JP6085253B2 - ダイバース無線受信器システム - Google Patents

Description

本発明は、無線周波数（ＲＦ）技術、磁気共鳴画像、分光技術、および関連技術に関する。

磁気共鳴（ＭＲ）画像は、医療画像技術として知られており、獣医学画像、および考古学的な人工物の特定といった他の画像アプリケーションにおいても使用される。ＭＲラボラトリ（ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）は、典型的に、種々の無線周波数通信リンクまたはシステムを使用している。説明的な例として、ＭＲラボラトリは、ＲＦ伝送を介してＭＲ電子機器と通信するワイヤレスＭＲ受信コイルや、心電計（ＥＣＧまたはＥＫＧ）、呼吸モニター装置、などといったワイヤレス患者モニター装置や、静脈内液配送のための注入ポンプといったワイヤレス治療装置、を使用し得る。

ＭＲラボラトリの環境は、ワイヤレスＲＦ通信に対する重要な課題を表している。ＭＲシステムは、磁場勾配、および実質的なＲＦ干渉（ＲＦＩ）を生じるＲＦ励起コイルを使用する。ＭＲラボラトリは、また、典型的には、パルチパス伝播問題を増長し得るＲＦシールドルームの中に置かれている。ＲＦＩまたはマルチパス伝播は、与えられたＲＦ通信システムに対して、弱く、または検知できない信号強度のインターバルを結果として生じてしまうことがある。こうした信号低下は、あらゆるＲＦ通信システムにとって望ましいものではなく、ＲＦ通信システムが重要な患者データを伝送している場合に、特に問題となる。

ＭＲ環境は、また、より小さな電子システムを好む。例えば、ワイヤレスＭＲ受信コイルまたは患者モニター装置は、コンパクトであることが望ましい。便利さと限られたスペースの有効利用との両方のためであり、より小さな装置によれば患者がおびえるこものであるが、ＲＦＩおよびマルチパス伝播問題を大きくし得る。

ＭＲ環境が、ＲＦ通信にとって特に難しいものである一方で、より一般的には、開示されるダイバース無線周波数受信システムは、ＲＦ信号低下が弱く、または失われることが問題となるあらゆる環境において、好適に使用される。例えば、開示されるダイバース無線周波数受信システムは、一般的に、病院環境において、または、緊急通信システム、携帯電話システム、といった中で好適に使用される。

以降に、新しく、改良された装置および方法が提供され、ここにおいて開示される。

開示される一つの実施態様に従えば、装置は、ダイバース無線受信システムを含む。ダイバース無線受信システムは、無線周波数（ＲＦ）回路基板と、前記ＲＦ回路基板上に配置された複数のＲＦ受信器と、前記ＲＦ回路基板上に配置されたスイッチ回路と、を含む。前記スイッチ回路は、それぞれのＲＦ受信器を（１）複数のアンテナのうちから選択された一つのアンテナ、および（２）前記選択された一つのアンテナと前記ＲＦ受信器のインピーダンスマッチングを提供するインピーダンスマッチング回路、に接続されている伝送ラインとスイッチを含む。

開示される別の実施態様に従えば、装置は、ダイバース無線受信システムを含む。ダイバース無線受信システムは、無線周波数（ＲＦ）回路基板と、前記ＲＦ回路基板上に配置された複数のＲＦ受信器と、前記ＲＦ回路基板上に配置されたスイッチ回路と、複数のＲＦ受信器から信号を受信して前記受信した信号のうち選択された一つの信号を出力する信号セレクターと、を含む。前記スイッチ回路は、それぞれのＲＦ受信器を（１）複数のアンテナのうちから選択された一つのアンテナ、および（２）前記選択された一つのアンテナと前記ＲＦ受信器のインピーダンスマッチングを提供するインピーダンスマッチング回路、に接続されている伝送ラインとスイッチを含む。

開示される他の実施態様に従えば、装置は、ダイバース無線受信システムを含む。ダイバース無線受信システムは、ＲＦ回路基板上に配置された複数の無線周波数（ＲＦ）受信器と、前記ＲＦ受信器をアンテナに接続する伝送ラインを含むスイッチ回路と、受信器の空間的多様性を実施するように、アンテナ／受信器の接続を切り換えるためのスイッチと、を含む。前記スイッチ回路は、さらに、アンテナ／受信器の接続のインピーダンスマッチングを維持するために前記アンテナ／受信器の接続の切り換えに併せてスイッチされるインピーダンスマッチング回路を含む。

開示される別の実施態様に従えば、直前の３つのパラグラフのうちのいずれか一つで説明された装置は、さらに、ＭＲ信号を受信し、かつ、前記ワイヤレスＭＲ信号に対応するＲＦ信号を送信するように構成されたワイヤレス受信コイルを含み、前記ダイバース無線受信システムは、前記ワイヤレスＭＲ受信コイルによって送信された前記ＲＦ信号を受信するように構成されている。開示される別の実施態様に従えば、直前の３つのパラグラフのうちのいずれか一つで説明された装置は、さらに、磁気共鳴（ＭＲ）スキャナーと、対象物の中で励起されたＭＲ信号を受信し、かつ、前記受信したＭＲ信号に対応するＲＦ信号を送信するように構成されたワイヤレスＭＲ受信コイルと、を含み、 前記ダイバース無線受信システムは、前記ワイヤレスＭＲ受信コイルによって送信された前記ＲＦ信号を受信するように構成されている。開示される別の実施態様に従えば、直前の３つのパラグラフのうちのいずれか一つで説明された装置は、さらに、ＲＦシールドルームと、前記ＲＦシールドルームの中に配置された磁気共鳴（ＭＲ）スキャナーと、を含み、前記ダイバース無線受信システムが前記ＲＦシールドルームの中に配置され、前記ＲＦシールドルームの中に配置されたワイヤレス電子機器によって送信されたＲＦ信号を受信するように構成されている。

ダイバース無線受信システムを提供することの一つの利点は、無線周波数干渉（ＲＦＩ）とマルチパス伝播に対してロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）なことである。

他の利点は、ダイバース無線受信システムの生産コストの削減である。

別の利点は、ダイバース無線受信システムをレイアウトするための占有領域の削減である。

別の利点は、よりコンパクトな無線通信機器である。

さらなる利点は、以下の詳細な説明を読んで理解すれば、当業者にとって明らかになるであろう。

図１は、ワイヤレス受信コイルと対応するダイバース無線受信器システムを含む磁気共鳴（ＭＲ）システムを模式的に示している。 図２は、図１のダイバース無線受信器システムのためのレイアウトを模式的に示しており、第１のスイッチ構成におけるレイアウトを表している。 図３は、図１のダイバース無線受信器システムのためのレイアウトを模式的に示しており、第２のスイッチ構成におけるレイアウトを表している。 図４は、Ｎ個の受信器とＭ個の利用可能なアンテナを含むダイバース無線受信器システムのための一般化されたレイアウトを模式的に示している。

図１に関して、磁気共鳴（ＭＲ）ラボラトリは、ＭＲスキャナー１０を含んでいる。図示されているＡｃｈｉｅｖａ^ＴＭＭＲスキャナー（コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ、エイントホーヘン、オランダ から利用可能）、またはＩｎｔｅｒａ^ＴＭＭＲスキャナーもしくはＰａｎｏｒａｍａ^ＴＭＭＲスキャナー（両方とも、コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ から利用可能）、または別の商業的に利用可能なＭＲスキャナー、または非商業的なＭＲスキャナー、といったものである。典型的な実施例において、ＭＲスキャナーは内部コンポーネント（図示なし）を含んでいる。静的磁場（Ｂ_０）を生成する超伝導または抵抗のメインマグネット、選択された磁場勾配を静的磁場上にスーパーインポーズ（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅ）するための磁場勾配コイル巻き線セット、および、磁気共振（典型的には、^１Ｈ磁気共振、複数の磁気共振中心に係る別の磁気共振中心の励起も是認されるが）を励起するように選択された周波数において無線周波数場（Ｂ_１）を生成するための無線周波数励起システム、といったものである。

ＭＲシステムの電子装置１２が図１に模式的に示されている。こうした電子装置１２は、磁場勾配および無線周波数パルスを適用することを含むパルスシーケンス（ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を励起すること、といった種々のオペレーションを実行するように、ＭＲスキャナー１０、または他のコンポーネントを駆動し、または動作させる。パルスシーケンスは、ボア１４またはＭＲスキャナー１０の他の検査領域に配置された対象者（図示なし）の中に、磁気共鳴を励起し、ローカライズし、空間的にエンコードし、また、そうでなければ創出および操作するように、設計されている。磁気共鳴信号は、説明的な実施例においてワイヤレスＭＲ受信コイルである、ＭＲ受信コイル１６によって検知される。ワイヤレスＭＲ受信コイルは、内部コンポーネント（図示なし）を含んでいる。アナログ−デジタル変換回路や、デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路といったものであり、ＤＳＰ回路は、ＭＲ信号をデジタル化し、ＭＲ信号を中間周波数へシフト、及び／又はフィルターを実行、及び／又は他の任意的なＭＲ信号の前処理し、そして、受信したＭＲ信号に対応する無線周波数（ＲＦ）信号を送信する、ように構成されている。典型的に、ＭＲ受信コイル１６から発信された信号は、ギガヘルツ帯（例えば、ある実施例においては２．４ＧＨｚ）の搬送波を含むデジタル信号であり、好適なデジタル変調技術によって搬送波上にエンコードされた、受信され処理されたＭＲ信号を搬送している。振幅シフトキー（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙ、ＡＳＫ）、周波数シフトキー（ＦＳＫ）、四相シフトキー（ＱＰＳＫ）、オフセット四相シフトキー（ＯＱＰＳＫ）、といった技術である。代替的には、ワイヤレスＭＲ受信コイル１６が、全くのアナログモードで動作し、搬送波上に変調された受信され処理されたＭＲ信号によって変調された搬送波を含むＲＦ信号を送信することが考えられる。変調は、振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）などといったアナログ変調技術を使用している。

電子装置１２において、ダイバース無線受信システム２０は、ワイヤレスＭＲ受信コイル１６から伝送された信号を受信する。電子装置１２は、さらに、以下のコンポーネント（図示なし）を含み得る。好適に部分的にエンコードされたＭＥ信号から対象者ＭＲ画像を再構成するためのＭＲ画像再構成モジュールまたは回路、獲得されたＭＲ信号、及び／又は再構築された画像を保管するための電子的、磁気的、光学的、または他の記録装置、といったものである。図示されたＭＲラボラトリにおいては、人とのインターフェイスとＭＲシステム１０，１２のコントロール（例えば、図示された椅子２４に座った放射線医師または人間のオペレーターによるもの）を提供するためにコンピューター２２が使用されている。コンピューター２２は、再構築されたＭＲ画像、ＭＲスペクトラム、または他のＭＲデータを表示するためのディスプレイ装置を含み、また、動作可能に接続されている。任意的に、コンピューター２２は、また、画像再構成モジュールの具現化といった、ＭＲシステム機能を提供するようにプログラムされる。ＭＲラボラトリは、適切にＲＦシールドルーム２８（図１で模式的に示してされている）の中に置かれている。

図１は、ＭＲシステムという状況において、ここにおいて開示されるダイバース無線受信システム２０の好適なアプリケーションを示している。ここにおいて開示されるダイバース無線受信システムは、実質的にあらゆるタイプのＭＲスキャナーとの組み合わせにおいてワイヤレスＭＲ受信コイルと併せて好適に使用されることが理解されよう。ＭＲスキャナーとは、図示された水平円筒ボアタイプＭＲスキャナー１０、または垂直ボアＭＲスキャナー、オープンボアＭＲスキャナー、といったものである。このようなＭＲ環境は、ＲＦ通信にとって問題が多い、少なくとも、装置１０、１２、２２が非常に近接して無線周波数感想（ＲＦＩ）を引き起こすこと、および、ＲＦシールドルーム２８によって定まるＲＦ制限スペースにおけるマルチパス伝播の傾向によるものである。より一般的には、開示されたダイバース無線受信システムには、無線通信を一般的に使用している無線システムおよび装置におけるアプリケーションがある。いくつか追加の説明的な例をあげると、ここにおいて開示されたダイバース無線受信システムは、患者モニター装置（ＭＲラボラトリのＲＦシールドルーム２８の中、または病院の病室のようにどこにでもある）によって伝送されたワイヤレス信号を受信するため、または、携帯電話において携帯タワーからのワイヤレス信号を受信するため、といったように好適に使用される。ここにおいて開示されたダイバース無線受信システムは、例えば単一のＲＦ回路基板上に、有利なことにコンパクトに構成でき、回路基板上に配置されたＲＦ受信機の数よりも多い数のインピーダンスマッチングされたＲＦ受信経路を有利なことに提供し得る。従って、コストも削減になる。

図２および図３に関して、説明的なダイバース無線受信システム２０がレイアウト形式で示されている。ダイバース無線受信システム２０は、単一のＲＦ回路基板３０上に配置されており、２つの無線受信器３２，３４を含んでいる。ＲＦ受信器３２は、また、ここにおいては「ＲＸ１」としても参照され、一方、ＲＦ受信器３４も、ここにおいて「ＲＸ２」としても参照される。ダイバース無線受信システム２０は、伝送ラインＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４およびスイッチＳＷ１、ＳＷ２を含むスイッチ回路を介して２つのアンテナ３６，３８に接続されている。この説明的な実施例において、スイッチ回路は、以下のように２つのスイッチ構成を提供している。

第１のスイッチ構成において（図２に図示されるもの）、第１のＲＦ受信器３２（つまり、ＲＸ１）は、伝送ラインＴ１とスイッチＳＷ１を介して第１のアンテナ３６に接続されており、第２のＲＦ受信器３４（つまり、ＲＸ２）は、伝送ラインＴ２とスイッチＳＷ２を介して第２のアンテナ３８に接続されている。

第２のスイッチ構成において（図３に図示されるもの）、第１のＲＦ受信器３２（つまり、ＲＸ１）は、伝送ラインＴ３とスイッチＳＷ２を介して第２のアンテナ３８に接続されており、第２のＲＦ受信器３４（つまり、ＲＸ２）は、伝送ラインＴ４とスイッチＳＷ１を介して第１のアンテナ３６に接続されている。

図２および図３のダイバース無線受信システム２０は、このように、４つの可能な信号受信経路を提供している。２つが図２に係る第１のスイッチ構成によって提供され、かつ、２つが図３に係る第２のスイッチ構成によって提供される。しかしながら、与えられた瞬間にいつでも間に合って使用可能なのは２つの信号受信経路だけである。信号セレクター４０は、２つのＲＦ受信器３２、３４から信号を受信し、受信した信号のうち選択した１つを出力信号４２として出力する。典型的には、出力信号は、ＲＦ受信器３２、３４から受信された２つの信号のうち「より強い」ものとして信号セレクター４０によって選択される。信号強度は、平均または信号電力の積分といった、好適な方法で測定される。

いくつかの実施例においては、信号セレクター４０は、いくつかの獲得後処理に統合され得ることが考慮される。例えば、２つの受信器３２，３４による信号出力からデジタルデータを抽出し、抽出されたデジタルデータから定まるデジタルデータの情報コンテンツに基づいて、信号強度を決定して信号選択を行うことが考慮される。（このアプローチは、ダイバース無線受信システム２０がデジタルＲＦ伝送を受信していることを仮定していることに留意する。アナログな代替においては、スペクトルコンテンツといった方法が使用される。）

受信器３２，３４のどちらも許容できる信号を提供できない場合には、信号セレクター４０は、スイッチ構成選択コントローラー４４に好適にトリガーをかけ、現在のスイッチ構成（第１のスイッチ構成、または第２のスイッチ構成のどちらでも）から他のスイッチ構成に切り換えるように２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２をスイッチする。代替的に、ダイバース無線受信システム２０のスイッチＳＷ１、ＳＷ２に対する達成可能なスイッチングレート（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ）と比較して、入ってくるデータレート（例えば、バイナリーデータに対してビット／秒）が十分に遅い場合は、代替的な実施例において、スイッチ構成選択コントローラー４４は「オープンループ（“ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ”）」で動作し得る。つまり、一定のスイッチングレートにおける第１および第２のスイッチ構成の間のスイッチングが、入ってくるデータレートよりも実質的に高いということであり、信号セレクター４０は、４つの可能な受信経路の全てを効果的にサンプルし、４つの受信された信号のうち最も強いものを選択する。この代替的アプローチにおいては、図２および図３において示された、信号セレクター４０からスイッチ構成選択コントローラー４４への通信が、任意的に除外され得る。

開示されたダイバース無線受信システムは、より多くの信号受信経路を提供するためにスイッチ回路を使用する。これは有利なことである一方で、このアプローチは問題の多いインピーダンスマッチングをも持ち込み得ることをここにおいて認識すべきである。なぜなら、あらゆる与えられたスイッチ構成において、アンテナに接続されていない伝送ライン（または、その一部分）は、ＲＦ受信器との接続が維持されているからである。例えば、図２に係る第１のスイッチ構成について考える。第１のＲＦ受信器３２は、伝送ラインＴ１を介して第１のアンテナ３６に接続されている。しかし、第１のＲＦ受信器３２は、また、スイッチＳＷ２でのオープン回路端子に至るまで伝送ラインＴ３とも接続している。同様に、第２のＲＦ受信器３４は、スイッチＳＷ２を介して第２のアンテナ３８に接続されているが、第２のＲＦ受信器３４は、また、スイッチＳＷ１でのオープン回路端子に至るまで伝送ラインＴ４とも接続している。同様にして、図３に係る第２のスイッチ構成について考える。ここでは、第１のＲＦ受信器３２は、伝送ラインＴ３を介して第２のアンテナ３８に接続されている。しかし、第１のＲＦ受信器３２は、また、スイッチＳＷ１でのオープン回路端子に至るまで伝送ラインＴ１とも接続している。同様に、第２のＲＦ受信器３４は、スイッチＳＷ１を介して第１のアンテナ３６に接続されているが、第２のＲＦ受信器３４は、また、スイッチＳＷ２でのオープン回路端子に至るまで伝送ラインＴ２とも接続している。

こうした接続された「オープン」な伝送ラインの影響は、それらが、ＲＦ受信器３２、３４によってみられる入力インピーダンスに作用することである。ＲＦ回路において、伝送ラインは、従来的に、５０オームの実インピーダンス（リアクタンス０オーム、または虚部コンポーネント０）を有するように構成されている。（より一般的には、ダイバース無線受信システムが、５０オーム以外のインピーダンスを有する非標準的な伝送ラインを使用することも考えられるが、より一般的なこの場合においてさえ、伝送ラインがＲＦ受信器と合致することが期待される。）接続された「オープン」な伝送ラインは、ＲＦ受信器３２，２４に対する入力においてみられるように、異なるインピーダンスを提供する。こうしたインピーダンスミスマッチは、実質的にＲＦ信号伝送の質を低下させ、従って、ダイバース無線受信システムの性能を低下させる。

ダイバース無線受信システム２０は、接続された「オープン」な伝送ラインに対する補償のためのインピーダンスマッチング回路を含んでいる。説明的な一つの実施例において、インピーダンスマッチング回路は、４つのインピーダンスマッチングスタブ（ｓｔｕｂ）ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４を含んでいる。インピーダンスマッチングスタブＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４は、プリント基板上に配置された所定の長さの銅（もしくは、より一般的には、電気的コンダクター）から成る。スタブＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４は、ショートされた負荷（つまり、負荷Ｚ_Ｌ＝０）を好適に有する。しかし、オープンな負荷（Ｚ_Ｌ＝∞）、抵抗負荷（実数Ｚ_Ｌ）、といった負荷を有するスタブを使用することも考慮される。さらに、説明的なダイバース無線受信システム２０が、インピーダンスマッチング回路としてインピーダンスマッチング伝送ラインスタブＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４を使用する一方で、インピーダンスマッチングＬＣネットワーク回路といった別のインピーダンスマッチング回路を使用することも考慮される。

図２および図３に係る２つのスイッチ構成においては、４つの存在的な「オープン」な伝送ラインが存在するため、４つのスタブＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４の使用が発生する。図２に係る第１のスイッチ構成においては、「オープン」な伝送ラインＴ３とＴ４は、それぞれスタブＳＴ１とＳＴ２によって補償される。スタブＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４は、対応する伝送ラインが「オープン」である場合にだけ、回路の中にそれぞれのスタブがスイッチされるようにするスイッチを含んでいる。つまり、アンテナと接続していない場合だけである。従って、図２に係る第１のスイッチ構成において、スタブＳＴ１、ＳＴ２は回路の中にスイッチされ、一方、スタブＳＴ３、ＳＴ４はスイッチアウトされている（つまり、回路から隔離されている）。図３に係る第２のスイッチ構成において、スタブＳＴ３、ＳＴ４が回路の中にスイッチされ、一方、スタブＳＴ１、ＳＴ２はスイッチアウトされている（つまり、回路から隔離されている）。スタブＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４のスイッチは、スイッチ構成選択コントローラー４４によって、一緒に動作し、スイッチＳＷ１、ＳＷ２と同期する。対応するインピーダンスマッチングスタブによって、「オープン」な伝送ラインに対する好適な補償を含む、それぞれ図２および図３において示される２つのスイッチ構成を実施するためである。

スイッチ構成選択コントローラー４４は、図２および図３においてＲＦ回路基板３０上に配置されたコンポーネントとして示されているが、いくつかの実施例では、スイッチ構成選択コントローラー４４は、ソフトウェアモジュールまたはコンポーネントとして実施される。例えば、スイッチコントロール信号を送付するマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラーである。こうした実施では、スイッチ構成選択コントローラー４４を実施するマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラーは、ＲＦ回路基板３０上にあっても、または基板外にあってもよい（例えば、ダイバース無線受信システムの別のプリント回路基板コンポーネント上に、または、ダイバース無線受信システムと動作可能に接続され好適なコントロールソフトウェアを実行しているコンピューターの一部として、といったようにである）。

インピーダンスマッチング伝送ラインスタブＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４は、ＲＦ回路基板３０上にエッチング（ｅｔｃｈ）されたある既知の長さの銅でできている。このエッチングは、伝送ラインＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を形成するために使用されるものと同一の時間および同一のプロセスで行うことができる。インピーダンスマッチングを提供するための適切な銅の長さは、伝送ラインＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４のレイアウト（例えば、長さ）に基づいて従来のＲＦ回路設計技術によって好適に決定される。例えば、スミスチャート（Ｓｍｉｔｈ ｃｈａｒｔ）が、インピーダンスマッチングスタブＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４に対する適切な長さを決定するために使用されてもよい。典型的なレイアウトにおいて、「オープン」な伝送ラインは、ＲＦ受信器をアンテナと接続している伝送ラインと交差する。例えば、図２に係る第１のスイッチ構成において、「オープン」な伝送ラインＴ３は、第１のアンテナ３６を第１のＲＦ受信器３２に接続している伝送ラインＴ１と交わっている。この「オープン」な伝送ラインＴ３と交差する効果は、ＲＦ受信器３２によってみられるように、伝送ラインＴ１のインピーダンスを変更することである。スミスチャートは、交差している伝送ラインＴ３が生成する特性インピーダンス（Ｚ）を表し、２つの伝送ラインＴ１、Ｔ３が交差する場合の（Ｚ）の変化を解釈するために使用することができる。従って、スミスチャートは、交差している伝送ラインＴ３を補償するインピーダンスマッチングスタブＳＴ１に対する好適な銅の長さを決定するために使用することができる。図２に係る第１のスイッチ構成におけるＲＦ受信器の入力によって５０オーム（従来の５０オーム伝送ライン設計を仮定している）のインピーダンス（Ｚ）がみられることを確実にするためである。以下についても、同様な設計が実施される。図２に係る第１のスイッチ構成において第２のアンテナ３８と第２のＲＦ受信器３４を接続している伝送ラインＴ２上での伝送ラインＴ４の交差の効果を補償するスタブＳＴ２、図３に係る第２のスイッチ構成において第２のアンテナ３８と第１のＲＦ受信器３２を接続している伝送ラインＴ３上での伝送ラインＴ１の交差の効果を補償するスタブＳＴ３、そして、図３に係る第２のスイッチ構成において第１のアンテナ３６と第２のＲＦ受信器３４を接続している伝送ラインＴ４上での伝送ラインＴ２の交差の効果を補償するスタブＳＴ４についてである。

インピーダンスマッチング回路がスタブ以外のものである場合には、設計は、好適なインピーダンス補償を提供するために適切な個別のコンポーネント（例えば、ＬＣインピーダンスマッチング回路の場合におけるインダクタンスＬとキャパシタンスＣ）を選定することを伴なう。さらに、対応する伝送ラインに沿った種々のインピーダンスマッチング回路ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４の配置はフレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）であることに留意すべきである。しかし、選定された配置は、「オープン」な伝送ラインを補償するのに好適なスタブの長さ（または、より一般的には、好適な補償インピーダンスの値）に影響するかもしれない。説明的な実施例として、図２および図３において、スタブＳＴ４は、伝送ラインＴ２、Ｔ４の交差と第２のＲＦ受信器３４との間に配置されている。しかしながら、このスタブは、代わりに、スイッチＳＷ２と伝送ラインＴ２、Ｔ４の交差との間に配置されてもよい。

スミスチャートを使用したＲＦ設計を説明したが、インピーダンスマッチング回路に係るスタブの長さ（または、より一般的には補償インピーダンス）を設計するために、ＲＦ解析を実行するＲＦ設計ソフトウェアを追加的に、または代替的に使用することも考慮されるべきである。一つの好適なＲＦ設計ソフトウェアプログラムには、ＱｕｉｃｋＳｍｉｔｈ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｔｈａｎｉｙｅｒ．ｃｏｍ／ｑｓｄｗ．ｈｔｍで利用可能、２０１１年１月６日最終アクセス済）がある。

図示されたアンテナ３６、３８は、ＲＦ回路基板３０上に配置されている。例えば、アンテナ３６、３８は、銅トレース、または、ＲＦ回路基板３０上に固定されたエレメント、といったものとして具現化され得る。代替的に、アンテナは、「基板外」に配置することができる。つまり、ＲＦ回路基板３０上に配置されるのではなく、好適なワイヤーまたはケーブルを介して、それぞれスイッチＳＷ１、ＳＷ２に電気的に接続されている。この後者の場合には、インピーダンスマッチングの決定において、ＲＦ受信機によってみられるインピーダンスに対する、基板外のワイヤーまたはケーブルのあらゆる寄与が考慮されるべきである。

図４に関して、種々のスイッチ構成における「オープンな」伝送ラインのインピーダンスマッチングを伴なうアンテナスイッチを使用している開示されたダイバース無線受信システムは、あらゆる数のＲＦ受信器とあらゆる数の利用可能なアンテナに一般化することができる。図４の模式的な実施例において、Ｎ個の受信器（Ｎは１より大きい整数）とＭ個の利用可能なアンテナ（Ｍは１より大きい整数）を有するものとしてダイバース無線受信器システムが模式的に示されている。図２および図３の実施例は、Ｎ＝Ｍ＝２に対応している。ＮがＭに等しい必要はないが、典型的にはＭ≧Ｎであることが望ましいことに留意すべきである（そうでなければ、少なくとも一つのＲＦ受信機は、それぞれのスイッチ構成において、あらゆるアンテナと接続されない）。一般的には、あらゆるアンテナは、あらゆるＲＦ受信器と接続されることができ、Ｎ×Ｍ通りのアンテナ／受信器の可能な接続に至る。こうしたアンテナ／受信器の接続のそれぞれに対して、一つまたはそれ以上の「オープンな」伝送ラインの交差が存在し、ＲＦ受信器によってみられる有効インピーダンスを変化させる。よって、インピーダンスマッチング回路がスイッチインされる必要がある。従って、図４において模式的に示されるように、Ｎ×Ｍ個のインピーダンスマッチング回路が存在し得る。これは、実に図２および図３に係る説明的な実施例の場合であり、Ｎ×Ｍ＝２×２＝４個のインピーダンスマッチングスタブＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４が備えられている。図４のスイッチ回路ＳＷは、模式的に示されており、伝送ラインとスイッチ（図４に詳細の図示なし）を含んでいる。それぞれのスイッチ構成に対して、Ｎ個のＲＦ受信器のうちそれぞれのＲＦ受信器は、（１）Ｍ個の利用可能なアンテナのうちから選択された一つのアンテナ、および（２）選択された一つのアンテナとＲＦ受信器とのインピーダンスマッチングを提供するインピーダンスマッチング回路、に接続される。

Ｎ×Ｍ個のインピーダンスマッチング回路が使用され得る一方で、あらゆる与えられた所定の実施例において、インピーダンスマッチング回路の数はＮ×Ｍ個以下でもよい。例えば、必ずしも全てのアンテナ／ＲＦ受信器の組み合わせが実際には使用されていない場合に、インピーダンスマッチング回路は、より少ない数であり得る。

図４の模式的な表現は、ダイバース無線受信システムの実際のレイアウトを表すものではない。設計を完成するために、ＲＦ回路基板３０上のＮ個のＲＦ受信器のレイアウトおよびＭ個のアンテナをＮ個のＲＦ受信器に対して選択的に接続する伝送ラインとスイッチのレイアウトが生成され、Ｎ×Ｍ（または、より少ない）個のインピーダンスマッチング回路の配置が選定され、インピーダンスマッチング回路のインピーダンスが、スミスチャート設計及び／又はＲＦ設計ソフトウェアを使用して決定される。インピーダンスマッチング回路としてインピーダンスマッチングスタブが使用される場合には、インピーダンスマッチングを提供するスタブの長さの決定に対応した、インピーダンスマッチング回路のインピーダンスを決定する。設計プロセスは双方向的である。例えば、決定されたスタブの長さが長すぎてＲＦ回路基板３０上の指定された位置にうまく合わない、といった場合には、新たなスタブ位置（ＲＦ回路基板３０上で一つまたはそれ以上の伝送ラインのひき直しを伴ない得る）を選定することでレイアウトが更新され、更新されたレイアウトに対するスタブの長さが決定される。

このアプリケーションは、一つまたはそれ以上の好適な実施例について説明されてきた。上述の詳細な説明を読んで理解すれば、他人が変形や代替を成しことができるであろう。それらが、添付の特許請求の範囲、または、それらの均等物の範囲内にある限りにおいて、そうした変形や代替の全ては本発明の範囲に含まれるものと意図されている。

Claims (14)

1. 無線周波数（ＲＦ）回路基板と、
   前記ＲＦ回路基板上に配置された複数のＲＦ受信器と、
   前記ＲＦ回路基板上に配置された複数のスイッチ回路と、
   前記ＲＦ回路基板上に配置された複数のアンテナ、を含み
   前記スイッチ回路は、それぞれのＲＦ受信器を（１）前記複数のアンテナのうちから選択された一つのアンテナ、および（２）前記選択された一つのアンテナと前記ＲＦ受信器のインピーダンスマッチングを提供するインピーダンスマッチング回路、に接続している伝送ラインとスイッチを含み、
   アンテナに接続していないオープンな伝送ラインにおける前記インピーダンスマッチング回路がスイッチオンされる、
   ことを特徴とするダイバース無線受信システム、を含む装置。
2. 前記スイッチ回路の前記インピーダンスマッチング回路は、インピーダンスマッチング伝送ラインスタブを含む、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記スイッチ回路の前記インピーダンスマッチング回路は、ショートされた負荷を有するインピーダンスマッチング伝送ラインスタブを含む、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記スイッチ回路は、複数の選択可能なスイッチ構成を実施するように構成され、
   それぞれのスイッチ構成は、前記複数のＲＦ受信器に係るそれぞれのＲＦ受信器を、前記複数のアンテナのうちから選択された一つのアンテナに接続する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記複数のＲＦ受信器は、第１のＲＦ受信器と第２のＲＦ受信器を含み、
   前記複数のアンテナは、第１のアンテナと第２のアンテナを含み、
   前記複数の選択可能なスイッチ構成は、
   第１のスイッチ構成であり、（ｉ）前記第１のＲＦ受信器は、前記第１のアンテナ、および、前記第１のアンテナと前記第１のＲＦ受信器のインピーダンスマッチングを提供する第１のインピーダンスマッチング回路、に接続され、（ｉｉ）前記第２のＲＦ受信器は、前記第２のアンテナ、および、前記第２のアンテナと前記第２のＲＦ受信器のインピーダンスマッチングを提供する第２のインピーダンスマッチング回路、に接続されている、第１のスイッチ構成と、
   第２のスイッチ構成であり、（ｉ）前記第１のＲＦ受信器は、前記第２のアンテナ、および、前記第２のアンテナと前記第１のＲＦ受信器のインピーダンスマッチングを提供する第３のインピーダンスマッチング回路、に接続され、（ｉｉ）前記第２のＲＦ受信器は、前記第１のアンテナ、および、前記第１のアンテナと前記第２のＲＦ受信器のインピーダンスマッチングを提供する第４のインピーダンスマッチング回路、に接続されている、第２のスイッチ構成と、を含む
   請求項４に記載の装置。
6. 前記ダイバース無線受信システムは、さらに
   前記複数のＲＦ受信器から信号を受信し、前記受信された信号から選択された信号を出力する、信号セレクター、を含む、
   請求項４または５に記載の装置。
7. 前記ダイバース無線受信システムは、さらに
   前記スイッチ回路を、現在選択されているスイッチ構成から、異なるスイッチ構成にスイッチさせる、
   請求項６に記載の装置。
8. 無線周波数（ＲＦ）回路基板と、
   前記ＲＦ回路基板上に配置された複数のＲＦ受信器と、
   前記ＲＦ回路基板上に配置された複数のスイッチ回路と、
   前記ＲＦ回路基板上に配置された複数のアンテナと、
   前記複数のＲＦ受信器から信号を受信し、前記受信した信号のうち選択された一つの信号を出力する信号セレクターと、を含み
   前記スイッチ回路は、それぞれのＲＦ受信器を（１）前記複数のアンテナのうちから選択された一つのアンテナ、および（２）前記選択された一つのアンテナと前記ＲＦ受信器のインピーダンスマッチングを提供するインピーダンスマッチング回路、に接続している伝送ラインとスイッチを含み、
   前記スイッチ回路は、複数の選択可能なスイッチ構成を実施するように構成されており、それぞれのスイッチ構成は、前記複数のＲＦ受信器に係るそれぞれのＲＦ受信器を前記複数のアンテナに係る選択されたアンテナに接続し、
   アンテナに接続していないオープンな伝送ラインにおける前記インピーダンスマッチング回路がスイッチオンされる、
   ことを特徴とするダイバース無線受信システム、を含む装置。
9. 前記複数のＲＦ受信器は、Ｎ個のＲＦ受信器を含み、Ｎは１より大きい整数であり、
   前記複数のアンテナは、Ｍ個のアンテナを含み、ＭはＮより大きいか、Ｎと等しい整数である、
   請求項８に記載の装置。
10. ダイバース無線受信システムを含む装置であって、
    前記ダイバース無線受信システムは、
    ＲＦ回路基板上に配置された複数の無線周波数（ＲＦ）受信器と、
    前記ＲＦ回路基板上に配置された複数のアンテナと、
    前記ＲＦ受信器を前記アンテナに接続する伝送ラインを含む複数のスイッチ回路と、
    受信器の空間的多様性を実施するように、アンテナ／受信器の接続を切り換えるためのスイッチと、を含み
    前記スイッチ回路は、さらに、アンテナ／受信器の接続のインピーダンスマッチングを維持するために前記アンテナ／受信器の接続の切り換えに併せてスイッチされるインピーダンスマッチング回路を含み、
    アンテナに接続していないオープンな伝送ラインにおける前記インピーダンスマッチング回路がスイッチオンされる、
    ことを特徴とする装置。
11. 前記スイッチ回路は、前記実施された受信器の空間的多様性に係るそれぞれのアンテナ／ＲＦ受信器の接続のためのインピーダンスマッチング回路を含む、
    請求項１０に記載の装置。
12. 前記装置は、さらに
    ＭＲ信号を受信し、かつ、ワイヤレスＭＲ信号に対応するＲＦ信号を送信するように構成されたワイヤレス受信コイルを含み、
    前記ダイバース無線受信システムは、前記ワイヤレスＭＲ受信コイルによって送信された前記ＲＦ信号を受信するように構成されている、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記装置は、さらに
    磁気共鳴（ＭＲ）スキャナーと、
    対象物の中で励起されたＭＲ信号を受信し、かつ、前記受信したＭＲ信号に対応するＲＦ信号を送信するように構成されたワイヤレスＭＲ受信コイルと、を含み
    前記ダイバース無線受信システムは、前記ワイヤレスＭＲ受信コイルによって送信された前記ＲＦ信号を受信するように構成されている、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記装置は、さらに
    ＲＦシールドルームと、
    前記ＲＦシールドルームの中に配置された磁気共鳴（ＭＲ）スキャナーと、を含み
    前記ダイバース無線受信システムが前記ＲＦシールドルームの中に配置され、前記ＲＦシールドルームの中に配置されたワイヤレス電子機器によって送信されたＲＦ信号を受信するように構成されている、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。

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