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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 elektronischen 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 elektronicher 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
US 2006/0214662 A1 beschreibt eine bildgebende Vorrichtung für die Magnetresonanztomographie. Die Vorrichtung umfasst eine Auswahlschaltung, der die Ausgangssignale der Spulen separat zugeführt werden. Dabei werden die Frequenzen der Ausgangssignale durch jeweilige Mischeinrichtungen, die mit einer Phasenregelschleife gekoppelt sind, angepasst und einem Synthesizer zugeführt. In einer Frequenzweiche werden die einzelnen Signale getrennt und an eine Empfangseinrichtung übertragen.
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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, wobei die erste Filterbank eine ZF-Bandpassfilterbank, eine LO-Bandpassfilterbank und eine diesen Bandpassfilterbänken vorgeschaltete Hoch-Tiefpassweiche mit einem Tiefpass und einem Hochpass aufweist, wobei das zumindest eine zweite Signal von der Basisstation der Hoch-Tiefpassweiche zugeführt ist.
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Bevorzugt ist dabei die ZF-Bandpassfilterbank an den Tiefpass und die LO-Bandpassfilterbank an den Hochpass angeschlossen.
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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 Ausführungsform sind mit der Vorichtung über zwei Kanäle Signale zwischen dem Satelliten und der Basisstation übertragbar. Dabei kann die LO-Bandpassfilterbank als Hoch-Tiefpassweiche ausgebildet sein, wobei die ersten Filter einen Tiefpass und Hochpass umfassen. Zudem kann die ZF-Bandpassfilterbank als Hoch-Tiefpassweiche ausgebildet sein, wobei die ersten Filter einen Tiefpass und einen Hochpass umfassen.
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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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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Übertragung von einem ersten Signal und einem zweiten Signal mit verschiedenen Frequenzen zwischen einem Satelliten und einer Basisstation über eine einzige Leitung ist dazu ausgebildet, 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 zu übertragen, wobei der Satellit eine erste Filterbank zur spektralen Trennung von Signalen aufweist, die Basisstation eine zweite Filterbank zur spektralen Trennung von Signalen aufweist, die Leitung die erste und die zweite Filterbank zur Übertragung des ersten und des zweiten Signals miteinander verbindet, wobei die erste Filterbank als Hoch-Tiefpassweiche mit einem Tiefpass und einem Hochpass ausgebildet ist und 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, wobei die erste Filterbank eine ZF-Bandpassfilterbank, eine LO-Bandpassfilterbank und eine diesen Bandpassfilterbänken vorgeschaltete Hoch-Tiefpassweiche mit einem Tiefpass und einem Hochpass aufweist und wobei das zumindest eine zweite Signal von der Basisstation der Hoch-Tiefpassweiche zugeführt wird.
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Vorteilhafterweise werden in der zweiten Richtung von der Basisstation zum Satelliten mehrere zweite Signale mit unterschiedlichen 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 Bandpässe 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 mehrere 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 getrennt 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.
