CN112702078A - 八通道mr-ept相控阵射频线圈输入射频信号程控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种八通道MR‑EPT相控阵射频线圈输入射频信号程控系统,包括八通道数字功分器,八位数字移相器,T/R开关,总控制器,八通道相控阵射频线圈、RS485总线。本发明运用于MR‑EPT系统,对射频发生单元产生的射频信号进行幅值、相位以及信号传输方向的调制,从而使八通道相控阵线圈中各个通道射频信号具备不同的功率幅值及相对相位,提高MR‑EPT的重建精度。该系统通过总控制器设置射频信号功率分配和相位调节参数,通过RS485总线将控制指令发送至控制模块,实现功分器的输出通道、移相器的移相度数、T/R开关的工作状态控制,同时能够接收来自于板载控制器的反馈信号用于实现控制的校验。本发明调节方法灵活便捷,具体运用时适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及MR-EPT成像系统控制技术领域,具体为一种八通道MR-EPT相控阵射频线圈输入射频信号程控系统。
背景技术
射频线圈是MR-EPT成像系统中的重要组成部分,它的主要功能是发射和接收射频信号。与其他类型的射频线圈相比,相控阵线圈具有成像视野大、信噪比高的特点,相控阵线圈的优良性能使之受到了广泛的应用。而在现有MR-EPT八通道相控阵线圈输入信号调节方案中,其中功分器八个通道为等分功率输出即为固定八通道输出模式,且各个通道间相移为固定45°,故无法通过上位机等进行控制调整其相移值,无法满足高分率MR-EPT成像的需求。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,为了解决现有技术中功率分配状态、移相状态不能调节的问题,本发明提供的一种八通道MR-EPT相控阵射频线圈程控系统。
具体的技术方案为:
八通道MR-EPT相控阵射频线圈输入射频信号程控系统,包括:
用于射频信号幅值调节的八通道数字功分器,八通道数字功分器受到功分器控制器的控制;
用于八通道射频信号相位调节的八位数字移相器,八位数字移相器受到移相控制器的控制;
用于射频信号发送与接收控制T/R开关,T/R开关实现八通道射频信号传送方向的调节;
所述八通道数字功分器的输入为数字化频率源和射频功率放大器所产生的大功率单通道射频信号;所述八通道数字功分器的输出与八位数字移相器的输入相连接;所述八位数字移相器的输出与T/R开关相连接;所述所述T/R开关的输出与八通道相控阵射频线圈相连接;所述T/R开关受到外部T/R开关控制信号的控制;
还包括用于发送控制指令及接受反馈信息的总控制器;
所述的功分器控制器与总控制器之间通过RS485总线实现功分器控制信号的传输;所述的移相控制器与总控制器之间通过RS485总线实现移相控制信号的传输。
所述八通道数字功分器,通过功分器控制器与总控制器通信实现八通道输出模式控制,将功率等分或不等分(包括0,1/8,1/4,1/2,1)传输,实现每个通道射频信号1/8精度的数字化调节。
所述八位数字移相器,通过移相控制器与总控制器通信实现八个通道的输出相位控制,将每个通道的射频信号的相位,以1.4°为步长,实现0-360°内的任意角度调节。
所述T/R开关,由外部的T/R开关控制信号实现射频发射通道和信号接收通道之间的高速切换,保证整体MR-EPT系统的正常工作。所述八通道相控阵射频线圈是MR-EPT成像系统的核心部件,用于发射射频脉冲和接收MR信号。
所述功分器控制器、移相控制器,分别位于八通道数字功分器与八位数字移相器中。这两种控制器以单片机最小系统为核心,包括了RS485电平转换模块及与控制电路供电电压相适应的电源模块。
所述RS485通信为一种长距离通信方式,采用同轴电缆传输控制信号,在MR-EPT这类含有大功率射频系统中具备较强的EMI性能,能有效的保障通信的可靠性。
所述总控制器具体为一种具备RS485通信功能的上位机,包含功分器设置工具、移相器设置工具、串口收发工具及相应参数设置工具、校验工具、功分器状态反馈模块、移相器状态反馈模块;
通过总控制器中功分器状态反馈模块、移相器状态反馈模块的人机交互界面,实现对对八通道数字功分器、八位数字移相器工作状态的控制及实时监控。
具体的:
所述的功分器设置工具实现八通道数字功分器输出通道的功分设置,同时将功分参数转化为控制指令;
所述的移相器设置工具实现八个八位数字移相器的移相角度设置并转化为二进制控制指令;通过串口发送工具功分控制指令和移相控制指令分别发送至功分器控制器和移相控制器;功分器控制器、移相控制器收到控制信号后,执行相应操作,并将反馈信号发送至串口接收工具,反馈信号经过校验工具校验后所得到的八通道数字功分器、八位数字移相器工作状态将在功分器状态反馈模块、移相器状态反馈模块中进行显示;
串口设置工具实现串口通道、波特率参数的设置。
功分器控制器、移相控制器皆通过单片机程序进行相应的解码分析,并按照解码后指令将八通道数字功分器、八位数字移相器中对应的控制端口进行置高置低操作,从而将相应的输出通道导通、将八位数字移相器设定为指定的相移角度。同时板载控制器能够解码后的指令发送返回至总控制器,在人机交互界面中会对八通道数字功分器与八位数字移相器的控制状态进行反馈显示,保证控制的有效性。
该八通道相控阵射频线圈输入射频信号程控系统,通过对数字化频率源和射频功率放大器所产生的大功率射频信号进行信号幅值的调节、相位的调节,通过系统外部的T/R开关控制信号进行信号传输方向的调节,从而提高对射频信号调节的灵活性。总控制器与功分器控制器、移相控制器通过RS485总线进行通信,能够保证控制的可靠性与准确性。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图;
图2为本发明的总控制器流程图;
图3为本发明的总控制器结构图;
图4为本发明的功分器控制器结构图;
图5为本发明的移相控制器结构图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体技术方案。
如图1所示,本实施例的八通道相控阵射频线圈输入射频信号程控系统,针对于由射频发射单元,即数字化频率源和射频功率放大器所产生的大功率射频信号。射频发射单元产生的射频信号,经由功分器实现信号幅值的调节,经由移相器实现相位的调节,经过二者调节后的射频信号在T/R开关的控制作用下作用于八通道相控阵线圈。八通道数字功分器、八位数字移相器、T/R开关分别受到功分器控制器、移相控制器、T/R开关控制信号的控制作用,通过功分器控制器、移相控制器与上位机软件之间的RS485通信,能够保障控制的便捷性与准确性。
具体的,八通道数字功分器、八位数字移相器、T/R开关皆包含了不同数量的控制端口,控制端口分别与功分器控制器、移相控制器、T/R开关控制信号相连实现控制功能,控制端口的不同高低状态组合使各个八通道数字功分器、八位数字移相器、T/R开关处在不同的工作模式。八通道数字功分器、八位数字移相器与板载控制器通过RC滤波相连接,防止微带电路中的射频信号对控制端引脚的高低状态产生干扰。
具体的,本实施例所述八通道数字功分器,能够实现1通道、2通道、3通道、4通道、5通道、6通道、7通道和8通道等多种功率输出模式。该八通道数字功分器包括14个控制端口,通过各个端口高低电平状态的组合,使八通道数字功分器处在特定的输出模式。
具体的,本实施例所述八位数字移相器,包括180°移相单元、1.4°移相单元、2.8°移相单元、5.6°移相单元、11.25°移相单元、22.5°移相单元、45°移相单元和90°移相单元。八个相同的八位数字移相器与八通道数字功分器的输出相连接,每个移相器包含13个控制端口,通过各个端口高低电平状态的组合,能实现各个通道以1.4°为步长下0-360°范围内的独立移相。
具体的,本实施例所述T/R开关能对射频发射通道和接收通道进行切换,当射频信号发射端产生射频脉冲时,收发开关接通相控阵线圈与发射,射频能量经线圈发射出去。发射脉冲结束后,收发开关断开发射支路,线圈接收到的回波信号,全部经收发开关进入接收机。该T/R开关受到外部控制信号的作用,从而决定射频线圈的发射工作模式与接收工作模式。
具体的,本实施例所述功分器控制器、移相控制器具备RS485通信功能,其主要功能为通过串口中断,对来自于总控制器的数据进行解析,提取出其中包含的二进制信息,通过既定判断逻辑,将该二进制信息转换为对应八通道数字功分器、八位数字移相器、T/R开关的所需要的控制端口状态,并将单片机中相应的I/O引脚置高或者置低,从而改变八通道数字功分器、八位数字移相器、T/R开关的工作状态。板载控制电路使用同轴线通过RS-485标准与上位机相连,通过上位机中的人机交互界面,能够实现对完成对八通道数字功分器、八位数字移相器、T/R开关工作状态的高效控制及实时监控。
具体的,本实施例所述总控制器为包含上位机软件同时拥有RS485通信能力的PC端,具备基于Labview所开发的人机交互界面。其工作流程如图2所示,其结构如图3所示。
总控制器主要包含了功分器设置工具、移相器设置工具、串口收发工具及相应参数设置工具、校验工具、功分器状态反馈模块、移相器状态反馈模块。
所述功分器设置工具,具体为一种按键设置工具,可通过按键设置八个通道处在导通或是关断状态,并将其转换为相应的二进制控制信号,传送至RS485接口,与功分器控制器实现通信。
所述移相器设置工具,具体为一种按键设置工具,可通过按键设置各通道八位移相器中每一位是否处在移相状态,实现移相角度大小设置,并将其转换为相应的二进制控制信号,传送至RS485接口,与移相控制器实现通信。
所述RS485接口,具体为一种串口通信工具,可通过串口设置工具修改串口通道、波特率、停止位等通信参数。所述接口能接收来自于功分器设置工具、移相器设置工具、校验工具的控制信号,来自于功分器控制器、移相控制器的反馈信号,同时能向校验工具发送反馈信号,向功分器控制器、移相控制器发送控制信号。
所述串口设置工具,可通过键盘输入或菜单栏选项对波特率、串口通道、停止位等通信参数进行设置。
所述校验工具,具体为一种逻辑计算工具,可对来自于RS485接口的反馈信号进行逻辑计算并与功分器设置工具、移相器设置工具的设置状态进行比对。
所述功分器状态反馈模块,具体为一种可视化图形界面,即八通道数字化功分器的结构,可通过图形的高亮显示,表示当前输出模式下射频信号的传输通路。在功分器输出端以能量条的形式显示各个通道的输出功率占比。
所述移相器状态反馈模块,具体为一种可视化图形界面,即八个相同的八位数字移相器的结构,可通过图形的高亮显示,表示各个通道射频信号的逐级移相及整体移相状态。
如图3所示,总控制器开始运行后,先对通信的串口通道、波特率等参数进行设置。功分器设置工具设置各个通道的通断状态、移相器设置各个通道的相移度数,并通过串口收发工具向功分器控制器、移相控制器发送控制信号。各个控制器会对所接收的控制信号进行校验,执行相关操作同时返回反馈校验信号。总控制器中校验工具通过串口接收工具将反馈信号进行逻辑计算转换,与八通道数字功分器、八位数字移相器设置进行比对,若一致,则保持现有控制状态,反馈信号通过功分器状态反馈模块、移相器状态反馈模块显示各个通道的幅值调制、相位调制状态,整体程控系统在外部T/R控制信号的作用下进行射频信号的发射,若不一致,则校验工具提示控制错误,并且通过串口收发工具向功分器控制器、移相控制器发送复位信息,在功分器状态反馈模块、移相器状态反馈模块中进行错误显示,并使系统进入下一步控制等待状态。
具体的,本实施例所述功分器控制器与总控制通信的工作流程如图4所示。首先由总控制器设置输出通道,并向功分器控制器发送控制信息,当功分器控制器接收到10位二进制信息后,判断其是否符合设定的开始位、结束位协议,若否,则功分器控制器会返回通信错误提示信息,并终止此次控制,总控制器再次进入等待输出通道设置状态;若是,则对信息进行解码分析,转换为14位控制信号用于改变14个控制端口的高低状态,并将该信息作为反馈发送至总控制器。总控制器将根据反馈的信息计算出八通道数字功分器的各通道输出状态,同时将计算得出的输出通道状态与设置的输出通道状态进行比对是否一致,若否,则总控制器显示通信错误提示信息,同时向功分器控制器发送复位指令,终止此次控制,总控制器再次进入等待输出通道设置状态;若是则完成一次总控制器与功分器控制器之间的通信,实现八位数字功分器输出通道状态的控制。
具体的,本实施例所述移相器控制器与总控制通信的工作流程如图5所示。首先由总控制器设置各个通道的相移度数,并向移相控制器发送控制信息,当移相控制器接收到各个通道所对应的10位二进制信息后,首先判断其是否符合设定的开始位、结束位协议,若否,则移相控制器会返回通信错误提示信息,并终止此次控制,总控制器再次进入等待输出通道设置状态;若是,则对信息进行解码分析,转换为13位控制信号用于改变13个控制端口的高低状态,并将该信息作为反馈发送至总控制器。总控制器将根据反馈的信息计算出各个通道八位数字移相器相移度数,同时将计算得出的各通道相移度数进行比对是否一致,若否,则总控制器显示通信错误提示信息,同时对产生错误的移相控制器发送复位信息,终止此次控制,总控制器再次进入等待移相度数设置状态;若是则完成一次总控制器与移相控制器之间的通信,实现八位数字移相器相移度数的控制。
Claims (7)
1.八通道MR-EPT相控阵射频线圈输入射频信号程控系统,其特征在于,包括:
用于射频信号幅值调节的八通道数字功分器,八通道数字功分器受到功分器控制器的控制;
用于八通道射频信号相位调节的八位数字移相器,八位数字移相器受到移相控制器的控制;
用于射频信号发送与接收控制T/R开关,T/R开关实现八通道射频信号传送方向的调节;
所述八通道数字功分器的输入为数字化频率源和射频功率放大器所产生的大功率单通道射频信号;所述八通道数字功分器的输出与八位数字移相器的输入相连接;所述八位数字移相器的输出与T/R开关相连接;所述T/R开关的输出与八通道相控阵射频线圈相连接;所述T/R开关受到外部T/R开关控制信号的控制;
还包括用于发送控制指令及接受反馈信息的总控制器;
所述的功分器控制器与总控制器之间通过RS485总线实现功分器控制信号的传输;所述的移相控制器与总控制器之间通过RS485总线实现移相控制信号的传输。
2.根据权利要求1所述的八通道MR-EPT相控阵射频线圈输入射频信号程控系统,其特征在于:所述八通道数字功分器,通过功分器控制器与总控制器通信实现八通道输出模式控制,将功率等分或不等分传输,实现每个通道射频信号1/8精度的数字化调节。
3.根据权利要求1所述的八通道MR-EPT相控阵射频线圈输入射频信号程控系统,其特征在于:所述八位数字移相器,通过移相控制器与总控制器通信实现八个通道的输出相位控制,将每个通道的射频信号的相位,以1.4°为步长,实现0-360°内的任意角度调节。
4.根据权利要求1所述的八通道MR-EPT相控阵射频线圈输入射频信号程控系统,其特征在于:所述T/R开关,由外部的T/R开关控制信号实现射频发射通道和信号接收通道之间的高速切换。
5.根据权利要求1所述的八通道MR-EPT相控阵射频线圈输入射频信号程控系统,其特征在于:所述功分器控制器、移相控制器,分别位于八通道数字功分器与八位数字移相器中;均以单片机最小系统为核心,包括RS485电平转换模块及与控制电路供电电压相适应的电源模块。
6.根据权利要求1所述的八通道MR-EPT相控阵射频线圈输入射频信号程控系统,其特征在于:所述总控制器为具备RS485通信功能的上位机,包含功分器设置工具、移相器设置工具、串口收发工具及相应参数设置工具、校验工具、功分器状态反馈模块、移相器状态反馈模块。
7.根据权利要求6所述的八通道MR-EPT相控阵射频线圈输入射频信号程控系统,其特征在于:
所述的功分器设置工具实现八通道数字功分器输出通道的功分设置,同时将功分参数转化为控制指令;
所述的移相器设置工具实现八个八位数字移相器的移相角度设置并转化为二进制控制指令;通过串口发送工具功分控制指令和移相控制指令分别发送至功分器控制器和移相控制器;功分器控制器、移相控制器收到控制信号后,执行相应操作,并将反馈信号发送至串口接收工具,反馈信号经过校验工具校验后所得到的八通道数字功分器、八位数字移相器工作状态将在功分器状态反馈模块、移相器状态反馈模块中进行显示;
串口设置工具实现串口通道、波特率参数的设置。
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