KR20070055969A - 자기 공진 적용을 위한 공진기 - Google Patents

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KR20070055969A
KR20070055969A KR1020060117593A KR20060117593A KR20070055969A KR 20070055969 A KR20070055969 A KR 20070055969A KR 1020060117593 A KR1020060117593 A KR 1020060117593A KR 20060117593 A KR20060117593 A KR 20060117593A KR 20070055969 A KR20070055969 A KR 20070055969A
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 자기 공진 적용을 위한 공진기에 관한 것으로, 상기 공진기는 제 1 도체 단부(2)로부터 제 2 도체 단부(3)까지 연장되는 도체 소자(1)를 포함한다. 상기 도체 소자(1)가 공진 주파수(f)로 작동할 때에는 공진 전류(I)가 상기 도체 소자(1) 내에서 제 1 도체 단부(2)로부터 제 2 도체 단부(3)로 그리고 그 역으로 진동한다. 상기 도체 단부(2, 3)들은 회로 결선부(4)를 통해 서로 연결되어 있고, 상기 회로 결선부에 의해서 상기 도체 소자(1)는 공진 주파수(f)에 맞추어 조절된다. 상기 도체 소자(1)는 상기 도체 단부(2, 3)에 층 단부(6, 7)를 갖는 다수의 층(5)들을 갖춘 다층 도체로서 형성된다. 상기 회로 결선부(4)는, 상기 도체 소자(1)가 공진 주파수(f)로 작동할 때에는 서로 동일한 크기의 층 전류(I1, I2, I3)가 상기 층(5) 내부에서 흐를 수 있도록 형성되었다.

Description

자기 공진 적용을 위한 공진기 {RESONATOR FOR MAGNETRESONANCE-APPLICATIONS}
도 1은 자기 공진 적용을 위한 공진기의 원리적인 구성.
도 2 및 도 3은 도 1에 따른 공진기의 가능한 횡단면들.
도 4는 자기 공진 적용을 위한 추가 공진기의 원리적인 구성.
도 5 및 도 6은 도 4에 따른 공진기의 가능한 횡단면들.
도 7 내지 도 12는 도 1 내지 도 6에 따른 공진기를 위해 가능한 회로 결선부.
도 13은 도 1에 따른 공진기의 추가로 가능한 횡단면.
도 14는 도 1 및 도 4에 따른 공진기의 추가로 가능한 횡단면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 도체 소자 2, 3: 도체 단부
4: 회로 결선부 5: 층
6, 7: 층 단부 8: 접지면
13: 제 1 커패시터 14: 제 2 커패시터
15: 임피던스 적응 회로 16: 커패시터
17: 코일 18: 연결 영역
19: 나머지 회로 결선부 20: 커패시터
21: 코일 22: 스트립
b: 스트립의 폭 f: 공진 주파수
I1, I2, I3: 층 전류
I1a-I1e, I2a-I2e, I3a-I3e: 스트립 전류
본 발명은 제 1 도체 단부로부터 제 2 도체 단부까지 연장되는 도체 소자를 구비하는 자기 공진 적용을 위한 공진기에 관한 것이다.
이와 같은 유형의 공진기는 일반적으로 공지되어 있다. 따라서 예를 들어 독일 공개 특허 출원서 제 103 14 215 A1호(또는 대응 US 6,943,551 B호)에는 제 1 도체 단부로부터 제 2 도체 단부까지 연장되는 도체 소자를 구비하는 자기 공진 적용을 위한 공진기가 공지되어 있다. 도체 소자가 공진 주파수로 동작하는 경우에는 공진 전류가 도체 소자 내에서 제 1 도체 단부로부터 제 2 도체 단부로 그리고 그 반대로 진동한다. 도체 소자는 상응하는 회로 결선부를 통해 공진 주파수에 맞추어 조절된다. 상기 독일 공개 특허 출원서 제 103 14 215 A1호(또는 대응 US 6,943,551 B호)의 도체 소자는 추가의 바아(bar) 안테나, 단부 링, 버드케이지(Birdcage)-공진기 주변의 중앙에서 축 방향으로 진행하는 링형 라인 그리고 상기 링형 라인에 대한 연결 라인을 포함하는 버드케이지-공진기이다. 전술한 소자 들은 다층-도체 트랙 박막의 구성 부품들일 수 있다.
자기 공진 적용을 위한 공진기들은 - 다른 많은 공진기들과 마찬가지로 - 제 1 도체 단부로부터 제 2 도체 단부까지 연장되는 도체 소자를 구비한다. 도체 소자가 공진 주파수로 작동하는 경우에는 상기 도체 소자 내부에서 - 다른 공진기에서도 마찬가지로 - 공진 전류가 제 1 도체 단부로부터 제 2 도체 단부로 그리고 그 반대로 진동한다. 도체 소자가 공진 주파수에 맞추어 조절된 경우에는 공진 전류가 특히 높다.
자기 공진 적용의 경우에는 상응하는 자기 공진 장치를 작동시키는 라머(Larmor) 주파수가 한편으로는 자기 공진 장치의 베이스 자기장의 세기에 의존하고, 다른 한편으로는 검출되어야 하는 여기된 스핀을 갖는 소자에 의존한다. (가장 많이 적용되는 실시예인) 수소의 경우에는 회전 자기(gyromagnetic)) 비율이 예를 들어 약 42.4 MHz/T이다.
자기 공진 장치는 통상적으로 0.2 내지 1.5 T에 해당하는 베이스 자기장으로 작동된다. 근래에는 특히 3 T의 베이스 자기장, 다수의 경우에는 심지어 5 T 및 그 이상까지의 보다 강력한 베이스 자기장을 갖는 자기 공진 장치들도 공지되어 있다. 그에 상응하게, 자기 공진 장치의 라모 주파수는 통상적으로 약 8.5 MHz 내지 약 63.5 MHz이지만, 개별적인 경우에는 그 이상이기도 하다.
라모 주파수는 자기 공진 적용에서 공진기들이 그에 맞추어 조절되어야 하는 기준이 되는 주파수이다. 따라서 라모 주파수는 이상적인 경우에는 공진기의 공진 주파수가 된다.
일반적으로 공지된 바와 같이, 도체 소자의 길이가 공진 주파수 파장의 절반인 경우에는, 도체 소자는 추가의 조치 없이 공진 주파수에서 공진한다. 따라서, 간단한 추후 계산에서 나타나는 바와 같이, 베이스 자기장이 1.5 T인 자기 공진 장치에서 λ/2-바아의 길이는 약 2.5 m이다. 이와 같은 길이는 자기 공진 적용을 위한 공진기에서는 완전히 비현실적이다. 전신(whole body) 안테나의 바아들은 예를 들어 일반적으로는 약 40 cm의 길이, 그러나 실제로는 60 cm를 초과하지 않는 길이를 갖는다. 국부 코일들의 길이는 종종 심지어 훨씬 더 작다. 이와 같은 이유에서 자기 공진 적용을 위한 공진기의 경우에는, 도체 소자의 치수를 상응하게 설계함으로써 라모 주파수에 맞추어 조절하는 방식이 추가의 조치 없이는 불가능하다. 오히려, 도체 단부들을 상응하는 회로 결선부를 통해 서로 연결하는 것이 일반적으로는 통상적이며, 이 경우 상기 회로 결선부에 의해서는 도체 소자가 공진 주파수에 맞추어 조절된다. 본 발명은 상기와 같은 방식으로 형성된 공진기로부터 출발한다.
자기 공진 장치용 공진기의 도체 소자들이 도체 소자 내에서 공진하는 공진 전류의 절반 파장보다 현저하게 더 짧은 경우에도, 공진 전류는 고주파이다. 그러나 고주파 전류의 경우에는 소위 스킨 효과(Skin-effect)가 나타난다: 공진 전류는 더 이상 도체 소자의 전체 횡단면에서 흐르지 않고, 단지 에지 영역에서만 흐른다. 이 경우 에지 영역은 도체 소자를 구성하는 재료 및 공진 주파수에 의해서 결정된 스킨 깊이를 갖는다. 다시 말하자면, 상기 스킨 효과로 인하여 공진 전류는 단지 도체 소자의 횡단면의 한 구획에서만 흐르게 되고, 그럼으로써 도체 소자의 효과적 인 저항이 상승하게 된다. 이 경우 측정 결과들은 공진 주파수의 제곱에 비례하는 상승율을 보여준다.
초전도성 재료를 사용하거나 또는 냉각시킴으로써 도체 소자에 작용하는 저항을 줄이는 것도 생각할 수 있다. 그러나 이와 같은 조치들은 상당한 기술적 복잡성을 내포하고, 더 나아가서는 자기 공진 장치 내에서 검사를 받는 환자의 안전을 위협하는 요소가 된다. 그렇기 때문에 상기와 같은 조치들은 실제로 자기 공진 장치에서는 일반적으로 사용되지 않는다.
고주파 와이어 로프의 사용도 실제로는 고려되지 않는다. 그 이유는, 와이어 로프 도체가 저항을 단지 소수 MHz의 주파수, 통상적으로 2 내지 4 MHz까지만 감소시키기 때문이다.
다수의 층들을 갖는 다층 도체로서 형성된 도체 소자들은 이미 공지되어 있다. 이와 관련해서는 예를 들어 US-A-2,769,148호 및 US-A-6,148,221호가 참조된다. 상기와 같은 경우에 개별 층들이 상기 스킨 깊이보다 작은 층 두께를 갖는다면, 상기와 같은 도체 소자에 의해서는 공진 주파수에서 효과적인 저항이 현저히 감소할 수 있다. 이 경우 상기 층들은 서로 동심으로 배치되거나(소위 클록스톤(Clogston)-도체, US-A-2,769,148호 참조) 또는 평탄하게 배치될 수 있다(예를 들어 US-A-6,148,221호 참조). 상기와 같은 유형의 도체 소자들이 자기 공진 적용을 위한 공진기에 사용될 수 있다면, 이와 같은 가능성은 장점이 될 수 있다. 그러나 다층 도체를 도체 소자로서 사용하는 경우에는, 효과적인 저항의 감소를 확실하게 예상할 수는 없다.
더욱 정확한 검사들로부터, 대형 도체 또는 외부 회로로부터 다층 도체로의 변환 후에 상기 다층 도체의 개별 층들에 공진 전류를 최적으로 분배하는 과정이 공진 주파수와 일치하는 파장보다 큰 길이에 도달한 후에야 비로소 이루어진다는 문제점이 나타났다. 그러나 전술한 바와 같이 자기 공진 적용을 위한 공진기들이 공진 주파수의 파장보다 훨씬 더 작은 길이를 갖기 때문에, 상기와 같은 최적의 전류 분배는 설정될 수 없다. 더 나아가, 상기 다층 도체의 약간의 불균일성은 도달 가능한 저항 감소 효과를 현저하게 떨어뜨린다. 그렇기 때문에, 자기 공진 적용을 위한 공진기에서 다층 도체를 사용하는 것은 실제로 적합한 것으로 여겨지지 않았다.
본 발명의 목적은, 효과적인 저항의 크기가 대형 도체의 경우보다 훨씬 더 작은 자기 공진 적용을 위한 공진기를 제조하는 것이다.
상기 목적은 서문에 언급된 유형의 공진기에서,
- 도체 소자가 다수의 층들을 갖는 다층 도체로서 형성되고, 상기 다수의 층들은 도체 단부에 층 단부들을 가지며,
- 도체 소자가 공진 주파수로 작동할 때에는 크기가 서로 동일한 층 전류가 상기 층 내부를 통해 흐름으로써, 달성된다.
도체 소자를 다층 도체로서 형성하는 방식을 토대로 하는 경우에는, 도체 소자의 효과적인 저항을 대형 도체에 비해 훨씬 더 줄일 수 있는 가능성이 비로소 생 기게 된다. 개별 층들에 전류를 균일하게 분배하는 회로 결선부의 형성을 토대로 하는 경우에도 상기와 같은 가능성은 이용된다.
상기 회로 결선부에 의해서는 2개의 도체 단부들이 서로 직접 연결될 수 있다. 이와 같은 조치 방식은 일반적으로 링 형태로 형성된 공진기, 특히 국부 코일에서 파악된다. 그러나, 상기 회로 결선부가 2개의 도체 단부들을 하나의 접지면을 통해 서로 연결하는 것도 또한 가능하다. 이와 같은 조치 방식은 일반적으로 바아 형태로 형성된 공진기에서, 특히 전신 안테나에서 파악된다.
회로 결선부 자체의 형성과 관련해서는 다양한 조치 방식들이 가능하다.
따라서, 예를 들면 층들이 서로 연속으로 접속되도록 회로 결선부가 층 단부들을 서로 연결하는 것이 가능하다.
상기와 같은 조치에 의해서 도체 소자의 효과적인 길이가 확대되는 상황을 토대로 한다면, 도체 소자의 효과적인 길이가 공진 전류의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 처음 층들 그리고 공진 전류의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 마지막 층들의 본질적인, 피할 수 없는 기생적인 용량성 결합과 더불어 작동 주파수에 대한 필요한 매칭을 야기하는 상황이 발생할 수 있다. 이와 같은 특별한 경우에는 상기 2개의 층들이 하나의 전기 구성 소자에 의해서 서로 직접 연결되어 있지 않다.
그러나 개별 층들의 단순한 연속 접속은 일반적으로 아직까지는 공진 주파수에 대한 필요한 매칭을 나타내지 않는다. 그렇기 때문에 일반적으로 공진 전류의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 처음 층들 및 공진 전류의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 마지막 층들은 제 1 커패시터에 의해서 서로 직접 연결되어 있다.
공진 주파수에 대한 도체 소자의 매칭을 전적으로 제 1 커패시터를 사용해서만 실행하는 것은 가능하다. 그러나 상기 매칭을 다수의 커패시터를 사용하여 실행하는 것도 또한 가능하다. 이 경우에 회로 결선부는 적어도 하나의 제 2 커패시터를 포함하고, 상기 제 2 커패시터는 제 1 커패시터와 직렬로 접속되어 있다. 이 경우 공진 전류의 흐름 방향으로 볼 때 제 1 커패시터와 제 2 커패시터 사이에는 적어도 하나의 층이 배치되어 있다. 특별히 이와 같은 실시예에서는, 전류 흐름 방향으로 볼 때 서로 인접하는 각각 2개의 층들 사이에 각각 하나의 커패시터를 배치하는 것이 가능하다.
층들을 직렬 접속하는 것에 대한 대안으로서, 층들이 서로 병렬로 접속될 수 있도록 회로 결선부가 층들을 상호 접속하는 방식도 또한 가능하다. 이 경우 회로 결선부는 각각의 층을 위하여 개별 층에만 단독으로 할당된 임피던스 적응 회로를 구비하며, 상기 적응 회로는 이 회로에만 단독으로 할당된 층의 여러 층 단부들 중에서 하나의 층 단부와 연결되어 있다. 이 경우 상기 임피던스 적응 회로는 바람직하게 각각 하나의 커패시터 및/또는 하나의 코일을 포함한다.
층들을 병렬 접속하는 경우에는, 각각의 임피던스 적응 회로가 상기 회로에만 단독으로 할당된 층의 여러 층 단부들 중에서 다른 층 단부와도 직접 연결될 수 있다. 다시 말해, 이 경우에는 층들이 상호 독립적으로 공진 주파수에 맞추어 조절된다.
각각의 임피던스 적응 회로가 임피던스 적응 회로들에 공통적인 하나의 연결 영역을 통해 상기 회로에만 단독으로 할당된 층의 여러 층 단부들 중에서 다른 층 단부와 연결되는 것도 또한 가능하다. 이 경우에는 특히 상기 공통의 연결 영역에 나머지 회로 결선부가 배치될 수 있다. 상기 나머지 회로 결선부는 - 임피던스 적응 회로와 유사하게 - 바람직하게 하나의 커패시터 및/또는 하나의 코일을 포함한다.
상기 층들을 횡단면 상으로 볼 때 연속으로 형성하는 것은 가능하다. 그러나 상기 층들이 각각 다수의 스트립을 갖는 것도 또한 가능하다. 후자의 경우에 회로 결선부는 바람직하게 도체 소자가 공진 주파수로 작동할 때에 상기 스트립 내부로 스트립 전류가 흐르도록 형성되며, 상기 스트립 전류의 크기는 층마다 서로 동일하다. 그럼으로써 저항 감소가 최적으로 될 수 있다. 이 경우 동일한 크기의 스트립 전류를 구현하기 위해서는, 동일한 크기의 층 전류를 구현하기 위하여 앞에서 설명된 조치들과 유사한 조치들이 적용될 수 있다.
개별 층들을 다수의 스트립에 분배하는 것은 다층 도체에서 이미 공지되어 있다. 공지된 조치 방식과 달리, 본 발명의 틀 안에서는, 작동 주파수에서 스트립이 상기 스트립을 구성하는 재료의 스킨 깊이보다 더 큰 스트립 폭을 갖는 것이 가능하다.
추가의 장점 및 세부 내용들은 아래의 상세한 설명에서 도면과 연관된 실시예를 참조하여 설명된다.
도 1에 따르면, 자기 공진 적용을 위한 공진기는 제 1 도체 단부(2)로부터 제 2 도체 단부(3)까지 연장되는 도체 소자(1)를 포함한다. 도체 소자(1)가 공진 주파수(f)로 작동하는 경우에는, 공진 전류(I)가 상기 도체 소자(1) 내에서 제 1 도체 단부(2)로부터 제 2 도체 단부(3)로 그리고 그 역으로 진동한다.
자기 공진 적용에서 공진 주파수(f)는 자기 공진 장치의 라모 주파수(fL)와 일치한다. 그렇기 때문에 도체 소자(1)는 공진 주파수(f)와 일치하는 파장의 절반보다 훨씬 더 작은 길이(l)에 걸쳐서 연장된다. 도체 단부(2, 3)들은 회로 결선부(4)를 통해 서로 연결되어 있으며, 이 경우 도체 소자(1)는 상기 회로 결선부(4)에 의해서 공진 주파수(f)에 맞추어 조절된다.
도 1에 따른 도체 소자(1)는 실제로 링 형태로 연장된다. 그렇기 때문에, 회로 결선부(4)가 2개의 도체 단부(2, 3)들을 서로 직접 연결하는 것이 가능하다. 이와 같은 방식의 실시예는 일반적으로 국부 코일에서 볼 수 있다.
도 2 및 도 3에 따르면, 도체 소자(1)는 다층 도체로서 형성되었다. 다시 말해서, 상기 도체 소자는 도체 단부(2, 3)에 층 단부(6, 7)를 갖는 다수의 층(5)을 포함한다. 이 경우 상기 개별 층(5)들은 공진 주파수(f)에서 상기 층(5)을 구성하는 재료의 스킨 깊이보다 더 작은 층 두께(d)를 갖는다.
도 2에 따르면, 상기 개별 층(5)들은 서로 동심으로 배치되어 있다. 도 3에 따르면, 상기 개별 층(5)들은 접지면(8)과 평행하게 진행한다. 두 가지 실시예들은 - 본 발명에 따른 조치 방식과 관련이 있는 한 - 동일한 가치를 갖는다. 그렇기 때문에, 어떤 실시예가 실제로 더 선호될 수 있는지는, 본 발명의 틀 밖에 있는 상황, 특히 구체적인 적용예에 따라서 결정된다.
도 4도 또한 제 1 도체 단부(2)로부터 제 2 도체 단부(3)까지 연장되는 도체 소자(1)를 포함하는 자기 공진 적용을 위한 공진기를 보여준다. 이 경우에도 도체 소자(1)가 공진 주파수(f)로 동작하는 경우에는 공진 전류(I)가 도체 소자(1) 내에서 제 1 도체 단부(2)로부터 제 2 도체 단부(3)로 그리고 그 역으로 진동한다. 또한 이 경우에도 마찬가지로 회로 결선부(4)가 존재하며, 상기 회로 결선부를 통해 도체 단부(2, 3)들이 서로 연결되어 있다. 회로 결선부(4)는 도체 소자(1)를 재차 공진 주파수(f)에 맞추어 조절한다. 그러나 도 4에 따른 실시예에서는 도체 소자(1)가 바아 형태로 연장되기 때문에, 접지면(8)이 필요하다. 그 이유는, 회로 결선부(4)가 도체 단부(2, 3)들을 서로 연결하는 과정이 단지 접지면(8)에 의해서만 가능하기 때문이다.
도 5 및 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 도 4의 도체 소자(1)도 또한 다층 도체로서 형성되었다. 다시 말해, 상기 도 4의 도체 소자도 마찬가지로 도체 단부(2, 3)에 층 단부(6, 7)를 갖는 다수의 층(5)들을 포함한다. 도 5와 도 6의 차이점은, 도 5에 따른 실시예에서는 접지면(8)이 마찬가지로 다층 도체로서 형성된 반면, 도 6에 따른 실시예에서는 접지면(8)이 단층으로 또는 대형으로 형성되었다는 것이다. 이 경우에도 층 두께(d)는 재차 스킨 깊이보다 더 작다.
도 2, 3, 5 및 도 6에는 3개의 층(5)을 갖는 도체 소자(1)들이 각각 도시되어 있다. 상기 층의 개수는 도 7 내지 도 12와 관련하여 이루어지는 본 발명의 후속 설명에 포함된다. 그러나 3개 층(5)의 개수는 순전히 예에 불과하기 때문에 설명을 위해서만 이용된다. 다른 개수의 층(5)들, 특히 훨씬 더 많은 개수의 층들도 아무런 문제없이 사용될 수 있다. 도 7 내지 도 12에 도시된 도체 소자(1)가 도 1 내지 도 3에 따른 도체 소자(1)일 수도 있고, 도 4 내지 도 6에 따른 도체 소자(1)일 수도 있다는 내용도 또한 참조된다. 경우에 따라서는, 도 7 내지 도 12에 도시된 층 단부(6, 7)의 연결이 도 4 내지 도 6에 따른 접지면(8)을 통해 이루어진다.
도체 소자(1)를 공진 주파수(f)에 맞추어 조절하는 것만이 필요하다면, 상기 회로 결선부(4)를 도 7에 상응하게 형성하는 것으로 충분할 것이다. 도 7에 따르면, 회로 결선부(4)는 단 하나의 임피던스 적응 회로(9)를 가지며, 상기 적응 회로는 모든 층(5)들과 직접 연결되어 있다. 이 경우 상기 임피던스 적응 회로(9)는 단 하나의 커패시터(10) 및/또는 하나의 코일(11)을 구비해야만 한다. 심지어 일반적으로는 상기 2개 소자(10, 11)들 중에서 단 하나의 소자만 존재하는 것, 다시 말해서 커패시터(10)가 존재하거나 혹은 코일(11)이 존재하는 것으로 충분할 수 있다. 그 경우 층 내부(5)에서는 공진 전류(I)에 가산되는 층 전류(I1, I2, I3)가 흐르게 된다. 그러나 층(5) 내부를 흐르는 층 전류(I1, I2, I3)의 크기는 아주 일반적으로는 동일하지 않다. 그 원인은 제조 과정으로부터 기인하는 층(5)들 상호간의 편차이며, 이와 같은 편차는 일반적으로 피할 수 없는 것이다. 그러나 본 발명에 따르면 상기 회로 결선부(4)는, 도체 소자(1)가 공진 주파수(f)로 작동하는 경우에 상기 층 전류(I1, I2, I3)의 크기가 서로 동일하도록 형성되어야 한다. 도 1 내지 도 6의 공진기에서 달성될 수 있는 바와 같이, 상기와 같은 내용은 아래에서 도 8 내지 도 12와 연관하여 상세하게 설명될 것이다.
도 8, 9 및 도 10에 따르면, 회로 결선부(4)는 상기 층(5)들이 서로 연속으 로 접속되도록 상기 층 단부(6, 7)를 상호 연결한다. 이와 같은 실시예는 도 1 내지 도 5와 관련하여 구현될 수 있지만, 도 6에 따른 실시예에 의해서는 구현될 수 없다.
도 8에 따르면, 공진 전류(I)의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 처음 층(5)들 및 공진 전류(I)의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 마지막 층(5)들은 회로 결선부(4)의 전기 소자에 의해서 서로 연결되어 있지 않다. 이 경우에는, 서로 연결되지 않은 2개의 층(5)들 간에 단지 하나 (또는 다수의) 필수불가결한 기생적 커패시터를 통해서만 용량성 결합이 형성된다.
도 8에 따른 회로 결선은, 층(5)의 두께, 층(5)들 상호 간의 간격 그리고 상기 층(5)들 사이에 배치된 절연 재료(12)의 유전성 개수로 인하여 (도 2, 3, 5 및 도 6 참조) 공진 주파수(f)에 대한 매칭이 존재하는 개별 상황에서 적합할 수 있다. 그러나 일반적인 경우에는 도 9 및 도 10에 상응하게 추가의 조치들을 제공할 필요가 있다.
도 9에 따르면, 예를 들어 공진 전류(I)의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 처음 층(5)들 및 공진 전류(I)의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 마지막 층(5)들을 회로 결선부(4)의 커패시터(13)를 이용하여 서로 연결하는 것이 가능하다. 상기 커패시터(13)는 이하에서는 제 1 커패시터(13)로 언급될 것이다.
도 8 및 도 9에 따른 실시예에서는, 개별 층(5)들 간에 상대적으로 크기가 큰 전위차가 나타날 수 있다. 그렇기 때문에 일반적으로는, 도 10에 상응하게 상기 회로 결선부(4)가 추가의 커패시터(14) - 이하에서는 제 2 커패시터(14)로 언급 됨 - 를 포함하는 경우가 선호될 수 있다. 상기 제 2 커패시터(14)는 제 1 커패시터(13)와 직렬 접속되어 있다. 공진 전류(I)의 흐름 방향으로 볼 때 상기 제 1 커패시터(13)와 제 2 커패시터(14) 사이에는 항상 적어도 하나의 층(5)이 배치되어 있다. 상기 제 2 커패시터(14)들 상호 간에도 각각 적어도 하나의 층(5)이 배치되어 있다. 그럼으로써, 다른 경우에 발생하는 손실이 방지되거나 또는 적어도 줄어들 수 있다.
도 10에 따른 회로 결선부(4)는 층(5)이 존재하는 것과 마찬가지로 다수의 커패시터(13, 14)를 포함한다. 이와 같은 실시예가 특히 최적이다.
도 8 내지 도 10과 달리, 도 11 및 도 12에 따른 회로 결선부(4)는 층(5)들이 서로 병렬 접속되도록 층 단부(6, 7)를 서로 연결한다. 이 경우 상기 회로 결선부(4)는 각각의 층(5)을 위하여 임피던스 적응 회로(15)를 포함하고, 상기 적응 회로는 개별 층(5)에만 단독으로 할당되어 있다. 이 경우 각각의 임피던스 적응 회로(15)는 바람직하게 하나의 커패시터(16) 및/또는 하나의 코일(17)을 포함한다. 상기 임피던스 적응 회로는 상기 회로에만 단독으로 할당된 층(5)의 층 단부(6, 7)들 중에서 하나의 층 단부와 연결되어 있다.
도 11 및 도 12에 따르면, 임피던스 적응 회로(15)는 커패시터(16) 및 코일(17)을 포함한다. 그러나 일반적으로는, 상기 2개 소자들 중에서 단 하나의 소자, 다시 말해 단지 커패시터(16)만 존재하거나 혹은 코일(17)만 존재하는 것으로 충분하다.
도 11에 따르면, 각각의 임피던스 적응 회로(15)는 상기 회로에만 단독으로 할당된 층(5)의 층 단부(6, 7)들 중에서 다른 층 단부와도 연결되어 있다. 이 경우에는 각각의 층(5)이 상기 층의 개별 임피던스 적응 회로(15)에 의해서, 다른 층(5)들과 무관하게 공진 주파수(f)에 맞추어 조절되었다.
도 11에 따른 실시예는 도 1 내지 도 5에 따른 각각의 실시예에서 구현될 수 있지만, 도 6에 따른 실시예에서는 구현될 수 없다.
상기 실시예와 달리 도 12에 따른 실시예에서는, 각각의 임피던스 적응 회로(15)가 상기 적응 회로(15)들에 공통이 되는 하나의 연결 영역(18)을 통하여, 상기 회로에만 단독으로 할당된 층(5)의 층 단부(6, 7)들 중에서 다른 층 단부와 연결되어 있다.
상기 연결 영역(18)은 단순한 연결부일 수 있다. 이 경우에는 - 도 11에서와 마찬가지로 - 공진 주파수(f)에 대한 층(5)의 매칭이 전적으로 상기 임피던스 적응 회로(15)를 통해서만 이루어진다. 그러나, 도 12에 도시된 바와 같이, 연결 영역(18)에 나머지 회로 결선부(19)가 배치될 수도 있다. 이 경우 상기 나머지 회로 결선부(19)는 하나의 커패시터(20) 및/또는 하나의 코일(21)을 포함할 수 있다. 일반적으로 이 경우에는 상기 2개의 소자(20, 21)들 중에서 단 하나의 소자, 다시 말해 커패시터(20)만 존재하거나 혹은 코일(21)만 존재한다. 그러나 2개의 소자(20, 21)가 존재할 수도 있다.
전술한 실시예들에서는, 각각의 층(5) 내부에서는 전류 흐름 방향에 대하여 횡으로 볼 때 균일한 전류 분배가 이루어진다는 내용이 항상 전제가 된다. 그러나 이와 같은 전제는 항상 적절하지는 않다. 각각의 층(5) 내부에서도 균일한 전류 분배에 도달하기 위하여, 도 13 및 도 14에 상응하게 상기 층(5)들을 다수의 스트립(22)으로 분할하는 것이 가능하다. 이 경우 상기 스트립(22)들은 공진 주파수(f)에서 상기 스트립(22) 및 상기 층(5)을 구성하는 재료의 스킨 깊이보다 더 큰 스트립 폭(b)을 가질 수 있다.
회로 결선부(4)를 상응하게 형성함으로써, 도체 소자(1)가 공진 주파수(f)로 작동하는 경우에는 층(5)마다 서로 동일한 크기의 스트립 전류(I1a 내지 I1e, I2a 내지 I2e, I3a 내지 I3e)가 스트립(22) 내부에서 흐를 수 있다. 이 경우에 가능한 회로 결선부(4)의 실시예들은 도 8 내지 도 12와 관련하여 전술된 회로 결선부(4)의 실시예들과 완전히 유사하다. 단지 고려해야 할 점은, 이 경우에는 도 8 내지 도 12에 따른 회로 결선부(4)가 층(5)들을 서로 연결할 필요는 없고, 오히려 스트립(22)들을 서로 연결해야만 한다는 것이다.
이와 관련하여 언급될 수 있는 것은, 스트립(22)들 및 층(5)들의 상호 결선과 관련된 다양한 유형의 조치들이 서로 조합될 수 있다는 것이다. 예를 들면, 층(5)들을 서로 직렬로 접속하는 것(도 8, 9 및 도 10에 상응하게), 그러나 각각의 층(5) 내부에서 상기 층의 스트립(22)들을 도 11 및 도 12와 유사하게 서로 병렬로 접속하는 것이 가능하다. 예를 들어 모든 층(5)들의 모든 스트립(22)들이 서로 완전히 병렬 접속되는 것과 같은 동일한 방식의 결선도 당연히 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 조치 방식에 의해서는, 다층 도체들이 원칙적으로 자기 공진 적용을 위한 공진기에만 사용되지 않고, 오히려 다층 도체의 바람직한 장점, 즉 공 진 주파수에서의 확실한 저항 감소에도 도달할 수 있다.

Claims (15)

  1. 제 1 도체 단부(2)로부터 제 2 도체 단부(3)까지 연장되는 도체 소자(1)를 구비하며,
    - 상기 도체 소자(1)가 공진 주파수(f)로 작동할 때에는 공진 전류(I)가 상기 도체 소자(1) 내에서 제 1 도체 단부(2)로부터 제 2 도체 단부(3)로 그리고 그 역으로 진동하며,
    - 상기 도체 단부(2, 3)들이 회로 결선부(4)를 통해 서로 연결되어 있고, 상기 회로 결선부에 의해서 상기 도체 소자(1)가 공진 주파수(f)에 맞추어 조절되는, 자기 공진 적용을 위한 공진기로서,
    - 상기 도체 소자(1)는 상기 도체 단부(2, 3)에 층 단부(6, 7)를 갖는 다수의 층(5)들을 갖춘 다층 도체로서 형성되며,
    - 상기 도체 소자(1)가 공진 주파수(f)로 작동할 때에는 서로 동일한 크기의 층 전류(I1, I2, I3)가 상기 층(5) 내부에서 흐를 수 있도록 상기 회로 결선부(4)가 형성된 것을 특징으로 하는, 공진기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 결선부(4)가 상기 2개의 도체 단부(2, 3)를 서로 직접 연결하는 것을 특징으로 하는, 공진기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 결선부(4)가 상기 2개의 도체 단부(2, 3)를 하나의 접지면(8)을 통해 서로 연결하는 것을 특징으로 하는, 공진기.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 회로 결선부(4)는 상기 층(5)들이 서로 연속으로 접속되도록 상기 층 단부(6, 7)를 서로 연결하는 것을 특징으로 하는, 공진기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    공진 전류(I)의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 처음 층(5)들 및 공진 전류(I)의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 마지막 층(5)들이 상기 회로 결선부(4)의 전기 소자에 의해서는 서로 연결되어 있지 않은 것을 특징으로 하는, 공진기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    공진 전류(I)의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 처음 층(5)들 및 공진 전류(I)의 흐름 방향으로 볼 때 연속으로 접속된 마지막 층(5)들이 상기 회로 결선부(4)의 제 1 커패시터(13)에 의해서 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 공진기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회로 결선부(4)가 제 1 커패시터(13)와 직렬 접속된 적어도 하나의 제 2 커패시터(14)를 포함하며, 공진 전류(I)의 흐름 방향으로 볼 때 상기 제 1 커패시터(13)와 제 2 커패시터(14) 사이에 적어도 하나의 층(5)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 공진기.
  8. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 층(5)들이 서로 병렬 접속될 수 있도록 상기 회로 결선부(4)가 상기 층 단부(6, 7)를 서로 연결하며, 상기 회로 결선부(4)는 각각의 층(5)을 위해 상기 개별 층(5)에만 단독으로 할당된 임피던스 적응 회로(15)를 포함하고, 상기 적응 회로는 이 회로에만 단독으로 할당된 층(5)의 층 단부(6, 7)들 중에서 하나의 층 단부와 연결된 것을 특징으로 하는, 공진기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 임피던스 적응 회로(15)가 각각 하나의 커패시터(16) 및/또는 하나의 코일(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공진기.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    각각의 임피던스 적응 회로(15)가 상기 회로에만 단독으로 할당된 층(5)의 층 단부(6, 7)들 중에서 다른 층 단부와도 직접 연결된 것을 특징으로 하는, 공진 기.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    각각의 임피던스 적응 회로(15)가 상기 회로(15)에 공통적인 하나의 연결 영역(18)을 통하여 상기 회로에만 단독으로 할당된 층(5)의 층 단부(6, 7)들 중에서 다른 층 단부와 연결된 것을 특징으로 하는, 공진기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연결 영역(18) 내에 나머지 회로 결선부(19)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 공진기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 나머지 회로 결선부(19)가 하나의 커패시터(20) 및/또는 하나의 코일(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공진기.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층(5)들이 각각 다수의 스트립(22)들을 포함하며, 상기 도체 소자(1)가 공진 주파수(f)로 작동할 때에는 층(5)마다 서로 동일한 크기의 스트립 전류(I1a-I1e, I2a-I2e, I3a-I3e)가 상기 스트립(22) 내부에서 흐르는 것을 특징으로 하는, 공진기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스트립(22)이 공진 주파수(f)에서는 상기 스트립(22)을 구성하는 재료의 스킨 깊이보다 더 큰 스트립 폭(b)을 갖는 것을 특징으로 하는, 공진기.
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