CN110967657A - 一种mr-ept谱仪多通道射频激发信号上变频器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MR‑EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，属于MR‑EPT成像技术领域，包括中频信号处理模块，用于输入MR‑EPT谱仪信号，输出处理后的中频信号；本振信号产生模块，用于在控制模块的控制下输出本振信号；混频模块，用于将本振信号和处理后的中频信号进行混频，输出混频信号；滤波模块，用于将混频信号进行滤波，输出和频信号；功分模块，用于输入所述和频信号，输出多通道的射频信号；调幅调相模块，用于在控制模块的控制下对所述射频信号进行调幅和调相；本发明实现了灵活调制，产生的信号质量高，相位稳定、可调，可靠性强。

Description

一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器
技术领域
本发明涉及MR-EPT成像技术领域，具体涉及一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器。
背景技术
人体组织介电特性磁共振断层成像(MR-EPT)技术是近年来兴起的一个磁共振领域的研究热点，它的主要目的是研究怎样从MRI医学影像中获取人体组织介电特性分布(EPS)信息。通过探测正常组织转变成癌变组织的整个生理变化过程，从而得到其介电特性变化过程，对癌症的早期诊断具有突破性的价值。目前，传统的核磁共振仪器往往在3T至4T的高磁场环境下工作，人体内氢核在此环境下的共振频率大致在126MHz至170MHz之间，成像精度无法满足临床诊断的需求。
为了解决上述症结，提出在9.4T超高磁场环境下对人体氢核进行MR-EPT成像，在此环境下，成像精度高，且能有效反映人体组织的介电特性分布特征，可以为临床提供更可靠的支持。在9.4T的超高磁场下，氢核共振频率为400.25MHz左右，而且MR-EPT成像要求同时输出多个通道的激发信号，每个通道的信号相位必须能够实现独立控制。传统磁共振成像谱仪的射频激发信号发生技术无法满足这一要求。
发明内容
本发明的目的在于：本发明提供了一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，解决了目前的磁共振成像谱仪的射频激发信号发生器无法满足在超高磁场下实现MR-EPT成像的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，包括中频信号处理模块、本振信号产生模块、混频模块、滤波模块、功分模块、控制模块和调幅调相模块；
所述中频信号处理模块用于输入MR-EPT谱仪信号，输出处理后的中频信号；
所述本振信号产生模块用于在控制模块的控制下输出本振信号；
所述混频模块用于将本振信号和处理后的中频信号进行混频，输出混频信号；
所述滤波模块用于将混频信号进行滤波，输出和频信号；
所述功分模块用于输入所述和频信号，输出多通道的射频信号；
所述调幅调相模块用于在控制模块的控制下对所述射频信号进行调幅和调相。
进一步的，所述中频信号处理模块包括两级带通滤波器，用于抑制所述谱仪信号的边带。
进一步的，所述本振信号产生模块包括参考时钟信号、压控振荡器、集成鉴相器和环路滤波器，所述控制模块用于控制所述压控振荡器的输出频率。
进一步的，所述滤波模块为两级和频滤波器。
进一步的，所述多通道的射频信号中，每个通道的射频信号均对应一个调幅调相模块。
进一步的，所述调幅调相模块包括多级功率放大器、多级移相器以及幅度调节器；
所述功率放大器用于对射频信号进行功率调整；
所述移相器用于对功率调整后的射频信号进行相位偏转；
所述幅度调节器用于对相位偏转后的射频信号进行幅度调节；
所述控制模块用于控制所述移相器和幅度调节器。
进一步的，所述移相器包含两级移相器，实现对射频信号的360°相位控制。
进一步的，所述控制模块用于通过通讯接口与上位机或谱仪连接。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.低频段中频信号经过两级带通滤波器以及阻抗匹配和放大器后，与经上位机调制后产生的本振信号混频后得到高频段的和频信号，再次经过两级和频滤波器、阻抗匹配和放大器，最终进入到两级180°移相器和幅度调制器，实现了多通道激发信号的输出，电路结构简单，提高了系统的稳定性，输出信号纯净度高。
2.锁相环、移相器、幅度调节器可通过控制模块进行控制，针对不同的应用场景，可以由上位机适应性地对各输出通道进行输出频率、输出幅度、输出相位进行调节，调节操作极为方便。
3.各通道间相位、幅度独立可控，且隔离度较好，输入输出间的干扰较小，通道间的泄露极小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明整体结构图；
图2为本发明调幅调相结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，包括中频信号处理模块、本振信号产生模块、混频模块、滤波模块、功分模块、控制模块和调幅调相模块；
所述中频信号处理模块用于输入MR-EPT谱仪信号，所述MR-EPT谱仪信号为差分信号形式送出的中频信号，其频率大约20-64MHz，将其送入两级带通滤波器中，抑制其边带，再进行阻抗匹配之后输入后续混频模块与本振进行混频；
所述本振信号产生模块用于在控制模块的控制下输出本振信号；所述本振信号产生模块包括参考时钟信号、压控振荡器、集成鉴相器和环路滤波器，所述控制模块用于控制所述压控振荡器的输出频率；所述参考时钟信号的频率为10MHz；10MHz参考时钟信号和锁相环产生的信号输入到集成鉴相器，集成鉴相器输出误差信号通过环路滤波器后控制压控振荡器的输出频率，完成320MHz-370MHz频率范围射频信号的锁相，在控制模块的控制下，可以实现压控振荡器输出本振信号频率的实时调节；其中，中频信号频率+本振信号频率＝射频信号频率(氢核共振频率)，而氢核共振频率与磁场强度有关；例如中频信号频率为36±5MHz，输出射频信号频率为400.25±5MHz，则本振信号的频率为(400.25-36)±5MHz。
所述混频模块用于将本振信号和处理后的中频信号进行混频，输出混频信号；
所述滤波模块用于将混频信号进行滤波，输出和频信号，即上变频信号，得到的和频信号经由阻抗匹配，最终送入功分模块；所述滤波模块为两级和频滤波器。
所述功分模块用于输入所述和频信号，输出多通道的射频信号；所述多通道的射频信号中，每个通道的射频信号均对应一个调幅调相模块；
所述调幅调相模块用于在控制模块的控制下对所述射频信号进行调幅和调相；所述调幅调相模块包括多级功率放大器、多级移相器以及幅度调节器；所述功率放大器用于对射频信号进行功率调整；所述移相器用于对功率调整后的射频信号进行相位偏转；所述幅度调节器用于对相位偏转后的射频信号进行幅度调节；所述控制模块用于控制所述移相器和幅度调节器；所述移相器包含两级移相器，实现对射频信号的360°相位控制。
所述控制模块与上位计算机或谱仪通过通讯接口连接，通过通讯接口可以实现对上变频器的灵活控制，以配置锁相环、移相器、幅度调节器，从而控制本振信号频率、调节输出信号相位以及幅度，同样的，控制模块可以读取锁相环、移相器、幅度调节器的状态信息。
实施例2
本实施例提供一种具体的MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器。
该实施例的上变频器包括中频信号处理模块、本振信号产生模块、混频模块、滤波模块、功分模块、控制模块和调幅调相模块；
所述中频信号处理模块包括两级带通滤波器，用于抑制输入信号的边带，所述带通滤波器采用型号为PBP-35N；
所述本振信号产生模块用于在控制模块的控制下输出本振信号；本振信号产生模块包括参考时钟信号、锁相环、集成鉴相器和环路滤波器，为了保证本振信号的纯净，其压控振荡器VCO的频率范围控制在比较小的特定范围内，锁相环部分采用型号为ADF4110，其中ADF4110由上位机串行数据控制，可以方便地修改不同环境下最为适合的特定频率。
所述混频模块用于将本振信号和处理后的中频信号进行混频，输出混频信号，混频模块采用的型号为JMS-2MH；
所述滤波模块用于将混频信号进行滤波，所述滤波模块为两级和频滤波器，型号为SXBP-404，扩展为八通道，其后与3dB衰减器进行阻抗匹配，如图2所示，所述3dB衰减器阻抗匹配下位连接功率放大器1，选用型号为ADL5536放大器，所述功率放大器1下位连接两级180°移相器，移相器型号为JSPHS-446，所述JSPHS-446移相器下位连接功率放大器2，选用型号为ADL5536放大器，所述功率放大器2下位连接幅度调节器，选用型号为RF470A；为了保证信号可在360°相位任意移相，JSPHS-446移相器由上位机发送指令控制，可以对信号进行任意相位的移相，RF470A幅度调节器由上位机发送指令控制。
所述本振信号产生模块、移相器、幅度调节器接收上位机发出的控制数据指令，由上位机灵活控制，控制模块为FPGA，选用型号为XLINX公司的XC3S200AN。
本发明对20MHz至64MHz中频信号进行上变频，信号首先进入两级带通滤波器，抑制其边带噪声随后与本振信号发生器产生的本振信号进入混频，由此将得到多种不同频率的分量，再次利用和频滤波器滤去本振与差频信号及其它干扰信号，得到和频信号即目的信号，经由八路功分器扩展为8路射频通道，随后再次经过阻抗匹配以及弥补插损之后，进入两级分别为180°移相器，实现相位360°翻转，紧接地，对其插损补偿后进行幅度调节。
综上，本发明益处在于灵活调制，信号质量高，相位稳定、可调，可靠性强。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，其特征在于：包括中频信号处理模块、本振信号产生模块、混频模块、滤波模块、功分模块、控制模块和调幅调相模块；
所述中频信号处理模块用于输入MR-EPT谱仪信号，输出处理后的中频信号；
所述本振信号产生模块用于在控制模块的控制下输出本振信号；
所述混频模块用于将本振信号和处理后的中频信号进行混频，输出混频信号；
所述滤波模块用于将混频信号进行滤波，输出和频信号；
所述功分模块用于输入所述和频信号，输出多通道的射频信号；
所述调幅调相模块用于在控制模块的控制下对所述射频信号进行调幅和调相。
2.根据权利要求1所述的一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，其特征在于：所述中频信号处理模块包括两级带通滤波器，用于抑制所述谱仪信号的边带。
3.根据权利要求1所述的一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，其特征在于：所述本振信号产生模块包括参考时钟信号、压控振荡器、集成鉴相器和环路滤波器，所述控制模块用于控制所述压控振荡器的输出频率。
4.根据权利要求1所述的一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，其特征在于：所述滤波模块为两级和频滤波器。
5.根据权利要求1所述的一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，其特征在于：所述多通道的射频信号中，每个通道的射频信号均对应一个调幅调相模块。
6.根据权利要求5所述的一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，其特征在于：所述调幅调相模块包括多级功率放大器、多级移相器以及幅度调节器；
所述功率放大器用于对射频信号进行功率调整；
所述移相器用于对功率调整后的射频信号进行相位偏转；
所述幅度调节器用于对相位偏转后的射频信号进行幅度调节；
所述控制模块用于控制所述移相器和幅度调节器。
7.根据权利要求6所述的一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，其特征在于：所述移相器包含两级移相器，实现对射频信号的360°相位控制。
8.根据权利要求1所述的一种MR-EPT谱仪多通道射频激发信号上变频器，其特征在于：所述控制模块用于通过通讯接口与上位机或谱仪连接。
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