假负载端口，其中，传输到射频输入端口的射频信号产生90°相移，传输到假负载端口的射频信号产生0°相移。
类似地，如果在第二射频输出端口处存在k2的反射系数，那么经过反射，有功率等于k2与第二射频输出端口输出功率两者乘积的射频信号被反射进入第二射频输出端口。对于从第二射频输出端口反射回来的射频信号，各有一半功率(约为-3dB)传输到射频输入端口和假负载端口，其中，传输到射频输入端口的射频信号产生0°相移，传输到假负载端口的射频信号产生90°相移。
在假负载端口处，从第一射频输出端口反射来的射频信号和从第二射频输出端口反射来的射频信号，与从射频输入端口输入时相比，相移都为90°，也就是说两者相位相同；另外，这两路射频信号的功率也相等。因此，从第一射频输出端口反射来的射频信号和从第二射频输出端口反射来的射频信号，在假负载端口处叠加输出。在假负载端口处也可能存在反射，将有部分功率被反射至第一射频输出端口和第二射频输出端口，但是这部分的功率已经很小了，本发明实施例在此不予考虑。
在射频输入端口处，从第一射频输出端口反射来的射频信号和从第二射频输出端口反射来的射频信号，与从射频输入端口输入时相比，相移分别为180°和0°，也就是说两者相位相差180°；另外，这两路射频信号的功率相等。因此，从第一射频输出端口反射来的射频信号和从第二射频输出端口反射来的射频信号，在射频输入端口处相互抵消。同样，在射频输入端口处也可能存在反射，将有部分功率被反射至第一射频输出端口和第二射频输出端口，但是这部分的功率已经很小了，本发明实施例在此不予考虑。
综上所述，对于图2所示的功率混合器，从第一射频输出端口和第二射频输出端口反射回来的功率，在射频输入端口处相互抵消，在假负载端口处施加给所连接的负载。从整体效果上来看，从第一射频输出端口和第二射频输出端口反射回来的功率，全部从假负载端口输出，而没有从射频输入端口输出。
简而言之，本发明实施例中的功率混合器的特点是：
1)由第一射频输出端口和第二射频输出端口反射到射频输入端口的射频信号相互抵消，即，它们的功率相等，相位相差180°的奇数倍；
2)由第一射频输出端口和第二射频输出端口反射到假负载端口的射频信号叠加输出，即，它们的相位相差180°的偶数倍。
图3为根据本发明实施例的体线圈射频信号的发射链路，包括：射频放大器201、功率混合器203、发射天线204、功率负载205、以及第一开关单元206和第二开关单元207。与图1种的现有技术相比，本发明实施例减少了发射天线切换开关102，增加了第一开关单元206和第二开关单元207。
参照图3，第一开关单元206和第二开关单元207分别连接于功率混合器203的第一射频输出端口22和第二射频输出端口23。第一开关单元206和第二开关单元207可以将从功率混合器203第一射频输出端口22和第二射频输出端口23输出的射频信号直接传输给后面的发射天线204，或者将从功率混合器203第一射频输出端口22和第二射频输出端口23输出的射频信号分别反射回第一射频输出端口22和第二射频输出端口23。
当第一开关单元206和第二开关单元207将功率混合器203输出的射频信号传输给发射天线204时，该电路处于正常工作状态，从射频放大器201输出的射频信号通过发射天线204发射出去。当第一开关单元206和第二开关单元207将功率混合器203输出的射频信号反射回功率混合器203时，反射信号从功率混合器的假负载端口输出至功率负载205，从而可以通过测量来校准射频放大器201。
第一开关单元206和第二开关单元207可以有多种实现方式。以其中的第一开关单元206为例，在需要将射频信号传输至发射天线204时，第一开关单元206将射频信号直接传输给发射天线204即可；在需要传输给功率负载205时，第一开关单元206可以通过将第一射频输出端口22开路或者短路的方式，使得从第一射频输出端口22输出的射频信号反射回第一射频输出端口。
图4中给出的是一种采用短路方式来实现反射的结构示意图。如图4所示，第一开关单元包括一个二极管D1，该二极管D1的正极连接在第一射频输出端口上，负极接地。第二开关单元包括一个二极管D2，该二极管D2的正极连接在第二射频输出端口上，负极接地。在需要将射频信号传输至发射天线时，在二极管D1的正极(图中的节点2)和二极管D2的正极(图中的节点1)处施加一个合适的负电压，使D1和D2处于截止状态，那么从第一射频输出端口和第二射频输出端口的信号将会被传输给后面的发射天线。在需要将功率混合器输出的射频信号从假负载端口输出时，在二极管D1的正极(图中的节点2)和二极管D2的正极(图中的节点1)处施加一个合适的正电压，使D1和D2处于导通状态，那么从第一射频输出端口和第二射频输出端口的信号就会由于接地而全部反射回第一射频输出端口和第二射频输出端口，然后从假负载端口输出。
图4中的二极管仅出于示意的目的，本发明实施例中采用短路方式实现反射的开关单元并不局限于此。例如，本发明实施例还可以采用一端接至功率混合器射频输出端口、另一端接地的射频开关等其他能够实现上述功能的方式。
图5所示为采用开路方式实现反射的情况下的结构示意图。第一开关单元和第二开关单元各自可以采用一个射频开关来实现，第一开关单元中射频开关的两端分别连接至第一射频输出端口和发射天线的一个输入端，第二开关单元中射频开关的两端分别连接至第二射频输出端口和发射天线的另一个输入端。在需要将射频信号传输至发射天线时，将上述两个射频开关闭合，那么从功率混合器输出的两路射频信号分别通过闭合的两个射频开关而传输至发射天线。在需要将射频信号传输给功率负载时，将上述两个射频开关断开形成开路状态，那么从功率混合器输出的两路射频信号分别由于开路而反射回第一射频输出端口和第二射频输出端口，从而从假负载端口输出。
同样，图5中的射频开关仅出于示意的目的，本发明可采用的开关单元并不局限于此。本发明可以采用的射频开关，可以是依靠机械接触实现的机电开关，也可以是由场效应晶体管(FET)实现的射频开关，还可以是由正-本征-负(PIN)型二极管实现的射频开关，或者其他能够实现上述功能的射频开关。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种射频信号传输电路，包括一个功率混合器，该功率混合器包括射频输入端口、第一射频输出端口、第二射频输出端口和假负载端口，其中，从第一射频输出端口反射回功率混合器的射频信号与从第二射频输出端口反射回功率混合器的射频信号，在所述射频输入端处相互抵消，并从所述假负载端口输出；其特征在于，该射频信号传输电路进一步包括第一开关单元和第二开关单元，其中，
第一开关单元与第一射频输出端口相连接，用于输出第一射频输出端口输出的射频信号，或者将第一射频输出端口输出的射频信号反射回第一射频输出端口；
第二开关单元与第二射频输出端口相连接，用于输出第二射频输出端口输出的射频信号，或者将第二射频输出端口输出的射频信号反射回第二射频输出端口。
2.根据权利要求1所述的射频信号传输电路，其特征在于，第一开关单元采用将第一射频输出端口短路的方式，将第一射频输出端口输出的射频信号反射回第一射频输出端口；
第二开关单元采用将第二射频输出端口短路的方式，将第二射频输出端口输出的射频信号反射回第二射频输出端口。
3.根据权利要求2所述的射频信号传输电路，其特征在于，第一开关单元和第二开关单元通过接地来实现所述短路。
4.根据权利要求3所述的射频信号传输电路，其特征在于，第一开关单元包括一个二极管，该二极管正极连接至第一射频输出端口，负极接地，并且该二极管在截止时输出第一射频输出端口输出的射频信号，在导通时将第一射频输出端口输出的射频信号反射回第一射频输出端口；
第二开关单元包括包括一个二极管，该二极管正极连接至第二射频输出端口，负极接地，并且该二极管在截止时输出第二射频输出端口输出的射频信号，在导通时将第二射频输出端口输出的射频信号反射回第二射频输出端口。
5.根据权利要求1所述的射频信号传输电路，其特征在于，第一开关单元采用将第一射频输出端口开路的方式，将第一射频输出端口输出的射频信号反射回第一射频输出端口；
第二开关单元采用将第二射频输出端口开路的方式，将第二射频输出端口输出的射频信号反射回第二射频输出端口。
6.根据权利要求5所述的射频信号传输电路，其特征在于，第一开关单元包括一个射频开关，该射频开关的一侧连接至第一射频输出端口，并且该射频开关在闭合时从其另一侧输出第一射频输出端口输出的射频信号，在断开时将第一射频输出端口输出的射频信号反射回第一射频输出端口；
第二开关单元包括一个射频开关，该射频开关的一侧连接至第二射频输出端口，并且该射频开关在闭合时从其另一侧输出第二射频输出端口输出的射频信号，在断开时将第二射频输出端口输出的射频信号反射回第二射频输出端口。
7.根据权利要求1所述的射频信号传输电路，其特征在于，从第一射频输出端口输出至第一开关单元的功率与从第二射频输出端口输出至第二开关单元的功率相等，且第一开关单元和第二开关单元的反射系数相等；或者，
从第一射频输出端口输出至第一开关单元的功率与从第二射频输出端口输出至第二开关单元的功率不相等，且第一开关单元和第二开关单元的反射系数不相等。
8.根据权利要求1所述的射频信号传输电路，其特征在于，所述功率混合器为有源功率混合器或无源功率混合器。
9.根据权利要求1所述的射频信号传输电路，其特征在于，进一步包括一个射频放大器、一个发射天线和一个功率负载，其中，所述射频放大器的输出端与所述功率混合器的射频输入端相连接；所述发射天线的两个输入端分别与所述功率混合器的第一射频输出端和第二射频输出端相连接；所述功率负载与所述功率混合器的假负载端口相连接。
10.一种采用如权利要求1所述射频信号传输电路的射频信号传输方法，该方法包括：
通过第一开关单元和第二开关单元分别输出第一射频输出端口输出的射频信号和第二射频输出端口的射频信号；
通过第一开关单元和第二开关单元分别将第一射频输出端口输出的射频信号和第二射频输出端口的射频信号反射回第一射频输出端口和第二射频输出端口。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用第一开关单元将第一射频输出端口短路或者开路以实现所述反射；
利用第二开关单元将第二射频输出端口短路或者开路以实现所述反射。
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