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Die
Erfindung betrifft die Übertragung einer Vielzahl von Signalen
zwischen einer elektronischen Baugruppe und einem fernab von der
elektronischen Baugruppe angeordneten Modul, wobei einige der Signale
von der elektronischen Baugruppe zum Modul und die restlichen Signale
in der entgegengesetzten Richtung übertragen werden.
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Die
elektronische Baugruppe kann bspw. eine Basisstation sein, in der
die an das fernab von der Basisstation angeordnete Modul zu übertragenden
Signale erzeugt werden und in der eine Signalverarbeitung der von
dem Modul übermittelten Signale stattfindet. Das Modul
kann bspw. ein Modul zur Umsetzung der Frequenz eines oder mehrerer
Signale enthalten und z. B. als Frequenzkonverter ausgebildet sein.
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Einem
Modul zur Frequenzumsetzung, im Folgenden als Frequenzkonverter
bezeichnet, in dem die Frequenz eines Hochfrequenz-Signals (HF-Signal)
in eine Zwischenfrequenz-Lage umgesetzt wird, wird in der Regel
ein Signal eines Lokaloszillators (LO) zugeführt (sog.
LO-Signal). Dementsprechend benötigt der Frequenzkonverter
-abgesehen von der Eingangsleitung für das HF-Signal- jeweils
eine Zuleitung für das LO-Signal sowie für das Zwischenfrequenz-Signal
(ZF-Signal).
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Ein
derartiger Frequenzkonverter ist bspw. an der Spitze eines Antennenmastes
angebracht, wo er HF-Signale aus der Umgebung empfängt,
die auf ein ZF-Signal umgesetzt werden sollen. Aufgrund von Witterungseinflüssen
kann es jedoch zu einer thermischen Drift der Frequenz des LO-Signals
kommen, wenn der Lokaloszillator in den Frequenzkonverter integriert
ist. Alternativ kann man beispielsweise von einem entfernt positionierten
Lokaloszillator ein hochstabiles LO-Signal über eine Kabelverbindung
an den Frequenzkonverter zu übertragen. Der Lokaloszillator
sitzt idealerweise in oder bei der elektroni schen Baugruppe, in
der auch das ZF-Signal, d. h. das Ausgangssignal des Frequenzkonverters
weiter verarbeitet wird. Dementsprechend wird auch das ZF-Signal über
eine Kabelverbindung zur fernab des Frequenzkonverters positionierten
elektronischen Baugruppe geleitet.
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Sollen
n Kanäle, d. h. n HF-Signale mit n im Allgemeinen unterschiedlichen
Frequenzen, in n verschiedene ZF-Lagen umgesetzt werden, so sind
in der Regel n verschiedene LO-Frequenzen und n individuelle ZF-Ausgangsleitungen
notwendig. Demzufolge müssen -wiederum abgesehen von den
Eingangsleitungen für die umzusetzenden HF-Signale- für
n Kanäle 2n Leitungen vorgesehen werden.
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Ein
solcher Frequenzkonverter zur Umsetzung von n Kanälen wird
bspw. in der Magnetresonanztomographie (MRT) verwendet, wenn Oberflächen-
oder Kopfspulen mit bspw. 128 Kanälen zum Einsatz kommen.
Dementsprechend erstrecken sich für die LO- und die ZF-Signale
2 × 128 = 256 Leitungen zwischen dem Frequenzkonverter
der Spule und der elektronischen Baugruppe, in der in diesem Anwendungsfall
zumindest ein Lokaloszillator sowie eine analoge und eine digitale
Elektronik zur Nachbearbeitung der ZF-Signale untergebracht sind.
Das von der Spule detektierte Signal wird mit einem rauscharmen
Vorverstärker zunächst verstärkt und dann
dem Frequenzkonverter zugeführt. Für optimales
Signal-zu-Rauschverhältnis sollten die elektrischen Verbindungen
zwischen dem Abgreifpunkt der mit der Spule detektierten Signale
und dem Vorverstärker möglichst kurz sein. Würden
andererseits die vorverstärkten Signale über längere
Leitungen bspw. erst aus der Spule herausgeführt und dann
dem Frequenzkonverter zugeführt, so bestünde wegen
der gleichen Frequenz die Gefahr einer Rückwirkung auf die
Spule, einhergehend mit der Erzeugung ungewollter Schwingungen und/oder
erheblichen Frequenzgangveränderungen. Der Frequenzkonverter ist
daher idealerweise möglichst nah am Ausgang des Vorverstärkers
angeordnet und typischerweise in das Spulengehäuse integriert.
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Zu
den bspw. 256 Signalen, die zwischen der elektronischen Baugruppe
und dem Frequenzkonverter übertragen werden müssen,
kommt im Fall der Oberflächen- oder der Kopfspule ein weiteres
Signal zur Sende-Empfangsumschaltung der Oberflächenspule,
das sog. PIN-Dioden-Signal oder auch PIN-Signal, hinzu. Für
dieses PIN-Signal wird zusätzlich zu den Leitungen für
die LO- und ZF-Signale eine weitere Leitung zwischen Oberflächenspule
und elektronsicher Baugruppe benötigt.
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Um
bspw. Störeinflüsse durch HF-Anregungspulse oder
Gradientenfelder weitestgehend auszuschließen, wird die
elektronische Baugruppe auch im Anwendungsbeispiel der MRT üblicherweise fernab
des Frequenzkonverters angeordnet. Es müssen demnach entsprechend
viele Leitungen zur Übertragung der LO-, ZF- und PIN-Signale
vorgesehen werden.
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Das
Vorsehen derart vieler Leitungen zur Umsetzung von n Kanälen
ist mit hohem Aufwand und entsprechenden Kosten verbunden.
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In
der
DE 101 48 467
A1 werden mehrere Magnetresonanz-Signale (MR-Signale) einer
Oberflächenspule auf verschiedene HF-Bänder hochgemischt
und diese HF-Bänder über eine Ausleseleitung übertragen.
Ferner werden über diese Leitung die Gleichspannung für
die Stromversorgung, verschiedene Steuersignale sowie eine Synchronisationsfrequenz übertragen.
Die zum Hochmischen erforderlichen LO-Signale werden lokal in der
Elektronik der Oberflächenspule erzeugt und gegebenenfalls
synchronisiert. Der dementsprechend notwendige Aufwand an Elektronik
geht jedoch einher mit einem hohen Platzbedarf. Vor allem bewirkt
die Elektronik jedoch eine vergleichsweise hohe Verlustleistung,
die zudem in der Nähe des Patienten anfällt und sich
daher unnötigerweise in einem Temperaturanstieg im Patienten
niederschlägt. Die Gleichspannung zur Stromversorgung der
Elektronik wird ebenfalls mit über diese Leitung übertragen,
während zur Übertragung von PIN-Signalen eine
zusätzliche Elektronik benötigt wird, einhergehend
mit mehr Platzbedarf und einer höheren Verlustleistung.
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Zur
Verallgemeinerung und zur besseren Veranschaulichung, dass das Modul
bzw. der Frequenzkonverter fernab der weiteren Signalverarbeitung
angeordnet ist, kann die elektronische Baugruppe, in der u. a. die
Signalverarbeitung stattfindet, auch als „Basisstation” und
der Frequenzkonverter als „Satellit” bezeichnet
werden. Im Anwendungsfall der MRT wäre dann der Satellit
eine Oberflächenspule oder ein Oberflächenspulenarray
und die Basisstation wäre die Baugruppe, in der zumindest
die weiterführende Verarbeitung der ZF-Signale stattfindet.
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Die
vorliegende Erfindung setzt sich daher zum Ziel, eine unkomplizierte
Möglichkeit zu schaffen, mit der mit wenig Aufwand eine
Vielzahl von Signalen zwischen einer Basisstation und einem Satelliten übertragen
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen
angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß werden
demnach nicht nur im Satelliten erzeugte, bspw. in eine ZF-Lage
umgesetzte Signale über ein Kabel zur Basisstation geleitet,
sondern es werden auch die individuellen LO-Signale über
das gleiche Kabel von der Basisstation zum Satelliten geführt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung
der Aufgabe ist ausgebildet, um zumindest ein erstes Signal und
zumindest ein zweites Signal mit verschiedenen Frequenzen zwischen
einem Satelliten und einer Basisstation über eine einzige
Leitung zu übertragen. Das erste Signal ist in einer ersten Richtung
von dem Satelliten zur Basisstation und das zweite Signal ist in
einer zweiten Richtung von der Basisstation zum Satelliten übertragbar.
Der Satellit weist eine erste Filterbank und die Basisstation weist eine
zweite Filterbank auf, wobei die Filterbänke zur spektralen
Trennung von Signalen ausgebildet sind. Die Leitung verbindet die
erste und die zweite Filterbank zur Übertragung des ersten
und des zweiten Signals miteinander.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind in der zweiten
Richtung von der Basisstation zum Satelliten mehrere zweite Signale
mit unterschiedlichen Frequenzen übertragbar. Die erste
Filterbank weist dann eine Vielzahl von ersten und zweiten Filtern
zur spektralen Trennung von den der ersten Filterbank zugeführten
Signalen auf. Die zweiten Signale sind dabei den ersten Filtern
zuführbar. Hierdurch wird erreicht, dass auch zur Übertragung einer
Vielzahl von Signalen zum Satelliten ledigliche eine einzige Leitung
benötigt wird.
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Weiterhin
kann der Satellit eine Modulgruppe aufweisen, die mit den ersten
Filtern zur Übertragung der spektral voneinander getrennten
Signale verbunden ist. Die Modulgruppe umfasst mehrere Module zum
Mischen der spektral voneinander getrennten Signale mit weiteren
vom Satelliten empfangenen dritten Signalen und zum Erzeugen der
ersten Signale.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in der ersten Richtung
vom Satelliten zur Basisstation mehrere erste Signale mit unterschiedlichen Frequenzen übertragbar.
Die zweite Filterbank weist dann eine Vielzahl von dritten Filtern,
insbesondere Bandpassfilter, zur spektralen Trennung von den der zweiten
Filterbank zugeführten Signalen auf, wobei die ersten Signale
den dritten Filtern zuführbar sind. Hierdurch wird erreicht,
dass auch zur Übertragung einer Vielzahl von Signalen zur
Basisstation ledigliche eine einzige Leitung benötigt wird.
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Die
zweiten Signale werden vorteilhaftweweise in einem Signalgenerator
erzeugt, wobei zur Übertragung der im Signalgenerator erzeugten
Signale ein Ausgang des Signalgenerators direkt mit mit Leitung
verbunden ist oder der Ausgang des Signalgenerators mit einem weiteren
Filter, insbesondere Bandpassfilter, der zweiten Filterbank und
ein Ausgang des weiteren Filters mit der Leitung verbunden ist.
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In
einer Ausgestaltung ist in der zweiten Richtung von der Basisstation
zum Satelliten über die Leitung lediglich ein zweites Signal übertragbar
und der ersten Filterbank zuführbar. Die erste Filterbank ist
dann vorteilhafterweise als einfache Hoch-Tiefpassweiche mit einem
Tiefpass und einem Hochpass ausgebildet sein, wobei das zweite Signal
dem Tiefpass oder dem Hochpass zugeführt wird.
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Die
Hoch-Tiefpassweiche ist in einer weiter gehenden Ausgestaltung mit
einem Modul einer Modulgruppe verbunden, wobei das Modul ausgebildet ist,
um das zweite Signal mit einem weiteren, vom Satelliten empfangenen
dritten Signal zu mischen und ein Ausgangssignal zu erzeugen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist in der ersten Richtung vom Satelliten
zur Basisstation lediglich ein erstes Signal übertragbar
und der zweiten Filterbank zuführbar, wobei die zweite
Filterbank dann vorteilhafterweise als einfache Hoch-Tiefpassweiche
mit einem Tiefpass und einem Hochpass ausgebildet ist und wobei
das erste Signal dem Tiefpass oder dem Hochpass zugeführt
wird.
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Im
erfindungsgemäßen Verfahren zur Lösung
der Aufgabe werden zumindest ein erstes und zumindest ein zweites
Signal mit verschiedenen Frequenzen zwischen einem Satelliten und
einer Basisstation über eine einzige Leitung übertragen,
wobei das erste Signal in einer ersten Richtung von dem Satelliten
zur Basisstation und das zweite Signal in einer zweiten Richtung
von der Basisstation zum Satelliten übertragen wird. Dabei
wird das zweite, an den Satelliten übertragene Signal einer
ersten Filterbank des Satelliten zur spektralen Trennung von Signalen
und das erste, an die Basisstation übertragene Signal einer
zweiten Filterbank der Basisstation zur spektralen Trennung von
Signalen zugeführt.
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Vorteilhafterweise
werden in der zweiten Richtung von der Basisstation zum Satelliten
mehrere zweite Signale mit unter schiedlichen Frequenzen übertragen.
Die dem Satelliten zugeführten zweiten Signale werden in
der ersten Filterbank mit einer Vielzahl von Filtern, insbesondere
Bandpassfiltern, spektral voneinander getrennt. Somit ist es möglich,
eine Vielzahl von Signalen über eine einzige Leitung an den
Satelliten zu übertragen.
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In
der ersten Richtung vom Satelliten zur Basisstation werden in einer
weiteren Ausgestaltung mehrere erste Signale mit unterschiedlichen
Frequenzen übertragen, wobei die der Basisstation zugeführten
ersten Signale in einer zweiten Filterbank mit einer Vielzahl von
Filtern, insbesondere Bandpassfiltern, spektral voneinander getrennt
werden. Somit ist es möglich, eine Vielzahl von Signalen über eine
einzige Leitung an die Basisstation zu übertragen.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass das erste und das zweite Signal gleichzeitig über
die Leitung übertragen werden.
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In
einer weiter gehenden Ausgestaltung wird in der Basisstation ein
zusätzliches Signal erzeugt wird, das ebenfalls über
die Leitung an den Satelliten übertragen wird.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie
anhand der Zeichnungen.
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Dabei
zeigt:
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1 ein
System zur Verarbeitung und Übertragung von vier Kanälen,
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2 ein
System zur Verarbeitung und Übertragung von vier Kanälen
in einer zweiten Ausführungsform,
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3 ein System zur Verarbeitung und Übertragung
von zwei Kanälen (3A) bzw.
von einem Kanal (3B),
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4 eine Schaltung zur Verarbeitung eines PIN-Dioden-Signals
(4A) und ein System zur Verarbeitung und Übertragung
von vier Kanälen sowie des PIN-Dioden-Signals (4B).
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In
den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Bereiche,
Bauteile, Bauteilgruppen oder Verfahrensschritte mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.
Zur besseren Veranschaulichung sind Signalflussrichtungen durch
Pfeile gekennzeichnet.
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Die 1 zeigt
eine Oberflächenspule 100, die in einem MRT-Experiment
zur Detektion von MRT-Signalen eingesetzt werden kann. Die Oberflächenspule 100 befindet
sich in einem solchen Experiment direkt am Messort und empfängt
Signale von einer fernab angeordneten Basisstation 300:
Typischerweise befinden sich der zu untersuchende Patient und die
Oberflächenspule 100 innerhalb einer Röhre
des MR-Tomographen. Die Basisstation 300 ist dagegen außerhalb
der Röhre des Tomographen angeordnet, bspw. im Gehäuse
des Tomographen. Die Oberflächenspule 100 ist über
eine Kabelverbindung an eine Schnittstelle am Gehäuse des
Tomographen angeschlossen. Die Schnittstelle ist ihrerseits über
eine gehäuseinterne Verkabelung mit der im Gehäuse
angeordneten Basisstation oder über ein das Gehäuse
des Tomographen verlassenden Kabels mit der extern befindlichen
Basisstation verbunden.
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Der Übersichtlichkeit
wegen ist die Oberflächenspule 100 des Ausführungsbeispiels
der 1 auf lediglich vier Kanäle ausgelegt.
Die Oberflächenspule 100 empfängt demnach
vier HF-Signale HF1, HF2, HF3, HF4. Diese empfangenen HF-Signale sind
immer in der gleichen Frequenzlage, sie tragen aber unterschiedliche
Information und müssen deshalb individuell verarbeitet
werden. Die verschiedenen Signale müssen daher in unterschiedliche
Frequenzlagen umgesetzt werden, wofür unterschiedliche
LO-Frequenzen benötigt werden.
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Die
Signale HF1 bis HF4 werden einem Frequenzkonverter 110 der
Oberflächenspule 100 zugeführt, der in
ein Gehäuse der Oberflächenspule 100 integriert
ist und in dem die Frequenzen der mit der Oberflächenspule
empfangenen HF-Signale HF1 bis HF4 in verschiedene Zwischenfrequenz-Lagen
umgesetzt werden sollen.
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Der
Frequenzkonverter 110 ist als Modulgruppe ausgebildet und
weist entsprechend den vier umzusetzenden Kanälen vier
Module 111 bis 114 auf, die im Wesentlichen jeweils
einen Mischer 115 bis 118 enthalten. Bspw. dem
Mischer 115 werden das Signal HF1 und ein Signal LO1 zugeführt,
wobei das Signal LO1 ein Signal eines Signalgenerators 310 der
Basisstation 300 mit einer Frequenz f(LO1) ist. Der Signalgenerator 310 kann
bspw. ein Lokaloszillator sein. Im Mischer 115 werden die
Signale HF1 und LO1 in an sich bekannter Weise gemischt, wobei ein Signal
ZF1 mit einer Frequenz f(ZF1) erzeugt wird, das an einem Ausgang
des Mischers 115 und damit an einem Ausgang des Moduls 111 anliegt.
Die übrigen Module 112 bis 114 bzw. die übrigen
Mischer 116 bis 118 arbeiten dementsprechend,
d. h. dem Mischer 116 des Moduls 112 werden Signale
HF2 und LO2 zugeführt und es wird ein Signal ZF2 mit einer
Frequenz f(ZF2) erzeugt, dem Mischer 117 des Moduls 113 werden
Signale HF3 und LO3 zugeführt und es wird ein Signal ZF3
mit einer Frequenz f(ZF3) erzeugt und dem Mischer 118 des
Moduls 114 werden Signale HF4 und LO4 zugeführt
und es wird ein Signal ZF4 mit einer Frequenz f(ZF4) erzeugt. Die
Signale LO1 bis LO4 werden wie im Folgenden beschrieben in einem
Lokaloszillator erzeugt und weisen unterschiedliche Frequenzen auf.
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Die
Oberflächenspule 100 weist des Weiteren eine Bandpassfilterbank 120 auf,
die ebenfalls in das Gehäuse der Oberflächenspule 100 integriert
ist. Die Bandpassfilterbank 120 umfasst eine Vielzahl von
Bandpassfiltern, wobei die Anzahl der Filter von der Anzahl der
mit der Oberflächenspule 100 zu empfangenden Kanäle
abhängt und pro Kanal zwei Filter vorhanden sein müssen.
Im Ausführungsbeispiel mit vier Kanälen muss die
Bandpassfilterbank 120 mindestens acht Bandpassfilter 121 bis 128 aufweisen, wobei
jeder der Filter nur für den im jeweiligen Zweig benötigten
Frequenzbereich durchlässig ist und außerhalb
dieses Frequenzbereiches sperrt. Damit die Bandpäs se ohne
gegenseitige Beeinflussung alle an einen Knoten geschaltet werden
können, muss stets erst ein Zweipol seriell am Knoten angeschlossen werden,
der im Sperrbereich hochohmig ist. Dies ist von der Theorie der
Diplexfilter allgemein bekannt und hier nicht dargestellt. Im einfachsten
Fall besteht der gesamte Pfad eines Zweiges der Bandpassfilterbank
nur aus einem seriell eingeschleusten LC-Serienschwingkreis.
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Jeweils
zwei Bandpassfilter der Bandpassfilterbank 120 sind einem
Modul des Frequenzkonverters 110 zugeordnet und mit diesem
verbunden. Bspw. ist der Ausgang des Moduls 111 bzw. des Mischers 115 mit
dem Bandpassfilter 121 verbunden, so dass das ZF1-Signal
dem Filter 121 zugeführt werden kann. Der Eingang
des Moduls 111 bzw. des Mischers 115 für
das LO1-Signal ist mit dem Filter 122 verbunden, d. h.
das LO1-Signal wird dem Modul 111 vom Bandpassfilter 122 zugeführt.
Entsprechend sind die Module 112 bis 114 bzw.
die Mischer 116 bis 118 wie in der 1 dargestellt
mit den übrigen Bandpassfiltern 123 bis 128 verbunden.
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Die
Signale LO1 bis LO4 und die Signale ZF1 bis ZF4 werden im Allgemeinen
gleichzeitig über eine einzige Leitung 200 von
und zu der Bandpassfilterbank 120 der Oberflächenspule 100 übertragen. Die
Leitung 200 ist vorzugsweise eine Koaxialleitung, kann
aber auch ein anderer hochfrequenter Wellenleiter wie bspw. eine
symmetrische Zweidrahtleitung sein. Die Leitung 200 zeichnet
sich dadurch aus, dass sie das gesamte Frequenzspektrum der Signale LO1
bis LO4 und ZF1 bis ZF4 übertragen kann. Beispielsweise
kann die tiefste ZF-Lage bei 7,5 MHz und die höchste LO-Frequenz
bei 135 MHz liegen. Es kann aber problemlos auch ein Frequenzbereich
zwischen 1 MHz und 1000 MHz abgedeckt werden.
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Die
Signale LO1 bis LO4 werden mit Hilfe des Lokaloszillators 310 der
Basisstation 300 erzeugt und der Bandpassfilterbank 120 über
die Leitung 200 zugeführt. Der Lokaloszillator 310 ist
bspw. ein Generator, der intrinsisch alle LO-Frequenzen bzw. -Signale
erzeugt. Alternativ können natürlich auch meh rere einzelne
Generatoren bzw. Lokaloszillatoren zum Einsatz kommen, wobei dann
jeweils ein Generator nur eines der Signale LO1 bis LO4 erzeugt.
Die von den einzelnen Generatoren stammenden Signale können
dann einfach auf eine Leitung zusammengeschaltet werden, wobei vorzugsweise
entkoppelte Combiner verwendet werden. Im Folgenden wird jedoch
nur allgemein vom Lokaloszillator 310 gesprochen, der die
Signale LO1 bis LO4 erzeugt. In der Bandpassfilterbank 120 erfolgt
dann mit Hilfe der Filter 122, 124, 126 und 128 eine
spektrale Zerlegung der von der Basisstation 300 ausgesendeten
Signale in die einzelnen LO-Signale LO1 bis LO4, die schließlich
wie beschrieben den Modulen 111 bis 114 des Frequenzkonverters 110 zugeführt
werden.
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In
umgekehrter Richtung werden die Signale ZF1 bis ZF4 den Filtern 121, 123, 125, 127 der
Bandpassfilterbank 120 entnommen und über die
Leitung 200 zur Basisstation 300 geleitet. Die
Basisstation 300 umfasst zumindest eine Bandpassfilterbank 320 mit
einer Vielzahl von Bandpassfiltern 321, 322, 323, 324 und
den Lokaloszillator 310 zur Erzeugung der Signale LO1 bis
LO4. Die Bandpassfilterbank 320 weist zumindest einen weiteren
Bandpassfilter 325 auf, in den die Ausgangssignale des
Lokaloszillators 310 eingespeist werden. Eine spektrale
Trennung der LO-Signale LO1 bis LO4 voneinander ist nicht zwingend
notwendig, es genügt eine gemeinsame Frequenzweiche 325,
die die LO-Signale von allen übrigen Signalen trennt. Die
Frequenzweiche 325 bzw. der Bandpassfilter 325 lässt
das Spektrum der Signale LO1 bis LO4 durch und sperrt die Signale ZF1
bis ZF4. Weiterhin weist die Basisstation 300 eine Elektronikbaugruppe 340 mit
analoger und digitaler Elektronik zur Nachbearbeitung der ZF-Signale auf.
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Die
der Basisstation 300 über die Leitung 200 zugeführten
Signale werden in die Bandpassfilterbank 320 geleitet,
wo eine spektrale Trennung der empfangenen Signale stattfindet.
Dementsprechend ist dem Bandpassfilter 321 das Signal ZF1
zu entnehmen, während an Ausgängen der Bandpassfilter 322 bis 324 die
Signale ZF2, ZF3, ZF4 anliegen. Die Signale ZF1 bis ZF4 werden schließlich
der Elektronikbaugruppe 340 zugeführt, dort mit
analoger und/oder digitaler Hardware weiter verarbeitet. Typischerweise werden
die ZF-Signale in der Elektronikbaugruppe 340 weiterverstärkt
und dann mit einem ADC abgetastet und in digitale Signale gewandelt.
Diese werden bspw. über eine Lichtleiterverbindung (nicht
dargestellt) einem außerhalb des MRT-Untersuchungsraums
angeordneten Bildrechner zugeführt, in dem über
an sich bekannte Verfahren wie bspw. der schnellen Fouriertransformation
aus den ZF-Signalen MRT-Bilder berechnet werden.
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Bei
einem Mehrkanal-Frequenzmultiplexsystem wie dem in der 1 dargestellten
sind die in die Zwischenfrequenz-Lagen gemischten Signale in der Regel
spektral weit von den LO-Signalen entfernt. Meist sind auch die
LO-Frequenzen und somit die ZF-Bänder mehr oder weniger äquidistant
spektral aufgereiht. Um den Aufwand in den einzelnen Filterpfaden
zu reduzieren ist es daher sinnvoll, wie in der 2 dargestellt
die Bandpassfilterbank 120 als Diplexer 130 bzw.
als Hoch-Tiefpassweiche 130 auszubilden und den ZF- und
den LO-Frequenzbereich zunächst in der Hoch-Tiefpassweiche 130 mit
einem Tiefpass 131 und einem Hochpass 132 voneinander zu
trennen. Hierzu ist keine aufwändige Bandpassweiche erforderlich,
sondern nur eine leichter zu realisierende und dämpfungsärmere
Hoch-Tiefpassweiche. Dabei wird davon ausgegangen, dass die LO- und
ZF-Frequenzbereiche nicht ineinander verschachtelt sind bzw. dass
sie sich nicht überlappen. Im Allgemeinen kann der Frequenzbereich
für die LO-Signale spektral höher oder auch tiefer
als derjenige für die ZF-Signale liegen. Vorzugsweise liegen die
LO-Signale in einer spektral höheren Lage und die ZF-Signale
in einer spektral niedrigeren Lage, da tiefere Frequenzen in einem
Kabel weniger gedämpft werden. Mit dieser Wahl der Frequenzlagen
werden demnach die die auszuwertenden Informationen tragenden ZF-Signale
vergleichsweise wenig gedämpft, was sich positiv auf die
weitere Signalverarbeitung auswirkt. Eine umgekehrte Wahl der Frequenzlagen würde
bewirken, dass die ZF-Signale stärker gedämpft
würden, so dass sich bspw. das Signal-zu-Rausch- Verhältnis
verschlechtern würde, was sich negativ auf die Bildqualität
auswirkt.
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Die
Bandpassfilterbank 120 der Oberflächenspule 100 ist
in der 2 in eine ZF-Bandpassfilterbank 120' und
eine LO-Bandpassfilterbank 120'' mit vorgeschalteter Hoch-Tiefpassweiche 130 aufgeteilt.
Die ZF-Bandpassfilterbank 120' enthält die Bandpassfilter 121, 123, 125, 127 für
die ZF-Signale ZF1 bis ZF4, während die LO-Bandpassfilterbank 120'' die
Bandpassfilter 122, 124, 126, 128 für
die LO-Signale LO1 bis LO4 umfasst. Die einzelnen Bandpassfilter 121 bis 128 sind
wie im Zusammenhang mit der 1 beschrieben
mit den Modulen 111 bis 114 bzw. den Mischern 115 bis 118 des
Frequenzumsetzers 110 verbunden. Die ZF-Bandpassfilterbank 120' ist
an den Tiefpass 131 der Hoch-Tiefpassweiche 130 angeschlossen,
d. h. im Ausführungsbeispiel der 2 liegt
der Frequenzbereich der ZF-Signale ZF1 bis ZF4 höher als
derjenige der LO-Signale LO1 bis LO4. Dementsprechend ist die LO-Bandpassfilterbank 120'' mit
dem Hochpass 132 der Hoch-Tiefpassweiche 130 verbunden.
In der 2 sind der Übersichtlichkeit wegen exemplarisch
nur die Signalverbindungen für den ersten und für
den vierten Kanal komplett eingezeichnet, d. h. die Verbindungen
der Module 111 bzw. 114 mit den jeweiligen Bandpassfiltern 121 und 122 bzw. 127 und 128. Die übrigen
Verbindungen zwischen den Modulen des Frequenzumsetzers 110 und
den Filtern der Bandpassfilterbank sind lediglich angedeutet, entsprechen
aber den in der 1 vollständig ausgeführten
Verbindungen.
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Auch
auf der Seite der Basisstation 300 ist eine Hoch-Tiefpassweiche 330 mit
einem Tiefpass 331 und einem Hochpass 332 zur
Trennung der ZF- und LO-Frequenzbereiche vorgesehen. Der Tiefpass 331 ist
mit den Bandpassfiltern 321 bis 324 der Bandpassfilterbank 320 verbunden.
Der in der 1 noch dargestellte Bandpassfilter 325 für
die Signale LO1 bis LO4 des Lokaloszillators 310 entfällt
hier, da die LO-Signale direkt in den Hochpass 332 der Hoch-Tiefpassweiche 330 eingespeist
werden können.
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Für
den speziellen Fall, dass nur zwei Kanäle umgesetzt bzw.
nur zwei Signale übertragen werden sollen, reicht es aus,
wie in der 3A angedeutet an Stelle der
vergleichsweise aufwändigen Bandpassfilterbänke 120' und 120'' jeweils
eine Hoch-Tiefpassweiche einzusetzen. An Stelle der ZF-Bandpassfilterbank 120' tritt
eine Hoch-Tiefpassweiche 140 mit einem Tiefpass 141 und
einem Hochpass 142 und an Stelle der LO-Bandpassfilterbank 120'' tritt
eine Hoch-Tiefpassweiche 150 mit einem Tiefpass 151 und
einem Hochpass 152, wobei die einzelnen Hochpässe
und Tiefpässe die Funktionen der Bandpässe der
Bandpassfilterbänke 120' und 120'' übernehmen.
Auf der Seite der Basisstation 300 tritt an die Stelle
der Bandpassfilterbank 320 eine Hoch-Tiefpassweiche 350 mit
einem Tiefpass 351 und einem Hochpass 352, die
die Funktionen der Bandpassfilter der Bandpassfilterbank 320 übernehmen.
Hinsichtlich der Signallaufwege und Verbindungen wird auf die Beschreibungen
der 1 und 2 verwiesen.
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Noch
einfacher wird das System, wenn nur ein Kanal zu verarbeiten ist.
Dies ist in der 3B dargestellt. Da nur ein Kanal
zu übertragen ist, gibt es nur jeweils ein HF-, ZF- und
LO-Signal. Die Bandpassfilterbänke 120 bzw. 120' und 120'' sowie 320, die
in den 1 und 2 dargestellt sind, fallen ersatzlos
weg und es bleiben lediglich die beiden in der 2 eingeführten
Hoch-Tiefpassweichen 130 und 330 zum Trennen des
ZF-Signals vom LO-Signal.
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Für
den Anwendungsfall der MRT kann auch das PIN-Signal mit über
die Leitung 200 übertragen werden. Das PIN-Signal
ist im Wesentlichen eine an die Oberflächenspule 100 zu übertragende
Sperrspannung für den Fall, dass mit der Spule Signale empfangen
werden sollen, und ein ebenfalls an die Spule zu übertragender
Durchlassstrom für den Fall, dass mit der Spule gesendet
werden soll, wobei zwischen dem Empfangs- und dem Sendezustand hin- und
hergeschaltet wird. Somit kann das spektral gesehen einer Gleichgröße ähnelnde
Signal leicht mit einer LC-Abzweigeschaltung 160 von den übrigen
Signalen ge trennt werden. Diese in der 4A dargestellte
Schaltung 160, die im Wesentlichen aus einem Kondensator 161 und
einer Spule 162 besteht, weist drei Anschlüsse
L, C und Y auf, wobei der Anschluss L im Satelliten bzw. in der
Oberflächenspule 100 wie in der 4B dargestellt
mit einer PIN-Diode 170 verbunden ist. Die Schaltung kann,
wie in der 4B schematisch dargestellt,
im Tiefpasspfad zwischen der Bandpassfilterbank 120' und
dem Tiefpass 131 hinter der vorgeschalteten Trennung der
LO- und der ZF-Signale angeordnet sein, d. h. der Anschluss C ist im
Ausführungsbeispiel der 2 mit der
Bandpassfilterbank 120' verbunden und der Anschluss Y ist
an den Tiefpass 131 des Hoch-Tiefpassfilters 130 gekoppelt.
Der Signalweg zwischen dem Tiefpass 131 und der Schaltung 160 wird
in zwei Richtungen benutzt: Das PIN-Signal läuft vom Tiefpass 131 zur Schaltung 160,
während die ZF-Signale in umgekehrter Richtung geleitet
werden.
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In
der Basisstation 300 ist ebenfalls eine entsprechende Schaltung 360 vorgesehen.
Auch hier ist die Schaltung 360 im Tiefpasspfad angeordnet,
d. h. zwischen dem Tiefpass 331 des Hoch-Tiefpassfilters 330 und
der Filterbank 320. Der Anschluss C der Schaltung 360 ist
mit der Bandpassfilterbank 320 verbunden und der Anschluss
Y ist an den Tiefpass 331 des Hoch-Tiefpassfilters 330 gekoppelt.
Der Anschluss L ist mit dem Generator 370 des PIN-Signals verbunden.
Der Signalweg zwischen dem Tiefpass 331 und der Schaltung 360 wird
in zwei Richtungen benutzt: Das PIN-Signal läuft von der
Schaltung 360 zum Tiefpass 331, während die ZF-Signale
in umgekehrter Richtung geleitet werden, um schließlich
zur Filterbank 320 zu gelangen.
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Sowohl
auf der Seite des Satelliten 100 als auch auf der Seite
der Basisstation 300 kann die Schaltung 160 bzw. 360 auch
an anderer Stelle positioniert werden. Bspw. kann die Schaltung 160 bzw. 360 auch
in der gemeinsamen Leitung 200 angeordnet werden, wobei
der C-Anschluss der Schaltung 160 dann mit der Hoch-Tiefpassweiche 130 verbunden
und der Y-Anschluss in Richtung der Basisstation 300 weisen
muss. Der C-Anschluss der Schaltung 360 ist dementsprechend
mit der Hoch-Tiefpassweiche 330 der Basisstation 300 verbunden
und der Y-Anschluss der Schaltung 360 weist zur Oberflächenspule 100.
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Die
im Zusammenhang mit der 4B beschriebene
Anordnung ist jedoch vorzuziehen, da die Drossel der Schaltung 160, 360 eine
vergleichsweise hohe Induktivität aufweisen muss, um zwischen
den typischerweise niedrigen Frequenzen der ZF-Signale und dem PIN-Signal,
das ein Quasi-Gleichstromsignal ist, trennen zu können.
Demzufolge ist nicht auszuschließen, dass sich die Schaltung 160 bzw. 360 im
Bereich der LO-Frequenzen schon gar nicht mehr wie eine Drossel
verhält (Eigenresonanz, Wicklungskapazität etc.).
Somit ist es vorzuziehen, die Schaltung 160 bzw. 360 in
den Tiefpasspfad einzuschleusen, wo die LO-Signale bereits ausgekoppelt
sind.
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Die
im Zusammenhang mit den Figuren beschriebene Ausführungsform
sieht lediglich eine einzelne Leitung zur Übertragung sämtlicher
Signale vor, wobei diese Leitung bspw. als Koaxialleitung ausgebildet
sein kann. Es wäre natürlich auch denkbar, nur
für zwei Signale, bspw. für die Signale LO1 und
ZF1, eine Leitung zu verwenden. Im Fall der Übertragung
von vier Kanälen, wofür man üblicherweise
zur Übertragung der notwendigen vier LO- und vier ZF-Signale
acht Leitungen verwenden würde, wären erfindungsgemäß nur
noch vier Koaxialleitungen nötig. Ebenfalls denkbar wäre
für das 4-Kanal-System, bspw. sämtliche Signale
(LO1, LO2, ZF1, ZF2) der Kanäle 1 und 2 über eine
Leitung zu übertragen und. sämtliche Signale (LO3,
LO4, ZF3, ZF4) der Kanäle 3 und 4 über eine zweite
Leitung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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