JP3597262B2 - Ｎｍｒ受信コイルの同調方法および回路装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＭＲ信号に対する受信回路を有し、ＮＭＲ受信コイルのプローブヘッドインピーダンスを同調する方法であって、 実基準抵抗がＮＭＲ信号の経路中の箇所Ｍ０に接続されており、第１の基準信号が高周波同調信号によって受信回路内の箇所Ｍ２で形成され、該箇所Ｍ２は、ＮＭＲ信号の経路と、高周波発生器からの高周波同調信号の経路との交点である同調方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の同調方法は例えば、ドイツ連邦共和国特許第３８３８２５２号から公知である。
【０００３】
公知の、ＮＭＲスペクトロメータのプローブヘッドにあるＮＭＲ受信コイル同調方法では、プローブヘッドが存在するＮＭＲ受信機から手動で分離され、別個の測定装置により同調されるのではなく、ＮＭＲ受信機は既に適切に設けられた装置により同調され、この装置によりこの過程は自動的にソフトウェアコントロールの下で実行することができる。その際、ＮＭＲ受信機のＳ／Ｎ比は通常の動作状態においてできるだけ悪化しないようにすべきである。
【０００４】
公知の方法は実質的に、高周波同調源に使用され、高周波同調源は同調過程に対する信号を送出し、基準抵抗および複数のスイッチを、自動的に通常動作状態から動作状態“プローブヘッド同調”へ、および反対の切り替えのために切り替える。基準抵抗は所望のプローブヘッドインピーダンスを表し、プローブヘッドインピーダンスが基準抵抗の値に同調すべき箇所に接続される。この基準抵抗はしたがって、プローブヘッドインピーダンスが取るべき所望の実抵抗を表す。
【０００５】
受信装置全体のＳ／Ｎ比は前置増幅器の入力側におけるＮＭＲ信号の経路での回路網に強く依存する。したがってこの回路網は、できるだけ損失の少ない素子、例えばダイオードおよびチョークを有しなければならない。この回路網は一般的に低抵抗であるから（５０Ωの領域）、そこでのいずれかの形での直列抵抗、例えば導通接続されたダイオードを回避すべきである。すでに１Ωの直列抵抗でさえＳ／Ｎ比の顕著な悪化に結びつく。
【０００６】
ｐｉｎダイオードをスイッチとして使用することにより、通常は他のダイオードを使用するよりも良好な高周波特性が得られる。しかし導通接続されたｐｉｎダイオードは常に約１Ωの直列抵抗を有し、そのため導通状態で無視できない、例えば０．１ｄＢの高周波損失の原因となる。これは現在の状況では既に大きすぎる。
【０００７】
阻止状態でも、ｐｉｎダイオードは高周波損失を形成する。しかしこの損失は導通状態と比較してやや小さい。この損失は、阻止状態ではこれに並列な約８ｋΩの損失抵抗を有する約０．５ｐＦのキャパシタのような特性を有する。したがって前置増幅器の入力側におけるｐｉｎダイオードは、受信系の通常の動作状態では導通状態であるよりかは阻止状態である方が有利である。
【０００８】
例えば従来技術で使用されるような高周波チョークも決して理想素子ではない。というのは、高周波チョークは阻止されたｐｉｎダイオードに似た高周波インピーダンスを有するからである。すなわち、約５ｋΩの並列抵抗を有する約０．５ｐＦのキャパシタに似ている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法をさらに改善し、ＮＭＲ信号の経路での前置増幅器の入力側における、信号損失の原因となり得るダイオード、高周波チョーク等の素子の使用をできるだけ少なくすることである。さらにＮＭＲ信号の経路での前置増幅器の入力側において、通常の動作状態の間はそこに存在するすべてのダイオードが阻止され、ダイオードがＮＭＲ信号の経路で直列に使用されないようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明により、実基準抵抗を箇所Ｍ０から分離し、
基準インピーダンスを、受信回路の高周波同調信号の経路中の任意の箇所に接続し、箇所Ｍ２に発生する第２の基準信号と箇所Ｍ２における第１の基準信号の差がゼロになるように調整し、
引き続きプローブヘッドインピーダンスを箇所Ｍ０に接続し、箇所Ｍ２における第２の基準信号に同調することにより解決される。
【００１１】
第２の基準信号を本発明により形成する際には、基準抵抗を基準点Ｍ２に接続してはならない。これによって、受信回路における素子の数を低減することができ、これによりＳ／Ｎ比が改善される。
【００１２】
本発明の方法では、基準信号を形成する際に重要なことは以下のことだけである。すなわち、入力側が別個の場合に基準点Ｍ２に信号経過が生じ、この信号経過は所望の周波数領域において実質的に、入力側が分離されておらず、所望の同調箇所に基準抵抗がプローブヘッドインピーダンスの代わりに接続されている場合の基準点Ｍ２における信号経過と同じである、ということである。この条件を満たすために、単に適切な箇所において調整可能な基準インピーダンスを用いて高周波同調信号の振幅と位相を次のように変化させれば良い。すなわち、基準点Ｍ２において、入力側が分離されている場合に第２の基準信号が上記の定義に従って発生するようにするのである。
【００１３】
第１の基準信号を少なくとも１回検出し、記憶し、基準インピーダンスの調子過程の際に第２の基準信号を周期的に形成すると有利である。というのはこのようにすれば、基準インピーダンスの同調中に変化する画像が画像面に現れ、画像面に形成される２つの基準信号の差が所望の周波数領域においてできるだけ正確にゼロになるように基準インピーダンスを変化することができるからである。次に第２の基準信号は実質的に第１の基準信号と等しくなり、これにより第２の基準信号を第１の基準信号の代わりにプローブヘッドインピーダンスの同調に使用できる。第２の基準信号は大きな利点を有する。すなわち、Ｓ／Ｎ比の顕著な悪化を引き起こさない回路構成によって測定することができるのである。
【００１４】
さらに、第２の基準信号を少なくとも１回検出し、プローブヘッドインピーダンスの同調過程の際に、プローブヘッドインピーダンスを用いて検出された信号を周期的に形成すると有利である。この場合は、プローブヘッドインピーダンスの同調中に変化画像が画像面に現れ、この画像が垂直にミラー対称の共振曲線を有する。同調過程は、この共振曲線の最小がほぼゼロになり、所望の周波数点になるときに終了する。
【００１５】
高周波同調信号のレベルはプローブヘッドインピーダンスの同調過程の間、所定の変動を受けることがあるから、有利な実施例では、第２の基準信号がプローブヘッドインピーダンスの同調過程の開始時に少なくとも１回新たに検出される。
【００１６】
本発明の方法のとくに有利な実施例では、電圧源から接続可能な直流電流を用いてスイッチが高周波直列スイッチの機能を引き継ぐ。このようにして、前置増幅器の入力側における付加的素子が回避される。このような付加的素子は通常はスイッチＳ１に対して必要である。
【００１７】
さらに、本発明の同調方法を実施するための回路装置も本発明の枠内である。この回路装置は、高周波同調信号を形成するための高周波発生器と、ＮＭＲ信号経路にスイッチング素子とを有する。
【００１８】
この種の回路装置は例えばドイツ連邦共和国特許第３８３８２５２号から公知である。
【００１９】
公知の回路装置では、リレーダイオードスイッチまたはｐｉｎダイオードスイッチを介して、基準抵抗も高周波発生器と同じようにオン・オフ接続される。スイッチを介してプローブヘッドインピーダンスは基準抵抗に置換される。基準抵抗はプローブヘッドインピーダンスが取るべき所望の実抵抗を表す。
【００２０】
本発明の回路装置では、基準インピーダンスが受信機回路内の次のような箇所に配置される。すなわち、ＮＭＲ信号の経路から高抵抗結合インピーダンスまたは複数の高抵抗インピーダンスにより分離された箇所である。例えば高抵抗結合インピーダンスは、高周波発生器の反対側に配置することができる。これにより、基準インピーダンスとこれに所属するスイッチ損失がＮＭＲ信号の経路に入力結合することが阻止される。
【００２１】
とくに有利には、複数の調整可能なインピーダンスまたは同調可能なリアクタンスを、高周波発生器と結合インピーダンスとの間の異なる適切な箇所に配置する。例えばこの箇所は、高周波同調信号の経路にある四端子網の入力側と出力側である。四端子網は例えばλ／８線路とすることができる。これにより、高周波同調信号の振幅と位相が十分に大きな領域で調整される。基準インピーダンスが１つしかない場合には、このインピーダンスは有効成分と無効成分を有しなければならないから、したがって高周波同調信号の振幅と位相を正確に調整することができる。調整可能な有効成分は例えば高周波ポテンシオメータであるがしかし高周波技術的には常に問題のある素子である。したがって、複数の調整可能なリアクタンスを受信機回路内の種々異なる箇所に使用すると有利である。これは、高周波同調信号の振幅と位相を十分に大きな領域で調整するためである。
【００２２】
有利な実施例では、リアクタンスは容量性のトリマであり、例えばλ／８線路始端部と終端部に配置される。この構成の有利な点は、容量性トリマだけを調整可能な素子として使用できることである。容量性トリマは高周波ポテンシオメータよりも格段に良好に安定して調整することができる。
【００２３】
他の有利な実施例では、基準インピーダンスがアッテネータにより高周波発生器から分離される。これによって、高周波発生器並びにこれに所属する接続線路を常にインピーダンスで適合することができる。すなわち、基準インピーダンスの同調に無関係に常に正しい負荷抵抗と見ることができる。
【００２４】
本発明の回路装置の別の有利な実施例では、基準インピーダンスが直接、ＮＭＲ信号経路に接続され、高周波発生器が結合インピーダンスを介してＮＭＲ信号の経路から分離される。
【００２５】
別の有利な実施例では、基準インピーダンスがトリマに対して並列に配置された可変抵抗として構成されている。トリマは、受信機回路内に存在する寄生リアクタンスを考慮する。
【００２６】
有利には、ＮＭＲ信号の経路に１つまたは複数のスイッチング素子を配置し、これにより有利にはプローブヘッドインピーダンスへの接続を周期的にオン・オフすることができる。
【００２７】
別の実施例では、直流電流を結合インピーダンスを介して接続することができる。この直流電流を介して１つまたは複数のダイオードをＮＭＲ信号の経路でとくに簡単に導通状態ないし阻止状態にすることができる。
【００２８】
別の利点は、以下の説明及び図面から明らかになる。また前記の説明及び後の実施例での本発明の構成は個別にも、また組み合わせても適用することができる。したがって前述の実施例は限定としてではなく例として理解すべきである。
【００２９】
【実施例】
図５には、従来技術でのＮＭＲスペクトロメータ（図示せず）のプローブヘッドインピーダンスＺｘを同調するための受信回路１の基本作用が示されている。プローブヘッドコイルを励起するための高周波励起パルス１２が供給される通常の動作状態では、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３が位置１にある。すなわち、基準抵抗Ｒ０も高周波同調源、例えば高周波発生器２も遮断されている。まずスイッチＳ０が位置１にもたらされ、高周波励起パルス１２にＮＭＲ励起のために給電される。引き続き、スイッチＳ０が位置２に調整されると、プローブヘッドインピーダンスＺｘが前置増幅器４と接続され、受信装置が箇所Ｍ３で増幅される高周波信号５の記録状態となる。
【００３０】
スイッチＳ１とＳ２に対して機械的リレーを使用することは複数の理由から不利である。まず第１に、機械的接点装置の機能適性が不足しているためである。このリレーはＮＭＲ磁石の漂遊磁束内で動作しなければならないこととなり、したがって信頼性のある動作を行うことができないからである。したがって、ダイオード、有利にはｐｉｎダイオードを使用する。
【００３１】
従来技術においてｐｉｎダイオードにより実現された回路が図５と図６に示されている。スイッチＳ０は例えばダイオードカスケードＤＫからなり、このダイオードカスケードは高周波送信パルス１２により直接導通状態へもたらされ、これにより高周波送信パルス１２が回路点Ｍ０に導通される。この励起パルスの大きな振幅（１００Ｖ以上）はｐｉｎダイオードＤ_３を導通接続し、その結果第１のλ／４線路６が片側で短絡され、ＮＭＲスペクトロメータ（図示せず）の入力側Ｍ０で高抵抗インピーダンスとなる。高周波送信パルス１２はしたがって、プローブヘッドないしプローブヘッドインピーダンスＺｘへの経路を選択し、非常に僅かなエネルギー（約２％）を前置増幅器４の方向へ伝送する。この残留エネルギーは第２のλ／４線路７および同様に導通接続されたｐｉｎダイオードＤ_４によりさらに付加的に減衰される。これは前置増幅器４の鋭敏な入力側を有効に保護するためである。ダイオードＤ_３とＤ_４は相互にアースと接続されている。これは、高周波送信パルス１２のスイッチオンフェーズにおいてダイオードＤ_３とＤ_４を迅速に導通状態へもたらすためである。高周波送信パルス１２が正のエッジでスタートすれば、この正のエッジはダイオードＤ_３で整流され、直流電流がダイオードＤ_４を介して短絡することができ、これをどうように導通状態へもたらす。負のエッジでは、ダイオードＤ_４は整流器として作用し、Ｄ_３は直流電流により導通状態へもたらされる。短時間でこの整流作用は消滅し、ｐｉｎダイオードＤ_３とＤ_４は高周波的には低抵抗として作用する。この特性はｐｉｎダイオードに対しては典型的である。
【００３２】
ここでは、２つのλ／４線路６、７とダイオードＤ_３とＤ_４が高周波送信パルス１２の給電と前置増幅器４の保護にだけ用いられることに注意すべきである。別の、下で説明する本発明の新しい回路ではこれらの素子が２重の機能を満たす。このことは大きな利点である。
【００３３】
キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３とチョークＺＤ_ｒがｐｉｎダイオードＤ_１とＤ_２のオン・オフに必要である。これらの素子はスイッチング電圧ＵＳにより形成された直流電流を所望の経路に導通するのに用いる。高周波同調信号３に対しては３つのキャパシタは近似的に短絡を意味し、チョークＺＤ_ｒは小さな損失の少ないキャパシタからなる高抵抗のインピーダンスを意味する。
【００３４】
ＵＳが正であるとき、ダイオードＤ_２は阻止され、ダイオードＤ_１が導通する。これによりプローブヘッドないしこれのインピーダンスＺｘはダイオードＤ_１を介して回路点Ｍ２と接続される。ＵＳが負であれば、Ｄ_１が阻止され、Ｄ_２が導通する。これにより基準抵抗Ｒ０はＤ_２を介して回路点Ｍ２と接続される。
【００３５】
高周波励起パルス１２が再び遮断された後、ダイオードカスケードＤＫとダイオードＤ_３、Ｄ_４は再び阻止状態となる。２つのλ／４線路６、７は次に再び、ＲＷ＝Ｒ０＝５０Ωの特性インピーダンスを有する通常の高周波線路のような特性を有し、到来するＮＭＲ信号をほとんど減衰しないで導通する。ＮＭＲ信号はダイオードＤ_１を介して前置増幅器４に達し、そこで増幅される。引き続き受信機では低周波に分周混合され、増幅され、直交変調で位相検出され、デジタル化され、計算器で所望の信号に処理される。
【００３６】
動作状態“プローブヘッド同調”では、高周波発生器がスイッチＳ３を介して接続され、同調が３つのステップで行われる。
【００３７】
ステップ１：基準抵抗Ｒ０の接続
従来の技術では、入力側Ｍ０でのプローブヘッドインピーダンスＺｘが基準抵抗Ｒ０により置換される。基準抵抗Ｒ０は、プローブヘッドインピーダンスＺｘがとるべき所望の実抵抗を表す。しかし抵抗Ｒ０は入力側Ｍ０において１対１で両方のλ／４線路６、７を介して回路点Ｍ２へ転送されるから（理由：線路の特性インピーダンスＲＷはＲ０と等しい）、基準抵抗Ｒ０をスイッチＳ２を介して直接回路点Ｍ２と接続し、回路点Ｍ２をスイッチＳ１により入力側Ｍ０から分離するだけで十分である。２つのスイッチＳ１とＳ２は位置２に調整される。
【００３８】
理論的には、２つのスイッチＳ１とＳ２を直接回路点Ｍ０に配置することもできよう。これによりλ／４線路６、７に依存しないようになる。しかし実際には悪い選択である。なぜなら、高周波送信パルス１２の持続中には非常に高い高周波電圧がこの回路点に作用するからである。これは２つのダイオードＤ_１とＤ_２（これらによりスイッチＳ１とＳ２が実現される）を完全に導通することとなり、場合によっては電圧により破壊されてしまう。
【００３９】
ステップ２：基準信号の形成
高周波発生器２が作動され、高抵抗結合インピーダンスＺｋを介して高周波同調信号３を前置増幅器４の入力側にある測定点Ｍ２に送出する。高周波同調信号の周波数は有利には線形に変化する。この信号の周波数領域は所望の動作周波数を中心にすべきであり、プローブヘッドの受信共振回路の帯域幅の数倍となる。
【００４０】
この高周波同調信号３は回路点Ｍ２で信号を形成する。この信号は強く基準抵抗Ｒ０に依存し、前置増幅器４と受信機を介して計算器に達し、ここに記憶される。記憶された信号は複素平面内のベクトル信号であり、したがって実数部分と虚数部分とを有する。これらは直交変調検出部の２つの出力側に与えられる。２つの成分は周波数に依存する機能曲線を表し、基準信号を定義する。この基準信号は同調プロセスに対して必要である。
【００４１】
ステップ３：差信号の形成
スイッチＳ１とＳ２は再び位置１にもたらされる。これにより、プローブヘッドインピーダンスＺｘはλ／４線路６、７を介して回路点Ｍ２に接続される。すなわち、前に基準抵抗Ｒ０が接続されていたのと同じ回路点に接続される。高周波発生器２の高周波同調信号３により回路点Ｍ２に形成された新たな信号はステップ２と同じようにさらに処理され、計算器に記憶される。引き続きこの信号はベクトルで基準信号から減算され、そこから絶対値が形成される。このようにして、画像面に表示される差信号が発生する。
【００４２】
Ｚｘが測定された周波数領域においてＲ０と等しい場合には、差信号はどこでもゼロとなる。しかしこのような場合は発生しない。なぜなら、プローブヘッドインピーダンスＺｘは周波数に依存する受信機共振回路により検出されるからである。したがって差信号はベクトルでミラー対称の共振曲線を有し、最小値はただ１つの点を表す。ここではＺｘは値Ｒ０をとる。すなわち、正確なインピーダンス適合を行うことができる。
【００４３】
差信号の形成は周期的にかつ自動的に繰り返される。これにより同調プロセスに起因する変化を監視することができる。同調プロセスは通常は手動で、受信機共振回路の共振キャパシタンスおよび結合キャパシタンスの変化により行われる。正確に同調されないプローブヘッドの場合には、差信号の最小値が所望の動作周波数の外に現れ、ゼロにはならない。最小値が所望の動作周波数にあり、ゼロであるときに初めて、同調過程は終了される。
【００４４】
図１から図４には、本発明の方法の個々のステップが示されている。ＶＰ１、ＶＰ２およびＶＰ３は任意の四端子網である。これら四端子網は通常はパッシブ回路素子から構成される。しかしアクティブ回路素子を含むこともできる。ＶＰ１は任意の四端子網であり、これは本発明の方法においては回路点Ｍ０とＭ２をスイッチＳ１を介して直接相互に接続する必要がないことを示すものである。ＶＰ１は例えば複素変換比を有するインピーダンス変成器とすることができる。
【００４５】
ＶＰ２は高抵抗結合インピーダンスＺｋ（例えばチョーク）を含むことができる。これはＮＭＲ信号の経路９をＺ_０から分離するためである。しかし任意の四端子網とみなすこともできる。ＶＰ３はアッテネータ８や他のスイッチング素子を含むことができる。これはＺ_０を高周波発生器２から分離するためである。
【００４６】
新しい形式の基準形成では、ＮＭＲ信号の経路９で５０Ωの基準抵抗Ｒ０をもはや使用せず、ＮＭＲ信号の経路９とは別個の基準インピーダンスＺ_０（または複数のものを異なる箇所で）を使用する。この場合Ｚ_０が数学的に計算され（下記参照）、概略値のみを得ることができる。なぜなら、計算に必要なパラメータが正確には既知でないからである。したがって、Ｚ_０を正確に正しい値に調整するためには、手動でも基準調整が必要である。しかしこのことは（とにかく）比較的に大きな時間間隔（週、月、年）で繰り返す必要がある。というのは、スイッチング素子の経年変化のみが正しい調整の変化の原因となり得るからである。基準量として正確で安定した抵抗を使用する（基準抵抗Ｒ０）。この抵抗は所望の同調箇所に配置される。
【００４７】
基準調整は図１と図２に示されている。入力側Ｍ０には基準抵抗Ｒ０が接続されている。
【００４８】
第１のステップ（スイッチＳ１とＳ２は位置１）で、Ｒ０がＶＰ１とスイッチＳ１を介して基準点Ｍ２に接続され、Ｚ_０はスイッチＳ２により分離される。（図１）。これは次のことを除いて通常の動作状態に相応する。すなわち、入力側Ｍ０に所望の抵抗Ｒ０が実際のプローブヘッドインピーダンスＺｘの代わりに接続されており、高周波発生器２が投入接続されていることを除いて通常の動作状態に相応する。高周波同調信号３は基準点Ｍ２に信号を形成する。高周波同調信号の周波数は周期的に２つの値の間を線形に変化する。形成された信号は前置増幅器４、受信機、直交変調検出器およびＡ／Ｄ変換器（図示せず）を介して計算器に達する。この信号の全期間はベクトルで記憶され、第１の基準信号と称される。
【００４９】
第２のステップ（スイッチＳ１とＳ２が位置２）では、Ｒ０がスイッチＳ１によって回路点Ｍ２から分離され、その代わりに基準インピーダンスＺ_０がスイッチＳ２を介して接続される（図２）。高周波同調信号３の次の周期は回路点Ｍ２に新たな信号を形成し、この信号は第１のステップと同じように測定され、ベクトルで記憶される。 この信を、以下第２の基準信号と称する。この信号はベクトルで基準信号１から減算され、そこから絶対値が形成される。これにより差信号Ａが得られる。差信号Ａは画像面にｙ信号として表示される。ｘ信号は周波数変動によって定められる。
【００５０】
これら２つのステップは周期的に繰り返される。これにより基準インピーダンスＺ_０の同調の間、変化する画像が画像面に現れる。Ｚ_０は次に、差信号Ａが画像面で所望の周波数領域においてできるだけ正確にゼロになるまで変化される。これにより第２の基準信号は実質的に第１の基準信号と等しくなる。すなわち、第１の基準信号の代わりに第２の基準信号を使用することができる。第２の基準信号には、Ｓ／Ｎ比の顕著な悪化を引き起こさない回路装置によって測定することができるという大きな利点がある。
【００５１】
プローブヘッドを同調するためには、プローブヘッドインピーダンスＺｘが入力側Ｍ０になければならない。同調過程は図３と図４に示されている。ここでも同様に２つのステップが必要である。
【００５２】
第１のステップ（スイッチＳ１とＳ２が位置２にある）では、第２の基準信号が線形の周波数変動期間中に測定され、ベクトルで記憶される（図３）。
【００５３】
第２のステップ（スイッチＳ１とＳ２が位置１にある）では、プローブヘッドインピーダンスＺｘに依存する信号が回路点Ｍ２で線形周波数変動の次の期間中に測定され（図４）、ベクトルで記憶され、ベクトルで第２の基準信号から減算され、これから絶対値が形成される。この信号は差信号Ｂと称される。画像面にはｙ信号として表示される。ｘ信号は再び周波数変動により定義される。
【００５４】
この２つのステップは周期的に繰り返される。これによりプローブヘッドインピーダンスＺｘの同調中に変化する画像が画像面に現れる。この画像はベクトルでミラー対称な共振曲線の形状を有する。第２の基準信号では明瞭な変化が生じないように思えるが、ステップ１の繰り返しを省略してはならない。すなわち、高周波発生器２の信号レベルの緩慢な変動が同調過程の持続中に生じることを考慮しなければならず、これが第２の基準信号を変化させる。
【００５５】
同調過程は、曲線の最小値が焼くゼロになったとき、かつ所望の周波数点にある時に終了する。
【００５６】
第２の基準信号を周期的に新たに検出することができるようにするため、プローブヘッドないしプローブヘッドインピーダンスＺｘへの接続は同じように周期的にオン・オフしなければならない。直列スイッチは例えば図７に示された、ＮＭＲ信号の経路９での理想直列スイッチＳ１の形態にあり、したがって接近することができない。
【００５７】
直列に接続されたｐｉｎダイオードＤ_１を直列スイッチとして使用する（図８）の解決手段は公知であり、すでに述べたようにＳ／Ｎ比の悪化を招く。
【００５８】
図９には、損失の少ない直列スイッチが示されている。この直列スイッチは、閉じた状態において阻止されたダイオードＤ_３による生じる。Ｕ_Ｓが負であるとき、ｐｉｎダイオードＤ_３は阻止状態であり、回路点Ｍ１は２つのλ／４線路６、７を介して回路点Ｍ２と直接、低損失で接続される。これは直列スイッチの閉じた状態に相応する。この状態は、受信機系の通常の動作状態において存在し、ちょうどここでも小さな信号損失が実現される。したがって阻止されたダイオードは導通状態のダイオードよりの良好である。なぜなら、阻止状態のダイオードの損失の方が少なくからである。
【００５９】
Ｕ_Ｓが正であれば、ｐｉｎダイオードＤ_３は導通し、約１Ωのアースへの短絡となる。この抵抗は２つのλ／４線路６、７により、逓昇変換され、回路点Ｍ１とＭ２に約２．５ｋΩの高抵抗として現れる。この抵抗は５０Ωに対して重要ではない。スイッチへの両方の側面から見るインピーダンスは高抵抗であり、これは直列スイッチの開放状態に相応する。
【００６０】
この形式の直列スイッチは、スイッチングダイオードが閉じた状態では阻止状態であり、開放状態で導通するという特性を有する。これはちょうど。公知の構成（図８）と比較して反対の特性である。公知の構成では、スイッチングダイオードがＮＭＲ信号の経路９に直接に接続されている。
【００６１】
前述の直列スイッチ（図９）を図６の切換スイッチＳ０と比較すると、ある程度の類似性が明らかである。スイッチＳ０は、直列スイッチＳ１に対して必要なすべての高周波素子をすでに有している。とりわけ付加的に、ダイオードカスケードＤｋとダイオードＤ_４を有するが、しかしこれらの素子はＳ１の機能を妨げない。したがって、直列スイッチＳ１を付加的な素子を導入することなしで実現することができ、このことはダイオード（Ｄ_１）、チョーク（Ｚ_Ｄｒ）とキャパシタ（Ｃ１）を、図６に示された従来技術と比較して節約する。
【００６２】
図１０は、本発明の回路装置の第１の実施例を示す。この回路装置では、基準インピーダンスＺ_０が高抵抗結合インピーダンスＺｋによりＮＭＲ信号の経路９から分離されている。破線で囲まれた領域は、図５と図６で使用された機能ブロックを表す。
【００６３】
四端子網ＶＰ１は図１０には現れない。ＶＰ１は例えばインピーダンス変換器を意味する。この変換器により、通常の動作状態では付加的なインピーダンス変換が回路点Ｍ０からＭ２で達成される。しかしこの変換は非常に特別な場合だけ使用され、図１０では省略されている。
【００６４】
図１０の回路はただ１つの同調可能な基準インピーダンスＺ_０による変形実施例を使用する。この基準インピーダンスは、約１００Ωの可変抵抗Ｒ_ＺＯにより約１５ｐＦのトリマＣ_ＺＯに並列に実現される。Ｃ_ＺＯはもっぱら、回路内に存在する寄生リアクタンスを考慮する。
【００６５】
四端子網ＶＰ３内のアッテネータ８は高周波発生器２を基準インピーダンスＺ_０から分離する。これにより高周波発生器２並びにこれに所属する接続線路を常にインピーダンス適合することができる。すなわち、Ｚ_０の同調に依存せずに常に正しい付加抵抗とすることができる。
【００６６】
図１１は本発明の回路装置の第２の実施例を示す。この実施例では、基準インピーダンスＺ_０がＮＭＲ信号の経路９に接続されている。
【００６７】
この回路では、四端子網ＶＰ２が直接の接続に変化する。このために、ＶＰ３は複素インピーダンスＺｋを有する。アッテネータ８はもはや必要ではない。なぜなら、Ｚ_０がＺｋにより高周波発生器２から分離され、したがって高周波発生器２に帰還作用することができないからである。
【００６８】
スイッチＳ２は第２のｐｉｎダイオードＤ_５により補充される。第２のｐｉｎダイオードはスイッチＳ２が開放しているとき（すなわち、Ｄ_２が阻止されているとき）導通し、これによりＺ_０が短絡する。これによって、Ｚ_０の実成分が阻止されているダイオードＤ２の寄生容量を介してＮＭＲ信号の経路９へ変換され、そこでＳ／Ｎ比の悪化を引き起こすことが回避される。
【００６９】
図１１に示された回路装置は、図１０に示された回路と比較してやや欠点がある。なぜならこの回路はＮＭＲ信号の経路９にダイオード（Ｄ_２）を１つよけいに有するからである。しかしこのダイオードは通常動作では阻止されており、そのため導通状態となってもわずかな損失しか引き起こさない。とりわけ、ダイオードＤ_５は、Ｚ_０の影響によりＳ／Ｎ比が付加的に悪化するのを阻止する。
【００７０】
切換スイッチＳ０の２つのλ／４線路６、７の長さは正確にλ／４の長さを有する必要はない。とりわけ第２のλ／４線路７は±４０％までの偏差を有することができるが、それでもダイオードＤ_４により高周波送信パルス１２の残留成分は十分に抑圧される。第１のλ／４線路６の長さはしかしクリティカルである。ここでの不正確な長さは誤適合や、高周波送信パルス１２の回路点Ｍ０での電力反射につながる。電力反射は大きくてはならない。しかしここでも±５％の長さの公差は許容される。
【００７１】
高周波直列スイッチのλ／４線路６、７の長さは、図９でも同じように正確にλ／４である必要はない。±４０％までの偏差がここでも許容される。というのは、偏差は第１にはスイッチの入・出力側の（容量性並びに誘導性）リアクタンス負荷の原因となるからである。
【００７２】
図１２によって基準インピーダンスＺ０が、これがＮＭＲ信号の経路とは別項に配置されているとき次のように計算される。インピーダンスＺｋは他のすべてのインピーダンスよりも大きいと仮定すれば、（Ｕｅｉｎ）について得られる。
【００７３】
第１の場合では、Ｓ１とＳ２が位置にあり、Ｚ_１＝Ｚ_１∞である。
【００７４】
【数１】

【００７５】
第２の場合では、Ｓ１とＳ２が位置１にある。
【００７６】
【数２】

【００７７】
Ｕｅｉｎが両方の場合で同じでるようにするため、（Ｕｅｉｎ）１＝（Ｕｅｉｎ）２が当てはまらなければならない。すなわち、
【００７８】
【数３】

【００７９】
数値例として、
Ｒ_３＝ＲＱ／２＝２５Ω
Ｒ_０＝ ５０Ω
Ｚ_２＝５０Ω（＝前置増幅器４の入力インピーダンス）
Ｚ_１∞＝２５００Ω
式３に代入すると、Ｚ_０に対して、
Ｚ_０＝２６．０２Ωである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＮＭＲスペクトロメータのＮＭＲ受信コイルの半自動同調のための回路装置が回路図で第１の基準信号を検出するための回路状態で示されている。
【図２】基準インピーダンスＺ_０を調整するための回路状態にある図１の回路装置の回路図である。
【図３】第２の基準信号を検出するための回路状態にある図１の回路装置の回路図である。
【図４】プローブヘッドを同調するための回路状態にある図３の回路装置の回路図である。
【図５】ＮＭＲスペクトロメータのプローブヘッドにおけるＮＭＲ受信コイルを同調するための従来技術に相応する回路装置の簡単な回路図である。
【図６】図５に相応する回路図の詳細図である。
【図７】理想直列スイッチの概略図である。
【図８】直列ダイオードとチョークコイル〜形成された直列スイッチの概略図である。
【図９】２つのλ／４線路と並列ダイオードから形成された直列スイッチの概略図である。
【図１０】ＮＭＲスペクトロメータのプローブヘッドにおけるＮＭＲ受信コイルを同調するための本発明の自動回路装置の第１の実施例の回路図である。ここでは基準信号Ｚ_０がＮＭＲ信号の経路から分離される。
【図１１】本発明の回路装置の第２の実施例の回路図である。ここでは図１０とは異なり、基準インピーダンスＺ_０がＮＭＲ信号の経路に直接接続されている。
【図１２】ＮＭＲ信号の経路から分離された際に基準インピーダンスＺ_０を計算するための回路の回路図である。

Claims (12)

1. ＮＭＲ信号に対する受信回路を有し、ＮＭＲ受信コイルのプローブヘッドインピーダンス（Ｚｘ）を同調する方法であって、
   実基準抵抗（Ｒ _０ ）がＮＭＲ信号の経路中の箇所Ｍ０に接続されており、
   第１の基準信号が高周波同調信号（３）によって受信回路内の箇所Ｍ２で形成され、
   該箇所Ｍ２は、ＮＭＲ信号の経路と、高周波発生器（２）からの高周波同調信号（３）の経路との交点である同調方法において、
   実基準抵抗（Ｒ _０ ）を箇所Ｍ０から分離し、
   基準インピーダンス（Ｚ_０）を、受信回路の高周波同調信号（３）の経路中の任意の箇所に接続し、箇所Ｍ２に発生する第２の基準信号と箇所Ｍ２における第１の基準信号の差がゼロになるように調整し、
   引き続きプローブヘッドインピーダンス（Ｚｘ）を箇所Ｍ０に接続し、箇所Ｍ２における第２の基準信号に同調する
   ことを特徴とする同調方法。
2. 第１の基準信号を少なくとも１回検出し、基準インピーダンス（Ｚ_０）の調整過程時に第２の基準信号を周期的に形成する
   請求項１記載の方法。
3. 第２の基準信号を少なくとも１回検出し、プローブヘッドインピーダンス（Ｚｘ）の同調過程時に、プローブヘッドインピーダンス（Ｚｘ）を用いて検出された信号を周期的に形成する
   請求項１または２記載の方法。
4. 第２の基準信号を、プローブヘッドインピーダンス（Ｚｘ）の同調過程開始時に、少なくとも１回新たに検出する
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 箇所Ｍ０または高周波励起パルス（１２）を箇所Ｍ２に接続する切換スイッチ（Ｓ０）が設けられており、
   該切換スイッチは、電圧源Ｕｓからの直流の符号に依存して、箇所Ｍ０を箇所Ｍ２に接続または分離する高周波直列スイッチ（Ｓ１）の機能を果たす
   請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 高周波同調信号（３）を形成するための高周波発生器（２）と、１つまたは複数のスイッチング素子（Ｓ０，Ｓ１）とを有し、
   前記スイッチング素子はプローブヘッドインピーダンス（Ｚｘ）を、ＮＭＲ信号を箇所Ｍ０から前置増幅器（４）の出力側の箇所Ｍ３に導く経路（９）に周期的に接続および分離する、請求項１から５までのいずれか１項に記載された方法を実施するための装置において、
   基準インピーダンス（Ｚ_０）は、高周波発生器（２）から受信回路（１０；１１）の箇所Ｍ２に高周波信号（３）を導く経路の箇所に配置されており、
   当該箇所は、高抵抗結合インピーダンス（Ｚｋ）または複数の高抵抗インピーダンスにより、ＮＭＲ信号の経路（９）の箇所Ｍ２から分離されている
   ことを特徴とする回路装置。
7. 複数の調整可能なインピーダンスまたは同調可能なリアクタンスが種々異なる適切な箇所に、高周波発生器（２）と結合インピーダンス（Ｚｋ）との間で配置されている
   請求項６記載の回路装置。
8. リアクタンスは容量性トリマである
   請求項７記載の回路装置。
9. 基準インピーダンス（Ｚ_０）はアッテネータ（８）により高周波発生器（２）から分離される
   請求項６から８までのいずれか１項記載の回路装置。
10. 電圧源Ｕ_Ｓからの直流は結合インピーダンス（Ｚｋ）を介して付加接続可能である
    請求項６から９までのいずれか１項記載の回路装置。
11. 高周波同調信号（３）を形成するための高周波発生器（２）と、１つまたは複数のスイッチング素子（Ｓ０，Ｓ１）とを有し、
    前記スイッチング素子はプローブヘッドインピーダンス（Ｚｘ）を、ＮＭＲ信号を箇所Ｍ０から前置増幅器（４）の出力側の箇所Ｍ３に導く経路（９）に周期的に接続および分離する、請求項１から５までのいずれか１項に記載された方法を実施するための回路装置において、
    基準インピーダンス（Ｚ_０）は直接、ＮＭＲ信号の経路（９）の箇所Ｍ２に接続されており、
    高周波発生器（２）は結合インピーダンス（Ｚｋ）を介してＮＭＲ信号の経路（９）の箇所Ｍ２から分離されている
    ことを特徴とする回路装置。
12. 基準インピーダンス（Ｚ_０）は、トリマ（Ｃ_Ｚ０）に対して並列の可変抵抗（Ｒ_Ｚ０）として構成されている
    請求項６から１１までのいずれか１項記載の回路装置。

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