DE102006020830A1

DE102006020830A1 - Regler für einen Hochfrequenzverstärker

Info

Publication number: DE102006020830A1
Application number: DE102006020830A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Huber; Ralph Dr. Oppelt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2006-05-04
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-05-05
Also published as: CN101083454A; CN101083454B; US20070259630A1; US7672649B2; DE102006020830B4

Abstract

Ein Regler (2) für einen HF-Verstärker (200), insbesondere für einen HF-Verstärker eines MR-Tomographen, enthält - ein IQ-Stellglied (12) zur Abstimmung eines dem HF-Verstärker (200) zuzuführenden HF-Signals (206) nach Betrag und Phase, - wobei das IQ-Stellglied (12) einen Signalteiler (20) zur Aufteilung des HF-Signals (206) in zwei um 90° phasenversetzte Teilsignale (26, 28) in einem I- (22) und einem Q-Pfad (24), je einen Multiplizierer (30, 32) zur Multiplikation des Teilsignals (26, 28) mit einem I-Faktor (34) im I-Pfad (22) und einem Q-Faktor (36) im Q-Pfad (24) und einen Summierer (33) zur Zusammenführung der Teilsignale (26, 28) enthält, - einen Detektor (250) zur Ermittlung von Ist-Phasendifferenz (228) und Ist-Verstärkung (226) zwischen dem dem IQ-Stellglied (12) zugeführten (206) und dem vom HF-Verstärker (200) verstärkten HF-Signal (212), - einen IQ-Regler (18) zur Ermittlung von I- (34) und Q-Faktor (36) aus der Ist- (228) und einer Soll-Phasendifferenz (236) und der Ist- (226) und einer Soll-Verstärkung (234), - wobei der IQ-Regler (18) einen derartigen Arbeitspunkt (38) aufweist, dass bei Gleichheit von Ist- (228) und Soll-Phasendifferenz (236) und Ist- (226) und Soll-Verstärkung (234) I- (34) und Q-Faktor (36) gleich groß sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Regler für einen Hochfrequenzverstärker.
Ein Hochfrequenzverstärker (HF-Verstärker), dient dazu, ein ihm zugeführtes Hochfrequenzsignal (HF-Signal) möglichst identisch zu verstärken, um an seinem Ausgang ein HF-Signal größerer Leistung zu erhalten. Insbesondere für spezielle medizinische Untersuchungen mit einem Magnetresonanztomographen (MRT) sind HF-Signale mit Pulsleistungen von 15 bis 30 kW notwendig. In diesen MRT sind also HF-Verstärker eingesetzt, um HF-Signale derartiger Leistungen zu erzeugen. Die HF-Signale sind gepulst, d.h. benötigen derartige Leistungen für eine Zeitdauer im Bereich von einigen μs bis einigen ms. Um mit Hilfe des MRT hochqualitative medizinische Bilder zu erzeugen, sind am Ausgang des HF-Verstärkers, insbesondere bei der funktionellen MRI sehr präzise Pulsleistungen notwendig. Mit einer derzeit üblichen Sendeanordnung lassen sich Pulswiederholgenauigkeiten des verstärkten HF-Signals von ca.
1–4 % erreichen. Präzise heißt in diesem Zusammenhang, dass sowohl die Amplitude als auch die Phase des HF-Signals genauen Vorgaben entsprechen müssen. Um derartige Genauigkeiten für das HF-Ausgangssignals des HF-Verstärkers zu erhalten, ist diesem eine Regelung zugeordnet.
Aus der DE 103 35 144 B3 ist eine Sendeanordnung für eine Magnetresonanzanlage bekannt, die eine entsprechende Regelung für Amplitude und Phase des HF-Ausgangssignals des HF-Verstärkers enthält. Hierbei wird mittels geeigneter Detektoren das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsleistung des HF-Verstärkers, also des zu verstärkenden zum verstärkten HF-Signal, bestimmt (so genannte Ist-Verstärkung oder Ist-Gain). Außerdem wird die Phasenbeziehung zwischen diesen beiden Signalen bestimmt (so genannte Ist-Phasendifferenz). Hierzu wird z. B. ein integrierter Gain- und Phasendetektor, z. B. ein Baustein AD8302 der Fa. Analog Devices, verwendet. In zwei getrennten Regelschleifen werden ein einstellbares Dämpfungsglied sowie ein einstellbares Phasenstellglied dazu benutzt, die Ausgangsamplitude und die Ausgangsphase des HF-Ausgangssignals konstant bzw. im gewünschten Verhältnis zum HF-Eingangssignal zu halten, also eine Soll-Verstärkung (Soll-Gain) bzw. eine Soll-Phasendifferenz einzustellen.
4 zeigt eine entsprechende Anordnung gemäß Stand der Technik. Einen Verstärker 200, auch RFPA (Radio frequency power amplifier) genannt, ist eine Regelung 202 vorgeschaltet. An einem Eingang 204 wird ein HF-Eingangssignal 206 in die Anordnung eingespeist. Über die Signalleitung 208 durchläuft es die Regelung 202 und den Verstärker 200, um am Ausgang 210 als verstärktes HF-Ausgangssignal 212 die Anordnung zu verlassen. Die Regelung 202 weist sowohl einen Gain-Detektor 214 als auch einen Phasendetektor 216 auf.
Zwei Messgrößen, sowohl für das HF-Eingangssignal 206 als auch das HF-Ausgangssignal 212, werden über jeweilige, dem Eingang 204 und dem Ausgang 210 zugeordnete Signalkoppler 218 und 220 und entsprechende Messleitungen 222 und 224 sowohl dem Gain-Detektor 214 als auch dem Phasendetektor 216 zugeführt. Der Gain-Detektor 214 ermittelt hierbei die tatsächliche Ist-Amplitudenverstärkung 226 (Ist-Gain), der Phasendetektor 216 die tatsächliche Ist-Phasendifferenz 228 zwischen HF-Ausgangssignal 212 und HF-Eingangssignal 206. Auf den Messleitungen 222, 224 befindet sich hierbei Hochfrequenz (HF-Signale), z. B. im Bereich um 63 oder um 123 Mhz.
Ist-Amplitudenverstärkung 226 und Ist-Phasendifferenz 228 als Ausgangssignale von Gain-Detektor 214 und Phasendetektor 216 hingegen sind Niederfrequenzsignale (NF-Signale). In Differenzgliedern 230, 232 werden die tatsächliche Ist-Amplitudenverstärkung 222 und Ist-Phasendifferenz 228 mit einer Sollverstärkung 234 und einer Soll-Phasendifferenz 236 verglichen, und entsprechende Korrektursignale über Regelverstärker 238, 240 an ein Dämpfungsglied 242 sowie ein Phasenstellglied 244 in der Signalleitung 208 übermittelt.
Da alle Signalpfade voneinander getrennt verlaufen, sind sowohl dem Dämpfungsglied 242 als auch dem Phasenstellglied 244 somit voneinander unabhängige, getrennte Regelschleifen 246, 248 zugeordnet. Alternativ kann ein oben erwähnter, integrierter Gain- und Phasendetektor als IC 250, in 4 durch einen gestrichelten Rahmen dargestellt, die beiden diskreten Bauteile Gain-Detektor 214 und Phasendetektor 216, in sich vereinen.
Oft, z. B. speziell im Fall des oben erwähnten MRT, besitzen Eingangssignale 206 und Ausgangssignal 212 unter Umständen relativ kleine Anstiegszeiten, z. B. im Bereich 10 μs. Dämpfungsglied 242 und Phasenstellglied 244 müssen daher eben so kleine Anstiegszeiten oder besser noch kleinere Anstiegszeiten besitzen. Besonders beim Phasenstellglied 244 kann dies Probleme hinsichtlich Realisierung und Kosten bereiten.
Durch die Kaskadierung von Dämpfungsglied 242 und Phasenstellglied 244 in der Signalleitung 208 tritt, da es sich hierbei um nichtideale Stellglieder handelt, außerdem ein weiteres Problem auf: So kann z. B. das Phasenstellglied 244 Amplitudenfehler, oder auch das Amplitudenstellglied, also Dämpfungsglied 242, Phasenfehler aufweisen bzw. verursachen. Dies bewirkt, dass die beiden Regelschleifen 246, 248 nicht mehr unabhängig voneinander sind. Im schlimmsten Fall kann dies zu unerwünschten Regelschwingungen des Reglers 202 führen. Zwar ist es denkbar hinreichend hochqualitative bzw. nahezu ideale Stellglieder einzusetzen, die die obigen Probleme zuverlässig verhindern könnten, diese erfordern jedoch einen großen Schaltungsaufwand, was zumindest kostenintensiv ist.
Es ist auch bekannt, anstelle der kaskadierten Amplituden- 242 und Phasensteller 244 im Signalpfad 208 zum HF-Verstärker 200 ein nicht dargestelltes IQ-Stellglied vorzusehen. Dem IQ-Stellglied wird das zu verstärkende HF-Signal 206 zugeführt und in zwei um 90° phasenversetzte Teilsignale aufgeteilt. Die Teilsignale durchlaufen sodann jedes für sich einen I- und einen Q-Pfad. Im I-Pfad wird das entsprechende Teilsignal mit einem I-Faktor, im Q-Pfad mit einem Q-Faktor gewichtet. Über einen Summierer werden die Teilsignale wieder zusammengeführt und dem HF-Verstärker 200 zugeführt. Das IQ-Stellglied beeinflusst ebenfalls Betrag und Phase des dem HF-Verstärker zuzuführenden HF-Signals 206. Die Multiplikation der Teilsignale mit dem I- und Q-Faktor beeinflusst hierbei jedoch jeweils lediglich die Amplitude der Teilsignale und nicht deren Phase. Da die Teilsignale wegen des 90°-Phasenversatzes jedoch Real- und Imaginärteil eines komplexen Zeigers (nämlich deren Summe) entsprechen, bewirkt die Amplitudenänderung der Teilsignale über die Addition von Real- und Imaginärteil, nämlich in Form des dem Verstärker zugeführten Ausgangssignals des IQ-Reglers, eine Amplituden- bzw. Phasenmanipulation dieses Gesamtsignals.
Ein derartiges, analog ausgeführtes IQ-Stellglied ist ohne Probleme in der Lage, die geforderten Anstiegszeiten von weit unter 1 μs zu realisieren. Zur Ansteuerung des IQ-Gliedes müssen nun jedoch die beabsichtigten Phasen- und Verstärkungsänderungen, also Amplitudenänderungen am HF-Signal (Soll- und Ist-Werte) in jeweilige I- und Q-Faktoren, entsprechend den Verstärkungsfaktoren für Real- und Imaginärteil (Teilsignale in den Teilpfaden) umgerechnet werden. Dies könnte durch entsprechende A/D-Wandlung und digitale Berechnungen in einem Digitalrechner erledigt werden, was jedoch wiederum zu nicht vernachlässigbaren Rechenzeiten und entsprechendem Aufwand führt. Signale müssen hierzu von analog nach digital oder umgekehrt umgesetzt werden und entsprechende Rechenoperationen durchgeführt werden. Dies alles ist aufwändig und teuer, insbesondere unter den geforderten Timing-Aspekten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Regler für einen HF-Verstärker, insbesondere für einen HF-Verstärker eines MR-Tomographen, anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Regler gemäß Patentanspruch 1.
Der Regler gemäß Patentanspruch 1 weist einen eben genannten IQ-Regler auf. Erfindungsgemäß weist jedoch der IQ-Regler einen Arbeitspunkt auf, dass bei Gleichheit von Ist- und Sollphasendifferenz und Ist- und Sollverstärkung die I und Q-Faktoren gleich groß sind. Auf die komplexe Darstellung der um 90° phasenversetzten Teilsignale übertragen, bedeutet dies, dass der Arbeitspunkt des IQ-Reglers bzw. IQ-Stellgliedes so gewählt ist, dass das Summensignal von Real- und Imaginärteil bei 45° im Zeigerdiagramm liegt. Dies entspricht der erfindungsgemäßen, gleich großen Gewichtung der jeweiligen gleich großen Teilsignale (also mit gleichgroßen Amplituden). Wird das IQ-Stellglied aber erfindungsgemäß bei einer Normalphase von 45° betrieben, so wird eine alleinige Änderung der Ausgangsphase, also der Phase des Summensignals, alleine dadurch erreicht, dass I- und Q-Pfad des Stellgliedes im Gegentakt angesteuert werden, d.h. I- und Q-Faktor im Gegentakt erhöht und erniedrigt werden. Vor allem für kleine Änderungen findet daher in erster Näherung keinerlei Amplitudenänderung, sondern nur eine Phasenänderung des Summenvektors statt.
Eine alleinige Amplitudenänderung des Ausgangssignals ergibt sich dagegen sogar exakt durch rein gleichtaktige Ansteuerung der I- und Q-Faktoren, also deren gleichzeitige und gleichmäßige Erhöhung bzw. Erniedrigung. Im komplexen Zeigerdiagramm erfährt dadurch der Summenvektor der Spannungen aus I- und Q Teilsignal lediglich eine Betrags-, jedoch keine Phasenänderung.
Der Arbeitspunkt des IQ-Stellgliedes ist der, wenn keine Beeinflussung des ihm zugeführten HF-Signals stattfindet, dieses also das IQ-Stellglied unverändert passiert. Soll- und Ist-Werte von Gain und Phasendifferenz stimmen dann überein, ein Regeleingriff durch den IQ-Regler ist nicht erforderlich. Dieser ist nur dann erforderlich, wenn eben Soll- und Ist- Werte abweichen, das IQ-Stellglied seinen Arbeitspunkt verlässt und damit das ihm zugeführte HF-Eingangssignal verändert zum HF-Verstärker abgibt, somit also eine Abstimmung des zu verstärkenden HF-Signals durchführt.
Der Vorteil der Erfindung legt darin, dass die Ermittlung von I- und Q-Faktor aus den entsprechenden Ist- und Soll- Phasendifferenzen und -Verstärkungen dadurch besonders einfach ist und keine aufwändigen Rechenoperationen sowie A-D-Umsetzungen erfordert.
Daher kann der IQ-Regler ein analoger IQ-Regler sein. Eine analoge Schaltungsrealisierung von Gleich- und Gegentakt-Ansteuerung der I- und Q-Faktoren ist besonders schnell und einfach möglich. Zeitverluste für A/D- bzw. D/A-Umsetzung und entsprechende Berechnungen der I- und Q-Faktoren aus den entsprechenden Soll- und Ist-Phasendifferenzen und -Verstärkungen entfällt. Der Regler wird dadurch schnell genug, um die geforderten Anstiegszeiten leicht zu erfüllen.
Insbesondere für die oben genannten relativ kleinen Abstimmung bzw. Beeinflussungen von Betrag und Phase des HF-Signals um den Arbeitspunkt durch das IQ-Stellglied, also lediglich deren Feinabstimmung, können beide Regelschleifen im IQ-Regler, nämlich die für I- und Q-Faktor, beliebig gut voneinander entkoppelt werden. Dies ist in der Praxis bis zu einer Abstimmung des HF-Signals bezüglich Betrag und Phase mit Abweichungen um ca. 20 % vom Arbeitspunkt erfüllt. Eine gegenseitige Beeinflussung und damit auch ein Aufschwingen des erfindungsgemäßen Reglers ist so verhindert. Der IQ-Regler kann also zwei parallele, voneinander entkoppelte Regelstrecken für I- und Q-Faktor aufweisen.
In diesem Fall können beide Regelstrecken außerdem identische Struktur besitzen. Der Schaltungsaufbau wird dadurch symmetrisch und besonders einfach. Beide Regelstrecken weisen dann gleichmäßiges Verhalten, z. B. bezüglich Temperaturstabilität o.ä., auf.
Die oben genannte einfache Gleichtakt- bzw. Gegentakt-Ansteuerung der I- und Q-Faktoren kann schaltungstechnisch besonders einfach realisiert werden, wenn jede Regelstrecke einen Differenzverstärker enthält, wobei in jedem Pfad der Differenzverstärker jeweils durch Soll- und Istwerte der Verstärkung im Gleichtakt angesteuert ist. Die Ansteuerung der Differenzverstärker für Soll- und Ist- Phasendifferenz ist dagegen zwischen den beiden Regelstrecken im Gegentakt realisiert. Eine Amplitudendifferenz zwischen Soll- und Ist-Verstärkung bewirkt daher in beiden Regelstrecken ein gleichtaktiges Ausgangssignal der Differenzverstärker, ein Unterschied zwischen Soll- und Ist-Phasendifferenz dagegen ein gegentaktiges Ausgangssignal. Die oben genannte Ansteuerung des IQ-Reglers durch I- und Q-Faktor, die den genannten Ausgangssignalen entsprechen, ist so durch eine analoge Spaltung besonders einfach realisiert. Beispielsweise kann im I-Pfad Soll-Verstärkung und Ist-Phasendifferenz auf den nichtinvertierenden und Ist-Verstärkung und Soll-Phasendifferenz auf den invertierenden und im Q-Pfad Soll-Verstärkung und Soll-Phasendifferenz auf den nichtinvertierenden und Ist-Verstärkung und Ist-Phasendifferenz auf den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers geführt sein.
Den entsprechenden Differenzverstärkern kann in jeder Regelstrecke ein PI-Regler nachgeschaltet sein, wobei diese PI-Regler in der Regel identisch ausgeführt sind. Der Regler kann natürlich auch jede andere Reglercharakteristik aufweisen (z. B. PID, I, ...).
Durch die sich ergebenden besonders einfachen Zusammenhänge zwischen den Phasendifferenzen und Verstärkungen und dem I- und Q-Faktor können die Vorteile einer einfachen Detektion, z. B. die Verwendung eines integrierten logarithmischen Detektors für den Detektor als auch die Vorteile beim Stellvorgang, d.h. die Verwendung eines schnellen IQ-Stellgliedes genutzt werden.
Der Detektor kann also ein integrierter logarithmischer Detektor sein, welcher besonders zuverlässig und schnell arbeitet und entsprechend bereits vorab z. B. temperaturkompensiert ist.
Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
1 einen erfindungsgemäßen Regler in Zusammenschaltung mit einem HF-Verstärker,
2 Zeigerdiagramme der Teilsignale im I- und Q-Pfad des IQ-Reglers

a) im Arbeitspunkt und bei Amplitudenanpassung und
b) im Arbeitspunkt und bei Phasenanpassung des zu verstärkenden Signals,

3 eine analoge Schaltungsrealisierung des PI-Reglers aus 1 mit Operationsverstärkern.
1 zeigt einen Verstärkeraufbau entsprechend 4, bei dem jedoch die bekannte Regelung 202 durch die erfindungsgemäße Regelung 2 ersetzt ist. Die bereits aus 4 bekannten Komponenten mit entsprechend gleichen Bezugszeichen werden, so lange sie für 1 nicht wesentlich sind, nicht nochmals erläutert.
Zwischen den Eingang 204 und die Regelung 2 ist in die Signalleitung 208 noch ein Vorverstärker 4 zur Vorverstärkung des HF-Eingangssignals 206 geschaltet. Zwischen Regelung 2 und Verstärker 200 ist außerdem ein Vorverzerrer 6 geschaltet, welcher die nichtlineare Verstärkungskennlinie 8 des Verstärkers 200 kompensieren soll. In die Messleitung 222 ist außerdem ein frequenzabhängiges Verzögerungsglied 10 zum Gruppenlaufzeitausgleich Tgd(f) zwischen den Signalkoppler 218 und das IC 250 geschaltet.
Das IC 250 in der Regelung 2 ist in 1 schematisch gemäß seinem inneren Aufbau dargestellt, worauf hier nicht näher eingegangen werden soll. Wie in 1 wird es von den Messleitungen 222 und 224 gespeist, um die tatsächliche Amplitudenverstärkung 226 und Phasendifferenz 228 zu ermitteln.
Die Regelung 2 enthält ein in die Signalleitung 208 geschaltete IQ-Stellglied 12, welches über zwei Signalleitungen 14, 16 an einen IQ-Regler 18 angeschlossen ist. Das IQ-Stellglied 12 weist einen an den Vorverstärker 4 angeschlossenen Signalteiler 20 auf, der das vorverstärkte HF-Einganssignal 206 auf einen I-Pfad 22 und einen Q-Pfad 24 aufteilt. Das aus dem HF-Eingangssignal 206 abgeleitete Teilsignal 26 im I-Pfad 22 ist gegenüber dem Teilsignal 28 im Q-Pfad 24 um –90° phasenversetzt. In beiden Teilpfaden ist je ein Multiplizier 30, 32 vorgesehen, um die Teilsignale 26, 28 jeweils mit einem I-Faktor 34 und einem Q-Faktor 36 zu multiplizieren. Diese werden vom IQ-Regler 18 erzeugt und über die Signalleitungen 14, 16 dem IQ-Stellglied 12 zugeführt. Das durch die Multiplizierer 30, 32 nach Betrag und Amplitude angepasste HF-Signal 206 wird durch den Summierer 33, wieder aus den Teilsignalen 26, 28 zusammengesetzt und dem Vorverzerrer 6 zugeführt.
Zur Ermittlung von I-Faktor 34 und Q-Faktor 36 ist der IQ-Regler 18 mit Ist-Werten, also der Ist-Amplitudenverstärkung 226 und der Ist-Phasendifferenz 228 sowie mit Sollwerten, nämlich der Sollverstärkung 234 und die Sollphasendifferenz 236 versorgt.
Die gesamte Verstärkeranordnung aus 1 ist zusammen mit dem Regler 2 so dimensioniert, dass ohne Reglereingriff, d.h. bei unverändertem Durchschleifen des HF-Eingangssignals 206 vom Verstärker 4 zum Vorverzerrer 6, die tatsächlich beabsichtigte bzw. theoretisch gewünschte Verstärkung für das HF-Ausgangssignal 212 gewährleistet ist. Der Regler 2 dient daher lediglich zur Feinkorrektur des HF-Signals 206 bezüglich Amplitude und Phase in einem kleinen Bereich. Damit sollen unwägbare Nichtlinearitäten bzw. Temperaturdriften der gesamten Anordnung ausgeglichen werden.
Der Arbeitspunkt (38) des IQ-Reglers 18 ist daher so eingestellt, dass der Regler 2 bzw. das IQ-Stellglied 12 in Ruhe, d.h. im Arbeitspunkt mit gleichem I-Faktor 34 und Q-Faktor 36 jeweils des normierten Wertes 1/√2 versorgt sind.
2a zeigt ein entsprechendes Diagramm für die normierten Spannungen im IQ-Stellglied 12. In 2a sind die durch die Multiplizierer 30 und 32 gewichteten Teilsignale dargestellt. Das Teilsignal 26 im I-Pfad 22 des HF-Signals 206 ist in 2a durch den komplexen Spannungszeiger U_I dargestellt. Das hierzu um 90° phasenversetzte Teilsignal 28 im Q-Pfad 24 ist in 2a durch den gegenüber U_I um 90° gedrehten Spannungspfeil U_Q dargestellt. Die Spannungspfeile U_I und U_Q haben daher im Arbeitspunkt des IQ-Stellgliedes 12 jeweils die Länge 1/√2 , weshalb sich diese zu einem Vektor der Ausgangsspannung U_C der Länge 1 addieren. Diese Ausgangsspannung wird in Form des HF-Signals dem Verstärker 200 zugeführt.
Ist die Amplitude des HF-Ausgangssignals 212 zu klein, also die tatsächliche Amplitudenverstärkung 226 (Istwert) kleiner als die Sollverstärkung 234, so ist das HF-Eingangssignal 206 bezüglich seiner Amplitude vom IQ-Stellglied 12 zu verstärken. Hierzu werden beide I- und Q-Faktoren 34 und 36 im Gleichtakt erhöht, was in 2a durch die gestrichelten, im gleichen Maße größeren Pfeile U_I' und U_Q' dargestellt ist, die sich zu einem größeren Spannungswert U_C' addieren. Die Phase der Ausgangsspannung U_C' bleibt jedoch gegenüber der von U_C unverändert, nämlich bei 45°.
2b zeigt im Gegensatz hierzu, wie durch eine gegentaktige Ansteuerung von I-Faktor und Q-Faktor 34 und 36 eine Phasenstellung im HF-Ausgangssignal 212 bewirkt werden kann, indem die Phase des Spannungszeigers U_C, also vor der Verstärkung durch den Verstärker 200, geändert wird. In 2b wird der I-Faktor 34, ausgehend von seinem Wert 1/√2 verringert und der Q-Faktor 36 entsprechend um den gleichen Wert vergrößert. Der Spannungspfeil U_C' ist daher gegenüber der Span nung U_C zwar um den gewünschten Wert phasenversetzt, also verdreht, besitzt jedoch die gleiche Amplitude wie U_C.
3 zeigt den inneren Aufbau des IQ-Reglers 18 in rein analoger Form. 2-Pfad 22 und Q-Pfad 24 sind hierbei identisch aufgebaut. Beide besitzen jeweils einen Differenzverstärker 50, dem an seinem Ausgang ein nicht näher erläuterter, ebenfalls analog aufgebauter PI-Regler nachgeschaltet ist. Auch hier gilt: es könnte jeder andere Reglertyp sein (PID, I, P, ...). Um die in 2a erläuterte Gleichtaktansteuerung von I-Faktor 34 und Q-Faktor 36 zu erreichen, sind im I-Pfad 22 und im Q-Pfad 24 sowohl die Sollverstärkung 234 als auch die tatsächliche Amplitudenverstärkung 226 jeweils gleichtaktig auf die nichtinvertierenden und invertierenden Eingänge des Differenzverstärkers 50 geführt.
Um bezüglich der Phase die entsprechende Gegentaktung zu erreichen, sind dagegen Sollphase 236 und die tatsächliche Ist-Phasendifferenz 228 jeweils überkreuzt den entsprechenden Differenzverstärkereingängen der beiden Pfade zugeführt.

Claims

Regler (2) für einen HF-Verstärker (200), insbesondere für einen HF-Verstärker eines MR-Tomographen, mit – einem IQ-Stellglied (12) zur Abstimmung eines dem HF-Verstärker (200) zuzuführenden HF-Signals (206) nach Betrag und Phase, – wobei das IQ-Stellglied (12) einen Signalteiler (20) zur Aufteilung des HF-Signals (206) in zwei um 90° phasenversetzte Teilsignale (26, 28) in einem I- (22) und einem Q-Pfad (24), je einen Multiplizierer (30, 32) zur Multiplikation des Teilsignals (26, 28) mit einem I-Faktor (34) im I-Pfad (22) und einem Q-Faktor (36) im Q-Pfad (24), und einen Summierer (33) zur Zusammenführung der Teilsignale (26, 28) enthält, – einem Detektor (250) zur Ermittlung von Ist-Phasendifferenz (228) und Ist-Verstärkung (226) zwischen dem dem IQ-Stellglied (12) zugeführten (206) und dem vom HF-Verstärker (200) verstärkten HF-Signal (212), – einem IQ-Regler (18) zur Ermittlung von I- (34) und Q-Faktor (36) aus der Ist- (228) und einer Soll-Phasendifferenz (236) und der Ist- (226) und einer Soll-Verstärkung (234), – wobei der IQ-Regler (18) einen derartigen Arbeitspunkt (38) aufweist, dass bei Gleichheit von Ist- (228) und Soll-Phasendifferenz (236) und Ist- (226) und Soll-Verstärkung (234) I- (34) und Q-Faktor (36) gleich groß sind.
Regler (2) nach Anspruch 1, bei dem der IQ-Regler (18) ein analoger Regler ist.
Regler (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der IQ-Regler (18) zwei parallele, voneinander entkoppelte Regelstrecken (214, 216) für I- (34) und Q-Faktor (36) aufweist.
Regler (2) nach Anspruch 3, bei dem beide Regelstrecken (214, 216) identische Struktur besitzen.
Regler (2) nach Anspruch 3 oder 4, bei dem jede Regelstrecke (214, 216) einen Differenzverstärker (50) enthält, wobei die beiden Eingänge (+,–) des jeweiligen Differenzverstärkers (50) bezüglich Ist- (226) und Soll-Verstärkung (234) im Gleichtakt, und bezüglich Ist- (228) und Soll-Phasendifferenz (236) im Gegentakt bezüglich der Regelstrecken (214, 216) angesteuert werden.
Regler (2) nach Anspruch 5, bei dem dem Differenzverstärker (50) in jeder Regelstrecke (214, 216) ein Regelverstärker mit passender Charakteristik, insbesondere ein PI-Regler (52) nachgeschaltet ist.
Regler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Detektor (250) ein integrierter logarithmischer Detektor ist.