Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Struktur hoher lateraler Impedanz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Tomographen mit einer solchen Anordnung.The present invention relates to an arrangement with a structure of high lateral impedance according to the preamble of claim 1 and a tomograph with such an arrangement.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Strukturen hoher lateraler Impedanz, deren Anwendung im Zusammenhang mit Spulen und Antennen sowie mit dem Einsatz dieser in einem Magnetresonanztomographen. Jedoch können die Strukturen und Anordnungen auch für sonstige Zwecke eingesetzt werden. Beispielsweise ist ein Einsatz in Sende- und Empfangseinrichtungen für elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder, für RFID-Anwendungen, für Antennen-Arrays, zum Beam-Forming sowie insbesondere für Anwendungen in den Bereichen Rundfunkwellen und Mikrowellen etc. möglich.The present invention is concerned with high lateral impedance structures, their use in conjunction with coils and antennas, and the use of these in a magnetic resonance tomograph. However, the structures and arrangements can also be used for other purposes. For example, it can be used in transmitting and receiving devices for electric, magnetic and electromagnetic fields, for RFID applications, for antenna arrays, for beamforming, and in particular for applications in the fields of radio waves and microwaves, etc.
Leitende Oberflächen können als Reflektor oder Abschirmung verwendet werden. Diese führen jedoch zu einer Phaseninversion reflektierter Wellen und ermöglichen die Induktion eines Gegenstroms oder die Ausbreitung von Oberflächen-Wellen, was zu unerwünschten Auslöschungseffekten und Verlusten führen kann. Spezielle Strukturen, sogenannte Strukturen hoher lateraler Impedanz, können diese unerwünschten Effekte verhindern oder minimieren, indem diese Strukturen zwar Gleichströme leiten, jedoch in einem bestimmten Frequenzbereich für Wechselströme nicht-leitend wirken.Conductive surfaces can be used as a reflector or shielding. However, these result in phase inversion of reflected waves and allow the induction of countercurrent or the propagation of surface waves, which can lead to undesirable extinction effects and losses. Special structures, so-called structures of high lateral impedance, can prevent or minimize these undesirable effects, while these structures conduct direct currents, but in a certain frequency range for ac currents non-conductive act.
Resistiv und/oder reaktiv wirkende Schichten werden in der Regel charakterisiert, indem ein auf die Fläche dieser Schicht bezogener Widerstandswert oder Impedanzwert, insbesondere der sogenannte Flächenwiderstand, angegeben wird. Analog dazu weist eine Struktur hoher lateraler Impedanz eine hohe Flächenimpedanz bzw. hohe Impedanz in der Fläche, also in lateraler Richtung, auf.Resistive and / or reactive layers are usually characterized by indicating a resistance value or impedance value, in particular the so-called sheet resistance, which is related to the surface of this layer. Analogously, a structure of high lateral impedance has a high area impedance or high impedance in the area, that is to say in the lateral direction.
Bei solchen Strukturen hoher lateraler Impedanz ergeben sich im Vergleich zu metallisch leitenden Oberflächen Unterschiede in Bezug auf ausbreitungsfähige Wellenmoden. Beispielsweise ist es bei bestimmten Frequenzen möglich, dass transversale elektrische Wellen auf der Oberfläche ausbreitungsfähig sind, wobei elektrische Feldlinien lateral und in der Ausbreitungsrichtung verlaufen, während magnetische Feldlinien außerhalb der Struktur im wesentlichen kreisförmig verlaufen. Da bei den Frequenzen, bei denen die Strukturen hohe laterale Impedanzen aufweisen, trotz hoher elektrischer Feldstärken tangentiale magnetische Felder gering sind, werden Strukturen hoher lateraler Impedanz auch als ”magnetische Leiter” bezeichnet.In such structures of high lateral impedance, there are differences in terms of propagatable wave modes compared to metallic conductive surfaces. For example, at certain frequencies it is possible for transverse electric waves to propagate on the surface, with electric field lines running laterally and in the direction of propagation, while magnetic field lines outside the structure are essentially circular. Since at the frequencies at which the structures have high lateral impedances, tangential magnetic fields are low despite high electrical field strengths, structures of high lateral impedance are also referred to as "magnetic conductors".
Strukturen hoher lateraler Impedanz – auch ”High Impedance Surfaces” oder HIS-Strukturen genannt – können als Abschirmung und/oder Reflektoren für Antennen eingesetzt werden. Hierbei können durch die hohe laterale Impedanz und die damit einhergehende Reduktion lateraler Rückströme die Strahlungseigenschaften und Richtcharakteristiken verbessert bzw. Verluste verringert werden. Weiter ist es möglich, mit einer HIS-Struktur die Eigenschaften einer dieser zugeordneten Antenne derart zu beeinflussen, dass Verluste durch Einsatz von, insbesondere schmalbandigen, Anpaßnetzwerken verringert oder vermieden werden können. Im Gegensatz zu einer durchgehend metallisch leitenden Fläche kann mit einer HIS-Struktur nämlich eine Abschirmung zur Rückseite hin erreicht werden, ohne dass Rückströme in dieser zu Verlusten und/oder zur Auslöschung von Feldern führt. Im Gegensatz zu üblichen leitenden Bezugsflächen oder Trägermaterialien können daher Antennenstrukturen in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche einer HIS-Struktur hoher lateraler Impedanz angeordnet werden, ohne dass es zu signifikanten Verlusten oder Auslöschungseffekten führt. Trotzdem kann die Struktur abschirmend und/oder reflektierend wirken.Structures of high lateral impedance - also called "high impedance surfaces" or HIS structures - can be used as shielding and / or reflectors for antennas. In this case, the high lateral impedance and the concomitant reduction of lateral return currents can be used to improve the radiation properties and directional characteristics or to reduce losses. Furthermore, it is possible to influence the properties of an associated antenna with a HIS structure in such a way that losses can be reduced or avoided by using, in particular narrowband, matching networks. In contrast to a continuous metallic conductive surface can be achieved with a HIS structure namely a shield towards the back, without that back currents in this leads to losses and / or extinction of fields. In contrast to conventional conductive reference surfaces or substrates, therefore, antenna structures can be placed in close proximity to the surface of a high lateral impedance HIS structure without resulting in significant losses or cancellation effects. Nevertheless, the structure can have a shielding and / or reflective effect.
Eine Möglichkeit, hohe laterale Impedanzen zu erzeugen, ist die Aufteilung einer leitenden Oberfläche in viele, kleine Elemente, zwischen denen eine hohe Impedanz erzeugt wird. Die Elemente können vorzugsweise die Form kleiner Platten oder Kacheln aufweisen und gegenseitig beabstandet, insbesondere flächig oder eine Fläche bildend angeordnet sein.One way to create high lateral impedances is to divide a conductive surface into many small elements between which a high impedance is created. The elements may preferably have the form of small plates or tiles and be mutually spaced, in particular planar or forming a surface.
Ein Weg für die Erzeugung einer hohen lateralen Impedanz ist die Realisierung einer Parallelresonanz oder Sperresonanz zwischen den genannten Elementen. Hierzu können Kapazitäten der Elemente zu einer zugeordneten Massefläche und/oder zwischen benachbarten Elemente mit Induktivitäten kombiniert werden. Insbesondere werden die Elemente mit der Massefläche durch dünne, induktiv wirkende Leistungsabschnitte, wie Stege oder sogenannte Vias, verbunden. Eine hohe laterale Impedanz ergibt sich im Bereich der Frequenz der Parallelresonanz oder Sperresonanz – also in der Nähe der Sperr- oder Resonanzfrequenz – zwischen zwei Elementen, wenn beispielsweise eine der HIS-Struktur zugeordnete Antenne oder Spule dort betrieben wird. Da die Induktivitäten und Kapazitäten einer solchen Anordnung in der Regel verhältnismäßig gering sind, liegt die Resonanzfrequenz meist weit oberhalb der üblicherweise gewünschten oder tatsächlichen Arbeitsfrequenz. Die vorliegende Erfindung befaßt sich u. a. mit einer Absenkung dieser Resonanzfrequenz.One way to generate a high lateral impedance is to realize a parallel resonance or lock resonance between said elements. For this purpose, capacitances of the elements to an associated ground plane and / or between adjacent elements with inductances can be combined. In particular, the elements are connected to the ground plane by thin, inductively acting power sections, such as webs or so-called vias. A high lateral impedance results in the range of the frequency of the parallel resonance or locking resonance - ie in the vicinity of the blocking or resonance frequency - between two elements, for example when an antenna or coil assigned to the HIS structure is operated there. Since the inductances and capacitances of such an arrangement are usually relatively low, the resonance frequency is usually far above the usually desired or actual operating frequency. The present invention is concerned u. a. with a lowering of this resonance frequency.
Die Resonanzfrequenz kann beispielsweise verringert werden, indem die Induktivitäten und/oder die Kapazitäten vergrößert werden. Die Leitungsabschnitte können zu einer Vergrößerung der induktiven Wirkung verlängert werden. Werden hierzu die Elemente in einer größeren Entfernung zu der Massefläche angeordnet, führt diese Maßnahme jedoch gleichzeitig zu einer Verringerung der Kapazitäten, was der erwünschten Verringerung der Resonanzfrequenz entgegenwirkt. Alternativ kann die Kapazität vergrößert werden, insbesondere durch die Vergrößerung der lateralen Abmessungen der Elemente. Je größer die Abmessungen der Elemente jedoch werden, desto inhomogener wird auch das Verhalten der Struktur. Im Grenzfall ist es möglich, dass bei sehr großen Elementen ein Stromfluß innerhalb dieser dazu führt, dass die Struktur keine hohe laterale Impedanz mehr aufweist.The resonant frequency can be reduced, for example, by the inductors and / or the capacities are increased. The line sections can be extended to increase the inductive effect. However, if the elements are arranged at a greater distance from the ground plane, this measure simultaneously leads to a reduction of the capacitances, which counteracts the desired reduction of the resonance frequency. Alternatively, the capacity can be increased, in particular by increasing the lateral dimensions of the elements. However, the larger the dimensions of the elements become, the more inhomogeneous the behavior of the structure becomes. In the limiting case, it is possible that with very large elements, a current flow within this leads to the structure no longer having a high lateral impedance.
Die WO 02/011239 A2 offenbart ein Antennen-Array mit einer HIS-Struktur. Zur Anpassung der Resonanzfrequenz der HIS-Struktur werden Spiralinduktivitäten und Kapazitäten in Form mikro-elektro-mechanischer Systeme vorgeschlagen. Der Aufbau ist aufwendig und erfordert kostenintensive Produktionsschritte zur Herstellung sowohl der Spiralinduktivitäten als auch der Kapazitäten. Weiterhin ist die erzielbare Serieninduktivität begrenzt, was auch die Reduktion der Abmessungen der Elemente beschränkt.The WO 02/011239 A2 discloses an antenna array with a HIS structure. To adapt the resonant frequency of the HIS structure spiral inductances and capacitances in the form of micro-electro-mechanical systems are proposed. The structure is complex and requires costly production steps for the production of both the spiral inductances and the capacities. Furthermore, the achievable series inductance is limited, which also limits the reduction in the dimensions of the elements.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit einer HIS-Struktur und einen Magnetresonanztomographen mit einer solchen Anordnung anzugeben, wobei ein einfacher und/oder kostengünstiger Aufbau, ein sehr gut anpaßbarer Aufbau und/oder eine niedrige Resonanzfrequenz und/oder hohe Homogenität der Struktur ermöglicht wird bzw. werden.The present invention has for its object to provide an arrangement with a HIS structure and a magnetic resonance tomograph with such an arrangement, wherein a simple and / or inexpensive construction, a very well adaptable structure and / or a low resonance frequency and / or high homogeneity of the Structure is or will be possible.
Die obige Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 oder durch einen Magnetresonanztomographen gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The above object is achieved by an arrangement according to claim 1 or by a magnetic resonance tomograph according to claim 10. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Anordnung von Leitungen oder Induktivitäten, über die Elemente einer HIS-Struktur an eine Massefläche angeschlossen sind, insbesondere zumindest im wesentlichen auf einer den Elementen abgewandten Seite der Massefläche. Alternativ weisen die Leitungen bzw. Induktivitäten jeweils mehrere quer zur Flächenerstreckung der Massefläche und/oder Elementebene verlaufende Leitungsabschnitte auf.A first aspect of the present invention relates to the arrangement of lines or inductors, via which elements of a HIS structure are connected to a ground plane, in particular at least substantially on a side of the ground plane facing away from the elements. Alternatively, the lines or inductors each have a plurality of line sections extending transversely to the surface extension of the ground plane and / or element plane.
Auf der den Elementen abgewandten Seite oder Rückseite der Massefläche können ein einfacher und kostengünstiger Aufbau und eine optimale Anordnung der Leitungen bzw. Induktivitäten realisiert werden, insbesondere so, dass ein gewünschtes induktives Verhalten wesentlich einfacher und kostengünstiger realisiert werden kann. Entsprechendes gilt für Induktivitäten, die jeweils mehrere quer zur Flächenerstreckung der Massefläche verlaufende Leitungsabschnitte aufweisen.On the side facing away from the elements or back of the ground surface, a simple and inexpensive construction and an optimal arrangement of the lines or inductors can be realized, in particular so that a desired inductive behavior can be realized much easier and cheaper. The same applies to inductors, each having a plurality of transverse to the surface extension of the ground surface extending pipe sections.
Weiter ermöglicht der vorschlagsgemäße Aufbau eine einfach anpassbare und/oder niedrige Resonanzfrequenz der HIS-Struktur und/oder eine verbesserte Homogenität der HIS-Struktur in lateraler Richtung und/oder kleine Elemente.Furthermore, the proposed construction allows a readily adaptable and / or low resonance frequency of the HIS structure and / or an improved homogeneity of the HIS structure in the lateral direction and / or small elements.
Vorzugsweise wird zum Anschluß oder zur Kontaktierung der Elemente jeweils ein Leitungsabschnitt, wie ein Via oder Steg, durch die Massefläche hindurch auf die den Elementen abgewandte Seite bzw. Rückseite zur Verbindung mit den (zusätzlichen) Leitungen bzw. Induktivitäten auf der Rückseite geführt. Dies bietet den Vorteil einer einfachen Kontaktierung.Preferably, for connection or contacting of the elements, in each case a line section, such as a via or web, is guided through the ground plane onto the side or rear side facing away from the elements for connection to the (additional) lines or inductors on the rear side. This offers the advantage of easy contacting.
Vorzugsweise werden die Leitungen bzw. Induktivitäten als Wellenleiter, insbesondere Streifenleitungen oder Koaxialleitungen, realisiert. Diese gestatten eine einfache und günstige Herstellung, erfordern keine geringen Fertigungstoleranzen und bieten Vorteile bezüglich der Reproduzierbarkeit.The lines or inductors are preferably realized as waveguides, in particular strip lines or coaxial lines. These allow a simple and inexpensive production, require no small manufacturing tolerances and offer advantages in terms of reproducibility.
Als Wellenleiter werden im allgemeinen Medien bezeichnet, die durch ihre physikalischen Eigenschaften eine Welle bündeln, so dass sie darin geführt wird. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind mit dem Begriff ”Wellenleiter” in der Regel Leiter für elektromagnetische Wellen gemeint, was jedoch keine Beschränkung darstellen soll. Insbesondere sind solche Wellenleiter gemeint, die aufgrund ihres elektrisch leitenden Aufbaus mit verteilten Kapazitiven sowie induktiven Belägen die Eigenschaft eine Wellenleitung ermöglichen. Besonders bevorzugt sind Streifenleitungen oder Koaxialleitungen, da diese im Zusammenhang mit HIS-Strukturen einfach und kostengünstig realisierbar sind.As waveguides, media are generally referred to, which bundle a shaft by their physical properties, so that it is guided therein. In the context of the present invention, the term "waveguide" usually means conductors for electromagnetic waves, but this is not intended to be limiting. In particular, those waveguides are meant which, due to their electrically conductive construction with distributed capacitive as well as inductive coverings, enable the characteristic of waveguiding. Particularly preferred are strip lines or coaxial lines, since these are easy and inexpensive to implement in connection with HIS structures.
Als vorteilhaft wird zudem angesehen, auch andere induktiv wirkende Strukturen als Wellenleiter auf der den Elementen abgewandten Seite der Massefläche oder einer Trägerplatte zu realisieren. Insbesondere ist es möglich, auch Spiralinduktivitäten zu verwenden, da diese in vorteilhafter Weise auf der Rückseite ebenfalls einfacher, kostengünstiger und insbesondere anstatt in lateraler auch in vertikaler Richtung realisiert werden können.It is also considered advantageous to realize other inductively acting structures as waveguides on the side facing away from the elements of the ground plane or a carrier plate. In particular, it is also possible to use spiral inductors, since they can also be realized in an advantageous manner on the rear side in a simpler, more cost-effective manner and, in particular, instead of laterally and also in the vertical direction.
Weiterhin ist es vorschlagsgemäß auch möglich, die Resonanzfrequenz der HIS-Struktur unter Verwendung von Streifenleitungen anzupassen, die sich auf derselben Seite der Massefläche wie die Elemente befinden. Eine Kombination einer Kontaktierung der Elemente durch die Massefläche hindurch mit der Realisierung einer Induktivität in Form einer Wellenleitung vereint jedoch mehrere Vorteile und ist daher besonders bevorzugt.Furthermore, it is also possible, as proposed, to adapt the resonant frequency of the HIS structure using strip lines located on the same side of the ground plane as the elements. A combination of a contacting of the elements through the ground plane with the realization of an inductance in the form of a Waveguide, however, combines several advantages and is therefore particularly preferred.
Die Resonanzfrequenz der HIS-Struktur ist insbesondere eine Frequenz, bei der ein Schwingkreis aus Kapazitäten der Elemente zu einem Bezugsknoten, zu der Massefläche und/oder zueinander zusammen mit induktiven Leitungselementen und/oder Wellenleitern und/oder Spulen resoniert, insbesondere eine Parallel- oder Sperresonanz bildet.The resonant frequency of the HIS structure is in particular a frequency at which a resonant circuit resonates capacitances of the elements to a reference node, to the ground plane and / or to each other together with inductive line elements and / or waveguides and / or coils, in particular a parallel or locking resonance forms.
Eine verbesserte Homogenität der Struktur kann durch verringerte Abmessungen der Elemente erreicht werden. Diese führen tendenziell zu einer Verringerung der den Elementen zugeordneten Kapazitäten, insbesondere der Kapazitäten zwischen den Elementen einerseits und der Trägerplatte oder Massefläche andererseits sowie zwischen den Elementen. Es wird vorgeschlagen, vorzugsweise die Induktivität anzupassen, um eine geeignete Resonanzfrequenz, insbesondere auch bei Einsatz von Elementen geringer Abmessungen, zu erzielen.Improved homogeneity of the structure can be achieved by reducing the dimensions of the elements. These tend to reduce the capacitances associated with the elements, in particular the capacitances between the elements on the one hand and the support plate or ground plane on the other hand and between the elements. It is proposed to preferably adapt the inductance in order to achieve a suitable resonant frequency, in particular even when using elements of small dimensions.
Abmessungen, insbesondere Abmessungen der Elemente, sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Abmessungen in Bezug auf die Wellenlänge einer Frequenz, wie einer Resonanzfrequenz der HIS-Struktur oder einer Arbeitsfrequenz einer der HIS-Struktur zugeordneten Anwendung. Geringe Abmessungen der Elemente sind insbesondere Abmessungen, die vorzugsweise weniger als 1/10 oder 1/20 der Wellenlänge betragen.Dimensions, in particular dimensions of the elements, in the context of the present invention are dimensions with respect to the wavelength of a frequency, such as a resonant frequency of the HIS structure or an operating frequency of an application associated with the HIS structure. Small dimensions of the elements are in particular dimensions which are preferably less than 1/10 or 1/20 of the wavelength.
Ein weiterer, auch unabhängig realisierbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Magnetresonanztomographen mit einer Anordnung mit einer vorschlagsgemäßen HIS-Struktur, der insbesondere eine Antenne, Spule oder sonstige Struktur, die elektrische, magnetische und/oder elektromagnetische Felder erzeugt, zugeordnet sein kann. Bereits bei Abmessungen der Elemente von 1/10 oder weniger der Wellenlänge sind erste positive Effekte der HIS-Struktur zu verzeichnen. Insbesondere Abmessungen von 1/20 bis 1/40 der Wellenlänge stellen besonders vorteilhafte Kompromisse zwischen Homogenität und Aufwand dar.Another aspect of the present invention, which can also be implemented independently, relates to a magnetic resonance tomograph having an arrangement with a proposed HIS structure, which can in particular be associated with an antenna, coil or other structure that generates electrical, magnetic and / or electromagnetic fields. Even with dimensions of the elements of 1/10 or less of the wavelength, the first positive effects of the HIS structure can be observed. In particular, dimensions of 1/20 to 1/40 of the wavelength represent particularly advantageous compromises between homogeneity and effort.
Bisher ist es üblich, zur Erzeugung von, insbesondere hochfrequenten, magnetischen oder elektromagnetischen Feldern in einem Magnetresonanztomographen Induktivitäten, insbesondere aus Streifenleitungen, mit einer durchgehenden leitenden Massefläche bzw. Trägerplatte zu verwenden. In vorteilhafter Weise ist es durch Einsatz einer HIS-Struktur, insbesondere der vorschlagsgemäßen HIS-Struktur oder einer sonstigen HIS-Struktur, in einem Magnetresonanztomographen möglich, die Verluste zu verringern und/oder eine verbesserte Abstrahlcharakteristik und/oder Abstrahlleistung und/oder Richtcharakteristik zu erzielen.Up to now, it has been customary to use inductances, in particular of strip lines, with a continuous conductive ground area or carrier plate for generating, in particular high-frequency, magnetic or electromagnetic fields in a magnetic resonance tomograph. Advantageously, by using a HIS structure, in particular the proposed HIS structure or another HIS structure, in a magnetic resonance tomograph, it is possible to reduce the losses and / or to achieve an improved emission characteristic and / or emission power and / or directional characteristic ,
Gemäß einem anderen, unabhängig realisierbaren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der vorschlagsgemäßen oder einer sonstigen HIS-Struktur eine Spule zugeordnet. Bisher wurden HIS-Strukturen ausschließlich für spezielle Antennen-Anwendungen verwendet. Die dieser Erfindung zugrundeliegenden Arbeiten haben jedoch gezeigt, dass auch das Verhalten einer Spule durch Zuordnung einer HIS-Struktur wesentlich verbessert werden kann. So ist es möglich, Verluste in einer Massefläche bzw. Trägerplatte auch im Fall einer Induktivität durch Einsatz einer HIS-Struktur zu verringern. Zudem ist es möglich, durch Einsatz einer HIS-Struktur die Erzeugung und Ausrichtung von magnetischen Feldern, insbesondere von B1-Feldern, zu verbessern.According to another independently feasible aspect of the present invention, a coil is associated with the proposed or other HIS structure. So far, HIS structures have been used exclusively for specific antenna applications. However, the underlying of this invention work has shown that the behavior of a coil can be significantly improved by assigning a HIS structure. Thus, it is possible to reduce losses in a ground plane or carrier plate even in the case of inductance by using a HIS structure. In addition, it is possible to improve the generation and alignment of magnetic fields, in particular B1 fields, by using a HIS structure.
Weiterhin ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Form oder Formgebung der HIS-Struktur sowie die Form einer Anordnung mit der HIS-Struktur zu variieren. Aus dem Stand der Technik sind lediglich plane HIS-Strukturen bekannt. Vorschlagsgemäß ist es jedoch möglich, HIS-Strukturen sowie Anordnungen mit solchen Strukturen hiervon abweichend zu realisieren. In vorteilhafter Weise ist es insbesondere durch eine Krümmung, Wölbung oder tonnenartige Verformung der Anordnung möglich, die Anpassung der Bauform insbesondere an die räumlichen Bedingungen in einem Magnetresonanztomographen zu verbessern und/oder den Einsatz größerer zusammenhängender HIS-Strukturen zu ermöglichen. Zudem kann eine vorschlagsgemäße HIS-Struktur auch flexibel ausgestaltet sein.Furthermore, it is advantageously possible to vary the shape or shape of the HIS structure as well as the shape of an arrangement with the HIS structure. Only planar HIS structures are known from the prior art. According to the proposal, however, it is possible to realize HIS structures as well as arrangements with such structures deviating therefrom. Advantageously, it is possible in particular by a curvature, curvature or barrel-like deformation of the arrangement to improve the adaptation of the design in particular to the spatial conditions in a magnetic resonance tomograph and / or to enable the use of larger contiguous HIS structures. In addition, a proposed HIS structure can also be configured flexibly.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform betrifft einen Magnetresonanztomographen, der eine Anordnung mit einer Spule auf einer HIS-Struktur aufweist, wobei diese Struktur vorzugsweise Elemente mit einer verringerten lateralen Abmessung, eine angepaßte oder verringerte Resonanzfrequenz und/oder Wellenleitungen aufweist, insbesondere Streifenleitungen, die vorzugsweise auf einer der Elemente gegenüberliegenden Seite einer Trägerplatte oder Massefläche angeordnet sind.A particularly preferred embodiment relates to a magnetic resonance tomograph having an arrangement with a coil on a HIS structure, which structure preferably has elements with a reduced lateral dimension, a matched or reduced resonant frequency and / or waveguides, in particular strip lines, preferably on one the elements opposite side of a support plate or ground surface are arranged.
Die oben und nachfolgend beschriebenen Aspekte können sowohl einzeln als auch in einer beliebigen Kombination realisiert werden.The aspects described above and below can be realized both individually and in any combination.
Weitere Aspekte, Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigen:Further aspects, advantages, features and characteristics of the present invention will become apparent from the claims and from the following description of preferred embodiments with reference to the drawing. Show it:
1A einen schematischen Schnitt einer vorschlagsgemäßen Anordnung mit einer vorschlagsgemäßen HIS-Struktur; 1A a schematic section of a proposed arrangement with a proposed HIS structure;
1B eine Aufsicht der HIS-Struktur gemäß 1A; 1B a supervision of the HIS structure according to 1A ;
1C einen schematischen Schnitt der Anordnung senkrecht zum Schnitt gemäß 1A; 1C a schematic section of the arrangement perpendicular to the section according to 1A ;
2A einen schematischen Schnitt eines Teils einer vorschlagsgemäßen HIS-Struktur mit Koaxialleitungen; 2A a schematic section of a part of a proposed HIS structure with coaxial cables;
2B einen schematischen Schnitt eines Teils einer anderen vorschlagsgemäßen HIS-Struktur mit Koaxialleitungen; 2 B a schematic section of part of another proposed HIS structure with coaxial lines;
3A eine Aufsicht einer vorschlagsgemäßen HIS-Struktur mit Streifenleitungen; 3A a plan view of a proposed HIS structure with strip lines;
3B einen schematischen Schnitt der HIS-Struktur gemäß 3A; 3B a schematic section of the HIS structure according to 3A ;
3C eine Aufsicht auf einen Teil einer HIS-Struktur mit einer gewundenen oder gebogenen Streifenleitung; 3C a plan view of a portion of a HIS structure with a meandering or curved stripline;
3D eine Aufsicht einer weiteren vorschlagsgemäßen HIS-Struktur mit Streifenleitungen; 3D a plan view of another proposed HIS structure with strip lines;
4A eine Aufsicht einer vorschlagsgemäßen HIS-Struktur mit mehreren vertikalen Leitungsabschnitten; 4A a plan view of a proposed HIS structure with multiple vertical line sections;
4B einen schematischen Schnitt der HIS-Struktur gemäß 4A; 4B a schematic section of the HIS structure according to 4A ;
5A eine Aufsicht einer vorschlagsgemäßen HIS-Struktur mit an den Elementen angeschlossenen Kondensatoren; 5A a plan view of a proposed HIS structure with capacitors connected to the elements;
5B einen schematischen Schnitt der HIS-Struktur gemäß 5A; 5B a schematic section of the HIS structure according to 5A ;
6A eine Aufsicht einer vorschlagsgemäßen Anordnung mit einer ringförmigen Spule; 6A a plan view of a proposed arrangement with an annular coil;
6B eine Aufsicht einer vorschlagsgemäßen Anordnung mit einer U-förmigen Streifenleitungs-Spule; 6B a plan view of a proposed arrangement with a U-shaped stripline coil;
6C eine Aufsicht einer vorschlagsgemäßen Anordnung mit einer dipolartigen Streifenleitungs-Spule; 6C a plan view of a proposed arrangement with a dipole-like stripline coil;
6D eine Aufsicht einer vorschlagsgemäßen Anordnung mit einer Kombination aus Spule und Antenne; 6D a plan view of a proposed arrangement with a combination of coil and antenna;
7A eine Aufsicht einer vorschlagsgemäßen Anordnung mit zwei Leiterstreifen; 7A a plan view of a proposed arrangement with two conductor strips;
7B einen schematischen Schnitt der Anordnung gemäß 7A; 7B a schematic section of the arrangement according to 7A ;
7C eine bevorzugte Stromverteilung entlang der Leiterstreifen der Anordnung gemäß 7A; 7C a preferred current distribution along the conductor strips of the arrangement according to 7A ;
8A eine Aufsicht einer anderen vorschlagsgemäßen Anordnung mit antennenartigen Streifenleitungen; 8A a plan view of another proposed arrangement with antenna-like strip lines;
8B einen schematischen Schnitt der Anordnung gemäß 8A; 8B a schematic section of the arrangement according to 8A ;
9A einen schematischen Schnitt eines vorschlagsgemäßen Tomographen; und 9A a schematic section of a proposed tomograph; and
9B einen schematischen Schnitt eines vorschlagsgemäßen Tomographen gemäß 9A entlang der Linie IX-IX. 9B a schematic section of a proposed tomograph according to 9A along the line IX-IX.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet, wobei sich entsprechende Merkmale und Vorteile bzw. Eigenschaften ergeben, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.In the figures, the same reference numerals are used for the same or similar components and components, resulting in corresponding features and advantages or properties, even if a repeated description is omitted.
Nachfolgend wird zunächst ein grundsätzlicher Aufbau einer Anordnung A mit einer Struktur 1 hoher lateraler Impedanz – kurz HIS-Struktur genannt – im Sinne der vorliegenden Erfindung anhand von 1 näher erläutert.Hereinafter, a basic structure of an arrangement A having a structure will be described first 1 high lateral impedance - short HIS structure called - in the context of the present invention with reference to 1 explained in more detail.
1A zeigt in einem schematischen Schnitt die Anordnung A mit der HIS-Struktur 1, wobei der HIS-Struktur 1 vorzugsweise eine Antenne oder besonders bevorzugt eine Spule 15 zugeordnet ist. 1B zeigt in einer Draufsicht einen Ausschnitt der Anordnung A bzw. HIS-Struktur 1 ohne Antenne bzw. Spule 15. 1C zeigt die Anordnung A in einem Schnitt senkrecht zum Schnitt gemäß 1A entlang Linie I-I. 1A shows in a schematic section the arrangement A with the HIS structure 1 , wherein the HIS structure 1 preferably an antenna or more preferably a coil 15 assigned. 1B shows in a plan view a section of the arrangement A or HIS structure 1 without antenna or coil 15 , 1C shows the arrangement A in a section perpendicular to the section according to 1A along line II.
Die HIS-Struktur 1 ist vorzugsweise plattenförmig, planar bzw. eben oder flächig ausgebildet. Jedoch kann die HIS-Struktur 1 grundsätzlich auch gewölbt oder tonnenförmig bzw. hohlzylindrisch ausgebildet sein oder eine sonstige Form aufweisen.The HIS structure 1 is preferably plate-shaped, planar or planar or flat. However, the HIS structure 1 Basically also be curved or barrel-shaped or hollow cylindrical or have another shape.
Die HIS-Struktur 1 weist elektrisch leitfähige Elemente 2 auf, die zumindest im wesentlichen in einer Ebene oder Elementfläche E angeordnet sind oder diese bilden. Die HIS-Struktur 1 weist weiter elektrische Verbindungen bzw. Leitungsabschnitte 3 und eine den Elementen 2 zugeordnete Träger- und/oder Massefläche 4 auf.The HIS structure 1 has electrically conductive elements 2 on, which are arranged at least substantially in a plane or element surface E or form this. The HIS structure 1 also has electrical connections or line sections 3 and one of the elements 2 assigned carrier and / or ground surface 4 on.
Insbesondere sind die Elemente 2 über die Leitungsabschnitte 3 an die Massefläche 4 angeschlossen. Bei den Leitungsabschnitten 3 handelt es sich vorzugsweise um Stege, Vias oder dergleichen, die sich vorzugsweise zumindest im wesentlichen senkrecht zur Massefläche 4 und/oder Elementfläche E erstrecken.In particular, the elements 2 over the pipe sections 3 to the ground plane 4 connected. At the pipe sections 3 is it? preferably around webs, vias or the like, which are preferably at least substantially perpendicular to the ground plane 4 and / or element surface E extend.
Die Elemente 2 sind über die Leitungsabschnitte 3 und die Massefläche 4 elektrisch miteinander verbunden. Die Elemente 2 sind vorzugsweise flächig bzw. plattenartig ausgebildet und bedecken oder überdecken die zugeordnete Massefläche 4 zumindest im wesentlichen weitgehend oder vollständig. Jedoch sind die Elemente 4 vorzugsweise nicht unmittelbar bzw. direkt miteinander elektrisch verbunden.The Elements 2 are over the pipe sections 3 and the ground plane 4 electrically connected to each other. The Elements 2 are preferably formed flat or plate-like and cover or cover the associated ground surface 4 at least substantially substantially or completely. However, the elements are 4 preferably not directly or directly electrically connected to each other.
Zwischen den Elementen 2 bzw. der Elementfläche E einerseits und der Massefläche 4 ist optional ein Dielektrikum D angeordnet, wie in 1A angedeutet.Between the elements 2 or the element surface E on the one hand and the ground plane 4 Optionally, a dielectric D is arranged as in 1A indicated.
Die Träger- bzw. Massefläche 4 bildet vorzugsweise einen Träger für die HIS-Struktur 1 bzw. die Elemente 2, insbesondere zusammen mit dem Dielektrikum D und/oder den Leitungsabschnitten 3.The carrier or ground plane 4 preferably forms a support for the HIS structure 1 or the elements 2 , in particular together with the dielectric D and / or the line sections 3 ,
Beim Darstellungsbeispiel sind die Elemente 2 zumindest im wesentlichen als quadratische Plattenstücke ausgebildet. Jedoch können die Elemente 2 auch jede sonstige Form, insbesondere eine polygonale Form, wie eine Sechseck- oder Achteckform, eine längliche Form oder eine Kreisform, aufweisen.In the illustration example are the elements 2 at least substantially formed as a square plate pieces. However, the elements can 2 also have any other shape, in particular a polygonal shape, such as a hexagonal or octagonal shape, an elongated shape or a circular shape.
Die Elemente 2 sind vorzugsweise regelmäßig bzw. rasterartig über der Massefläche 4 angeordnet bzw. verteilt, wie in der schematischen, ausschnittsweisen Draufsicht gemäß 1B angedeutet. Jedoch sind auch sonstige Anordnungen und/oder Linien oder streifenförmige Versatze oder dergleichen möglich.The Elements 2 are preferably regular or grid-like over the ground plane 4 arranged or distributed, as shown in the schematic, fragmentary plan view according to 1B indicated. However, other arrangements and / or lines or strip-shaped offset or the like are possible.
Die gewünschte hohe laterale Impedanz wird bei der HIS-Struktur 1 dadurch erreicht, dass die Elemente 2 nicht unmittelbar elektrisch miteinander verbunden sind. Statt dessen sind die Elemente 2 bei dem Darstellungsbeispiel über die Leitungsabschnitte 3 mit der Massefläche 4 gekoppelt. Die Leitungsabschnitte 3 sind vorzugsweise relativ dünn ausgebildet, so dass diese eine gewisse, vorzugsweise hohe Induktivität aufweisen oder zeigen. Des weiteren weisen die Elemente 2 zu der Massefläche 4 und/oder jeweils zueinander eine Kapazität auf. So wird zwischen zwei benachbarten Elementen 2 ein Parallel-Schwingkreis mit einer Sperr-Resonanz bzw. Resonanzfrequenz oder Sperrfrequenz gebildet.The desired high lateral impedance is at the HIS structure 1 achieved by that the elements 2 not directly electrically connected to each other. Instead, the elements are 2 in the illustrated example about the line sections 3 with the ground plane 4 coupled. The pipe sections 3 are preferably formed relatively thin, so that they have a certain, preferably high inductance or show. Furthermore, the elements have 2 to the ground plane 4 and / or to each other a capacity. So is between two adjacent elements 2 a parallel resonant circuit is formed with a blocking resonance or resonance frequency or blocking frequency.
Die Struktur 1 wird in der Regel bei einer Arbeitsfrequenz betrieben. Diese Arbeitsfrequenz ist insbesondere die Frequenz, mit der die der HIS-Struktur 1 zugeordnete Antenne oder Spule 15 betrieben wird. Die Struktur 1 wirkt jedoch insbesondere durch Kopplung von Signalanteilen bei der Arbeitsfrequenz in die Struktur 1. Daher wird im Folgenden auch bei der Struktur 1 von einer Arbeitsfrequenz gesprochen, auch wenn in die HIS-Struktur 1 nicht direkt und unmittelbar ein Signal eingekoppelt wird. Zu der Arbeitsfrequenz korrespondiert eine Wellenlänge, die von der Permittivität des umgebenen Mediums abhängt. Größenverhältnisse und/oder Abmessungen in der vorliegenden Anmeldung sind in der Regel im Verhältnis zu dieser Wellenlänge zu sehen. Die Arbeitsfrequenz liegt vorzugsweise im Bereich der Mikrowellen oder Rundfunkwellen, insbesondere im Bereich von 100 MHz bis 500 MHz, ist jedoch hierauf nicht beschränkt.The structure 1 is usually operated at a working frequency. This working frequency is in particular the frequency with which the HIS structure 1 assigned antenna or coil 15 is operated. The structure 1 However, in particular acts by coupling signal components at the working frequency in the structure 1 , Therefore, below is also the structure 1 spoken of a working frequency, even if in the HIS structure 1 not directly and immediately a signal is coupled. At the operating frequency corresponds to a wavelength that depends on the permittivity of the surrounding medium. Size relationships and / or dimensions in the present application are generally seen in relation to this wavelength. The operating frequency is preferably in the range of microwaves or radio waves, in particular in the range of 100 MHz to 500 MHz, but is not limited thereto.
Die Resonanzfrequenz der HIS-Struktur 1 hängt einerseits von den geometrischen Verhältnissen, andererseits aber auch von den Eigenschaften der verwendeten Materialien und insbesondere davon ab, ob der Zwischenraum zwischen den Elementen 2 und der Trägerplatte oder Massefläche 4 mit einem Dielektrikum D, insbesondere mit Polyethylen, PTFE, Keramik, Epoxy, Silikat, Glimmer, Luft oder einer Kombination davon, oder sonstigen Dielektrika gefüllt ist, was Auswirkungen auf die Kapazität hat.The resonant frequency of the HIS structure 1 depends on the one hand on the geometric conditions, on the other hand, but also on the properties of the materials used and in particular on whether the space between the elements 2 and the carrier plate or ground plane 4 is filled with a dielectric D, in particular with polyethylene, PTFE, ceramic, epoxy, silicate, mica, air or a combination thereof, or other dielectrics, which has an effect on the capacity.
Bei einer üblichen HIS-Struktur 1 liegt die Resonanzfrequenz in der Regel relativ zur Arbeitsfrequenz hoch, da sowohl die Kapazität(en) als auch die Induktivität verhältnismäßig klein sind. Eine Anpassung der Resonanzfrequenz der HIS-Struktur 1 ist primär durch Vergrößerung der Elemente 2 möglich. Weiter kann die Induktivität dadurch vergrößert werden, dass die Leitungsabschnitte 3 verlängert oder schlanker ausgeführt werden. Diese Vergrößerung der Induktivität bzw. Verlängerung ist bei der ersten Ausführungsform gemäß 1 optional dadurch verwirklicht, dass die Leitungsabschnitte 3 durch die Massefläche 4 hindurch auf die der Elemente 2 abgewandten Seite geführt sind und dort beispielsweise eine Leiterschleife oder sonstige Verlängerung bilden und/oder über eine optionale (zusätzliche) Induktivität, Wellenleitung o. dgl. an die Massefläche 4 angeschlossen sein können. Die Leitungsabschnitte 3 bilden hier also (zusätzliche) Leitungen bzw. Induktivitäten auf der Rückseite der Massefläche 4. Dementsprechend kann so die Resonanzfrequenz bzw. Arbeitsfrequenz der HIS-Struktur 1 verringert werden.In a standard HIS structure 1 the resonance frequency is usually high relative to the operating frequency, since both the capacitance (s) and the inductance are relatively small. An adaptation of the resonant frequency of the HIS structure 1 is primarily by enlarging the elements 2 possible. Further, the inductance can be increased by that the line sections 3 be extended or slimmer. This increase in the inductance or extension is according to the first embodiment 1 optionally realized by the line sections 3 through the ground plane 4 through to the elements 2 on the opposite side and form there, for example, a conductor loop or other extension and / or an optional (additional) inductance, waveguide o. The like. To the ground plane 4 can be connected. The pipe sections 3 form here (additional) lines or inductors on the back of the ground plane 4 , Accordingly, so the resonance frequency or operating frequency of the HIS structure 1 be reduced.
Jedoch können die Leitungsabschnitte 3 auch direkt an die Massefläche 4 angeschlossen, also nicht durch diese hindurchgeführt sein.However, the line sections 3 also directly to the ground plane 4 connected, so not be passed through this.
Weiter ist es möglich, die Abmessungen der Elemente 2 zu vergrößern, um die Kapazitäten zu vergrößern und so die Resonanzfrequenz zu verringern. Jedoch sind die Elemente 2 in sich leitend und weisen nur untereinander eine hohe laterale Impedanz auf. Daher ist eine Struktur 1 mit möglichst kleinen Elementen 2 vorteilhaft bzw. wünschenswert für ein homogenes Verhalten mit einer hohen lateralen Impedanz. Eine Verkleinerung der Elemente 2 zur Homogenisierung des Verhaltens ist kaum möglich bzw. nicht bevorzugt, wenn die Leitungsabschnitte 3 direkt an die Massefläche 4 angeschlossen, also nicht durch diese hindurchgeführt sind.Next it is possible to measure the dimensions of the elements 2 to increase to increase the capacity and so reduce the resonance frequency. However, the elements are 2 conductive in itself and only have a high lateral impedance among each other. Therefore, a structure 1 with the smallest possible elements 2 advantageous or desirable for a homogeneous behavior with a high lateral impedance. A reduction of the elements 2 to homogenize the behavior is hardly possible or not preferred when the line sections 3 directly to the ground plane 4 connected, so are not passed through this.
Beim Darstellungsbeispiel ist die Antenne bzw. Spule 15 durch einen Leiterstreifen oder dergleichen gebildet, der sich vorzugsweise parallel zur HIS-Struktur 1 bzw. Elementfläche E und/oder beabstandet dazu erstreckt, besonders bevorzugt mit seiner Längserstreckung senkrecht zur Zeichenebene bei der Darstellung gemäß 1A. Wenn der Leiter bzw. Leiterstreifen von einem Strom in Längsrichtung geflossen wird, kann ein Magnetfeld B gebildet bzw. abgestrahlt werden, wie durch einen Pfeil in 1A schematisch angedeutet. Bei entsprechender Wechselstrombeaufschlagung mit der Arbeitsfrequenz wird ein entsprechendes Wechselfeld erzeugt bzw. abgestrahlt. Der die Antenne bzw. Spule S bildende Leiter oder Leiterstreifen kann beispielsweise an einem Ende mit der HIS-Struktur 1 bzw. einem oder mehreren Elementen 2 oder besonders bevorzugt direkt mit der Massefläche 4 kurzgeschlossen sein, wie durch K in 1C angedeutet. Die Einspeisung erfolgt vorzugsweise am anderen Ende 14 oder in einem Bereich zwischen dem kurzgeschlossenem Ende und dem freie Ende. Auf mögliche Antennen- und Spulenformen wird später noch näher eingegangen.In the illustration example, the antenna or coil 15 formed by a conductor strip or the like, which is preferably parallel to the HIS structure 1 or element surface E and / or spaced thereto, particularly preferably with its longitudinal extent perpendicular to the plane in the representation according to 1A , When the conductor or strip is flowed by a current in the longitudinal direction, a magnetic field B can be formed or radiated, as indicated by an arrow in 1A indicated schematically. With appropriate AC application with the operating frequency, a corresponding alternating field is generated or radiated. The conductor or conductor strip forming the antenna or coil S may be, for example, at one end with the HIS structure 1 or one or more elements 2 or more preferably directly to the ground plane 4 be shorted, as by K in 1C indicated. The feed is preferably at the other end 14 or in an area between the shorted end and the free end. Possible antenna and coil shapes will be discussed later.
Der die Antenne bzw. Spule 15 bildende Leiter oder Leiterstreifen ist vorzugsweise beabstandet zu oder über den Elementen 2 und auf der Massefläche 4 gegenüberliegenden Seite der Elementfläche E angeordnet. Es ist auf unterschiedliche Weise möglich, die Antenne bzw. Spule 15, insbesondere in einem gewünschten Abstand, anzuordnen und insbesondere zu befestigen. Eine Möglichkeit stellt der Einsatz eines optionalen Dielektrikums D2 dar. Dieses Dielektrikum D2 kann als Verbindungsschicht, Isolationsschicht und/oder Trägerschicht fungieren.The antenna or coil 15 forming conductors or conductor strips are preferably spaced apart from or above the elements 2 and on the ground plane 4 opposite side of the element surface E arranged. It is possible in different ways, the antenna or coil 15 , in particular at a desired distance, to arrange and in particular to fasten. One possibility is the use of an optional dielectric D2. This dielectric D2 can function as a connection layer, insulation layer and / or carrier layer.
Mittels des Dielektrikums D2 kann die Antenne bzw. Spule 15 insbesondere flächig mit der HIS-Struktur 1 verbunden oder auf dieser befestigt werden. Vorschlagsgemäß ist es jedoch auch möglich, die Antenne oder Spule 15 durch punktuelle, insbesondere dielektrische Abstandhalter, durch metallische Verbindungen zur HIS-Struktur 1 oder Massefläche 4 oder auf andere Weise zu befestigen und/oder zu montieren. Auch bei diesen Alternativen ist der Einsatz eines, insbesondere festen bzw. nicht flüssigen oder gasförmigen, Dielektrikums D2 optional möglich.By means of the dielectric D2, the antenna or coil 15 especially flat with the HIS structure 1 connected or attached to this. However, according to the proposal, it is also possible to use the antenna or coil 15 by punctiform, in particular dielectric spacers, by metallic connections to the HIS structure 1 or ground plane 4 or otherwise attach and / or assemble. Even with these alternatives, the use of a, in particular solid or non-liquid or gaseous, D2 dielectric is optionally possible.
Es ist möglich, die Dielektrika D2 und D einstückig auszuführen und/oder dasselbe oder unterschiedliche Materialien für die Dielektrika D2 und D zu verwenden. Weiter ist es vorschlagsgemäß möglich, für das Dielektrikum D und/oder D2 Luft zu verwenden.It is possible to integrate the dielectrics D2 and D in one piece and / or to use the same or different materials for the dielectrics D2 and D. Furthermore, it is possible according to the proposal to use air for the dielectric D and / or D2.
Die HIS-Struktur 1 bildet vorzugsweise eine Abschirmung und/oder einen Reflektor und/oder einen mechanischen Träger für die Antenne bzw. Spule 15.The HIS structure 1 preferably forms a shield and / or a reflector and / or a mechanical support for the antenna or coil 15 ,
Das Magnetfeld B kann grundsätzlich elektrische Ströme oder Rückströme, insbesondere in der Elementfläche E, erzeugen. Das Auftreten von Rückströmen wird durch die Unterteilung der Elementfläche E in einzelne, nicht unmittelbar elektrisch miteinander verbundene Elemente 2 minimiert. Für eine effektive Minimierung ist insbesondere eine kleinteilige Unterteilung, also geringe Größe der Elemente 2 vorteilhaft. Dies wurde auch bereits unter dem Begriff ”Homogenisierung” erläutert.The magnetic field B can in principle generate electrical currents or return currents, in particular in the element surface E. The occurrence of backflow is due to the subdivision of the element surface E into individual, not directly electrically connected elements 2 minimized. For effective minimization is in particular a small-scale subdivision, so small size of the elements 2 advantageous. This has already been explained by the term "homogenization".
Um das gewünschte homogene Verhalten zu erreichen, ist eine möglichst geringe Flächenerstreckung F (siehe 1B) der Elemente 2, insbesondere in ihrer Längserstreckung bzw. parallel zur Längserstreckung der zugeordneten Antenne bzw. Spule 15 oder quer zum Magnetfeld B – nachfolgend auch kurz ”effektive Flächenerstreckung” genannt – erwünscht.In order to achieve the desired homogeneous behavior, the smallest possible surface extension F (see 1B ) of the elements 2 , In particular in its longitudinal extent or parallel to the longitudinal extent of the associated antenna or coil 15 or across the magnetic field B - hereinafter also referred to as "effective areal extent" - desired.
Bei der dargestellten und bevorzugten, im wesentlichen quadratischen Ausbildung der Elemente 2 entspricht die Flächenerstreckung F insbesondere der Kantenlänge der einzelnen Elemente 2. Jedoch können die Elemente 2 bei beispielsweise rechteckiger Ausbildung auch unterschiedliche Kantenlängen und damit Flächenerstreckungen F aufweisen. Ein weiteres alternatives oder zu der Flächenerstreckung F korrespondierendes Maß mag auch der jeweils in der entsprechenden Richtung wirkende Mittenabstand der Elemente 2 sein.In the illustrated and preferred, substantially square design of the elements 2 corresponds to the surface extension F in particular the edge length of the individual elements 2 , However, the elements can 2 have, for example, rectangular shape and different edge lengths and thus surface extensions F. A further alternative measure or corresponding to the surface extension F may also be the center distance of the elements acting in the corresponding direction 2 be.
Wünschenswert ist eine mittlere oder maximale oder minimale oder effektive Flächenerstreckung F der Elemente 2 von weniger als einem Zehntel, vorzugsweise weniger als einem Fünfzehntel oder einem Zwanzigstel der Wellenlänge der Resonanzfrequenz und/oder Arbeitsfrequenz der HIS-Struktur 1.Desirable is a mean or maximum or minimum or effective areal extent F of the elements 2 less than one tenth, preferably less than one fifteenth or one twentieth of the wavelength of the resonant frequency and / or operating frequency of the HIS structure 1 ,
So ist es möglich, dass eine Dipolantenne der Anordnung A beispielsweise eine Längserstreckung aufweist, die lediglich dem 4- bis 5-fachen der Flächenerstreckung F entspricht. Für ein homogenes Verhalten der Struktur 1 ist es vorteilhaft, die Flächenerstreckung F zu reduzieren, insbesondere auf 1/20 der Wellenlänge oder weniger.Thus, it is possible for a dipole antenna of the arrangement A to have, for example, a longitudinal extent which corresponds to only 4 to 5 times the areal extent F. For a homogeneous behavior of the structure 1 it is advantageous to reduce the areal extent F, in particular to 1/20 of the wavelength or less.
Als Grundlage für die Herstellung von HIS-Strukturen 1 können beispielsweise handelsübliche kupferkaschierte Substratmaterialen, insbesondere solche mit Stärken bis 3,2 mm, verwendet werden. Die Dielektrika D und D2 weisen typisch relative Permittivitäten zwischen 1 und 11, insbesondere zwischen 3 und 6 auf. Bei einer Anwendungsfrequenz von beispielsweise etwa 300 MHz kann die Erstreckung der Elemente 1 in der Elementfläche E beispielsweise kleiner als 10 cm sein, vorzugsweise kleiner als 5 oder 2,5 cm. In diesem Fall liegen die Abstände zwischen benachbarten Elementen 2 in einem Bereich vorzugsweise zwischen 1 mm und 3 mm.As a basis for the production of HIS structures 1 For example, commercially available copper-clad substrate materials, especially those with thicknesses up to 3.2 mm, can be used. The dielectrics D and D2 typically have relative permittivities between 1 and 11, in particular between 3 and 6. At an application frequency of, for example, about 300 MHz, the extent of the elements 1 in the element surface E, for example, be smaller than 10 cm, preferably smaller than 5 or 2.5 cm. In this case, the distances between adjacent elements 2 in a range preferably between 1 mm and 3 mm.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine HIS-Struktur 1, bei der die Elemente 2 durch die Trägerplatte oder Massefläche 4 hindurch kontaktiert werden. In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine einfache und kostengünstigere Realisierung von, vorzugsweise induktiv wirkenden, Strukturen, insbesondere auf der Rückseite der Massefläche 4. Weiter ermöglicht dies eine Beeinflussung, insbesondere Verringerung, der Sperr-Resonanzfrequenz, bei der die HIS-Struktur 1 eine hohe Impedanz zwischen den Elementen 2, insbesondere ein Impedanzmaximum, aufweist. Weiterhin ermöglicht dies eine Verringerung der Abmessungen der Elemente 2, insbesondere in deren, insbesondere effektive, Flächenerstreckung F, und/oder eine Homogenisierung des Verhaltens der HIS-Struktur 1.One aspect of the present invention relates to a HIS structure 1 in which the elements 2 through the carrier plate or ground plane 4 be contacted through. This advantageously makes possible a simple and less expensive realization of structures, preferably inductively acting structures, in particular on the rear side of the ground plane 4 , Furthermore, this allows an influence, in particular reduction, of the blocking resonance frequency at which the HIS structure 1 a high impedance between the elements 2 , in particular an impedance maximum. Furthermore, this allows a reduction in the dimensions of the elements 2 , in particular in their, in particular effective, surface extension F, and / or a homogenization of the behavior of the HIS structure 1 ,
Wie erwähnt ist es wünschenswert, die Resonanz- bzw. Sperrfrequenz der HIS-Struktur 1 abzusenken, insbesondere in die Nähe der Arbeitsfrequenz. Dies erfolgt insbesondere durch zusätzliche Leitungen bzw. Induktivitäten auf der den Elementen 2 abgewandten Seite der Massefläche 4. Anstelle durch die bei der Ausführungsform gemäß 1 vorgesehene Verlängerung der Leitungsabschnitte 3 können hierzu auch separate oder zusätzliche Bauelemente oder Komponenten eingesetzt werden.As mentioned, it is desirable to have the resonant frequency of the HIS structure 1 lower, especially near the working frequency. This is done in particular by additional lines or inductors on the elements 2 opposite side of the ground plane 4 , Instead of in the embodiment according to 1 intended extension of the line sections 3 For this purpose, separate or additional components or components can be used.
Nachfolgend werden weitere bevorzugte Ausführungsformen, die eine entsprechende Anpassung ermöglichen, näher erläutert.Hereinafter, further preferred embodiments, which allow a corresponding adaptation, explained in more detail.
2 zeigt in schematischen, ausschnittsweisen Schnitten mit jeweils nur einem dargestellten Element 2 zwei vorschlagsgemäße Ausführungsformen der HIS-Struktur 1. Anstatt einer direkten, elektrisch leitenden Verbindung der Elemente 2 über die Leitungsabschnitte 3 mit der Massefläche 4, sind die Leitungsabschnitte 3 über (zusätzliche) Leitungen bzw. Induktivitäten, hier über Wellenleiter, vorzugsweise Koaxialleitungen 5, an die Massefläche 4 angeschlossen bzw. mit dieser gekoppelt. Vorzugsweise weisen die Koaxialleitungen 5 jeweils eine elektrisch leitende Seele 6 und einen ebenfalls elektrisch leitenden Mantel 7 auf, zwischen denen ein Dielektrikum angeordnet sein kann. Auf einer Seite oder an einem Ende der Koaxialleitung 5 ist die Seele 6 mit dem zugeordneten Leitungsabschnitt 3 und der Mantel 7 mit der Massefläche 4 verbunden. Auf der anderen Seite oder am anderen Ende der Koaxialleitung 5 ist die Seele 6 mit dem Mantel 7 unter Verwendung eines Kurzschlusses 8 kurzgeschlossen. Die Koaxialleitung 5 führt, insbesondere in Abhängigkeit von ihrer Länge, zu einer Leitungstranformation des Kurzschlusses 8. Diese Leitungstransformation führt zu einer induktiven Eingangsimpedanz in die Koaxialleitung 5, insbesondere an dem dem Kurzschluß entgegengesetzten Ende und/oder wenn die elektrische Länge ¼ der Wellenlänge der Arbeits- bzw. Anwendungsfrequenz nicht überschreitet. 2 shows in schematic, fragmentary sections with only one element shown 2 two proposed embodiments of the HIS structure 1 , Instead of a direct, electrically conductive connection of the elements 2 over the pipe sections 3 with the ground plane 4 , are the pipe sections 3 via (additional) lines or inductors, here via waveguides, preferably coaxial lines 5 , to the ground plane 4 connected or coupled with this. Preferably, the coaxial lines 5 each an electrically conductive soul 6 and a likewise electrically conductive jacket 7 on, between which a dielectric can be arranged. On one side or at one end of the coaxial line 5 is the soul 6 with the associated line section 3 and the coat 7 with the ground plane 4 connected. On the other side or at the other end of the coaxial line 5 is the soul 6 with the coat 7 using a short circuit 8th shorted. The coaxial line 5 leads, in particular depending on their length, to a Leitungsstranformation of the short circuit 8th , This line transformation leads to an inductive input impedance in the coaxial line 5 , in particular at the end opposite the short circuit and / or when the electrical length does not exceed ¼ the wavelength of the working or application frequency.
Die HIS-Struktur 1 der zweiten Ausführungsform gemäß 2 weist vorzugsweise eine größere Induktivität als die erste Ausführungsform gemäß 1 auf. In vorteilhafter Weise ist es so möglich, die Abmessungen bzw. die, insbesondere effektive, Flächenerstreckung F der Elemente 2, insbesondere in zumindest einer Richtung, zu verringern und so die Homogenität des Verhaltens der Struktur 1 maßgeblich zu verbessern, wobei die Resonanzfrequenz der HIS-Struktur 1 vorzugsweise gleich bleibt oder verringert wird. Weiterhin ist es möglich, durch Verkürzen oder Verlängern der Koaxialleitung 5 auf einfache Weise die Induktivität zu beeinflussen, was insbesondere eine einfache, kostengünstige und genaue Beeinflussung bzw. Anpassung der Resonanzfrequenz ermöglicht.The HIS structure 1 according to the second embodiment 2 preferably has a greater inductance than the first embodiment according to 1 on. Advantageously, it is possible, the dimensions or, in particular effective, surface extension F of the elements 2 , in particular in at least one direction, and thus reduce the homogeneity of the behavior of the structure 1 to significantly improve the resonance frequency of the HIS structure 1 preferably remains the same or is reduced. Furthermore, it is possible by shortening or lengthening the coaxial line 5 in a simple way to influence the inductance, which in particular allows a simple, cost-effective and accurate influencing or adaptation of the resonant frequency.
Die bevorzugte Führung der Leitungsabschnitte 3 durch die Massefläche 4 hindurch gestattet weiterhin die Verringerung des Abstands zwischen den Elementen 2 und der Massefläche 4, da der notwendige induktive Anteil zur Erzeugung der Sperresonanz nicht mehr (nur oder primär) im Bereich zwischen den Elementen 2 und der Massefläche 4 angeordnet oder gebildet werden muß. Vielmehr werden durch die Führung der Leitungsabschnitte 3 durch die Massefläche 4 hindurch und/oder durch Verwendung einer kurzgeschlossenen Wellenleitung zur Erzeugung der notwendigen induktiven Wirkung zusätzliche Freiheitsgrade für die Dimensionierung der HIS-Struktur 1 geschaffen, die insbesondere eine individuellere Anpassung der geometrischen Abmessung der Elemente 2, insbesondere der, insbesondere effektiven, Flächenerstreckung F, und/oder der gesamten HIS-Struktur 1 ermöglicht. Durch eine vorschlagsgemäße HIS-Struktur 1 ist es daher möglich, sowohl eine verbesserte Homogenität als auch eine Anpassung der Resonanzfrequenz gleichzeitig zu erreichen.The preferred guidance of the line sections 3 through the ground plane 4 It also permits the reduction of the distance between the elements 2 and the ground plane 4 since the necessary inductive component for generating the blocking resonance is no longer (only or primarily) in the region between the elements 2 and the ground plane 4 must be arranged or formed. Rather, by the leadership of the line sections 3 through the ground plane 4 through and / or by using a short-circuited waveguide to produce the necessary inductive effect additional degrees of freedom for the dimensioning of the HIS structure 1 in particular, a more individual adjustment of the geometric dimension of the elements 2 , in particular the, in particular effective, surface extension F, and / or the entire HIS structure 1 allows. By a proposed HIS structure 1 Therefore, it is possible to simultaneously achieve both improved homogeneity and adaptation of the resonant frequency.
2 zeigt zwei unterschiedliche Möglichkeiten, die Koaxialleitung 5 anzuordnen. In 2A verläuft die Koaxialleitung 5 im wesentlichen senkrecht zur Massefläche 4. In 2B verläuft die Koaxialleitung 5 vorzugsweise auf oder parallel zu der Rück- bzw. Unterseite der Massefläche 4 und/oder ist abgeknickt oder gebogen. Abweichend von den abgebildeten Beispielen sind auch andere Anordnungen der Koaxialleitungen 5 möglich. Insbesondere ist es in Abhängigkeit von den räumlichen Gegebenheiten, den konkreten Abmessungen, wie dem Abstand zwischen zwei Leitungsabschnitten 3 oder dem Durchmesser der Koaxialleitung 5, dem Aufbau oder den Beschränkungen durch den minimal zulässigen Biegeradius möglich, die Koaxialleitung 5 in unterschiedlicher Weise, insbesondere auch direkt unterhalb der Massefläche 4, zu führen. Weiterhin ist der Kurzschluß 8 in lediglich schematisch dargestellt und kann unterschiedlich ausgeführt werden. 2 shows two different ways, the coaxial line 5 to arrange. In 2A runs the coaxial line 5 substantially perpendicular to the ground plane 4 , In 2 B runs the coaxial line 5 preferably on or parallel to the back or bottom of the ground plane 4 and / or is kinked or bent. Deviating from the examples shown are also other arrangements of coaxial cables 5 possible. In particular it is depending on the spatial conditions, the specific dimensions, such as the distance between two line sections 3 or the diameter of the coaxial line 5 , the structure or the restrictions by the minimum allowable bending radius possible, the coaxial line 5 in different ways, especially directly below the ground plane 4 , respectively. Furthermore, the short circuit 8th in only shown schematically and can be performed differently.
In vorteilhafter Weise ist es durch die Realisierung eines induktiven Verhaltens auf der den Elementen 2 abgewandten Seite der Massefläche 4 nicht mehr nötig, mit dem Leitungsabschnitt 3 auf der den Elementen 2 zugewandten Seite der Massefläche 4 eine ausreichend hohe Induktivität zu erzielen. Daher ist es in vorteilhafter Weise zudem möglich, in einer vorschlagsgemäßen HIS-Struktur 1 über die Wahl eines geeigneten Abstands zwischen den Elementen 2 und der Massefläche 4 den kapazitiven Belag der Elemente 2 zu optimieren bzw. anzupassen.Advantageously, it is through the realization of an inductive behavior on the elements 2 opposite side of the ground plane 4 no longer necessary, with the line section 3 on the elements 2 facing side of the ground plane 4 to achieve a sufficiently high inductance. Therefore, it is also possible in an advantageous manner, in a proposed HIS structure 1 on the choice of a suitable distance between the elements 2 and the ground plane 4 the capacitive coating of the elements 2 to optimize or adapt.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die HIS-Struktur 1 eine Leitung oder Wellenleitung, vorzugsweise eine Koaxialleitung 5 und/oder Streifenleitung, insbesondere auf der den Elementen 2 abgewandten Seite der Massefläche 4. So läßt sich auf besonders einfache und effektive Weise die Sperr-Resonanzfrequenz beeinflussen und/oder reduzieren. Mit der Möglichkeit, eine Sperr-Resonanzfrequenz reduzieren zu können, geht insbesondere in vorteilhafter Weise die Möglichkeit einher, die, insbesondere effektive, Flächenerstreckung F der Elemente 2 zumindest in eine Richtung zu verringern, was zu einer homogeneren Eigenschaft der HIS-Struktur 1 führt.According to a preferred aspect of the present invention, the HIS structure comprises 1 a line or waveguide, preferably a coaxial line 5 and / or stripline, in particular on the elements 2 opposite side of the ground plane 4 , Thus, the locking resonance frequency can be influenced and / or reduced in a particularly simple and effective manner. With the possibility of being able to reduce a blocking resonance frequency, the possibility in particular advantageously accompanies the, in particular effective, surface extension F of the elements 2 at least in one direction, resulting in a more homogeneous property of the HIS structure 1 leads.
Im folgenden werden weitere, bevorzugte Ausführungsformen der HIS-Struktur 1 sowie einer Anordnung A mit einer solchen HIS-Struktur 1 als auch die Anwendung in einem Tomographen (Magnetresonanztomographen) T beschrieben, wobei nur wesentliche Unterschiede erläutert werden. Daher gelten die obigen Erläuterungen, Aspekte und Vorteile insbesondere entsprechend oder ergänzend.In the following, further, preferred embodiments of the HIS structure will be described 1 and an arrangement A with such a HIS structure 1 as well as the application in a tomograph (magnetic resonance tomograph) T described, with only essential differences are explained. Therefore, the above explanations, aspects and advantages apply in particular according to or in addition.
3A zeigt in einer schematischen Aufsicht eine weitere bevorzugte Ausführungsform der HIS-Struktur 1 (wobei die Massefläche 4 sowie die Dielektrika D und D3 zur Veranschaulichung weggelassen wurde) mit Leiterstreifen 10, die (zusätzliche) Induktivitäten, insbesondere kurzgeschlossene Streifenleitungen 12, auf der den Elementen 2 abgewandten Seite der Massefläche 4 zum Anschluß der Elemente 2 bzw. Leitungsabschnitte 3 an die Massefläche 4 bilden. 3B zeigt einen schematischen Schnitt der HIS-Struktur 1 gemäß 3A. Die Leiterstreifen 10 können sowohl gerade als auch, wie in 3C gezeigt, gewunden und/oder gebogen, mäandernd oder in sonstiger Weise geformt ausgeführt sein. 3A shows a schematic plan view of another preferred embodiment of the HIS structure 1 (where the ground plane 4 and the dielectrics D and D3 have been omitted for illustration) with conductor strips 10 , the (additional) inductors, in particular short-circuited strip lines 12 , on the elements 2 opposite side of the ground plane 4 to connect the elements 2 or line sections 3 to the ground plane 4 form. 3B shows a schematic section of the HIS structure 1 according to 3A , The conductor strips 10 can be both straight and, as in 3C shown, wound and / or bent, meandering or shaped in any other way.
Die Elemente 2 werden durch die Leitungsabschnitte 3 kontaktiert, die durch die Massefläche 4 hindurchgeführt und an die Leiterstreifen 10 angeschlossen sind. Vorzugsweise auf der den Elementen 2 abgewandten Seite der Massefläche 4, insbesondere parallel zu der Massefläche 4 oder Elementfläche E, sind die Leiterstreifen 10 geführt. Jeder Leiterstreifen 10 wird in einem Kurzschlußbereich 11 – insbesondere an dem nicht mit dem Leitungsabschnitt 3 verbundenen Ende – mit der Massefläche 4 kurzgeschlossen.The Elements 2 be through the pipe sections 3 contacted by the ground plane 4 passed and to the conductor strips 10 are connected. Preferably on the elements 2 opposite side of the ground plane 4 , in particular parallel to the ground plane 4 or element surface E, are the conductor strips 10 guided. Each conductor strip 10 will be in a short circuit area 11 - Especially at the not with the line section 3 connected end - with the ground plane 4 shorted.
Die HIS-Struktur 1 weist optional eine zweite Massefläche 9 auf, wie in 3B angedeutet. Diese zweite Massefläche 9 kann mit der Massefläche 4 verbunden sein (nicht dargestellt), da vorzugsweise sowohl die Massefläche 4 als auch die Massefläche 9 mit einem festen Bezugspotential verbunden sind. Dies ermöglicht es, den Kurzschluß 11 zur (ersten) Massefläche 4, zur (zweiten) Massefläche 9 oder zu beiden Flächen zu führen. Vorzugsweise ist ein optionales Dielektrikum D3 zwischen den beiden Massenflächen 4 und 9 angeordnet.The HIS structure 1 Optionally has a second ground plane 9 on, like in 3B indicated. This second ground plane 9 can with the mass area 4 be connected (not shown), there preferably both the ground plane 4 as well as the mass area 9 are connected to a fixed reference potential. This allows the short circuit 11 to the (first) ground plane 4 , to the (second) ground plane 9 or to lead to both surfaces. Preferably, an optional dielectric D3 is between the two mass surfaces 4 and 9 arranged.
Durch die bevorzugte gestapelte Anordnung der Massefläche 4, des Leiterstreifens 10 und der Massefläche 9 ergibt sich eine, insbesondere symmetrische, Streifenleitung 12. Der Leiterstreifen 10 transformiert den Kurzschluß 11, was zu einem induktiven Verhalten der Streifenleitung 12 führt. Dieses induktive Verhalten läßt sich in vorteilhafter Weise durch die Länge des Leiterstreifens 10 und/oder durch die Position des Kurzschlusses 11 und/oder durch andere geometrische Änderungen mit wenig Aufwand verändern oder anpassen. Insbesondere die Induktivität der Leitungsabschnitte 3 in Kombination mit der vergrößerten und/oder anpaßbaren Induktivität der Streifenleitung 12 ermöglicht sowohl eine Verringerung der Abmessungen, insbesondere der Flächenerstreckung oder effektiven Flächenerstreckung F, der Elemente 2 als auch eine Anpassung der Resonanzfrequenz.By the preferred stacked arrangement of the ground plane 4 , the leader strip 10 and the ground plane 9 results in a, in particular symmetrical, stripline 12 , The conductor strip 10 transforms the short circuit 11 , resulting in an inductive behavior of the stripline 12 leads. This inductive behavior can be advantageously by the length of the conductor strip 10 and / or by the position of the short circuit 11 and / or change or adapt by other geometric changes with little effort. In particular, the inductance of the line sections 3 in combination with the increased and / or adaptable inductance of the stripline 12 allows both a reduction of the dimensions, in particular the surface extension or effective surface extension F, of the elements 2 as well as an adaptation of the resonant frequency.
Wenn die zweite Massefläche 9 entfällt, ist die Streifenleitung 12 als asymmetrische Streifenleitung oder Mikrostreifenleitung ausgeführt. In diesem Fall sind mögliche Mindestabstände zum Leiterstreifen 10 zu beachten, die jedoch insbesondere durch eine Konzentration der Felder im Bereich zwischen dem Leiterstreifen 10 und der Trägerplatte oder Massefläche 4 akzeptabel sein können.If the second ground plane 9 deleted, is the stripline 12 designed as asymmetric stripline or microstrip line. In this case, possible minimum distances to the conductor strip 10 However, due in particular to a concentration of fields in the area between the conductor strip 10 and the carrier plate or ground plane 4 can be acceptable.
In den Ausführungsbeispielen gemäß 3A und 3D verlaufen die Leiterstreifen 10 im wesentlichen parallel zur Elementfläche E oder Massefläche 4 und die Leitungsabschnitte 3 im wesentlichen senkrecht dazu.In the embodiments according to 3A and 3D the conductor strips run 10 essentially parallel to the element surface E or ground plane 4 and the line sections 3 essentially perpendicular thereto.
Bei den beiden Ausführungsbeispielen gemäß 3A und 3D sind die Elemente 2 vorzugsweise in Reihen quer oder senkrecht zu der Längserstreckung der Leiterstreifen 10 angeordnet und in dieser Richtung von einer Reihe zur nächsten zueinander versetzt (quer versetzt). Der Versatz beträgt beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3A die Hälfte des Mittenabstands der Elemente 2, so dass jede zweite Reihe von Elementen 2 wieder nicht quer versetzt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3D beträgt der Versatz ein Fünftel jedes Mittenabstands, so dass jede fünfte Reihe gegenüber der Ausgangsreihe keinen Versatz zeigt. Durch den genannten Versatz können die Leiterstreifen 10 auch wesentlich länger als der Mittenabstand der Reihen ausgebildet werden, ohne dass ein Leiterstreifen 10 einer Reihe mit der Durchführung eines Leitungsabschnitts 3 bzw. einem Leiterstreifen 10 eines benachbarten Elements 2 einer benachbarten Reihe kollidiert. So sind also wesentlich größere Längen der Leiterstreifen 10 und größere Induktivitäten der Streifenleitungen 12 möglich. Jedoch kann dies auch durch einen beispielsweise schrägen Verlauf der Leiterstreifen 10 und/oder durch eine sonstige Formgebung, wie einen gebogenen oder abgeknickten Verlauf o. dgl., realisiert werden. In the two embodiments according to 3A and 3D are the elements 2 preferably in rows transversely or perpendicular to the longitudinal extent of the conductor strips 10 arranged and offset in this direction from one row to the next to each other (transversely offset). The offset is, for example, in the embodiment according to 3A half the center distance of the elements 2 so every second row of elements 2 again not transversely offset. In the embodiment according to 3D the offset is one-fifth of each pitch, so that every fifth row is offset from the output row. By the said offset, the conductor strips 10 be formed much longer than the center distance of the rows without a conductor strip 10 a series with the implementation of a line section 3 or a conductor strip 10 an adjacent element 2 an adjacent row collides. So so are much longer lengths of conductor strips 10 and larger inductances of the strip lines 12 possible. However, this can also be achieved by, for example, an oblique course of the conductor strips 10 and / or by other shaping, such as a curved or bent course o. The like., Can be realized.
Gerade verlaufende Leiterstreifen 10 sind jedoch vorteilhaft für eine unkomplizierte Realisierung, Modellierung und Skalierung der Streifenleitung 12 oder der durch diese gebildete Induktivität.Straight running conductor strips 10 However, they are advantageous for uncomplicated realization, modeling and scaling of the stripline 12 or the inductance formed by them.
Da auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise, insbesondere mit industrieüblichen, planaren Verfahren, Induktivitäten vergrößert werden können, stellt die HIS-Struktur 1 unter Verwendung von Leitungen gemäß 3 ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel dar.Since inductors can be increased in a particularly simple and cost-effective manner, in particular with industry-standard, planar methods, the HIS structure provides 1 using cables according to 3 a particularly preferred embodiment.
4A und 4B zeigen eine weitere Ausführungsform der vorschlagsgemäßen HIS-Struktur 1, wobei die den Elementen 2 zugeordneten Induktivitäten jeweils mehrere quer zur Flächenerstreckung der Massefläche 4 und/oder Elementfläche E verlaufende Leitungsabschnitte 3 aufweisen. Mit anderen Worten sind also jedem Element 2 mehrere Leitungsabschnitte 3 zugeordnet, die insbesondere quer oder senkrecht zur Massefläche 4 bzw. Elementfläche E verlaufen und insbesondere sich zwischen diesen erstrecken, vorzugsweise derart, dass ein mäandernder oder schleifenförmiger oder auf sonstige Weise verlängerter, insbesondere gewundener Leitungsweg bzw. Strompfad und ganz besonders bevorzugt eine Spule gebildet wird. Die Wicklungsebene dieser Spule verläuft insbesondere quer bzw. senkrecht zur Elementfläche E und/oder Massefläche 4. 4A and 4B show a further embodiment of the proposed HIS structure 1 , where the the elements 2 associated inductors each more transverse to the surface extension of the ground plane 4 and / or element surface E extending line sections 3 exhibit. In other words, each element is 2 several line sections 3 assigned, in particular transversely or perpendicular to the ground plane 4 or element surface E extend and in particular extend between them, preferably in such a way that a meandering or loop-shaped or otherwise elongated, in particular coiled cable path or current path and very particularly preferably a coil is formed. The winding plane of this coil runs in particular transversely or perpendicular to the element surface E and / or ground surface 4 ,
4A zeigt einen Ausschnitt der vorschlagsgemäßen HIS-Struktur 1 in einer Aufsicht. 4B zeigt einen schematischen Schnitt entlang Linie IV-IV von 4A. Anhand dieser Figuren wird nachfolgend ein bevorzugter Aufbau erläutert. 4A shows a section of the proposed HIS structure 1 in a supervision. 4B shows a schematic section along line IV-IV of 4A , Based on these figures, a preferred structure will be explained below.
Die mehreren Leitungsabschnitte 3, die jeweils einem Element 2 zugeordnet sind, bilden jeweils eine (zusätzliche) Induktivität, nachfolgend auch Spiralinduktivität genannt.The multiple line sections 3 , each one element 2 are assigned, each form an (additional) inductance, hereinafter also called spiral inductance.
Jedem Element 2 sind mehrere, insbesondere mindestens drei, Leitungsabschnitte 3 zugeordnet. Ein erster, mit dem zugeordneten Element 2 in Kontakt stehender Leitungsabschnitt 3 erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zur Elementfläche E, vorzugsweise bis in eine Ausnehmung der Massefläche 4. Das Ende des ersten Leitungsabschnitts 3 ist unter Verwendung eines, insbesondere parallel zur Haupterstreckungsebene der Elemente 2 oder der Massefläche 4 verlaufenden Verbindungselementes V mit einem Ende eines zweiten Leitungsabschnitts 3' verbunden. Der zweite Leitungsabschnitt 3' erstreckt sich, insbesondere im wesentlichen parallel zum ersten Leitungsabschnitt 3, in eine Ausnehmung des zugeordneten Elements 2, ohne dieses zu kontaktieren. Das zweite Ende des zweiten Leitungsabschnitts 3' ist unter Verwendung eines zweiten Verbindungselements V' mit einem dritten Leitungsabschnitt 3'' verbunden. Dieser Leitungsabschnitt 3'' verläuft vorzugsweise wiederum parallel zu den Leitungsabschnitten 3 und 3' und ist am anderen Ende mit einem dritten, insbesondere parallel zur Elementfläche E verlaufenden, Verbindungselement V'' mit einem Ende eines vierten Leitungsabschnitts 3''' verbunden. Dieser vierte Leitungsabschnitt 3''' verläuft vorzugsweise ebenfalls parallel zu den Leitungsabschnitten 3, 3' und 3'', insbesondere in die Ausnehmung des Elements 2. Ein viertes Verbindungselement V''' verbindet das zweite Ende des vierten Leitungsabschnitts 3''' mit einem Ende eines fünften Leitungsabschnitts 3''''. Dieser erstreckt sich vorzugsweise ebenfalls parallel zu den vorhergehenden Leitungsabschnitten 3; 3'; 3''; 3''' und ist mit seinem zweiten Ende, insbesondere über ein weiteres Verbindungselement oder direkt, mit der Trägerplatte oder Massefläche 4 verbunden.Every element 2 are several, in particular at least three, line sections 3 assigned. A first, with the associated element 2 in contact line section 3 extends substantially perpendicular to the element surface E, preferably into a recess of the ground surface 4 , The end of the first line section 3 is using one, in particular parallel to the main extension plane of the elements 2 or the ground plane 4 extending connecting element V with one end of a second line section 3 ' connected. The second line section 3 ' extends, in particular substantially parallel to the first line section 3 , in a recess of the associated element 2 without contacting this. The second end of the second line section 3 ' is using a second connecting element V 'with a third line section 3 '' connected. This line section 3 '' preferably again runs parallel to the line sections 3 and 3 ' and is at the other end with a third, in particular parallel to the element surface E extending, connecting element V '' with one end of a fourth line section 3 ''' connected. This fourth line section 3 ''' preferably also runs parallel to the line sections 3 . 3 ' and 3 '' , in particular in the recess of the element 2 , A fourth connection element V '''connects the second end of the fourth line section 3 ''' with one end of a fifth line section 3 '''' , This preferably also extends parallel to the previous line sections 3 ; 3 '; 3 ''; 3 ''' and is with its second end, in particular via a further connecting element or directly, with the carrier plate or ground plane 4 connected.
Auf die beschriebene Weise entsteht eine vertikale, also insbesondere teilweise senkrecht zu der Elementebene E, insbesondere im Wesentlichen zwischen der Elementebene E und der Massefläche 4, angeordnete Spiralinduktivität bzw. Spule.In the manner described creates a vertical, ie in particular partially perpendicular to the element plane E, in particular substantially between the element plane E and the ground plane 4 , arranged spiral inductor or coil.
Im Ausführungsbeispiel nach 4 weisen das Element 2 und die Trägerplatte oder Massefläche 4 jeweils Ausnehmungen für die Verbindungselemente V auf. In 4A ist eine entsprechende Aussparung im Element 2 mittig dargestellt. Vorschlagsgemäß ist es jedoch auch möglich, die vertikale Spiralinduktivität und insbesondere entsprechende Aussparungen auch in sonstigen Bereichen, insbesondere auch in Randbereichen der Elemente 2, anzuordnen. Weiter ist es vorschlagsgemäß auch möglich, die Verbindungsabschnitte 3 derart zu verkürzen, dass die Verbindungselemente V zwischen der Massefläche 4 und der Elementfläche E liegen. In diesen Fall kann auf die genannten Ausnehmungen verzichtet werden.In the embodiment according to 4 assign the element 2 and the carrier plate or ground plane 4 each recesses for the connecting elements V on. In 4A is a corresponding recess in the element 2 shown in the middle. However, according to the proposal, it is also possible, the vertical spiral inductance and in particular corresponding recesses in other areas, especially in the peripheral areas of the elements 2 . to arrange. Furthermore, it is also possible according to the proposal, the connecting sections 3 shorten so that the connecting elements V between the ground plane 4 and the element surface E lie. In this case, can be dispensed with the recesses mentioned.
Die Realisierung der vorgeschlagenen vertikalen Spiralinduktivität ist einfacher und kostengünstiger als die einer Spiralinduktivität mit einer im wesentlichen zur Massefläche 4 parallelen Haupterstreckungsebene, da insbesondere keine zusätzlichen Metallebenen und von den Leitungsabschnitten 3 abweichende Komponenten oder weitere Prozeßschritte benötigt werden. Zudem muss der Produktionsprozess für parallel zur Elementfläche E verlaufende Windungen verhältnismäßig fein strukturierbar sein, weshalb die vorgeschlagene Lösung mehr Freiheitsgrade läßt und einfacher realisierbar ist.The realization of the proposed vertical spiral inductance is simpler and less expensive than that of a spiral inductor having a substantially ground plane 4 parallel main plane of extension, in particular no additional metal planes and of the line sections 3 deviating components or further process steps are required. In addition, the production process for parallel to the element surface E extending turns must be relatively finely structured, which is why the proposed solution leaves more degrees of freedom and is easier to implement.
In 4 ist dem bzw. vorzugsweise jedem Element 2 eine vertikal ausgerichtete Spiralinduktivität zugeordnet, die insgesamt zwei Windungen und einen zusätzlichen Leitungsabschnitt 3 aufweist. Vorschlagsgemäß ist es jedoch auch möglich, sowohl weniger als auch mehr als zwei Windungen in der beschriebenen Weise zu realisieren. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die in 4 abgebildete Struktur regelmäßig fortgeführt wird.In 4 is the or preferably each element 2 associated with a vertically oriented spiral inductance, the total of two turns and an additional line section 3 having. However, according to the proposal, it is also possible to realize both less and more than two windings in the manner described. Furthermore, it is envisaged that the in 4 structure is regularly continued.
Es ist auch möglich, dass nicht jedes Element 2 der HIS-Struktur 1 eine vertikale Spiralinduktivität oder nicht dieselbe vertikale Spiralinduktivität, sondern die Elemente 2 insbesondere unterschiedliche (zusätzliche) Induktivitäten, z. B. Spiralinduktivitäten mit unterschiedlichen Windungszahlen, aufweist. Für HIS-Strukturen 1 gilt generell, dass nicht jedem Element 2 eine induktiv wirkende Struktur, wie eine Koaxialleitung 5 oder Streifenleitung 12, oder sonstige (zusätzliche) Induktivität zugeordnet sein muss. Eine HIS-Struktur 1, bei der die Elemente 2 regelmäßig angeordnet und/oder gleichartig mit der Massefläche 4 verbunden sind, ist jedoch bevorzugt.It is also possible that not every element 2 the HIS structure 1 a vertical spiral inductance or not the same vertical spiral inductance, but the elements 2 in particular different (additional) inductances, z. B. spiral inductors with different numbers of turns having. For HIS structures 1 Generally, that does not apply to every element 2 an inductively acting structure, such as a coaxial line 5 or stripline 12 , or other (additional) inductance must be assigned. A HIS structure 1 in which the elements 2 arranged regularly and / or similar to the ground plane 4 are connected, however, is preferred.
5A zeigt in einer Draufsicht und 5B in einem schematischen Schnitt entlang Linie V-V von 5A eine weitere Ausführungsform der HIS-Struktur 1. Hier sind die Elemente 2 über Koppel-Kondensatoren 13 mit Mittenabgriffen bzw. Montageflächen 14 und diese wiederum über die Leitungsabschnitte 3 mit der Massefläche 4 verbunden. Eine Sperr-Resonanz zwischen den Elementen 2 kann durch die Koppel-Kapazitäten 13, vorzugsweise in Kombination mit einem induktiven oder Leitungsverhalten der Elemente 2, insbesondere in Zusammenwirkung mit der Massefläche 4, entstehen. 5A shows in a plan view and 5B in a schematic section along line VV of 5A another embodiment of the HIS structure 1 , Here are the elements 2 via coupling capacitors 13 with center taps or mounting surfaces 14 and these in turn over the line sections 3 with the ground plane 4 connected. A blocking resonance between the elements 2 can through the coupling capacities 13 , preferably in combination with an inductive or conduction behavior of the elements 2 , in particular in cooperation with the ground plane 4 , arise.
Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Induktivität der Leitungsabschnitte 3, insbesondere bei Symmetrie der Anregung bzw. durch horizontal polarisierte elektrische Felder oder Wellen, wie durch Pfeil HP in 5B angedeutet, keinen maßgeblichen Einfluß hat. Die Resonanzfrequenz und/oder die Größe der Elemente 2 kann dann (allein) durch Anpassung der Koppelkapazitäten 13 modifiziert oder beeinflußt werden.In the aforementioned embodiment, it is possible that the inductance of the line sections 3 , In particular, in symmetry of the excitation or by horizontally polarized electric fields or waves, as indicated by arrow HP in 5B indicated, has no significant influence. The resonant frequency and / or the size of the elements 2 can then (alone) by adjusting the coupling capacities 13 modified or influenced.
Eine entsprechende, symmetrische Anregung kann entstehen oder erzeugt werden, wenn eine Welle vertikal auf die HIS-Struktur 1 trifft und insbesondere wenn die Polarisation der Welle zumindest im wesentlichen derer parallel zu oder in Richtung von Schlitzen oder Spalten zwischen den Elementen 2 verläuft.A corresponding, symmetrical excitation can arise or be generated when a wave is vertical to the HIS structure 1 and in particular if the polarization of the shaft is at least substantially parallel to or in the direction of slits or gaps between the elements 2 runs.
Bei Anregung durch vertikal polarisierte elektrische Felder oder Wellen, wie durch Pfeil VP angedeutet, können die eingesetzten diskreten Kapazitäten bzw. Kondensatoren 13 ebenfalls Einfluß auf die Sperr-Resonanz haben.When excited by vertically polarized electric fields or waves, as indicated by arrow VP, the discrete capacitors or capacitors used can 13 also have influence on the blocking resonance.
Insbesondere ist es möglich, die Koppelkapazitäten bzw. Kondensatoren 13 auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 4 einzusetzen. So ist es möglich, sowohl für horizontal polarisierte Anregungen, Felder oder Wellen HP als auch für vertikal polarisierte Anregungen, Felder oder Wellen VP, insbesondere zumindest teilweise unabhängig voneinander, Resonanzen und folglich hohe Impedanzen zu erreichen.In particular, it is possible, the coupling capacitors or capacitors 13 also in the embodiments according to 1 to 4 use. Thus, it is possible to achieve resonances and consequently high impedances for horizontally polarized excitations, fields or waves HP as well as for vertically polarized excitations, fields or waves VP, in particular at least partially independently of one another.
Die Ausführungsbeispiele gemäß 4 und 5 sind insbesondere in dem Fall vorteilhaft, wenn ein Einsatz von Leitungsstrukturen nicht möglich oder nicht gewünscht ist oder wenn ein abweichendes Verhalten in Bezug auf horizontal und vertikal polarisierte Felder gewünscht ist.The embodiments according to 4 and 5 are particularly advantageous in the case where the use of line structures is not possible or not desirable, or where deviating behavior with respect to horizontally and vertically polarized fields is desired.
Ein weiterer, auch unabhängig realisierbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anordnung A mit einer HIS-Struktur 1, der eine Spule 15 zugeordnet ist, wie bereits anhand von 1A erläutert. In vorteilhafter Weise ist es möglich, das Verhalten von Spulen durch Einsatz oder Zuordnung einer HIS-Struktur 1 – und zwar bevorzugt der vorschlagsgemäßen HIS-Struktur 1 oder einer sonstigen HIS-Struktur – zu verbessern. Insbesondere können das Abstrahlverhalten verbessert, Verluste reduziert und/oder eine kompakte Bauform erreicht werden.Another, independently realizable aspect of the present invention relates to an arrangement A with a HIS structure 1 that a coil 15 is assigned, as already based on 1A explained. Advantageously, it is possible to control the behavior of coils by using or assigning a HIS structure 1 - And preferably the proposed HIS structure 1 or any other HIS structure - to be improved. In particular, the radiation behavior can be improved, losses reduced and / or a compact design can be achieved.
Vorzugsweise ist die Spule 15 in den folgenden Ausführungsbeispielen, wie zu 1A bereits erläutert, auf der der Massefläche 4 abgewandten Seite der Elemente 2 angeordnet.Preferably, the coil 15 in the following embodiments, as to 1A already explained on the ground plane 4 opposite side of the elements 2 arranged.
6A zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anordnung A mit der Spule 15, die eine Leiterschleife bzw. ringförmig gebogene Leitung 16 aufweist. Vorzugsweise weist die Leitung 16 eine erste Unterbrechung auf, wobei den Leiterenden der ersten Unterbrechung angedeutete Anschlüsse 17 zugeordnet sind. Vorzugsweise kann die Spule unter Verwendung der Anschlüsse 17 kontaktiert oder, vorzugsweise mit einem, insbesondere hochfrequenten, Wechselstrom, angesteuert werden. 6A shows an embodiment of the arrangement A with the coil 15 , which is a conductor loop or annularly bent line 16 having. Preferably, the line 16 a first interruption, wherein the conductor ends of the first Interruption indicated connections 17 assigned. Preferably, the coil may be made using the terminals 17 contacted or, preferably with one, in particular high-frequency, alternating current, are controlled.
Die Leiterenden einer optionalen zweiten Unterbrechung sind vorzugsweise durch einen Kondensator 18 verbunden, was eine kapazitive Verkürzung der Spule 15 darstellen bzw. realisieren kann. Vorschlagsgemäß ist es jedoch auch möglich, dass die Spule 15 keine Unterbrechung und/oder keinen Kondensator 18 und/oder mehr als nur eine Windung aufweist (nicht abgebildet).The conductor ends of an optional second interruption are preferably through a capacitor 18 connected, causing a capacitive shortening of the coil 15 can represent or realize. However, according to the proposal, it is also possible that the coil 15 no interruption and / or no capacitor 18 and / or more than one turn (not shown).
Die ringförmig gebogene Leitung 16 kann abhängig von der jeweiligen Anwendung vorzugsweise Durchmesser zwischen wenigen Mikrometern, insbesondere bei monolitisch integrierten Strukturen, bis hin zu mehreren Dezimetern aufweisen. Typische Durchmesser können beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 cm und 30 cm liegen. Vorzugsweise weist die gebogene Leitung 16 einen Umfang auf, der kleiner als die Hälfte der zu einer Anwendungsfrequenz korrespondierenden Wellenlänge ist. Unter Verwendung des Kondensators 18 kann die Resonanzfrequenz der Spule 15 angepaßt werden.The ring-shaped bent pipe 16 Depending on the particular application, it may preferably have diameters between a few micrometers, in particular monolithically integrated structures, up to several decimeters. Typical diameters may for example be in a range between 1 cm and 30 cm. Preferably, the bent line 16 a circumference smaller than half the wavelength corresponding to an application frequency. Using the capacitor 18 can be the resonant frequency of the coil 15 be adjusted.
6B zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Anordnung A mit einer U-förmigen Leiterschleife bzw. Leitung 16 oder (Streifenleiter-)Spule 15 auf der HIS-Struktur 1. Die Anschlüsse 17 sind für eine, insbesondere symmetrische, Ansteuerung der Spule 15 vorgesehen und schematisch angedeutet. Vorzugsweise weist die Leitung 16, vorzugsweise an der den Anschlüssen gegenüberliegenden Seite, eine Unterbrechung auf, die durch einen Kondensator 18 überbrückt ist. Der Kondensator 18 dient dazu, das Verhalten, insbesondere das Resonanzverhalten, der Spule 15 zu beeinflussen. Insbesondere wirkt die Unterbrechung mit dem Kondensator 18 als kapazitive Verkürzung der Spule 15. Dies gestattet eine kompakte Realisierung. 6B shows another embodiment of the arrangement A with a U-shaped conductor loop or line 16 or (stripline) coil 15 on the HIS structure 1 , The connections 17 are for one, in particular symmetrical, control of the coil 15 provided and indicated schematically. Preferably, the line 16 , preferably at the opposite side of the terminals, an interruption by a capacitor 18 is bridged. The capacitor 18 serves to the behavior, in particular the resonance behavior of the coil 15 to influence. In particular, the interruption acts with the capacitor 18 as a capacitive shortening of the coil 15 , This allows a compact implementation.
6C zeigt eine weitere Ausführungsformen der Anordnung A mit einer HIS-Struktur 1 und einer Spule 15. Die Spule 15 weist aus eine, insbesondere gerade Leitung 16 auf, die an drei Stellen unterbrochen ist. Eine Unterbrechung der Leitung 16 befindet sich im wesentlichen in der Mitte und bildet einen Mittenanschluß über die angedeuteten Anschlüsse 17. Im wesentlichen symmetrisch zur Mitte der Längserstreckung der Leitung 16 sind zwei weitere Unterbrechungen vorgesehen, die durch ein reaktives Bauelement 19, insbesondere eine Impedanz oder Kapazität, überbrückt sind. Die Enden der Leitung 16 sind mit einem festen Potential oder Masse, insbesondere mit der Trägerplatte oder Massefläche 4 verbunden, wie durch das Massesymbol 20 angedeutet. 6C shows a further embodiment of the arrangement A with a HIS structure 1 and a coil 15 , The sink 15 has one, in particular straight line 16 which is interrupted in three places. A break in the line 16 is located substantially in the middle and forms a middle connection via the indicated connections 17 , Essentially symmetrical to the middle of the longitudinal extent of the line 16 There are two more interruptions provided by a reactive device 19 , in particular an impedance or capacitance, are bridged. The ends of the pipe 16 are with a fixed potential or mass, in particular with the carrier plate or ground plane 4 connected, as by the mass symbol 20 indicated.
Es ist grundsätzlich auch möglich, der HIS-Struktur 1 eine Antenne anstelle einer Spule 15 zuzuordnen. Dies kann bei der in 6C dargestellten Ausführungsform beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Leitung 16 im Bereich ihrer Enden oder eines Endes nicht kurzgeschlossen oder auf sonstige Weise elektrisch angeschlossen wird, sondern elektrisch offen bleibt. Im Falle der in 6C dargestellten Ausführungsform würde dann eine dipolartige Antenne gebildet, wobei die optionalen Unterbrechungen und Überbrückungen durch die Bauelemente 19 in den beiden Antennenästen der Leitung 16 insbesondere eine oftmals erwünschte kapazitive Verkürzung der Antenne bewirken können, bedarfsweise aber auch entfallen können.It is also possible in principle, the HIS structure 1 an antenna instead of a coil 15 assigned. This can be done at the 6C illustrated embodiment, for example, be achieved in that the line 16 is not short-circuited or otherwise electrically connected in the region of its ends or one end, but remains electrically open. In the case of in 6C In the embodiment shown, a dipole-type antenna would then be formed, with the optional breaks and bridging of the components 19 in the two antenna branches of the line 16 in particular, can cause an often desired capacitive shortening of the antenna, but if necessary can also be omitted.
6D zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung A mit der HIS-Struktur 1 und einer zugeordneten Spule 15. Vorzugsweise ist jedoch eine Kombination aus der Spule 15 und einer Antenne 21 gebildet und diese Kombination der HIS-Struktur 1 zugeordnet bzw. über dieser angeordnet. Beim Darstellungsbeispiel ist ausgehend von der Spule 15 bzw. Leiterschleife oder im wesentlichen ringförmigen Leitung 16 mit den Anschlüssen 17 und Unterbrechung und Überbrückung durch Kondensator 18 nämlich mindestens ein Antennenabschnitt 22 vorgesehen. Insbesondere sind zwei Antennenabschnitte 22 auf entgegengesetzten Seite der Anschlüsse 17 bzw. des Mittenanschlusses bzw. der Spule 15 oder Leiterschleife bzw. Leitung 16 angeordnet oder vorgesehen. Die Antennenabschnitte 22 sind vorzugsweise als Leiterstreifen ausgebildet, die mit der Leitung 16 verbunden und insbesondere einstückig mit diesen ausgebildet sind. Besonders bevorzugt bilden die Leitungsabschnitte 22 die insbesondere dipolartig ausgebildete Antenne 21. 6D shows a further embodiment of the arrangement A with the HIS structure 1 and an associated coil 15 , Preferably, however, is a combination of the coil 15 and an antenna 21 formed and this combination of HIS structure 1 assigned or arranged above this. In the illustration example is starting from the coil 15 or conductor loop or substantially annular line 16 with the connections 17 and interruption and bypass by capacitor 18 namely at least one antenna section 22 intended. In particular, two antenna sections 22 on opposite side of the connections 17 or the center connection or the coil 15 or conductor loop or line 16 arranged or provided. The antenna sections 22 are preferably formed as conductor strips, with the line 16 connected and in particular integrally formed with these. Particularly preferred form the line sections 22 the particular dipole-like antenna 21 ,
Vorzugsweise sind die Spule 15 und die Antenne 21 über mindestens einen gemeinsamen Anschluß 17 oder zwei gemeinsame Anschlüsse 17 elektrisch anschließbar bzw. mit Strom, insbesondere mit hochfrequentem Wechselstrom, beaufschlagbar.Preferably, the coil 15 and the antenna 21 via at least one common connection 17 or two common connections 17 electrically connected or with power, in particular with high-frequency alternating current, acted upon.
Die (freien) Enden der Antennenabschnitte 22 sind vorzugsweise kapazitiv verkürzt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Enden zumindest im wesentlichen parallel oder U-förmig zurückgeführt sind, insbesondere in jeweils zwei umgebogenen, insbesondere schmaleren Endabschnitten 23 enden, wie in 6D dargestellt. So kann eine kapazitive Verkürzung erreicht werden.The (free) ends of the antenna sections 22 are preferably shortened capacitively. This can be achieved, for example, in that the ends are returned at least substantially parallel or U-shaped, in particular in each case two bent, in particular narrower end sections 23 end, as in 6D shown. So a capacitive shortening can be achieved.
Die Leiterschleife bzw. Leitung 16 einerseits und die Antennenabschnitte 22 andererseits können einen unterschiedliche Breite und/oder unterschiedliche Querschnitte, je nach Strombelastung, gewünschtem Verhalten u. dgl. aufweisen.The conductor loop or line 16 on the one hand and the antenna sections 22 On the other hand, a different width and / or different cross sections, depending on the current load, desired behavior u. Like. Have.
Vorzugsweise ist es mit der in 6D dargestellten Anordnung A möglich, ein zirkular-polarisiertes Magnetfeld zu erzeugen bzw. zu empfangen. Zur Erzeugung eines solchen Feldes können die Anschlüsse 17 durch Signale, vorzugsweise durch, insbesondere hochfrequente, Wechselströme, insbesondere solche mit einer Phasenverschiebung von 90° zueinander, angesteuert oder beaufschlagt werden. Preferably, it is with the in 6D Arrangement A shown possible to generate or receive a circularly-polarized magnetic field. To generate such a field, the connections 17 by signals, preferably by, in particular high-frequency, alternating currents, in particular those with a phase shift of 90 ° to each other, are controlled or acted upon.
Die Ausführungsbeispiele gemäß 6 weisen sogenannte kapazitive Verkürzungen auf. Als kapazitive Verkürzungen werden Strukturen bezeichnet, die eine Verringerung der Abmessungen einer Spule 15 oder Antenne 21 erlauben, insbesondere indem zusätzliche Kapazitäten oder Kondensatoren 18 oder Bauelemente 19 eingesetzt werden.The embodiments according to 6 have so-called capacitive truncations. Capacitive truncation refers to structures that reduce the dimensions of a coil 15 or antenna 21 allow, especially by adding additional capacitors or capacitors 18 or components 19 be used.
Für eine kapazitive Verkürzung ist es jedoch nicht zwingend nötig, ein diskretes Bauelement wie einen Kondensator einzusetzen, vielmehr können auch sonstige Strukturen eingesetzt werden. So werden in dem Ausführungsbeispiel gemäß 6D durch die Endabschnitte 23 ebenfalls kapazitive Effekte erzielt, die zu einer kapazitiven Verkürzung, insbesondere der antennenartigen Abschnitte 21 führen.For a capacitive shortening, however, it is not absolutely necessary to use a discrete component such as a capacitor, but also other structures can be used. Thus, in the embodiment according to 6D through the end sections 23 also achieved capacitive effects, leading to a capacitive shortening, in particular the antenna-like sections 21 to lead.
Es ist aber auch möglich, auf die beschriebenen kapazitiven Verkürzungen zu verzichten. Abhängig von der jeweiligen Anwendung ist es jedoch nötig, die jeweilige Spule 15 oder Antenne 21 entsprechend anzupassen, insbesondere zu verkleinern. Daher stellen die beschriebenen kapazitiven Verkürzungen, insbesondere auf Grund der kompakteren Bauform, bevorzugte Ausführungsbeispiele dar.But it is also possible to dispense with the described capacitive shortening. Depending on the particular application, however, it is necessary to use the respective coil 15 or antenna 21 adapt accordingly, in particular to reduce. Therefore, the described capacitive truncation, in particular due to the more compact design, preferred embodiments.
Die in 6 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele für Anordnungen A, die HIS-Strukturen 1 sowie Spulen 15 aufweisen, stellen lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele dar. Insbesondere ist es vorschlagsgemäß möglich, einer HIS-Stuktur 1 auch sonstige Spulen zuzuordnen. Besonders bevorzugt werden die in 6 dargestellten oder sonstige Spulen einer vorschlagsgemäßen HIS-Stuktur 1 zugeordnet. Es ist vorschlagsgemäß jedoch auch möglich, bereits aus dem Stand der Technik bekannten HIS-Strukturen 1 die vorgeschlagenen Spulen 15, Antennen 21 oder diesbezüglichen Kombinationen zuzuordnen.In the 6 illustrated preferred embodiments of arrangements A, the HIS structures 1 as well as coils 15 In particular, it is possible according to the proposal, a HIS structure 1 also assign other coils. Particularly preferred are those in 6 illustrated or other coils of a proposed HIS structure 1 assigned. However, it is also possible according to the proposal, HIS structures already known from the prior art 1 the proposed coils 15 , Antennas 21 or assign combinations in this context.
Die Leitungen 16 sind vorzugsweise in Form von Streifenleitungen bzw. insbesondere länglichen, flächigen Strukturen mit einem vorzugsweise im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt realisiert. Vorschlagsgemäß ist es jedoch auch möglich, die Leitungen 16 mit einem beliebigen, anderen, insbesondere mit einem runden oder ovalen, Querschnitt auszuführen. Die dargestellte Ausführungsform bietet jedoch Vorteile einer einfachen und kostengünstigen Herstellung.The wires 16 are preferably realized in the form of strip lines or in particular elongated, flat structures with a preferably substantially rectangular cross-section. However, according to the proposal, it is also possible, the lines 16 with any, other, in particular with a round or oval cross-section. However, the illustrated embodiment offers advantages of simple and inexpensive production.
7A zeigt in einer schematischen, teilgeschnittenen Draufsicht die eine weitere Ausführungsform der Anordnung A mit einer Spule 15 bzw. Doppelspule oder zwei Spulen 15. 7B zeigt in einem schematischen Schnitt die Anordnung A entlang Linie VII-VII von 7A. 7A shows in a schematic, partially sectioned plan view of a further embodiment of the arrangement A with a coil 15 or double coil or two coils 15 , 7B shows in a schematic section the arrangement A along line VII-VII of 7A ,
Die Anordnung A weist wiederum eine HIS-Struktur 1 auf, über der die Spule bzw. Spulen 15 angeordnet ist bzw. sind. Die HIS-Struktur 1 ist vorzugsweise wie bereits beschrieben ausgebildet. Jedoch kann es sich auch um eine sonstige HIS-Struktur 1 handeln.The arrangement A again has a HIS structure 1 on top of which the coil or coils 15 is arranged or are. The HIS structure 1 is preferably formed as already described. However, it can also be another HIS structure 1 act.
Die Anordnung A weist zwei zumindest im wesentlichen parallel verlaufende, eng nebeneinander liegende Leitungen 16 auf, die hier über – also beabstandet zu und insbesondere parallel zu – der HIS-Struktur 1 verlaufen.The arrangement A has two at least substantially parallel, closely adjacent lines 16 over here - so spaced to and in particular parallel to - the HIS structure 1 run.
Vorzugsweise sind die Leitungen 16 an entgegengesetzten Enden zur Zuführung von hochfrequentem Wechselstrom unabhängig voneinander elektrisch angeschlossen bzw. anschließbar, beim Darstellungsbeispiel insbesondere über Anschlüsse 17, vorzugsweise eine Koaxialverbindung 17 o. dgl. Insbesondere sind die Leitungen 16 mittels Durchkontaktierungen durch die zugeordnete HIS-Struktur 1 hindurch angeschlossen.Preferably, the lines 16 at opposite ends for supplying high-frequency alternating current independently electrically connected or connectable, in the illustrated example in particular via connections 17 , preferably a coaxial connection 17 o. The like. In particular, the lines 16 by vias through the associated HIS structure 1 connected through.
An den der Stromeinspeisung jeweils entgegengesetzten Enden sind die beiden Leitungen 16 elektrisch kurzgeschlossen, insbesondere elektrisch und bevorzugt auch mechanisch fest mit der Trägerplatte oder Massefläche 4 verbunden, wie insbesondere für die in 7B sichtbare Leitung 16 angedeutet.At the power feed opposite ends are the two lines 16 electrically short-circuited, in particular electrically and preferably also mechanically fixed to the carrier plate or ground plane 4 connected, in particular for the in 7B visible line 16 indicated.
Die Leitungen 16 sind vorzugsweise flach oder stegartig bzw. als Streifenleiter ausgebildet. Die Flachseiten der Leitungen 16 liegen vorzugsweise in einer Ebene und/oder verlaufen zumindest im wesentlichen parallel zu der HIS-Struktur 1. Die Leitungen 16 sind vorzugsweise unterbrechungsfrei ausgebildet. Vorzugsweise sind die Leitungen 16 bügelartig, insbesondere als durchgehende Metallbügel ausgebildet.The wires 16 are preferably flat or web-like or formed as a strip conductor. The flat sides of the lines 16 are preferably in one plane and / or run at least substantially parallel to the HIS structure 1 , The wires 16 are preferably formed without interruption. Preferably, the lines 16 bow-shaped, in particular designed as a continuous metal strap.
Die wirksame bzw. effektive Länge L der Leitungen 16 entspricht zumindest im wesentlichen der Längserstreckung der Leitungen 16 parallel zur HIS-Struktur 1 bzw. dem Leitungssegment, das beabstandet und parallel zur HIS-Struktur 1 verläuft, wie in 7B angedeutet. An diese Länge L schließen sich vorzugsweise abgewinkelt Endbereiche der Leitungen 16 an, um die Leitung 16 zu halten und/oder elektrisch anzuschließen, insbesondere jeweils an einem Ende elektrisch über den Anschluß 17 oder dergleichen und am anderen Ende an die Trägerplatte oder Massefläche 4.The effective length L of the lines 16 at least substantially corresponds to the longitudinal extent of the lines 16 parallel to the HIS structure 1 or the line segment that is spaced and parallel to the HIS structure 1 runs, as in 7B indicated. At this length L close preferably end angled end portions of the lines 16 to the line 16 to hold and / or connect electrically, in particular each one End electrically over the connection 17 or the like and at the other end to the carrier plate or ground plane 4 ,
Die beiden Leitungen 16 können von getrennten Stromversorgungen bzw. Versorgungseinrichtungen mit entsprechenden, insbesondere um im wesentlichen 90°, phasenversetzten Wechselströmen gespeist werden.The two lines 16 can be fed by separate power supplies with corresponding, in particular by substantially 90 °, phase-shifted alternating currents.
Die Anordnung A aus 7 bevorzugt auch die Anordnung A sowie HIS-Strukturen 1 aus den 1 bis 6, sind bevorzugt für Magnetresonanztomographen vorgesehen. Diese arbeiten mit Magnetfeldstärken von mehreren Tesla (T), teilweise bereits mit 7 T. Die Frequenz des hochfrequenten Wechselstroms und damit des von der Anordnung A erzeugten Magnetfelds hängt bei einem Magnetresonanztomographen von der Magnetfeldstärke ab, bei der gearbeitet wird. Insbesondere beträgt die Frequenz etwa 100 bis 500 MHz, im Falle eines 7T-Magnetresonanztomographen etwa 300 MHz. Die Anordnung A ist gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere bei einer Frequenz aus diesem Frequenzbereich betreibbar.The arrangement A from 7 also prefers the arrangement A and HIS structures 1 from the 1 to 6 , are preferably intended for magnetic resonance imaging. These work with magnetic field strengths of several Tesla (T), some already with 7 T. The frequency of the high-frequency alternating current and thus of the magnetic field generated by the arrangement A in a magnetic resonance tomograph depends on the magnetic field strength, is worked at. In particular, the frequency is about 100 to 500 MHz, in the case of a 7T magnetic resonance tomograph about 300 MHz. The arrangement A is operable according to the present invention, in particular at a frequency from this frequency range.
Die Anordnung A, die Struktur 1 bzw. die Länge L der Leitungen 16 ist vorzugsweise derart auf die gewünschte Arbeitsfrequenz abgestimmt, dass die Länge L im wesentlichen etwa ¼ der Wellenlänge beträgt, also bei 300 MHz etwa 25 cm oder abhängig von der Permittivität des umgebenden Mediums auch weniger, insbesondere zwischen 5 cm und 25 cm. Bei einer solchen Längenanpassung und unter Berücksichtigung einer bevorzugten Phasenverschiebung von etwa 90° kann dann eine Stromüberlagerung und damit Magnetfeldüberlagerung erreicht werden, wie schematisch im Diagramm gemäß 7C angedeutet.The arrangement A, the structure 1 or the length L of the lines 16 is preferably tuned to the desired operating frequency, that the length L is substantially about ¼ of the wavelength, ie at 300 MHz about 25 cm or less depending on the permittivity of the surrounding medium, in particular between 5 cm and 25 cm. In such a length adjustment and taking into account a preferred phase shift of about 90 ° then a current superposition and thus magnetic field superposition can be achieved, as shown schematically in the diagram 7C indicated.
Das Diagramm zeigt beispielhaft zu einem bestimmten Zeitpunkt den Verlauf bzw. die Einhüllende des Betrages des Stroms I in einer Leitung 16 und den Verlauf bzw. die Einhüllende des Betrages des Stroms J in der anderen Leitung 16 über die Länge L der beiden Leitungen 16. Aufgrund der entgegengesetzten und phasenversetzten Einspeisung wird erreicht, dass sich die beiden Ströme I und J, genauer gesagt die dargestellten Beträge bzw. die Einhüllenden der Beträge der Ströme, insbesondere der Betrag der Summe der Ströme, zu im wesentlichen eins bzw. zu einem im wesentlichen konstanten Wert addieren. Dementsprechend kann eine wesentliche Homogenisierung bzw. Vergleichmäßigung über die gesamte Länge L des insgesamt von den beiden Leitungen 16 erzeugten Magnetfelds erreicht werden. Wesentlich ist insbesondere das sich auf der der HIS-Struktur 1 abgewandten Seite der Leitungen 16 ergebene Magnetfeld, da dieses bei der Untersuchung von Objekten, insbesondere Lebewesen oder Patienten, in einem Magnetresonanztomographen relevant ist.The diagram shows by way of example at a certain time the course or the envelope of the amount of the current I in a line 16 and the curve or envelope of the magnitude of the current J in the other line 16 over the length L of the two lines 16 , Due to the opposite and phase-offset feed is achieved that the two currents I and J, more precisely the amounts shown or the envelopes of the amounts of the currents, in particular the amount of the sum of the currents, to substantially one or substantially add constant value. Accordingly, a substantial homogenization or homogenization over the entire length L of the total of the two lines 16 generated magnetic field can be achieved. This is particularly important on the HIS structure 1 opposite side of the lines 16 resulting magnetic field, as this is relevant in the investigation of objects, in particular living things or patients, in a magnetic resonance tomograph.
Die beiden Leitungen 16 zeigen aufgrund der engen Nachbarschaft eine starke elektromagnetische Verkoppelung, die zu unterschiedlichen Impedanzen der beiden von den Leitungen 16 gebildeten Spulen 15 führen kann, wodurch die Ströme I und J unterschiedlich stark und die Anpassung der Gesamtschaltung massiv beeinträchtigt werden kann. Diese Verkopplung kann vorzugsweise durch eine Induktivität bzw. Kompensationsspule 24 zwischen den beiden Leitungen 16 kompensiert werden. Besonders bevorzugt ist nur eine Kompensationsspule 24 in der Mitte zwischen den beiden Leitungen 16 angeordnet, wie insbesondere in 7A angedeutet.The two lines 16 Due to the close proximity, they show strong electromagnetic coupling resulting in different impedances of the two of the lines 16 formed coils 15 can lead, whereby the currents I and J can vary greatly and the adaptation of the overall circuit can be massively impaired. This coupling can preferably by an inductance or compensation coil 24 between the two lines 16 be compensated. Particularly preferred is only a compensation coil 24 in the middle between the two lines 16 arranged, in particular in 7A indicated.
Die Kompensationsinduktivität 24 hängt von verschiedenen Faktoren, wie Dimensionierung und Abstand der Leitungen 16, Arbeitsfrequenz und dergleichen, ab. Die Induktivität beträgt vorzugsweise im wesentlichen 30 bis 250 nH, insbesondere etwa 50 bis 100 nH.The compensation inductance 24 depends on various factors, such as sizing and spacing of the wires 16 , Working frequency and the like, from. The inductance is preferably substantially 30 to 250 nH, in particular about 50 to 100 nH.
Beispielsweise kommt bei Leitungen 16 mit einer Breite von etwa 20 mm, einer Höhe über der HIS-Struktur 1 von etwa 15 mm und einem Abstand (Kante zu Kante) der Streifen von etwa 10 mm bei 300 MHz (7 Tesla) eine Induktivität von etwa 75 nH heraus. Werden die Leitungen 16 enger gesetzt, steigt die Verkopplung und die Kompensations-Induktivität muß kleiner werden. Bei halber Frequenz (doppelte Länge der Streifenleitungen 16, um wieder 1/4 der Wellenlänge zu erreichen) und sonst gleichen Geometrieverhältnissen wird die Induktivität verdoppelt.For example, cables are used 16 with a width of about 20 mm, a height above the HIS structure 1 of about 15 mm and a distance (edge to edge) of the strips of about 10 mm at 300 MHz (7 Tesla) an inductance of about 75 nH out. Be the leads 16 set closer, the coupling increases and the compensation inductance must be smaller. At half frequency (twice the length of the strip lines 16 to reach 1/4 of the wavelength again) and otherwise equal geometry ratios, the inductance is doubled.
Es ist anzumerken, dass die Anordnung A, insbesondere die Leitungen 16 und gegebenenfalls auch die HIS-Struktur 1 nicht im wesentlichen gradlinig bzw. eben ausgebildet sein müssen, sondern auch gekrümmt sein können. Die Krümmung kann in Längsrichtung der Leitungen 16 und/oder quer dazu verlaufen.It should be noted that the arrangement A, in particular the lines 16 and optionally also the HIS structure 1 do not have to be substantially straight or flat, but may also be curved. The curvature can be in the longitudinal direction of the lines 16 and / or across it.
Bei der Ausführungsform gemäß 7 können die Leitungen 16 in der Luft über der HIS-Struktur 1 geführt sein. Es ist jedoch auch möglich, den Zwischenraum teilweise oder vollständig mit einem Dielektrikum zu füllen, insbesondere die Leitungen 16 dann einzubetten. Dann wird die Länge L vorzugsweise im Wesentlichen proportional zur Quadratwurzel der Dielektrizitätszahl verkürzt. Diese Art der Modifizierung der Länge L durch Einsatz von dielektrischem Material kann auch unabhängig von der vorschlagsgemäßen Anordnung A realisiert werden.In the embodiment according to 7 can the wires 16 in the air above the HIS structure 1 be guided. However, it is also possible to fill the gap partially or completely with a dielectric, in particular the lines 16 then embed. Then, the length L is preferably shortened substantially in proportion to the square root of the dielectric constant. This type of modification of the length L by use of dielectric material can also be realized independently of the proposed arrangement A.
Die Anordnung A gemäß 7 gestattet es insbesondere, ein in Leiterlängserstreckung räumlich weitgehend homogenes magnetisches Wechselfeld durch zwei parallel verlaufende, eng nebeneinander liegende Leitungen 16 zu erzeugen, die an den entgegengesetzten Enden mit hochfrequentem Wechselstrom gespeist werden. Die Wechselströme sind dabei vorzugsweise zumindest im wesentlichen um 90 Grad phasenverschoben. Die Leitungen sind an ihren der Stromzufuhr entgegengesetzten Enden jeweils elektrisch kurzgeschlossen. So ergibt sich ein sehr einfacher, kostengünstiger und robuster Aufbau.The arrangement A according to 7 makes it possible, in particular, to have a magnetic field which is largely homogeneous in the longitudinal direction of the conductor along two parallel sides, closely adjacent to one another lying lines 16 to be generated, which are fed at the opposite ends with high-frequency alternating current. The alternating currents are preferably at least substantially phase-shifted by 90 degrees. The lines are electrically shorted at their opposite ends of the power supply. This results in a very simple, inexpensive and robust construction.
Eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der vorschlagsgemäßen Anordnung A ist in 8A dargestellt. 8B zeigt einen schematischen Schnitt entlang Linie VIII-VIII von 8A. Um die Übersichtlichkeit zu verbessern, sind in 8B ausschließlich Objekte in der Schnittebene, nicht jedoch hinter dieser liegende Objekte dargestellt.A plan view of a further embodiment of the proposed arrangement A is shown in FIG 8A shown. 8B shows a schematic section along line VIII-VIII of 8A , To improve the clarity, are in 8B only objects in the section plane, but not behind these lying objects shown.
Die Anordnung A weist mindestens eine Antenne 21 oder eine Doppelantenne bzw. zwei Antennen 21 sowie eine zugeordnete HIS-Struktur 1 auf. Insbesondere ist die Anordnung A gemäß 8 sehr ähnlich der Anordnung A gemäß 7 ausgebildet, so dass nachfolgend nur wesentliche Unterschiede erläutert werden. Die bisherigen Ausführungen und Erläuterungen gelten daher insbesondere entsprechend oder ergänzend, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.The arrangement A has at least one antenna 21 or a double antenna or two antennas 21 and an associated HIS structure 1 on. In particular, the arrangement A is according to 8th very similar to the arrangement A according to 7 trained, so that only essential differences are explained below. The previous statements and explanations therefore apply in particular corresponding or supplementary, even if a repeated description is omitted.
Bei der Ausführungsform gemäß 8 erfolgt die Einspeisung bzw. der elektrische Anschluß nicht jeweils an einem Ende der Leitungen 16, sondern bei jeder Leitung 16 jeweils zwischen dem kurzgeschlossenem Ende und dem nicht kurzgeschlossenen Ende. Die Einspeisung bzw. der Anschluß 17 ist insbesondere in der Hälfte der Leitung 16 mit dem kurzgeschlossenen Ende und/oder benachbart zum kurzgeschlossenen Ende angeordnet. Das nicht kurzgeschlossene Ende der Leitung 16 endet vorzugsweise frei. Der elektrische Anschluß bzw. die Einspeisung erfolgt insbesondere also näher am kurzgeschlossenen Ende als zum freien Ende der Leitung 16 hin. Die Leitungen 16 bilden daher Antennenabschnitte 22.In the embodiment according to 8th the supply or the electrical connection does not take place at one end of the lines 16 but with every line 16 each between the shorted end and the non-shorted end. The feed or the connection 17 especially in half the line 16 arranged with the shorted end and / or adjacent to the shorted end. The not shorted end of the line 16 preferably ends free. The electrical connection or the feed takes place in particular so closer to the short-circuited end as the free end of the line 16 out. The wires 16 therefore form antenna sections 22 ,
Es ist anzumerken, dass die Anordnung A gemäß 7 oder 8 grundsätzlich auch nur eine einzige derart angeschlossene Leitung 16 oder jede sonstige Konfigurationen von angeschlossenen Leitungen 16 aufweisen kann. Insbesondere ist vorschlagsgemäß auch eine fingerartige Struktur und/oder Interdigitalstruktur von Leitungen 16 durch, insbesondere alternierend kontaktierte, nebeneinander angeordnete Leitungen 16 möglich. Vorschlagsgemäß sind auch matrixförmige und/oder flächige Weiterbildungen möglich.It should be noted that the arrangement A according to 7 or 8th basically only one single line connected in this way 16 or any other configurations of connected cables 16 can have. In particular, according to the proposal is also a finger-like structure and / or interdigital structure of lines 16 by, in particular alternately contacted, juxtaposed lines 16 possible. According to the proposal also matrix-shaped and / or surface developments are possible.
Des weiteren ist anzumerken, dass die Leitung bzw. Leitungen 16 bzw. Antennenabschnitte 22 vorzugsweise eine Länge von im wesentlichen einem Viertel der Wellenlänge des beaufschlagten Wechselstroms aufweist bzw. aufweisen. Jedoch können auch andere Längen realisiert werden. Insbesondere können andere Längen der Leitungen 16 bzw. Antennenabschnitte 22 realisiert werden und die Phasenlage der Ströme I und J zueinander derart angepaßt werden, dass ein im wesentlichen homogenes Magnetfeld erzeugt wird.Furthermore, it should be noted that the line or lines 16 or antenna sections 22 preferably has a length of substantially one quarter of the wavelength of the applied alternating current or have. However, other lengths can be realized. In particular, other lengths of the lines 16 or antenna sections 22 be realized and the phase position of the currents I and J are adapted to each other such that a substantially homogeneous magnetic field is generated.
Die Anordnung A gemäß der Ausführungsform aus 8 weist vorzugsweise eine hohe Schwingungsgüte auf. Dementsprechend bildet sich bei der Anordnung A auch eine vorteilhafte Strom- und/oder Magnetfeldverteilung auf den Leitungen 16 bzw. Antennenabschnitten 22 aus. Insbesondere ist mit der Verschiebung des Einspeisepunktes bzw. elektrischen Anschlusses eine Impedanztransformation oder eine Änderung der Impedanz in die Anschlüsse bzw. Koaxialverbindungen 17 verbunden. Diese kann bei geeigneter Positionierung des elektrischen Anschlusses bzw. der Koaxialverbindung 17 die Impedanz derart beeinflussen, dass eine Einspeisung des Wechselstroms begünstigt wird.The arrangement A according to the embodiment of 8th preferably has a high vibration quality. Accordingly, in the arrangement A also forms an advantageous current and / or magnetic field distribution on the lines 16 or antenna sections 22 out. In particular, with the displacement of the feed point or electrical connection, an impedance transformation or a change in the impedance in the connections or coaxial connections 17 connected. This can, with suitable positioning of the electrical connection or the coaxial connection 17 affect the impedance so that a feed of the alternating current is favored.
In den erläuterten Ausführungsbeispielen sind der HIS-Struktur 1 unterschiedliche Antennen 21 und/oder Spulen 15 zugeordnet. Diese weisen eine Haupterstreckungsebene auf, die vorzugsweise zumindest im wesentlichen parallel zur Elementfläche E verläuft. Es handelt sich also insbesondere um planare Strukturen. Weiter sind die Spulen 15 und/oder Antennen 21 auf der der Massefläche 4 gegenüberliegenden Seite der Elemente 2 und beabstandet zu diesen angeordnet. Diese Beabstandung kann vorschlagsgemäß durch eine mechanische Verbindung, insbesondere einen Kurzschluß, mit der HIS-Struktur 1 oder der Massefläche 4 erfolgen. Zusätzlich oder alternativ ist es vorschlagsgemäß möglich, zur Befestigung und/oder Beabstandung der jeweiligen Antenne und/oder Spule ein Dielektrikum D2 einzusetzen.In the illustrated embodiments, the HIS structure is 1 different antennas 21 and / or coils 15 assigned. These have a main extension plane, which preferably extends at least substantially parallel to the element surface E. In particular, these are planar structures. Next are the coils 15 and / or antennas 21 on the ground plane 4 opposite side of the elements 2 and spaced therefrom. This spacing can, according to the proposal, be achieved by a mechanical connection, in particular a short circuit, with the HIS structure 1 or the ground plane 4 respectively. Additionally or alternatively, it is proposed to use a dielectric D2 for attachment and / or spacing of the respective antenna and / or coil.
Ein weiterer, auch unabhängig realisierbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Magnetresonanztomographen M (kurz auch nur Tomograph genannt) mit einer HIS-Struktur 1 und/oder einer Anordnung A. Die HIS-Struktur 1 ist vorzugsweise wie vorangehend beschrieben ausgeführt. Alternativ kann es sich jedoch auch um jede sonstige HIS-Struktur 1 handeln. Die Anordnung A ist vorzugsweise wie voranstehend beschrieben ausgeführt.A further, independently realizable aspect of the present invention relates to a magnetic resonance tomograph M (also called tomograph for short) with a HIS structure 1 and / or an assembly A. The HIS structure 1 is preferably carried out as described above. Alternatively, however, it can also be any other HIS structure 1 act. The arrangement A is preferably carried out as described above.
9A zeigt den Tomographen M in einem schematischen Längsschnitt mit einem zu untersuchenden Patienten oder Menschen 25 auf einer Untersuchungsliege 26. 9B zeigt einen Schnitt des Tomographen M entlang Linie IX-IX von 9A. 9A shows the tomograph M in a schematic longitudinal section with a patient or human to be examined 25 on a examination couch 26 , 9B shows a section of the tomograph M along line IX-IX of 9A ,
Der Tomograph M weist beim Darstellungsbeispiel einen Hauptmagneten 27, eine Gradientenspule 28, die HIS-Struktur 1 oder Anordnung A sowie eine innere Verkleidung 29 – insbesondere in der genannten Reihenfolge von außen nach innen – auf. Die Verkleidung 29 ist von einer optionalen Schalldämmung (nicht dargestellt) umgeben. Die Schalldämmung kann beispielsweise als Matte zwischen die Verkleidung 29 einerseits und die Gradientenspule 28 bzw. HIS-Struktur 1 oder Anordnung A andererseits eingebaut sein.The tomograph M has a main magnet in the illustrated example 27 , a gradient coil 28 , the HIS structure 1 or arrangement A and an inner panel 29 - especially in the order from outside to inside. The costume 29 is surrounded by an optional sound insulation (not shown). The sound insulation can, for example, as a mat between the panel 29 on the one hand and the gradient coil 28 or HIS structure 1 or arrangement A on the other hand be installed.
Die HIS-Struktur 1 bzw. Anordnung A ist vorzugsweise zwischen der Schalldämmung und der Gradientenspule 28 eingebaut. Dementsprechend bleibt eine nur verhältnismäßig geringe radiale Bauhöhe, insbesondere von etwa 20 mm oder weniger. Dies ist mit der vorschlagsgemäßen Lösung erreichbar.The HIS structure 1 or Arrangement A is preferably between the sound insulation and the gradient coil 28 built-in. Accordingly, only a relatively small radial height remains, in particular of about 20 mm or less. This can be achieved with the proposed solution.
Insbesondere kann die Anordnung A eine Ganzkörperspule oder eine Spule zur Untersuchung spezieller Bereiche des Patienten bzw. Menschen 25 bilden.In particular, the assembly A may be a whole body coil or coil for examining specific areas of the patient or human 25 form.
Die HIS-Struktur 1 bzw. Anordnung A ist vorzugsweise gewölbt oder hohlzylindrisch bzw. tonnenartig ausgebildet. Dies erleichtert den Einbau in den Magnetresonanztomographen M.The HIS structure 1 or Arrangement A is preferably curved or hollow cylindrical or barrel-shaped. This facilitates the installation in the magnetic resonance tomograph M.
Vorschlagsgemäß ist es auch möglich, dass dem Magnetresonanztomograph M eine, insbesondere vorschlagsgemäße HIS-Struktur 1 zugeordnet oder in diesem angeordnet ist, ohne dass der HIS-Struktur 1 eine Antenne oder Spule unmittelbar zugeordnet ist. So ist es möglich, die HIS-Struktur 1 als Reflektor oder Abschirmung einzusetzen.According to the proposal, it is also possible for the magnetic resonance tomograph M to have a, in particular, proposed HIS structure 1 assigned or arranged in this, without the HIS structure 1 an antenna or coil is directly assigned. So it is possible the HIS structure 1 to use as a reflector or shielding.
Weiter ist es vorschlagsgemäß möglich, die HIS-Struktur 1 oder die Anordnung A abweichend von der in 9 angeordneten Position auch in anderen Bereichen des Magnetresonanztomographen M einzusetzen.Furthermore, it is possible according to the proposal, the HIS structure 1 or the arrangement A deviates from the in 9 arranged position also in other areas of the magnetic resonance tomograph M use.
Weiter ist es vorschlagsgemäß möglich, die vorgestellten Antennen 21 oder Spulen 15 auch unabhängig von einer HIS-Struktur 1, vorzugsweise in einem Magnetresonanztomographen M, einzusetzen. Die HIS-Struktur 1 mit einer zugeordneten Antenne 21 oder Spule 15 ist jedoch vorteilhaft in Bezug auf den Platzbedarf und die Charakteristik, insbesondere für den Einsatz in einem Magnetresonanztomographen M.Furthermore, it is possible according to the proposal, the presented antennas 21 or coils 15 also independent of a HIS structure 1 , preferably in a magnetic resonance tomograph M to use. The HIS structure 1 with an associated antenna 21 or coil 15 However, it is advantageous in terms of space requirements and the characteristic, in particular for use in a magnetic resonance tomograph M.
Die vorgestellten Ausführungsbeispiele für HIS-Strukturen 1 sowie für Anordnungen A und für einen Tomographen M mit der HIS-Struktur 1 bzw. Anordnung A sind der Übersichtlichkeit halber teilweise ohne Trägerschichten, Stabilisatoren, Füllungen und/oder Dielektrika dargestellt. Vorschlagsgemäß ist es jedoch möglich oder vorgesehen, insbesondere auch unterschiedliche, Materialien als Füllung oder Dielektrikum einzusetzen.The presented embodiments for HIS structures 1 as well as for arrangements A and for a tomograph M with the HIS structure 1 or Arrangement A are shown for the sake of clarity partially without carrier layers, stabilizers, fillers and / or dielectrics. However, according to the proposal, it is possible or intended, in particular also to use different materials as filling or dielectric.
Die vorgenannten Ausführungsbeispiele und Ausführungsformen sowie deren Merkmale können beliebig miteinander kombiniert werden.The aforementioned embodiments and embodiments and their features can be combined with each other as desired.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
11
-
HIS-StrukturHIS structure
-
22
-
Elementelement
-
33
-
Leitungsabschnittline section
-
44
-
Masseflächeground plane
-
55
-
Koaxialleitungcoaxial
-
66
-
Seelesoul
-
77
-
Mantelcoat
-
88th
-
Kurzschlußshort circuit
-
99
-
Masseflächeground plane
-
1010
-
Leiterstreifenconductor strips
-
1111
-
KurzschlußbereichShort range
-
1212
-
Streifenleitungstripline
-
1313
-
Kondensatorcapacitor
-
1414
-
EndeThe End
-
1515
-
SpuleKitchen sink
-
1616
-
Leitungmanagement
-
1717
-
AnschlußConnection
-
1818
-
Kondensatorcapacitor
-
1919
-
Bauelementmodule
-
2020
-
Massesymbolground symbol
-
2121
-
Antenneantenna
-
2222
-
Antennenabschnittantenna section
-
2323
-
Endabschnittend
-
2424
-
Kompensationsspulecompensating coil
-
2525
-
Patientpatient
-
2626
-
Untersuchungsliegeexamination table
-
2727
-
Hauptmagnetmain magnet
-
2828
-
Gradientenspulegradient coil
-
2929
-
Verkleidungpaneling
-
AA
-
Anordnungarrangement
-
BB
-
Magnetfeldmagnetic field
-
DD
-
Dielektrikumdielectric
-
Ee
-
Elementflächeelement surface
-
FF
-
Flächenerstreckungsurface extension
-
HPHP
-
horizontale Polarisierunghorizontal polarization
-
II
-
Stromelectricity
-
JJ
-
Stromelectricity
-
LL
-
Längelength
-
MM
-
Magnetresonanztomograph SpuleMagnetic resonance coil
-
VPVP
-
vertikale Polarisierungvertical polarization
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
WO 02/011239 A2 [0010] WO 02/011239 A2 [0010]
