JP4195423B2 - 磁気共鳴励起信号の発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力要素、増幅装置および出力要素を備え、増幅装置に入力要素を介して入力信号が供給可能であり、入力信号が増幅装置によって増幅されて出力信号を形成し、出力信号が出力要素を介して取出し可能である磁気共鳴励起信号の発生装置に関する。

この種の発生装置は文献に開示されており（例えば、特許文献１または特許文献２参照）、これに記載されている送信装置はかなり満足のいく動作をするが、しかしながら限られた振幅の出力信号しか供給することができない。
独国特許第１９９１１９７５号明細書 独国特許第１０００４４２３号明細書

本発明の課題は、大きな振幅の出力信号を発生可能である磁気共鳴励起信号の発生装置を提供することにある。

この課題は、入力要素、信号分配器、増幅装置、信号合成器、出力要素、入力センサ装置、出力センサ装置および調節装置を備え、
信号分配器は、入力要素の後に配置され、入力要素に導かれた入力信号を少なくとも２つの部分信号に分配し、
増幅装置は、信号分配器の後に配置され、部分信号を増幅して出力信号を形成し、
信号合成器は、増幅装置の後に配置され、出力信号を合成して１つの合成信号を形成し、
出力要素は信号合成器の後に配置され、出力要素を介して合成信号が取出し可能であり、
入力センサ装置は、入力要素と信号分配器との間に配置され、入力信号に対応する目標信号を検出し、
出力センサ装置は、増幅装置と信号合成器との間に配置され、出力信号に対応する実際信号を検出し、
入力センサ装置および出力センサ装置は、調節装置に接続され、調節装置に目標信号および実際信号を供給し、
調節装置は、増幅装置の少なくとも１つに接続され、出力信号が予め定められた振幅関係および予め定められた互いに相対的な位相関係を有するように増幅装置の少なくとも１つに作用することによって解決される。

本発明によって、入力信号を互いに並列に配置された複数の増幅装置により増幅し、出力信号を加算するように重ね合わせることができる。

信号分配器が入力信号を等しい振幅の部分信号に分配するならば、本発明による発生装置の構成が簡単になる。

信号分配器は例えば２つの入力端を備えた９０°ハイブリッドとして構成され、信号分配器の第２の入力端は分配器終端抵抗（例えば通常の５０オーム抵抗）に接続されて終端しているとよい。なぜならば、その場合に信号分配器は低コストで簡単に構成され、それにもかかわらず非常に有効にかつ低損失で動作するからである。

出力信号が等しい振幅を有するならば、出力信号の合成が簡単に可能である。

信号合成器は出力信号を位相シフトさせて合成し、部分信号は零とは異なる予め定められた互いに相対的な初期位相関係を有し、信号合成器の位相シフトと出力信号の互いに相対的な位相関係（位相位置）とが相互に補償し合うならば、振幅の純粋に加算による重畳が行なわれる。

信号合成器は２つの出力端を有する９０°ハイブリッドとして構成され、信号合成器の第２の出力端は合成器終端抵抗（通常の５０オーム抵抗）に接続されて終端しているとよい。この構成の場合には特に出力信号の損失のない合成が可能である。

一般に増幅装置はそれぞれ高周波電力増幅器を有する。この場合、調節装置に接続されている少なくとも増幅装置内において、高周波電力増幅器の前に振幅調整器および位相調整器が配置される。

センサ装置が方向性結合器として構成されるならば、センサ装置は、特に急な振幅変化や不正確にしか整合されていない負荷インピーダンスの際に発生する反射信号に対して敏感でなくなる。

各増幅装置のための調節装置が、目標信号と対応する実際信号とに基づいて、対応する振幅中間信号および対応する位相中間信号を求め、これらの中間信号に基づいて調節装置に接続されている増幅装置に作用するならば、調節装置は特に信頼性のある動作をする。特に、この場合には個々の増幅度と位相シフトとを互いに独立に求めることができる。

各増幅装置のための調節装置が、対応する振幅中間信号と全ての増幅装置に共通に設定可能な基準振幅信号とに基づいて振幅調整量を求め、それぞれの増幅装置に出力するならば、個々の出力信号が等しい振幅を有することが簡単に保証される。

各振幅中間信号のための調節装置が、振幅中間信号を個別に設定可能な修正値だけ修正する修正要素を有するならば、発生装置の個々の分岐に対する個別の修正が可能である。

各増幅装置のための調節装置が、対応する位相中間信号とそれぞれの増幅装置に設定可能な基準位相信号とに基づいて位相調整量を求め、それぞれの増幅装置に出力するならば、入力信号に対する出力信号の相対的な位相関係は特に簡単に調整可能である。この場合、基準位相信号は各増幅装置について個別に設定可能であると好ましい。

入力センサ装置が各増幅装置用に専用の目標信号を検出するならば、発生装置の個々の増幅分岐における相互の結合をさらに粗にすることができる。

発生装置が完全対称に構成されているならば、発生装置を実現する際に簡単な回路設計が達成される。

以下において、図面に基づく実施例の説明から本発明の他の利点および詳細を明らかにする。図１は磁気共鳴励起信号の発生装置を原理図にて示す。

図１によれば、磁気共鳴励起信号の発生装置は入力要素１を有する。磁気共鳴励起信号の発生装置は入力要素１を介して高周波入力信号Ｅを供給される。高周波入力信号Ｅは典型的には８〜１５０ＭＨｚの周波数を有する。高周波入力信号Ｅは、入力要素１から、入力要素１の後に配置された信号分配器２に導かれる。

信号分配器２は、２つの入力端および２つの出力端を有する通常の９０°ハイブリッドとして構成されている。一方の入力端は入力要素１に接続され、他方の入力端は終端抵抗３、典型的には５０オームの抵抗３を介して終端している（例えば終端抵抗３を介して接地されている）。従って、信号分配器２は入力信号を２つの部分信号Ｔ１，Ｔ２に分配する。部分信号Ｔ１，Ｔ２は信号分配器２の構成に基づいて同一の振幅を有する。しかしながら、両部分信号Ｔ１，Ｔ２の互いに相対的な位相関係（位相位置）は９０°である。

部分信号Ｔ１，Ｔ２は、信号分配器２の後に配置された増幅装置４に導かれる。増幅装置４は、それぞれ振幅調整器５、位相調整器６および高周波電力増幅器７からなり、高周波電力増幅器７はカスケード接続の終段要素である。従って、振幅調整器５および位相調整器６は高周波電力増幅器７の前に配置されている。これに対して、振幅調整器５および位相調整器６の順序は任意である。

振幅調整器５および位相調整器６により部分信号Ｔ１，Ｔ２は、増幅装置４が部分信号Ｔ１，Ｔ２を増幅して、予め定められた振幅関係（振幅比）および予め定められた互いに相対的な位相関係（位相位置）を有する出力信号Ａ１，Ａ２を発生するように変更される。これは以下において更に詳しく説明する。しかし、ここでは一般に出力信号Ａ１，Ａ２は等しい振幅を有することを言及しておく。

出力信号Ａ１，Ａ２は増幅装置４の後に配置されている信号合成器８に導かれる。信号合成器８は出力信号Ａ１，Ａ２を合成して合成信号Ｓを形成する。

信号合成器８は、信号分配器２に似ており、２つの入力端と２つの出力端とを有する通常の９０°ハイブリッドとして構成されている。一方の出力端で合成信号Ｓが取出され、他方の出力端は典型的には５０オームの終端抵抗９で終端している（例えば終端抵抗９を介して接地されている）。

信号合成器８はそれの構成により、出力信号Ａ１，Ａ２を位相シフトさせて、つまり位相を９０°ずらして合成する。従って、出力信号Ａ１，Ａ２の位相関係は−９０°である。なぜならば信号合成器８の位相シフトと出力信号Ａ１，Ａ２の互いに相対的な位相関係とは相互に補償し合うからである。それによって、純粋に加算による損失のない信号合成が可能である。

合成信号Ｓは、信号合成器８から、信号合成器８の後に配置されている出力要素１０に供給される。合成信号Ｓは出力要素１０を介して取出し可能であり、例えば磁気共鳴送信アンテナに供給可能である。

出力信号Ａ１，Ａ２の振幅および位相関係を正しく調整できるようにするために、入力センサ装置１１および出力センサ装置１２が存在する。入力センサ装置１１は入力要素１と信号分配器２との間に配置されている。出力センサ装置１２は増幅装置４と信号合成器８との間に配置されている。センサ装置１１，１２は、図１によれば、方向性結合器１１，１２として構成されている。

入力センサ装置１１は各増幅装置４用に入力信号に対応する専用の目標信号を検出する。出力センサ装置１２は、それぞれ出力信号Ａ１，Ａ２の１つに対応する実際信号をそれぞれ検出する。目標信号および実際信号は調節装置１３に導かれる。センサ装置１１，１２は調節装置１３と調節ループを構成するように接続されている。

調節装置１３は図１によれば前処理装置１５および共通な主装置１６を有する。主装置１６は増幅装置４の少なくとも一方に、図１によれば両方に接続され、増幅装置４に対して、出力信号Ａ１，Ａ２が予め定められた振幅関係（振幅比）および予め定められた互いに相対的な位相関係（位相位置）を有するように作用する。

図１によれば、各増幅装置４について、対応する目標信号および対応する実際信号が対数整流器１７に導かれる。整流器１７によって、入力信号Ｅおよび出力信号Ａ１，Ａ２の低周波変調信号が復調される。減算器１８での差形成によって、それぞれの増幅装置４について、対応する振幅中間信号が求められる。

振幅中間信号は実際値として振幅調節器１９に導かれる。振幅調節器１９は同様にそれぞれの増幅装置４に付設されている。更に、振幅調節器１９には目標値として基準振幅信号が予め与えられている。基準振幅信号は全ての増幅装置４に対して同じ信号である。この信号は振幅調節器１９に例えばポテンショメータ２０を介して予め与えられる。

振幅調節器１９は、積分形調節器１９として構成されているか、または少なくとも積分動作成分を有すると好ましい。振幅調節器１９は目標値と実際値との差からそれぞれの増幅装置４のための振幅調整量を求め、これをそれぞれの増幅装置４の振幅調整器５に出力する。これによって、出力信号Ａ１，Ａ２が等しい値もしくは共通に予め定められた振幅関係を有することが保証される。

図１によれば、減算器１８と振幅調節器１９との間に修正要素２１が配置されている。修正装置２１においては、振幅中間信号が修正値だけ修正される。この修正値は各振幅中間信号に対して個別に予め設定することができる。この設定は例えばここでもポテンショメータ２２を介して行なうことができる。修正値により、例えば個々のセンサおよび検出器分岐の感度特性におけるオフセット量を補償することができる。

更に、目標信号および実際信号は各増幅装置４のために別々に制限器２３に導かれ、これらの制限器２３の出力信号が位相検出器２４に導かれる。位相検出器２４は、各増幅装置４についてのこれらの信号を基にして対応する位相中間信号を求め、この位相中間信号を実際値として位相調節器２５に出力する。各位相調節器２５は正確に増幅装置４の１つに付設されている。

更に、位相調節器２５は目標値として基準位相信号を導かれる。基準位相信号はそれぞれの位相調節器２５に個々に予め設定可能であると好ましい。この場合にも、設定はポテンショメータ２６により行なわれる。しかしながら、ポテンショメータ２６は設定すべき各位相毎に専用のタップを有しなければならない。

位相中間信号および基準位相信号に基づいて、各位相調節器２５は、それぞれの増幅装置４の位相調整器６への位相調整量を求める。これらの位相調整量はそれぞれの位相調整器６に出力される。その結果、出力信号Ａ１，Ａ２の位相も正しく、例えば−９０°に調整される。位相調節器２５も、積分形調節器２５として構成されているか、または少なくとも積分動作成分を有すると好ましい。

図１から分かるように、本発明による発生装置は完全対称に構成されている。従って、この装置は簡単かつ低コストで実現することができる。更に、個々の増幅器分岐は完全に互いに粗結合に構成されている。従って、各増幅器分岐において他の措置も可能であり、例えば高周波電力増幅器７の前段におけるコンプレッサの配置あるいは過小の入力信号Ｅの場合における調節ループの解除も可能である。これらの措置に関しては、とりわけ本出願と同時に提出された独国特許出願「磁気共鳴装置のための送信装置」（独国特許出願番号１０３３５１４４．２）に開示されている。

本発明による磁気共鳴励起信号の発生装置の原理図

符号の説明

１ 入力要素
２ 信号分配器
３，９ 終端抵抗
４ 増幅装置
５ 振幅調整器
６ 位相調整器
７ 高周波電力増幅器
８ 信号合成器
１０ 出力要素
１１ 入力センサ装置
１２ 出力センサ装置
１３ 調節装置
１５ 前処理装置
１６ 主装置
１７ 対数整流器
１８ 減算器
１９ 振幅調節器
２０，２２，２６ ポテンショメータ
２１ 修正要素
２３ 制限器
２４ 位相検出器
２５ 位相調節器
Ａ１，Ａ２ 出力信号
Ｅ 入力信号
Ｓ 合成信号
Ｔ１，Ｔ２ 部分信号

Claims (16)

1. 入力要素（１）、信号分配器（２）、増幅装置（４）、信号合成器（８）、出力要素（１０）、入力センサ装置（１１）、出力センサ装置（１２）および調節装置（１３）を備え、
   信号分配器（２）は、入力要素（１）の後に配置され、入力要素（１）に導かれた入力信号（Ｅ）を少なくとも２つの部分信号（Ｔ１，Ｔ２）に分配し、
   増幅装置（４）は、信号分配器（２）の後に配置され、部分信号（Ｔ１，Ｔ２）を増幅して出力信号（Ａ１，Ａ２）を形成し、
   信号合成器（８）は、増幅装置（４）の後に配置され、出力信号（Ａ１，Ａ２）を合成して合成信号（Ｓ）を形成し、
   出力要素（１０）は信号合成器（８）の後に配置され、出力要素（１０）を介して合成信号（Ｓ）が取出し可能であり、
   入力センサ装置（１１）は、入力要素（１）と信号分配器（２）との間に配置され、入力信号（Ｅ）に対応する目標信号を検出し、
   出力センサ装置（１２）は、増幅装置（４）と信号合成器（８）との間に配置され、出力信号（Ａ１，Ａ２）に対応する実際信号を検出し、
   入力センサ装置（１１）および出力センサ装置（１２）は、調節装置（１３）に接続され、調節装置（１３）に目標信号および実際信号を供給し、
   調節装置（１３）は、増幅装置（４）の少なくとも１つに接続され、出力信号（Ａ１，Ａ２）が予め定められた振幅関係および予め定められた互いに相対的な位相関係を有するように増幅装置（４）の少なくとも１つに作用する
   ことを特徴とする磁気共鳴励起信号の発生装置。
2. 信号分配器（２）は入力信号（Ｅ）を等しい振幅の部分信号（Ｔ１，Ｔ２）に分配することを特徴とする請求項１記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
3. 信号分配器（２）は２つの入力端を有する９０°ハイブリッドとして構成され、信号分配器（２）の第２の入力端は終端抵抗（３）に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
4. 出力信号（Ａ１，Ａ２）は等しい振幅を有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
5. 信号合成器（８）は出力信号（Ａ１，Ａ２）を位相シフトさせて合成し、部分信号（Ｔ１，Ｔ２）は零とは異なる予め定められた互いに相対的な初期位相関係を有し、信号合成器（８）の位相シフトと出力信号（Ａ１，Ａ２）の互いに相対的な位相関係とが相互に補償し合うことを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
6. 信号合成器（８）は、２つの出力端を有する９０°ハイブリッド（８）として構成され、信号合成器（８）の第２の出力端は合成器終端抵抗（９）に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
7. 増幅装置（４）はそれぞれ１つの高周波電力増幅器（７）を有することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
8. 調節装置（１３）に接続されている少なくとも増幅装置（４）内において、高周波電力増幅器（７）の前に振幅調整器（５）および位相調整器（６）が配置されていることを特徴とする請求項７記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
9. センサ装置（１１，１２）は方向性結合器（１１，１２）として構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
10. 各増幅装置（４）のための調節装置（１３）は、目標信号と対応する実際信号とに基づいて、対応する振幅中間信号および対応する位相中間信号を求め、これらの中間信号に基づいて調節装置（１３）に接続されている増幅装置（４）に作用することを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
11. 各増幅装置（４）のための調節装置（１３）は、対応する振幅中間信号と全ての増幅装置（４）に共通に設定可能な基準振幅信号とに基づいて振幅調整量を求め、それぞれの増幅装置（４）に出力することを特徴とする請求項１０記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
12. 各振幅中間信号のための調節装置（１３）は、振幅中間信号を個別に設定可能な修正値だけ修正する修正要素（２１）を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
13. 各増幅装置（４）のための調節装置（１３）は、対応する位相中間信号とそれぞれの増幅装置（４）に設定可能な基準位相信号とに基づいて位相調整量を求め、それぞれの増幅装置（４）に出力することを特徴とする請求項１０乃至１２の１つに記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
14. 各増幅装置（４）のための基準位相信号は個別に設定可能であることを特徴とする請求項１３記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
15. 入力センサ装置（１１）は各増幅装置（４）用に専用の目標信号を検出することを特徴とする請求項１乃至１４の１つに記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。
16. 磁気共鳴励起信号の発生装置が完全対称に構成されていることを特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載の磁気共鳴励起信号の発生装置。

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