核磁共振系统中射频开关设计
核磁共振成像系统射频线圈设计要求及优化方案
55中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.07 （下）MRI 设备中的射线线圈，为系统中的核心部件，其关键的设计要点为信噪比，以及来自不同位置的信号敏感均匀度。
射频线圈的信号与噪声皆由磁场与电场产生，通常的射频线圈设计时采用表面线圈、笼式线圈、多单元线圈阵列方式进行设计。
1 射频线圈MRI 设备的射频系统主要由射频功效、前置放大器、射频线圈3部分组成，射频线圈主要分为两种形式，体线圈与表面线圈，体线圈是一种在线圈中体积产生匀度磁场以来激发和接收射频信号，主要用于头部成像；表面线圈因为形状小，只能接收线圈附近区域的噪声拥有更高的信噪比，所以通常用于接收线圈。
2 射频线圈设计要求2.1 线圈构造线圈构造主要由平面电流与柱面电流构成，平面电流近似一个电流回路中许多矩形的小电流回路，每一个回路为一个矩形线圈，如一个区域的平面电流内，将该区域分割为多个足够小的矩形区域面积。
柱面电流是近似在一个有限圆柱面区域内，电流绕圆柱面形成回路，其为基本的环路基线圈，如一个环绕圆柱表面区域并分为矩形基线线圈和环路基线圈回路。
2.2 系统信噪比信噪比为系统中信号与噪声的比例，核磁共振成像系统重要的一个技术指标信噪比，因为其直接关系到系统成像的分辨率，如叠加信号上的噪声信号强度值振荡较大，信噪比越低，图像成像就越模糊。
常规的1,5T 核磁共振系统信噪比必须大于150,小于0.9T 的核磁共振系统的信噪比不得低于80。
其噪声表达方式：式中，Tm 为线圈温度，℃；f 为带宽；R 为有效电阻。
2.3 射频线圈的主动屏蔽功能MRI 设备的射频信号极易受到外界的干扰，传统的射频线圈在梯度线圈及匀场线圈产生涡流损失，导致信噪比下降，从而影响系统的成像质量。
要提高系统的成像质量可以通屏蔽射线线圈，以阻止射频磁场进入梯度磁场和匀场磁场。
屏蔽措施主要为主动屏蔽措施及被动屏蔽措施，主动屏蔽措施是通过通入电流产生磁场，从而有效的抵消射频线圈产生的外部磁场；被动屏蔽措施是由一定厚度的材料进行屏蔽，如使用高密度铁板构成。
核磁共振系统中微波射频开关的设计与应用
的 开关 芯 片 可靠 性 不好 ， 易损 坏 ， 容
世 界 电子 元器 件 ２ ０ ． ｇｅｃｅｃ ．ｏｍ ０ ８１ ． ｃｎｃ
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信 号 的输 出 。 设计步骤如下 ： １ 设 计 直 流 控 制 电路 ） 在 本 电 路 中 二 极 管 用 的 是 ｌ— Ｎ
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路射 频信 号输 出 的 时候 ，另 外 一
路 信 号应 该 接 ５ Ｒ电阻 匹 配 。 由于 ０
本 电路 既 有直 流信 号又 有交 流信 号 ， 因此 把 二者 分 开 ，使 其 互 不 影 响 非 常重 要 。根 据 频 率 的要 求 应 用 ｌｎ ＯＦ 的耦 合 电容 ， 于 交流 信 号 短 路 ， 对 而
目 前 一 般 的 设 计 中 用 现 成 的 开 关 芯 片 实 现 切 换 功 能 。 是 大 多 数 但 关 的 电压 为 Ｏ Ｖ和 ＩＶ。 Ｏ
总 体 结 构 设 计
开 关 将 应 用 于 此 共 振 的测 试 系 基 于 Ｌ ｂ ｉ 平 台 由计 算 机 提 ａ Ｖｅ ｗ 而 且 供 电 线 路 也 比 较 复 杂 。例 如 统 ， 基 于 Ｌ ｂ ｉ 它 ａ Ｖｅ ｗ软 件 平 台 ， 由计 供 给 射 频 开 关 的 电压控 制信 号 是 数 Ｓ ４ ７ 芯 片 虽 然 可 以完 成 简 单 的 算 机 提 供 给 电压 控 制信 号 。该 控 制 字 信 号 ，极 高 电平 为 ５ ，低 电 平 为 Ｗ－３ Ｖ 开 关 功 能 ， 是 它对 防 静 电要 求 非 信 号 是 数 字 信 号 ，只 能提 供 高 低 电 但 Ｏ ，而 射 频 开 关 需 要 的 电 压控 制 信 Ｖ 常 高 ，一 般 的 实 验 室 和 生 产 车 间 的 平 ， 电压 为 ５ ， 电压 为 ０ ， 高 Ｖ低 Ｖ 因此 号 是 ＩＶ 因 此 需 要 把 ５ Ｏ， Ｖ转 换 为 ＩＶ Ｏ， 条 件 很 难 达 到厂 家 的 要 求 ，所 以实 需要 进 行 电压 转 换 才 能提 供 给 开关 图 １ 为 转 换 电 路 图 。 当 输 入 信 号 际应 用 起 来 很 不 方 便 ，容 易 损 坏 。 电 路 。 整 个 电 路 由 两 部 分 组 成 ：电 ｉｐ ｔ 为 ５ ｎ ｕ１ Ｖ时 ， Ｑ３导 通 ， ５截 止 ， Ｑ Ｑ１ 在 本 设 计 中 ，设 计 了 一 种 新 型 的应 压 转 换 电 路 和 射 频 开 关 电 路 。最 导 通 ， 所 以 ｏ ｔｕ１ ０ 。 这 时 Ｑ４ ｕｐ ｔ 为 Ｖ 用 ｐｎ ｉ ｅ ｉｄｏ ｓ的射 频 开 关 转 换 电 路 ， 终 ， 得 当Ｌ ｂ ｉ ｄ 使 ａ Ｖｅ ｗ提 供 ５ Ｖ电压 时 ， 截 止 ， Ｑ６导 通 ， Ｑ２截 止 ， ｕｐ ｔ ｏ ｔｕ２输 实现 的功 能 是 ４路 Ｒ 输 入 信 号选 输 入 到 开 关 的 电压 为 １Ｖ和 Ｏ ；当 Ｆ ０ Ｖ 出Ｖ Ｃ为 ＩＶ 最 终 ， Ｃ Ｏ。 使得 当Ｌ ｂ ｉ ａ Ｖ ｗ ｅ 择 其 中任 意 ２路 Ｒ Ｆ信 号输 出 。 Ｌｂｉ ａ Ｖｅ ｗ提 供 ０ Ｖ电压 时 ，输 入 到 开 提 供 ５ Ｖ电压 时 ， 入 到 开 关 的 电压 输
核磁共振系统中射频开关设计
核磁共振系统中射频开关设计核磁共振系统中射频开关设计通常RF 系统中有许多输入输出的端口，用多端口网络分析仪分析散射特性价格比较昂贵。
所以一般要用开关对多输入多输出的信号进行切换，然后用比较简单的二端口网络分析仪进行分析测量。
在核磁共振系统中，一般接收系统的通道个数小于天线线圈的个数，所以多路线圈也要应用开关进行切换选择。
目前一般的设计中用现成的开关芯片实现切换功能。
但是大多数的开关芯片可靠性不好，容易损坏，而且供电线路也比较复杂。
例如SW-437 芯片虽然可以完成简单的开关功能，但是它对防静电要求非常高，一般的实验室和生产车间的条件很难达到厂家的要求，所以实际应用起来很不方便，容易损坏。
在本设计中，设计了一种新型的应用pin diodes 的射频开关转换电路，实现的功能是4 路RF 输入信号选择其中任意2 路RF 信号输出。
总体结构设计开关将应用于此共振的测试系统，它基于LabView 软件平台，由计算机提供给电压控制信号。
该控制信号是数字信号，只能提供高低电平，高电压为5V，低电压为0V，因此需要进行电压转换才能提供给开关电路。
整个电路由两部分组成：电压转换电路和射频开关电路。
最终，使得当LabView 提供5V电压时，输入到开关的电压为10V 和0V;当LabView 提供0V 电压时，输入到开关的电压为0V 和10V。
电压转换电路设计：基于LabView 平台由计算机提供给射频开关的电压控制信号是数字信号，极高电平为5V，低电平为0V，而射频开关需要的电压控制信号是10V，因此需要把5V 转换为10V，。
基于FET主动控制的脉冲核磁共振射频开关电路_孙金水
（
e －kz
+
Γ0 e +kz ）
（ 2）
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电工电能新技术
第 35 卷
式中，Z0 为与频率无关的传输线的特征阻抗； k 为 复传播常数，它只与传输线类型有关。
式（ 1） 除以式（ 2） 可以得到沿 z 轴任意点的阻
抗。在 z = － l 处的总输入阻抗记作 Zin ； 在 z = 0 处 阻抗称为负载阻抗，其表达式为：
在主传输线电路中，通过固定电容 C1 和可变电 容 C2 将核磁共振线圈电感 L 调谐到所需要的工作 频率，通过 C3 使探头线圈与脉冲信号发射电路和接 收电路的前置放大器实现阻抗匹配，即射频线圈工 作在发射模式和接受模式时，能够充分吸收射频信 号的功率和发送核磁共振信号。
在主传输线电路的 λ /4 波长传输线后面增加 一个 N 沟道场效应管 J108，它在 0V 时能正常导通， 在 － 5V 时截止。通过对双极晶体管 2N3906 和与之
死区时间的设定直接影响到核磁共振信号的纯
图 4 传输线示意图 Fig． 4 Schematic diagram of transmission line
在负载位置 z = 0 处，电压和电流波可以用反
射系数表示为：
V（ z） = V + （ e －kz + Γ0 e +kz）
（ 1）
I（ z）
=
V+ Z0
戴银明（ 1965-） ，男，山东籍，研究员，研究方向为超导磁体。
第3 期
孙金水，等： 基于 FET 主动控制的脉冲核磁共振射频开关电路
77
从图中可以看出，发射机发出的脉冲信号经过 滤波放大后通过射频开关进入射频线圈，激发样品 发生核磁共振。在脉冲间隔期间，线圈又吸收样品 释放的核磁共振信号，通过射频开关发送到前置放 大器。其中，射频开关连接着发射机、射频线圈和接 受机，在核磁共振实验中起着非常重要的作用。
一种新型微波射频开关(4×2)的设计与应用
单 的二 端 口网络 分析 仪进 行分 析测 量 。
在 核磁 共 振 ＭＲ 系统 中 ，一 般接 收 系统 的通道
本 电路 二极 管 采用 Ｉｆ ｅｎ公 司 的 Ｂ ５ ２ 导 ｎ ｎｏ ｉ Ａ ９， 通 的最 佳性 能 电流 是 ５ｍＡ。 以满 足二 极 管 的要 求 所 在 设 计 中加 人 的控 制 电压 是 １ ，回路 电 阻 Ｒ ， ０Ｖ ７
关 键 词 ：ｉ ｉ ｅ ； 射频 开 关 ； 电磁 兼 容 ； 核 磁 共振 ｐｎｄｏ ｓ ｄ
中图分 类号 ： Ｎ Ｔ６
文献 标识 码 ： Ａ
文章编 号 ：０ ６ ６ ７ （０ ７０ — ０ ８ ０ １ ０ — ９ ７２ ０ ）２ ０ １— ３
Ｄｅ ｉｎ ａ ｄ ａ ｐｉａ ｉｎ ｏ ｅＲ － ｗｉ ｈ（ ｘ ） ｎ Ｍ Ｒ ｙ ｔｍ ｓｇ ｎ ｐ ｌ ｔ ｆ ｈ Ｆ ｓ ｔ ４ ２ ｉ ｃ ｏ ｔ ｃ ｓ ｓｅ
Ｒ８Ｒ１ 、 ２的 大 小 均 为 １ ｎ 。 、 １Ｒ１ ０ｋ
数小 于 天线 线 圈数 ， 以多路 线 圈也要 应 用 开 关 进 所
行切 换选 择 。
目前 大 多 采 用 现 成 的 开 关器 件 实 现 切 换 功 能 。
但 是 大 多 数 的 开 关器 件 可靠 性 低 、 损 坏 、 电线 易 供 路复 杂 。例如 Ｓ ４ ７器件 虽然 可 以完成 简 单 的开 Ｗ一 ３ 关 功 能 ， 是 它 对 防静 电要 求 非 常 高 ， 般 的实 验 但 一
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《 国外 电 子元器 件）０ ８年 第 ２期 ２０ ２０ ０ ８年 ２月
磁共振_双射频发射技术电路_概述说明以及解释
磁共振双射频发射技术电路概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文旨在对磁共振双射频发射技术电路进行全面的概述和解释。
磁共振技术作为一种重要的医学成像方法，已经在诊断、治疗和科学研究中得到广泛应用。
而双射频发射技术作为一种新型的磁共振技术，具有更高的信号强度和更快的图像采集速度，在提高图像质量和减少扫描时间方面具有巨大优势。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分：引言、磁共振技术电路概述、双射频发射技术电路概述、解释磁共振双射频发射技术电路的工作原理与性能表现相关细节以及结论与展望。
接下来将从基础知识讲起，逐步深入介绍磁共振技术以及双射频发射技术的电路组成和工作原理，并对其应用和优势进行详细说明；随后，我们将解释磁共振双射频发射技术电路中关键环节的工作原理，并讨论其性能表现以及可能的影响因素；最后，我们将对整篇文章进行总结并给出未来磁共振双射频发射技术电路研究的展望，并提出改进和应用领域拓展的建议。
1.3 目的本文旨在向读者详细介绍磁共振双射频发射技术电路，并解释其工作原理与性能表现相关的细节。
通过阅读本文，读者可以全面了解磁共振技术以及双射频发射技术在医学成像领域中的应用和优势。
此外，我们还将探讨可能的改进方向和新的应用领域，为未来的研究提供一些建议。
2. 磁共振技术电路概述2.1 磁共振技术基础知识磁共振是一种利用核磁共振原理进行成像和诊断的技术。
核磁共振是指原子核在外加静磁场和射频脉冲场作用下产生的自发信号。
磁共振技术通过利用核磁共振现象，可以获取物质的结构、组成及动态过程等信息。
2.2 磁共振设备组成和工作原理磁共振设备主要由超导磁体、射频收发系统、梯度线圈、控制系统等组成。
超导磁体产生强大的静态磁场，射频收发系统用于产生旋转磁场和接收回波信号，梯度线圈则可以实现空间编码。
整个系统通过控制系统进行参数调节和信号处理。
具体工作原理如下：首先，通过超导磁体建立一个强大的均匀静态磁场，使样品处于稳定的比例际能量状态；接着，通过射频脉冲产生旋转矢量场并定向到感兴趣区域；样品中的核自发吸收能量并重新辐射出来；通过接收线圈探测回波信号并进行信号处理；最后，利用梯度线圈实现空间编码和成像。
低场核磁共振短死时间射频线圈与射频开关的设计
低场核磁共振短死时间射频线圈与射频开关的设计
低场核磁共振短死时间射频线圈与射频开关的设计涉及以下几个关键步骤：
1. 确定设计要求和参数：根据应用需求确定核磁共振系统的频率、场强、线圈位置等要求和参数。
2. 线圈设计：根据设计要求，选择合适的线圈结构，可以采用传统的麦克斯韦线圈、鸟笼线圈或者表面线圈等。
根据核磁共振原理和设计要求，确定线圈的几何参数、材料和匝数等。
3. 线圈调谐和匹配：根据设计要求和频率要求，通过调整线圈的结构和参数，实现线圈的谐振和匹配，确保在特定频率下的最佳电路性能。
4. 射频开关设计：根据核磁共振系统的需要，选择合适的射频开关类型和参数。
射频开关通常用于控制射频脉冲的产生和改变射频线圈和样品之间的耦合。
5. 射频开关控制：设计射频开关的控制系统，包括射频信号的生成、调节和控制电路等。
6. 性能测试和调试：完成设计和组装后，需要进行性能测试和调试，通过实验验证设计的准确性和可靠性。
需要注意的是，在设计过程中，还需要考虑到射频线圈与射频开关之间的电路、连接和匹配等问题，确保射频信号的传递和
耦合效果达到最佳状态。
同时，还需要对系统的电磁兼容性和噪声控制等进行综合考虑，以提高系统的性能和稳定性。
核磁共振成像系统射频线圈设计要求与优化方案论述
核磁共振成像系统射频线圈设计要求与优化方案论述发布时间：2022-04-24T07:40:19.849Z 来源：《福光技术》2022年6期作者：虞维兴[导读] 本文围绕核磁共振成像系统中射频线圈的设计要求以及优化方法进行详细论述，首先对射频线圈的基本定义进行阐述，然后对射频线圈的设计要求进行介绍，包括线圈构造、信噪比、主动屏蔽功能、微带线射频线圈设计、以及微带射频线圈交替阻抗设计这几个方面。
在此基础之上，探讨核磁共振成像系统射频线圈的优化方案，侧重从阵列式线圈去耦优化、以及优化后续方案这两个方面入手展开介绍，希望通过相关分析能够进一步提高有关核磁共振成像系统射频线圈的设计质量与水平，仅供参考。
合肥泽璞医疗系统有限公司摘要：本文围绕核磁共振成像系统中射频线圈的设计要求以及优化方法进行详细论述，首先对射频线圈的基本定义进行阐述，然后对射频线圈的设计要求进行介绍，包括线圈构造、信噪比、主动屏蔽功能、微带线射频线圈设计、以及微带射频线圈交替阻抗设计这几个方面。
在此基础之上，探讨核磁共振成像系统射频线圈的优化方案，侧重从阵列式线圈去耦优化、以及优化后续方案这两个方面入手展开介绍，希望通过相关分析能够进一步提高有关核磁共振成像系统射频线圈的设计质量与水平，仅供参考。
关键词：核磁共振成像系统；射频线圈；设计；优化核磁共振成像系统技术作为核磁学自旋成像技术中的主要发展方向与研究成果，实现了对多学科现代化技术的综合集成，在实际应用中相较于其他医学成像技术具有分辨率更高，无电磁辐射等优势，因此被广泛应用于临床实践中。
作为核磁共振成像系统的重要组成部分，射频线圈主要是为激发氢原子核产生共振信号并对核共振信号进行接收，以达到核磁共振成像的目的。
本文即尝试针对核磁共振成像系统射频线圈的设计要求与优化方案进行分析。
1 射频线圈概述在核磁共振成像设备中，射频线圈属于系统核心部件，关键设计要点为信噪比以及不同位置所产生的信号敏感均匀度。
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核磁共振系统中射频开关设计
通常RF 系统中有许多输入输出的端口，用多端口网络分析仪分析散射
特性价格比较昂贵。
所以一般要用开关对多输入多输出的信号进行切换，然后
用比较简单的二端口网络分析仪进行分析测量。
在核磁共振系统中，一般接收
系统的通道个数小于天线线圈的个数，所以多路线圈也要应用开关进行切换选择。
目前一般的设计中用现成的开关芯片实现切换功能。
但是大多数的开关
芯片可靠性不好，容易损坏，而且供电线路也比较复杂。
例如SW-437 芯片虽
然可以完成简单的开关功能，但是它对防静电要求非常高，一般的实验室和生
产车间的条件很难达到厂家的要求，所以实际应用起来很不方便，容易损坏。
在本设计中，设计了一种新型的应用pin diodes 的射频开关转换电路，实现的功能是4 路RF 输入信号选择其中任意2 路RF 信号输出。
总体结构设计
开关将应用于此共振的测试系统，它基于LabView 软件平台，由计算机提供给电压控制信号。
该控制信号是数字信号，只能提供高低电平，高电压为
5V，低电压为0V，因此需要进行电压转换才能提供给开关电路。
整个电路由
两部分组成：电压转换电路和射频开关电路。
最终，使得当LabView 提供5V
电压时，输入到开关的电压为10V 和0V;当LabView 提供0V 电压时，输入到
开关的电压为0V 和10V。
电压转换电路设计：
基于LabView 平台由计算机提供给射频开关的电压控制信号是数字信号，极高电平为5V，低电平为0V，而射频开关需要的电压控制信号是10V，因此
需要把5V 转换为10V，。