CN1702472B - 天线放大器以及磁共振天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线放大器、特别是用于磁共振天线的放大器，其具有一个按照仅仅用于传输推挽信号的部件(11，13，16)的形式集成在信号路径中的表面波阻塞装置。

Description

天线放大器以及磁共振天线

技术领域

本发明涉及一种天线放大器、特别是一种用于磁共振天线的放大器。

背景技术

在磁共振技术中为了记录检查对象的图像信息而大多使用局部表面线圈、即所谓的“环形天线”或者说是由该线圈构成的阵列。这种表面天线或者天线由实际天线部分或接收部分组成，其接收信号被送至一个相对靠近接收部分设置的天线放大器。在该天线放大器中放大可能包含噪声的信号，并通过同轴导线引导至MR设备的外部，用于进一步处理。在同轴导线范围中出现的壳电流以及由此形成的表面波(Mantelwelle)造成了问题。因为其产生建立了“透明”同轴导线和环境之间的E场和B场。该表面波电流尽管其大小很小，却影响到实际的有用信号并可能将其变得不能使用。由于通过频率改变的相位，形成了按区域或强或弱的正反馈和负反馈，这些反馈按照不可预期的方式改变本来完全平滑的宽带频率响应。在适当的相位下由天线和前置放大器组成的装置甚至可能振荡。

为了抑制表面波电流的影响，公知的是将一个表面波阻塞装置一体化在天线放大器之前、即在从天线部分至放大器的馈入线路中。不过，由于最后的插入衰减，这使得噪声数恶化，也就是噪声成分被提高，这对于有用信号的分辨率来说是不利的。另一种公知的解决方案是，将一个或多个表面波阻塞装置插入由天线放大器输出的、引向外部的同轴电缆中。不过，如果如在圆形系统中所希望的那样要将两个放大器输出端的接地电极直接相连的话，则会引起表面波问题。此外，在利用1.5T或更高的基本磁场强度运行磁共振设备的高频条件下，已经通过从天线放大器引出到第一表面波阻塞装置的电缆段出现了表面波问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于抑制对有用信号起到不利影响的表面波问题的可能性。

为了解决上述技术问题，按照本发明设置了一种天线放大器、特别是用于磁共振天线的放大器，其特征在于，一个按照仅仅用于传输推挽信号的部件的形式集成在信号路径中的表面波阻塞装置。

本发明一方面规定，将表面波阻塞装置直接一体化在天线放大器中、即直接一体化在信号放大的部位上，并且优选地一体化在一个已经至少部分地进行了信号放大的位置。由此，避免了连接在前面的表面波阻塞装置就噪声成分而言的不利影响，同样也消除了特别是在高运行频率条件下由连接在天线放大器后面的表面波阻塞装置造成的问题。

此外，为了抑制表面波本发明利用了表面波自身的性质。表面波电流本质上是同相信号，也就是说，其沿着导线传播，其中环境起到了地电平的作用。例如，如果在同轴的信号电缆中，流向局部没有接地的模块(例如带有环形天线的前置放大器)的内导线中的正向流和在同轴信号电缆的屏蔽层中的反向电流的大小不同，则形成表面波电流。然后，该差值电流出现在屏蔽层上，就像在敞开的、未屏蔽的导线上流动一样。该电流平衡例如这样形成：应该完全流过屏蔽层的反向电流的一部分，作为位移电流流过环境和模块的地面之间的电容。因为该问题本质上绝大部分是电容性的，因此在频率越高时越严重。

与所述作为同相信号的表面波信号相反，实际的有用信号是推挽信号，也就是说，两个导线的电流是反相的。本发明基于这样的认知：可以如下消除表面电流的影响，即，在天线放大器中的信号路径中引入一个仅仅传输推挽信号(即有用信号)而阻塞由表面电流引起的同相信号的部件。

按照本发明的第一实施方式，该起到选择信号作用的部件可以由两个相互分开并相对设置的、磁耦合的绕组组成。该部件构成了一个电解耦的传送器。在该发明的实施方式中重要的是，保持允许同相信号通过的可能的寄生效应尽可能地小。出于该原因，适当的是使两个绕组相互之间的电容尽可能地小，优选地＜1pF。绕组本身可以具有不同的匝数，其中，优选次级绕组具有较少的匝数。或者，也可以考虑绕组具有相同的匝数，其中，优选地分别具有一匝。

适当的是，将由该部件组成的表面波阻塞装置按照双电路带通滤波器的形式进行实施，其中，在这种情况下，为每个绕组配置一个用于构成各自振荡电路的电容，并且具有两个用于为放大信号的放大元件提供电流的高频扼流圈，这些扼流圈的电感值这样选择，使得振荡电路在待接收的运行频率下构成共振带通滤波器。

或者，为了使用两个相对设置的单独绕组，也可以将所述部件由缠绕的双线扼流圈组成，即由一个卷成线圈的双线导线组成。为了优化信号传输，缠绕的扼流圈的电长度应该基本上对应于λ/2或其整数倍。此外，适当的是，所述扼流圈在运行频率下共振地运行，即，在运行频率下建立同相共振，其中该运行频率是磁共振设备固定设置的高频。为了能够在不匹配、特别是过低的共振下进行平衡，适当的是，所述线圈具有一个可以旋入的磁心，特别是用于调节线圈电感和由此调节共振的铜磁心。由此，可以减小同相线圈的电感值，而不显著地改变针对λ/2条件的导线的电长度。在过高的共振下也可以考虑使用铁氧体磁心，不过在这种情况下用于磁场外部的放大器。

作为对通过可以移动的磁心来调节共振的替代，也可以考虑通过在扼流圈的每个导线的端点之间分别设置一个电容来影响涉及运行频率的共振，其中两个电容相同。

在过低的同相共振的情况下，除了使用磁心之外也可以通过对应的低匝数对其进行平衡，由此对应地提高了同相电感。但是这样也会缩短应该对应于优选λ/2条件的电长度。为了对其进行补偿，按照本发明的一种扩展，在每个导线的两个相同端点之间分别设置两个相同大小的电容，以便补偿由于较低匝数而缩短的电导线长度。

本发明的天线放大器具有两个起到信号放大作用的放大元件、特别是晶体管。优选的是共基放大器，其中同样结构的部件要么连接在该两个放大元件之间，要么可以考虑接在输出端的第二放大元件之后。

除了天线放大器之外，本发明还涉及一种包括所述类型的天线放大器的磁共振(MR)天线。

附图说明

本发明的其它优点、特征和细节借助于下面描述的实施方式并结合附图给出。图中：

图1表示使用按照本发明的天线放大器的本发明的MR天线的原理图，

图2表示按照本发明的天线放大器的部分视图，该放大器具有包括根据双电路带通滤波器原理的表面波阻塞装置的输出电路图，

图3表示与图2中类似的天线放大器的另一种实施方式，

图4表示对于按照图2的天线放大器的另一种实施方式，其具有一个集成在两个放大器元件之间的表面波阻塞装置，

图5表示天线放大器的另一种按照本发明的实施方式，其具有用于抑制表面波的在两个放大器元件之间的双线扼流圈，以及

图6表示与图4的表面波阻塞装置类似的按照双线扼流图形式的可以平衡的表面波阻塞装置。

具体实施方式

图1按照原理图的形式示出了按照本发明的磁共振天线1、也被称为“环形天线”，其包括实际的、构成表面线圈的天线部分2以及后接的天线放大器3，该放大器用于放大所接收的、通过同轴信号线4向外送出到控制和处理装置5的信号。在通常的运行情况下，MR天线1位于在此仅仅示意出的磁共振设备6的内部。

为了抑制在同轴信号电缆4上形成的表面波电流，按照本发明在天线放大器3上集成了一个表面波阻塞装置。图2示出了第一实施方式。

作为片段示出了带有集电极输出电路的天线放大器3，该集电极输出电路被构造成表面波阻塞装置。示出的有按照双极性晶体管形式的放大器元件7以及负载电阻RL(例如在1kΩ的范围内)，该负载电阻通过由两个振荡电路9a、9b构成的双电路带通滤波器8被变换成50Ω，使得放大器输出与50Ω系统匹配。每个振荡电路由一个绕组10a和10b组成，这两个绕组例如相对设置在一个基底的两侧，因此被相互分开设置。绕组10a构成初级绕组，绕组10b为次级绕组，其中每个绕组具有一个自己的阻抗L_prim以及L_sek。此外，为每个绕组设置一个初级电容C_prim以及次级电容C_sek，从而构成了所述的两个振荡电路。两个绕组是磁耦合的，即可以按照由通过天线接收的实际有用信号构成的推挽信号的形式进行信号传送。反之，如由在同轴信号电缆4上出现的表面波电流产生的同相信号则不能通过两个绕组10a、10b传送。也就是说，它们共同组成一个构造为仅仅用于传送推挽信号的部件11。

重要的是，保持会让同相信号通过的可能的寄生效应尽可能地小。为此，两个绕组的耦合电容应该尽可能地小，优选地＜1pF或在＜500fF的范围内。放大器元件7以及其前面接入的、没有详细示出的其它放大器元件(在共基放大器情况下)的供电通过HF扼流圈12a、12b得到保证，其中供电通过同轴信号电缆4实现。这两个HF扼流圈的、同样可以产生寄生影响的剩余导纳，也应该尽可能地小。对于小的绕组电容可以利用相互分隔很远的绕组。每个绕组10a、10b应该至少由一个绕组组成，也可以设置多个，其数目可以是相同的或者不同的。

被放大的信号由放大器元件7输出到第一振荡电路9a，并通过初级绕组10a对应于所实现的耦合系数k送至初级绕组10b。第一阻塞电容C_block将高频信号在初级绕组的接地支路上连接到地，直流阻塞电容C_DC在不损害高频有效信号的条件下防止电源电压到达绕组。该高频有用信号加在同轴电缆的内导线上，而同轴电缆4的屏蔽层接地。由于RL＞＞50Ω，存在初级电感L_prim＞＞次级电感L_sek。为了使电感耦合尽可能小，将初级电感L_sek选择得非常小。为了得到所希望的滤波曲线必须非常精确地确定值C_prim、L_prim、C_sek以及L_sek，也就是说，带通滤波器必须得到平衡。

图3示出了由图2公开的天线放大器一种稍微有些变异的实施方式。其中，阻塞电容C_block，1的作用与图2中的第一阻塞电容C_block的作用一样。在此，电源电流首先通过次级电感L_sek，然后通过扼流圈12a，而HF次级路径通过阻塞电容C_block，2连接到地。这点具有这样的优点，即，扼流圈12a就象扼流圈12b一样利用两个端点高频接地，而不象图2中扼流圈12a的右端点那样接在HF信号上。在按照图3的实施方式中(对应地适用于后面还要描述的根据图4的实施方式)，两个扼流圈12a和12b为了节省空间也可以缠绕在一个共同的线圈架上。在此，阻抗和电长度是无关紧要的。通过磁通量的叠加可以在共同线圈架的条件下维持较小的匝数。

图4示出了天线放大器3的另一个按照本发明的实施方式，其中，这里示出了由两个放大器元件7a和7b组成的放大器部分，通过这两个放大器元件输出在此没有示出的同轴信号线的被放大的信号。放大器元件7a例如是一个场效应晶体管，而放大器元件7b是已经由图2公开的双极性晶体管。在此，也是使用了一个按照本发明的部件13，该部件仅仅允许推挽信号、而不允许同相信号通过。该部件13同样由两个构成传送器的单独的、相互分开的绕组14a和14b组成。为了供应直流电，在此也设置了两个扼流圈15。此外，还设置了两个阻塞电容C_block，其使高频信号短接并且保证高频信号仅仅通过传送器输出。在该实施方式中不需要平衡，因为没有出现带通滤波器结构。唯一的平衡点是调整两个绕组14a、14b的距离。不过，该距离确定的仅仅是确切的放大值，而不是针对频率的滤波曲线，也就是说，在可代替的误差的条件下也可以使用不平衡的部件。在该实施方式中初级绕组的匝数大于次级绕组的匝数，例如按照比例3∶1。由于只要耦合系数是匝数比的倒数则在匝数比n∶1(其中n＞1)的条件下就能保持相同的放大，因此在这些分开的共基放大器中绕组的距离明显加大，同时耦合电容显著减小。

图5示出了天线放大器的另一个备选的实施方式，其中，在此也仅仅示出了具有两个放大器元件7a和7b的放大器部分，其与没有示出的同轴信号线连接。不是两个绕组相互分开地设置在基底上，而是在此按照双线缠绕的扼流圈17的形式使用了仅仅通过推挽信号的部件16。该扼流圈起到的作用如同在有效信号支路中的被卷起的导线。在使用这种双线缠绕的扼流圈17时，其同相阻抗、即由连接的输入A1和A2与连接的输出E1和E2组成的线圈的阻抗一定很高。为了不丧失共基电路的优点，带有扼流圈的FET放大器7a的输出端应该看起来也如没有扼流圈那样是低阻终端。如果没有一体化扼流圈17，则FET放大器7a的高阻漏极输出端通过防振荡电阻Rd直接与后面的双极性晶体管7b的低阻发射极输入端连接，这尽管是功率失配，不过会导致共基电路公知的宽带性和稳定性，因为通过在FET晶体管7a的漏极上的低阻终端消除了米勒效应。因此，作为第二前提，构成扼流圈17的、并具有起点A1和A2以及终点E1和E2的卷绕导线的电长度必须是λ/2长。

合适的是，尝试将两个条件进一步结合。在如用来表示扼流圈17的、卷起的双线导线中，更偶然地通过所使用的线的直径和线的绝缘来定义特性阻抗，即，不是从定义的一个例如50Ω的值出发。

如果将电长度设置为与λ/2对应，则如同扼流圈看来极其不同的源阻抗和终端阻抗一样，就特性阻抗而言的不精确性不起作用，因为λ/2变换独立于导线阻抗再次重新产生每个任意的源电阻。在该导线上的损耗也是不重要的，必要时可以通过对应地减小防振荡电阻Rd来消除其影响。

也就是说，通过适当的选择可以设置λ/2条件。为了同样实现涉及第二条件的尽可能高的同相阻抗，要求注意共振特性。如果同相线圈、即扼流圈连同寄生的绕组电容一起精确地共振在磁共振设备的运行频率、即待接收的有用信号的频率上，则优化了该条件。通常要求将共振进行匹配。例如，如果共振过低，则可以通过一个可以旋入扼流圈17中的磁心18(例如可以旋入线圈柱体的铜磁心)减小同相线圈的感应值，而不会在其中明显地改变电长度并因此破坏λ/2条件。在共振过高时，必要时可以旋入铁氧体磁心，但是仅仅在天线不工作在磁场中时才可以。作为使用铁氧体磁心的替代也可以这样匹配过高的共振：为每一个导线配置两个同样大小的电容，其中将电容分别接在起点A1和终点E1以及起点A2和终点E2之间。在图6示出了这点，其中在这些导线点之间分别设置一个电容C_GT，该电容相应降低了同相共振。两个电容C_GT应该大小相等。

不过，过低的同相共振也可以通过对应更低的匝数得到提高，由此对应地提高同相电感。但是如果降低匝数，则也会造成导线长度的缩短并由此缩短导线的电长度。如图6所示，为了在这种情况下补偿对λ/2条件的破坏，合适的是，将扼流圈17的两个导线通过另外两个应该同样相等的电容C_EL来进行补偿。这两个电容C_EL同样连接在起点A1和A2以及终点E1和E2之间。它们减小了电容。

图6示出了带有对应电容的扼流圈17的一种实施方式，其既可以通过两个可以调节的电容C_GT匹配同相共振，又可以通过两个可以调节的电容C_EL匹配电长度。由于线长度的缩短也可以缩小扼流圈，这尤其在运行频率较低时非常具有优势。

在此需要指出的是，为了提高天线放大器的功率放大，扼流圈的电长度也可以选择为稍微小于λ/2，因为这样相应地改善功率匹配，其前提是共基放大器足够稳定地工作。最后保持在附图中使用两个不同的接地符号，即一方面使用封闭的三角形、另一方面使用通常的线条型的接地符号，由此要表示相应的导线处于不同的地表面。此外，天线放大器还可以具有其它部件，这些部件因为对于放大器按照本发明的功能以及结构来说不起作用而在此没有详细示出。

Claims (8)

1.一种天线放大器，其特征在于，

-所述天线放大器包括一个以按照仅仅用于传输推挽信号的部件(16)的形式集成在信号路径中的表面波阻塞装置；

-所述部件(16)由缠绕的双线扼流圈(17)组成，其中，所述扼流圈(17)在磁共振天线的运行频率下共振。

2.根据权利要求1所述的天线放大器，其特征在于，所述天线放大器是用于磁共振天线的放大器。

3.根据权利要求1所述的天线放大器，其特征在于，所述缠绕的扼流圈(17)的电长度对应于λ/2或其整数倍。

4.根据权利要求1所述的天线放大器，其特征在于，所述扼流圈(17)具有一个可以旋入的磁心(18)，用于调节线圈电感并由此调节共振。

5.根据权利要求1所述的天线放大器，其特征在于，为了调节涉及运行频率的共振，在扼流圈(17)的每个导线的端点之间(A1-E1，A2-E2)分别设置一个电容(C_GT)，其中两个电容(C_GT)相等。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的天线放大器，其特征在于，通过在导线的两个相同端点之间(A1-A2，E1-E2)设置两个相同大小的电容(C_EL)来平衡过小的电长度。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的天线放大器，其特征在于，设置了两个起到信号放大作用的放大元件(7a，7b)，其中所述部件(16)连接在该两个放大元件(7a，7b)之间。

8.一种包括根据上述权利要求中任一项所述的天线放大器(3)的磁共振天线。

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