CN108226830B - 一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构 - Google Patents

一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构 Download PDF

Info

Publication number
CN108226830B
CN108226830B CN201810012095.7A CN201810012095A CN108226830B CN 108226830 B CN108226830 B CN 108226830B CN 201810012095 A CN201810012095 A CN 201810012095A CN 108226830 B CN108226830 B CN 108226830B
Authority
CN
China
Prior art keywords
radio frequency
patch unit
unit
frequency energy
reinforcing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810012095.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108226830A (zh
Inventor
吴嘉敏
郭盼
徐征
贺玉成
何为
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Chongqing Normal University
Original Assignee
Chongqing University
Chongqing Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University, Chongqing Normal University filed Critical Chongqing University
Priority to CN201810012095.7A priority Critical patent/CN108226830B/zh
Publication of CN108226830A publication Critical patent/CN108226830A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108226830B publication Critical patent/CN108226830B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/34—Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/005—Helical resonators; Spiral resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/08—Strip line resonators
    • H01P7/082—Microstripline resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

本发明属于核磁共振领域，涉及一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构；通过对谐振单元的结构设计，通过对谐振单元中上贴片单元与下贴片单元形状的设计，以及对谐振单元中电容的调整，实现对传递系数最大频率点的调整，根据目标区域的具体结构，采用阵列结构的形式来布置谐振单元，将谐振单元的阵列结构布置在目标区域和射频线圈之间，从而实现对核磁共振磁场射频能量的加强，实现在固定功率的情况下，扩大射频磁场的目标区域、提高射频磁场的发射距离的功能，解决了在一定功率的情况下射频线圈很难激励到更远区域的技术问题。

Description

一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构
技术领域
本发明属于核磁共振领域，涉及一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构。
背景技术
核磁共振传感器中，射频线圈的信噪比对于整个测量系统至关重要。但是目标区域离线圈表面越远，射频磁场越小。而且磁场随着这个距离的增加衰减越大，导致在一定功率情况下，射频线圈很难激励到更远的区域。
为了在固定功率的情况下，提高目标区域内的射频磁场，或者说提高射频能量的发射距离。有必要提出一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构，用于对核磁共振射频磁场的增强。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于加强射频能量的谐振单元，包括用于传递电流并产生感应磁场的上贴片单元与下贴片单元，所述上贴片单元与下贴片单元通过过孔相连；所述上贴片单元与下贴片单元组成呈“回字形”的立体结构，所述过孔设置在所述立体结构的几何中心处；所述上贴片单元和下贴片单元均由导体材料制成。
可选地，所述上贴片单元远离过孔的一端与所述下贴片单元远离过孔的一端通过电容器相连。
可选地，还包括用于设置所述呈“回字形”的立体结构的介质板；所述介质板由绝缘材料制成。
可选地，所述上贴片单元呈两端开放的螺旋状，其一端与过孔相连，位于上贴片单元内部，整体的上贴片单元向远离过孔的方向螺旋布置；所述下贴片单元也呈两端开放的螺旋状，其一端与过孔相连，位于下贴片单元内部，整体的下贴片单元向远离上贴片单元的方向螺旋布置。
可选地，所述上贴片单元与过孔连接的一端以及所述下贴片单元与过孔连接的一端相平行并形成第一平面，所述上贴片单元与所述下贴片单元形状一致且以第一平面为轴镜像对称设置。
一种用于加强射频能量的谐振单元的阵列结构，包括若干个用于加强射频能量的谐振单元。
可选地，所述若干个用于加强射频能量的谐振单元呈矩阵形式排列在同一平面内。
可选地，所述若干个用于加强射频能量的谐振单元呈空间矩阵形式布置。
可选地，所述若干个用于加强射频能量的谐振单元呈弧形曲面布置。
可选地，所述的若干个用于加强射频能量的谐振单元的尺寸、匝数及自身电容相同或不同。
本发明的有益效果在于：
本发明通过对谐振单元的结构设计，通过对谐振单元中上贴片单元与下贴片单元形状的设计，以及对谐振单元中电容的调整，实现对传递系数最大频率点的调整，根据目标区域的具体结构，采用阵列结构的形式来布置谐振单元，将谐振单元的阵列结构布置在目标区域和射频线圈之间，从而实现对核磁共振磁场射频能量的加强，实现在固定功率的情况下，扩大射频磁场的目标区域、提高射频磁场的发射距离的功能。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明中涉及的一种用于加强射频能量的谐振单元的结构示意图；
图2为呈平面矩阵式布置的谐振单元的阵列结构的示意图；
图3为呈平面矩阵式布置的谐振单元的阵列结构的剖面图；
图4为谐振单元的阵列结构的放置位置示意图；
图5为呈空间矩阵式布置的谐振单元的阵列结构的示意图；
图6为呈弧形曲面式布置的谐振单元的阵列结构的示意图；
图7为带有谐振单元的阵列结构时射频磁场的分布情况；
图8为不带有谐振单元的阵列结构时射频磁场的分布情况；
图9为有无谐振单元的阵列结构时射频磁场的场强曲线。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1-图9，附图中的元件标号分别表示：上贴片单元1、下贴片单元2、电容器3、过孔4、介质板5、目标区域A、谐振单元的阵列结构B、射频线圈C、有谐振单元的阵列结构时的场强曲线E、无谐振单元的阵列结构时的场强曲线F。
本发明涉及一种用于加强射频能量的谐振单元，包括用于传递电流并产生感应磁场的上贴片单元1与下贴片单元2，所述上贴片单元1与下贴片单元2通过过孔4相连；所述上贴片单元1与下贴片单元2组成呈“回字形”的立体结构，所述过孔4设置在所述立体结构的几何中心处；所述上贴片单元1和下贴片单元2均由导体材料制成；还包括用于设置所述呈“回字形”的立体结构的介质板5；所述介质板5由绝缘材料制成。
具体地，所述上贴片单元1呈两端开放的螺旋状，其一端与过孔4相连，位于上贴片单元1内部，整体的上贴片单元1向远离过孔4的方向螺旋布置；所述下贴片单元2也呈两端开放的螺旋状，其一端与过孔4相连，位于下贴片单元2内部，整体的下贴片单元2向远离上贴片单元1的方向螺旋布置；所述上贴片单元1与过孔4连接的一端以及所述下贴片单元2与过孔4连接的一端相平行并形成第一平面，所述上贴片单元1与所述下贴片单元2形状一致且以第一平面为轴镜像对称设置。
在具体的实时过程中，将上贴片单元1与下贴片单元2通过过孔4相连，其自身形成一定大小的电感。由于上贴片单元1与下贴片单元2均由导体制成，而介质板5为介质材料，这样“导体-介质-导体”的结构就形成了电容。该电容与线圈自身的电感构成了“电阻-电感-电容”串并联的结构形式。
若结构本身的电容不足以满足谐振条件，则可以在所述上贴片单元1远离过孔4的一端与所述下贴片单元2远离过孔4的一端之间设置电容器3。因此，整体结构的设计需要考虑整体结构中线圈的匝数，布线的面积，介质板5材料的选取以及需要串联的电容器3。在进行介质板5材料的选取时，主要考虑厚度和介电常数。
此处以平面矩阵式的谐振单元的阵列结构B为例，在确定一个谐振单元的阵列结构B时，首先要选定其结构参数，调整每个谐振单元的具体尺寸，介质板5材料及介质板5厚度等，而后采用频率扫描法仿真该谐振单元的阵列结构B对于电磁波的折反射系数，可以得到该谐振单元的阵列结构B在某个频率点处的传递系数最大。为调节该传递系数最大的频率点，需要采用串并联电感电容的形式。由于计算出的电容在频率较低的情况下往往数值很大，为降低串联的电容器3的大小，也可以在系统中串联电感，通过等效电路的方法进行初步计算，大致确定合适的电容下对应电感的大小，通过更改线圈的匝数来实现对电感的调节。
上述阵列结构具有不同的结构形式，可以为平面内的矩阵式排布，也可以为空间矩阵式排布，以及弧形曲面式排布等，空间矩阵式排布以及弧形曲面式排布的实施方式与平面矩阵式排布的实现方式类似，均是通过对匝数、介质板5厚度以及串联电容器3的方式实现对谐振单元的阵列结构B传递系数的调节。在具体的实施中，检测到的射频磁场分布情况如图7、图8所示，射频磁场的大小对比情况如图9所示，两条曲线分别表示有谐振单元的阵列结构时的场强曲线E、以及无谐振单元的阵列结构时的场强曲线F。
本发明通过对谐振单元的结构设计，通过对谐振单元中上贴片单元1与下贴片单元2形状的设计，以及对谐振单元中电容器3的调整，实现对传递系数最大频率点的调整，根据目标区域A的具体结构，采用阵列结构的形式来布置谐振单元，将谐振单元的阵列结构B布置在目标区域A和射频线圈C之间，从而实现对核磁共振磁场射频能量的加强，实现在固定功率的情况下，扩大射频磁场的目标区域A、提高射频磁场的发射距离的功能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于加强射频能量的谐振单元，其特征在于：
包括用于传递电流并产生感应磁场的上贴片单元与下贴片单元，所述上贴片单元与下贴片单元通过过孔相连；
所述上贴片单元与下贴片单元组成呈“回字形”的立体结构，所述过孔设置在所述立体结构的几何中心处；
所述上贴片单元和下贴片单元均由导体材料制成；
所述上贴片单元呈两端开放的螺旋状，其一端与过孔相连，位于上贴片单元内部，整体的上贴片单元向远离过孔的方向螺旋布置；所述下贴片单元也呈两端开放的螺旋状，其一端与过孔相连，位于下贴片单元内部，整体的下贴片单元向远离上贴片单元的方向螺旋布置。
2.如权利要求1中所述的用于加强射频能量的谐振单元，其特征在于：所述上贴片单元远离过孔的一端与所述下贴片单元远离过孔的一端通过电容器相连。
3.如权利要求1中所述的用于加强射频能量的谐振单元，其特征在于：还包括用于设置所述呈“回字形”的立体结构的介质板；所述介质板由绝缘材料制成。
4.如权利要求1中所述的用于加强射频能量的谐振单元，其特征在于：所述上贴片单元与过孔连接的一端以及所述下贴片单元与过孔连接的一端相平行并形成第一平面，所述上贴片单元与所述下贴片单元形状一致且以第一平面为轴镜像对称设置。
5.一种如权利要求1～4任一项中所述的用于加强射频能量的谐振单元的阵列结构，其特征在于：包括若干个用于加强射频能量的谐振单元。
6.如权利要求5中所述的用于加强射频能量的谐振单元的阵列结构，其特征在于：所述若干个用于加强射频能量的谐振单元呈矩阵形式排列在同一平面内。
7.如权利要求5中所述的用于加强射频能量的谐振单元的阵列结构，其特征在于：所述若干个用于加强射频能量的谐振单元呈空间矩阵形式布置。
8.如权利要求5中所述的用于加强射频能量的谐振单元的阵列结构，其特征在于：所述若干个用于加强射频能量的谐振单元呈弧形曲面布置。
9.如权利要求5～8任一项中所述的用于加强射频能量的谐振单元的阵列结构，其特征在于：所述的若干个用于加强射频能量的谐振单元的尺寸、匝数及自身电容相同或不同。
CN201810012095.7A 2018-01-05 2018-01-05 一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构 Active CN108226830B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810012095.7A CN108226830B (zh) 2018-01-05 2018-01-05 一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810012095.7A CN108226830B (zh) 2018-01-05 2018-01-05 一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108226830A CN108226830A (zh) 2018-06-29
CN108226830B true CN108226830B (zh) 2020-09-08

Family

ID=62643110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810012095.7A Active CN108226830B (zh) 2018-01-05 2018-01-05 一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108226830B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1508560A (zh) * 2002-12-16 2004-06-30 中国科学院电工研究所 一种c型开放式磁共振成像平板式射频线圈
CN1838477A (zh) * 2005-03-21 2006-09-27 中国科学院物理研究所 一种平面超导微带谐振器
CN102883525A (zh) * 2012-09-25 2013-01-16 清华大学 用于无线能量传输的双层蜗状pcb线圈及其设计方法
CN204205000U (zh) * 2014-09-03 2015-03-11 华南理工大学 一种基于谐振器耦合的ltcc滤波巴伦
CN105789855A (zh) * 2014-12-19 2016-07-20 哈尔滨飞羽科技有限公司 一种新型的双频带ebg结构

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011038003A1 (en) * 2009-09-22 2011-03-31 Adem Impedance sensing systems and methods for use in measuring constituents in solid and fluid objects
US9392957B1 (en) * 2010-02-22 2016-07-19 Howard J. Halpern T1-sensitive inversion-recovery-imaging method and apparatus for EPRI
DE102013111433A1 (de) * 2013-08-30 2015-03-05 Technische Universität Dresden Planare symmetrische Spule für integrierte HF-Schaltungen
CN103645451A (zh) * 2013-12-06 2014-03-19 东南大学 基于印刷电路板亥姆霍兹线圈的低场核磁共振探头
JP7045664B2 (ja) * 2014-09-12 2022-04-01 ザ ブリガム アンド ウィメンズ ホスピタル インコーポレイテッド ニードル位置決め装置
CN107342634B (zh) * 2017-07-17 2020-12-29 成都斯普奥汀科技有限公司 一种洗衣机内部磁谐振耦合无线电能传输系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1508560A (zh) * 2002-12-16 2004-06-30 中国科学院电工研究所 一种c型开放式磁共振成像平板式射频线圈
CN1838477A (zh) * 2005-03-21 2006-09-27 中国科学院物理研究所 一种平面超导微带谐振器
CN102883525A (zh) * 2012-09-25 2013-01-16 清华大学 用于无线能量传输的双层蜗状pcb线圈及其设计方法
CN204205000U (zh) * 2014-09-03 2015-03-11 华南理工大学 一种基于谐振器耦合的ltcc滤波巴伦
CN105789855A (zh) * 2014-12-19 2016-07-20 哈尔滨飞羽科技有限公司 一种新型的双频带ebg结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN108226830A (zh) 2018-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101828339B (zh) 使用耦合天线的无线能量转移
US9786430B2 (en) Space-adaptive wireless power transfer system and method using evanescent field resonance
KR101261686B1 (ko) 무급전 안테나를 사용한 무선 전력 범위 증가
US9406435B2 (en) Misalignment insensitive wireless power transfer
CN104283332B (zh) 无线功率磁谐振器中的高效率和功率转移
JP6097215B2 (ja) 無線電力送信装置及びそのマルチバンド共振電力送信方法
EP2369711A2 (en) Contactless power transfer system and method
US20120217820A1 (en) Wireless power transmission system and resonator for the system
KR20130059698A (ko) 마그네틱 필드의 세기가 강화된 무선 전력 전송 시스템
KR20130099576A (ko) 무선 전력 전송 장치
KR101174400B1 (ko) 공명형 무선전력전송을 위한 공간 적응형 자기 공진기
Lim et al. A tunable electrically small antenna for ground wave transmission
Huang et al. Calculation and analysis of near-field magnetic spiral metamaterials for MCR-WPT application
CN108226830B (zh) 一种用于加强射频能量的谐振单元及其阵列结构
US9030053B2 (en) Device for collecting energy wirelessly
Jolani et al. A novel planar wireless power transfer system with strong coupled magnetic resonances
CN103915689A (zh) 一种电偶极子天线及其使用方法
US5065164A (en) Frequency range enchanced monopole antenna
RU187264U1 (ru) Устройство беспроводной передачи энергии
RU183997U1 (ru) Радиочастотная катушка магнитно-резонансного томографа
CN103296781A (zh) 一种无线能量传输系统
CN110502792B (zh) 一种基于金属栅格腔结构实现无线输能的方法及装置
RU196766U1 (ru) Устройство беспроводной передачи энергии
RU202324U1 (ru) Устройство беспроводной передачи энергии
JP2015165724A (ja) アンテナ装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant