CN102263542B - 移相器及其功率放大器和核磁共振成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种移相器及其功率放大器和核磁共振成像设备。本发明移相器包括在0度至90度范围内连续可调的第一移相器，所述移相器包括电桥和两个四选一开关，其中：所述电桥的一个输入端和一个输出端分别接一个四选一开关；所述两个四选一开关在控制电压的控制下选择接通电容、电感、开路和短路之一；所述电桥的另一个输入端连接所述第一移相器的输出端或者所述电桥的另一个输出端连接所述第一移相器的输入端。本发明功率放大器包括所述移相器且本发明核磁共振成像设备包括所述功率放大器。采用本发明的技术方案能够实现0度至360度连续可调的移相。

Description

移相器及其功率放大器和核磁共振成像设备
技术领域
本发明总体上涉及非常低的频率领域，尤其涉及核磁共振成像技术中的移相器及其功率放大器和核磁共振成像设备。
背景技术
目前核磁共振成像技术在医疗领域得到了广泛地应用。磁共振成像(MRI)又称核磁共振成像(NMRI)，是利用原子核在磁场内共振而产生影像的一种新诊断方法。其基本原理是利用原子核的固有特性，以及磁场的相互作用来构成图像的。与人体组织密切相关的一类原子核，在外界射频场的作用下产生磁共振信号，与磁共振有关的一组参数可以用来作为成像的变量。在磁共振成像设备中，功率放大器是其重要部件之一。
众所周知，在增强邻近信道功率比率(ACPR，AdjacentChannelPowerRatio)以及改善功率放大器线性性方面，主要采用诸如反馈、前馈以及预失真之类的功率放大器线性性技术。并且所有这些技术都需要对输入信号和输出信号的幅度和相位进行比较，因此，必须要运用移相器的移相功能。
如图1所示，这是一种现有移相器，电容C1和C2串联连接在输入端口Pin和输出端口Pout之间，并联连接的二极管8和二极管9一端接地，另一端与电容C3连接，电容C3另一端连接电感L，电感L另一端连接在电容C1和C2之间，控制电压通过电阻R1加在电容C3与并联连接的二极管8和二极管9之间。其中，例如，输入端口Pin和输出端口Pout是50欧姆端口，工作频率在64Mhz左右，电容C1、C2、C3近似是3.3nF，电感L约为47nH，电阻R1约为1k欧姆，当然这只是一个示例，还可以为其它值。从该图中可以看出，随着偏置电压的变化，二极管8和二极管9的阻抗也会变化。二极管8和二极管9阻抗的变化比然引起输出端口Pout到输入端口Pin的相位变化，从而达到移相的目的。但是本例引起的相位变化约为26度左右，所以其移相范围太小，另外插损还比较大，从而影响系统增益和噪声。
如图2所示，这是又一种现有移相器。其输入端口Pin接电桥3的输入端，输出端口Pout接电桥3的隔离端，两个变容二极管4和5的正极分别接电桥3的两功分端口，同时两功分端口分别接对地电阻R2和R5，两变容二极管4和5的负极分别接电阻R3和R4并和控制电压串联，电容C4一端和控制电压连接，另一端接地，R2、R3、R4、R5为两变容二极管提供电流保护和电压偏置，电容C4起到隔直和滤波的作用。该种移相技术非常流行，可以应用于很多领域，尤其应用于移动通信和雷达领域。在本例中，假设，输入端口Pin和输出端口Pout是50欧姆端口。从图2可以看出，随着控制电压的变化，变容二极管4和变容二极管5的电抗也随着变化，因此发射信号的相位变化就会不同，从而实现了相位延迟。
相比于图1所示的移相器，图2所示的移相器移相范围较宽，但是很难实现180度移相。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是提供一种能够实现0度至360度移相范围的移相器及其功率放大器和核磁共振成像设备。
为了解决上述问题，本发明移相器的技术方案包括在0度至90度范围内连续可调的第一移相器，所述移相器包括电桥和两个四选一开关，其中：
所述电桥的一个输入端和一个输出端分别接一个四选一开关；
所述两个四选一开关在控制电压的控制下选择接通电容、电感、开路和短路之一；
所述电桥的另一个输入端连接所述第一移相器的输出端或者所述电桥的另一个输出端连接所述第一移相器的输入端。
所述控制电压为二进制00、01、10、11之一。
所述电容和所述电感的选取依据工作频率而定。
所述第一移相器包括：
电桥和两个变容二极管，输入端口接电桥的输入端，输出端口接电桥的隔离端，两个变容二极管分别接电桥的两功分端口，电阻R2，R3，R4，R5为两变容二极管提供电流保护和电压偏置。
在本发明的另一方面，本发明功率放大器包括移相器，所述移相器包括在0度至90度范围内连续可调的第一移相器，所述移相器还包括电桥和两个四选一开关，其中：
所述电桥的一个输入端和一个输出端分别接一个四选一开关；
所述两个四选一开关在控制电压的控制下选择接通电容、电感、开路和短路之一；
所述电桥的另一个输入端连接所述第一移相器的输出端或者所述电桥的另一个输出端连接所述第一移相器的输入端。
所述控制电压为二进制00、01、10、11之一。
所述电容和所述电感的选取依据工作频率而定。
所述第一移相器包括：
电桥和两个变容二极管，输入端口接电桥的输入端，输出端口接电桥的隔离端，两个变容二极管分别接电桥的两功分端口，电阻R2，R3，R4，R5为两变容二极管提供电流保护和电压偏置。
相应地，本发明核磁共振成像设备上述功率放大器。
与现有技术相比，本发明移相器及其功率放大器和核磁共振成像设备的有益效果为：
首先，由于本发明采用了两个四选一开关和电桥，当这两个四选一开关选择接通电容时，产生0度相移；当这两个四选一开关选择接通开路时，产生90度相移；当这两个四选一开关选择接通电感时，产生180度相移；当这两个四选一开关选择接通短路(即接地)时，产生270度相移。另外，本发明还包括在0度至90度连续可调移相的第一移相器，从而能够实现在0度至360度内连续可调的移相。
其次，由于此类移相器插损很小，输入输出端口驻波匹配很好，因此对于大功率放大器来说非常重要，既能减小功率的损失，又能避免引起功放的自激。控制简单，使用方便。
附图说明
为了对本公开内容更透彻的理解，下面参考结合附图所进行的下列描述，在附图中：
图1是一种现有技术移相器的结构示意图；
图2是另一种现有技术移相器的结构示意图；
图3是依据本发明的移相器的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，但本发明并不限于下述具体实施例。
如图3所示，依据本发明的移相器包括在0度至90度范围内连续可调的第一移相器1、电桥13以及两个四选一开关14和14’，其中：
所述电桥13的一个输入端接四选一开关14，所述电桥13的一个输出端连接四选一开关14’；
所述四选一开关14在控制电压B和C的控制下选择接通电容C、电感L、开路和短路之一；
所述四选一开关14’在控制电压B和C的控制下选择接通电容C’、电感L’、开路和短路之一；
所述电桥13的另一个输入端11连接所述第一移相器1的输出端。当然也可以把所述电桥13的另一个输出端连接所述第一移相器1的输入端。
从上述可知，四选一开关14和14’分别有四种选择并且可以由控制电压B和C控制。当四选一开关14选择接通电容C且四选一开关14’选择接通C’时，此电桥13的输入端11和输出端12之间相位变化为0度，即没有相位变化；当四选一开关14和14’都选择开路时，此电桥13的输入端11和输出端12之间相位变化为90度，即移相90度；当四选一开关14选择接通电容L且四选一开关14’选择接通L’时，此电桥13的输入端11和输出端12之间相位变化为180度，即移相180度；当四选一开关14和14’都选择短路(即接地)时，此电桥13的输入端11和输出端12之间相位变化为270度，即移相270度。
因此，电桥13和两个四选一开关14和14’的结构能够实现0度、90度、180度和270度的移相。
再如图1所示，第一移相器1是在0度和90度之间连续可调的移相器，也就是说，第一移相器1的移相范围在0度至90度之内。换句话说，第一移相器1能够移相从0度到90度之间的任何度数。
如果把第一移相器1的输入端作为依据本发明的移相器的输入端口，把第一移相器1的输出端连接到电桥13的输入端11，以及把电桥13的输出端12作为依据本发明的移相器的输出端口。那么对于输入端口和输出端口之间的相位差可以处于4个相位区间：0度～90度；90度～180度；180度～270度；270度～360度。也就是说，输入端口和输出端口之间的相位差可以处于0度至360度之间的任何值。因此实现了相位在0度到360度内连续可调。
对于控制电压B和C只要能够控制四选一开关14和14’进行选择即可，例如其可以是二进制00、01、10、11，分别用来控制四选一开关14和14’选择接通电容(C，C’)、电感(L，L’)、开路和短路之一。
对于电容C、C’和所述电感L、L’的选取应依据工作频率而定。
例如，假设工作频率为64MHz，那么电容C和C’应选取50pF左右的电容；电感L和L’应选取125nH左右的电感。两个四选一开关14和14’选取射频开关，电桥13为3dB电桥。因此当两个四选一开关14和14’选择接通电容C和C’，或者选择接通电感L和L’时，可以在输入端口和输出端口之间分别产生0度和180度的相位变化，且插损约为0dB，如下表1所示。
表1
其中，X中的“1.000”代表仿真第一项，dB(S(2，1))代表输出输入端口之间的插损或增益，Phase(S(2，1))代表输出输入端口相位差，frequency为64Mhz，这是开关选择50PF电容的结果。
表2
该表中，是开关选择125nH电感的结果。
第一移相器1可以采用能够实现在0度到90度连续可调移相的任何移相器。如图2所示的移相器可以用作第一移相器1。
进一步地，本发明还公开了一种功率放大器，该功率放大器包括移相器，所述移相器包括在0度至90度范围内连续可调的第一移相器1，所述移相器还包括电桥13和两个四选一开关14和14’，其中：
所述电桥13的一个输入端和一个输出端分别接一个四选一开关；
所述电桥13的一个输入端接四选一开关14，所述电桥13的一个输出端连接四选一开关14’；
所述四选一开关14在控制电压B和C的控制下选择接通电容C、电感L、开路和短路之一；
所述四选一开关14’在控制电压B和C的控制下选择接通电容C’、电感L’、开路和短路之一；
所述电桥13的另一个输入端11连接所述第一移相器1的输出端。当然也可以把所述电桥13的另一个输出端连接所述第一移相器1的输入端。
从上述可知，四选一开关14和14’分别有四种选择并且可以由控制电压B和C控制。当四选一开关14选择接通电容C且四选一开关14’选择接通C’时，此电桥13的输入端11和输出端12之间相位变化为0度，即没有相位变化；当四选一开关14和14’都选择开路时，此电桥13的输入端11和输出端12之间相位变化为90度，即移相90度；当四选一开关14选择接通电容L且四选一开关14’选择接通L’时，此电桥13的输入端11和输出端12之间相位变化为180度，即移相180度；当四选一开关14和14’都选择短路(即接地)时，此电桥13的输入端11和输出端12之间相位变化为270度，即移相270度。
因此，电桥13和两个四选一开关14和14’的结构能够实现0度、90度、180度和270度的移相。
再如图1所示，第一移相器1是在0度和90度之间连续可调的移相器，也就是说，第一移相器1的移相范围在0度至90度之内。换句话说，第一移相器1能够移相从0度到90度之间的任何度数。
如果把第一移相器1的输入端作为依据本发明的移相器的输入端口，把第一移相器1的输出端连接到电桥13的输入端11，以及把电桥13的输出端12作为依据本发明的移相器的输出端口。那么对于输入端口和输出端口之间的相位差可以处于4个相位区间：0度～90度；90度～180度；180度～270度；270度～360度。也就是说，输入端口和输出端口之间的相位差可以处于0度至360度之间的任何值。因此实现了相位在0度到360度内连续可调。
对于控制电压B和C只要能够控制四选一开关14和14’进行选择即可，例如其可以是二进制00、01、10、11，分别用来控制四选一开关14和14’选择接通电容(C，C’)、电感(L，L’)、开路和短路之一。
对于电容C、C’和所述电感L、L’的选取应依据工作频率而定。
由于本发明的功率放大器具有上述可在0度至360度内连续可调移相的移相器，所以本发明功率放大器的线性性能非常好。另外，信号不会失真，功率可以做到更大。
在本发明的另一方面，还提供了一种核磁共振成像设备，该核磁共振成像设备包括上述的功率放大器。由于上面已经对功率放大器进行了详细描述，在此不再赘述。
虽然上述已经结合附图描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变、修改和等效替代。这些改变、修改和等效替代都意为落入随附的权利要求所限定的精神和范围之内。

Claims (9)

1.一种移相器，包括在0度至90度范围内连续可调的第一移相器，其特征在于，所述移相器包括电桥和两个四选一开关，其中：
所述电桥的一个输入端和一个输出端分别接一个四选一开关；
所述两个四选一开关在控制电压的控制下选择同时接通电容或同时接通电感或同时开路或同时短路；
所述电桥的另一个输入端连接所述第一移相器的输出端或者所述电桥的另一个输出端连接所述第一移相器的输入端。
2.如权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述控制电压为二进制00、01、10、11之一。
3.如权利要求2所述的移相器，其特征在于，所述电容和所述电感的选取依据工作频率而定。
4.如权利要求3所述的移相器，其特征在于，所述第一移相器包括：
电桥和两个变容二极管，输入端口接电桥的输入端，输出端口接电桥的隔离端，两个变容二极管分别接电桥的两功分端口，电阻R2，R3，R4，R5为两变容二极管提供电流保护和电压偏置。
5.一种功率放大器，其特征在于，包括移相器，所述移相器包括在0度至90度范围内连续可调的第一移相器，所述移相器还包括电桥和两个四选一开关，其中：
所述电桥的一个输入端和一个输出端分别接一个四选一开关；
所述两个四选一开关在控制电压的控制下选择同时接通电容或同时接通电感或同时开路或同时短路；
所述电桥的另一个输入端连接所述第一移相器的输出端或者所述电桥的另一个输出端连接所述第一移相器的输入端。
6.如权利要求5所述的功率放大器，其特征在于，所述控制电压为二进制00、01、10、11之一。
7.如权利要求6所述的功率放大器，其特征在于，所述电容和所述电感的选取依据工作频率而定。
8.如权利要求7所述的功率放大器，其特征在于，所述第一移相器包括：
包括电桥和两个变容二极管，输入端口接电桥的输入端，输出端口接电桥的隔离端，两个变容二极管分别接电桥的两功分端口，电阻R2，R3，R4，R5为两变容二极管提供电流保护和电压偏置。
9.一种核磁共振成像设备，其特征在于，包括如权利要求5至8任一项所述的功率放大器。
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