專(zhuān)利名稱(chēng)：高場(chǎng)核磁共振波譜儀x核通道寬帶前置放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種核磁共振波譜儀前置放大器，尤其是涉及一種應(yīng)用于高場(chǎng)核 磁共振波譜儀X核通道高靈敏度和高穩(wěn)定性的寬帶前置放大器。
背景技術(shù)：
X核通道前置放大器是核磁共振波譜儀射頻收發(fā)單元的重要組成部分，位于系統(tǒng) 的最前端，用于檢測(cè)碳、磷、氮等雜核的磁共振信號(hào)，是一種頻率范圍很寬的前置放大器。由 于核磁共振波譜儀射頻前端在脈沖發(fā)射和信號(hào)接收時(shí)分時(shí)共用接入探頭的傳輸通道，因此 前置放大器通常包括射頻發(fā)射開(kāi)關(guān)和小信號(hào)低噪聲放大兩大功能。在射頻脈沖發(fā)射期間， 作為發(fā)射通道的前端，經(jīng)過(guò)射頻開(kāi)關(guān)將高功率脈沖送給探頭線圈；在信號(hào)接收期間，對(duì)來(lái)自 探頭的自由感應(yīng)衰減信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大，傳送給系統(tǒng)接收通道的混頻器。X核通道前置放 大器噪聲性能對(duì)整個(gè)接收機(jī)的雜核信號(hào)接收信噪比有決定性的作用，直接影響到譜儀最終 實(shí)驗(yàn)靈敏度指標(biāo)，因此要求X核通道前置放大器具有高性能。從接收探頭線圈感應(yīng)出的信 號(hào)只有微伏(UV)數(shù)量級(jí)，這就要求X核通道前置放大器既要有適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)，又要有很 低的噪聲系數(shù)。X核通道前置放大器的高性能要求主要表現(xiàn)在1.在譜儀處于接收狀態(tài)期間，自由感應(yīng)衰減信號(hào)經(jīng)過(guò)放大前端保護(hù)電路以及低噪 聲放大電路，送到混頻器，放大前端保護(hù)電路的插入損耗，以及低噪聲放大電路的噪聲系數(shù) 將最終決定前置放大器的檢測(cè)靈敏度；2.在譜儀處于發(fā)射狀態(tài)期間，脈沖序列經(jīng)過(guò)前置放大器的射頻開(kāi)關(guān)電路，電路的 插入損耗將影響激發(fā)原子核共振的射頻功率，從而影響所激發(fā)原子核的自由感應(yīng)衰減信號(hào) 的大?。?.由于從接收探頭線圈感應(yīng)出的信號(hào)強(qiáng)度通常從幾微伏到幾百微伏，因此要求低 噪聲放大電路具有可靠的線性范圍；4.射頻開(kāi)關(guān)電路的高截止隔離度將降低高射頻泄漏對(duì)接收信號(hào)的干擾；5.射頻開(kāi)關(guān)電路應(yīng)具有快速的收發(fā)切換速度，以保證接收時(shí)前置放大器完全處于 接收狀態(tài)；6.高性能的放大前端保護(hù)電路將保護(hù)放大電路在發(fā)射期間由于高功率射頻泄漏 對(duì)放大器的影響。核磁共振波譜儀屬于高端大型科學(xué)儀器，技術(shù)含量高，應(yīng)用范圍廣泛，高場(chǎng)核磁 共振波譜儀X核通道前置放大器作為整體系統(tǒng)的重要部件提供了高靈敏度的信號(hào)放大功 能。國(guó)外高場(chǎng)超導(dǎo)脈沖核磁共振波譜儀中的前置放大器部件，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或功能上均有自身 特色，也有不足之處。例如，美國(guó)Varian公司的高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道前置放大器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，但沒(méi)有工作狀態(tài)指示和檢測(cè)功能，因此譜儀工作時(shí)無(wú)法判斷前置放大器的工作 狀態(tài)和故障提示，且工作頻帶內(nèi)射頻開(kāi)關(guān)隔離度、放大增益的帶內(nèi)平坦度不夠高；而德國(guó) Bruker公司的高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道前置放大器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，特別在放大前端保 護(hù)電路的四分之一波長(zhǎng)線和狀態(tài)檢測(cè)電路上結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅可能會(huì)引入了不必要的干擾，
3而且會(huì)增加插入損耗和故障出錯(cuò)率，從而影響了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。另一方面，國(guó)外已報(bào)道的核磁共振儀器X核通道前置放大器均只涉及放大部分，而 不包含高功率射頻收發(fā)開(kāi)關(guān)和放大前端高功率射頻保護(hù)部。例如2006年獲批的美國(guó)專(zhuān)利 "LOW-NOISE PREAMPLIFIER, IN PARTICULAR, FOR NUCLEAR MAGNETICRESONANCE (匪R) ”(專(zhuān) 利號(hào)為 US7123090B2)和 1996 年獲批的美國(guó)專(zhuān)利 ‘‘PREAMPLIFIERCIRCUIT FOR MAGNETIC RESONANCE SYSTEM” (專(zhuān)利號(hào)為US5545999)，都僅為譜儀接收狀態(tài)下的低噪聲放大電路的 獨(dú)特設(shè)計(jì)，它們的前置放大器不含有高功率射頻收發(fā)開(kāi)關(guān)電路和放大前端高功率射頻保護(hù) 電路；文獻(xiàn)‘‘C Huan，S. S. Kim, L Phelps，J. S. Xia, D. Candela andN. S. Sullivan. A Novel Design of a Low Temperature Preamplifier for Pulsed NMR Experiments ofDilute 3He in Solid 4He. Journal of Low Temperature Physics，Published online :1 October 2009”所設(shè)計(jì)的前置放大器也僅是小信號(hào)放大電路，與上述專(zhuān)利類(lèi)似。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲系數(shù)較低、帶內(nèi)增益平坦度較高、 放大線性范圍較大、射頻開(kāi)關(guān)收發(fā)切換速度較快、截止隔離度較高、工作狀態(tài)檢測(cè)功能準(zhǔn)確 較靈敏、穩(wěn)定性較好的高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道寬帶前置放大器。本實(shí)用新型設(shè)有射頻開(kāi)關(guān)控制電路、射頻開(kāi)關(guān)電路、直流偏置電路、放大前端保護(hù) 電路、四分之一波長(zhǎng)線、低噪聲放大電路、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和工作狀態(tài)檢測(cè)電路。射頻開(kāi)關(guān)控制電路的射頻開(kāi)關(guān)控制電平輸出端分別接射頻開(kāi)關(guān)電路的射頻開(kāi)關(guān) 控制電平輸入端和放大前端保護(hù)電路的輸入端，放大前端保護(hù)電路的另一輸入端外接四分 之一波長(zhǎng)線的一端口，四分之一波長(zhǎng)線的另一端口外接探頭，低噪聲放大電路的輸入端接 放大前端保護(hù)電路的輸出端，低噪聲放大電路的輸出端接輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，輸出匹 配網(wǎng)絡(luò)的輸出端外接下一級(jí)部件，射頻開(kāi)關(guān)電路輸入端外接射頻功率放大器輸出端口，射 頻開(kāi)關(guān)電路的輸出端外接探頭，工作狀態(tài)檢測(cè)電路通過(guò)接口與開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)生器相連，工作 狀態(tài)檢測(cè)電路的射頻開(kāi)關(guān)控制電平信號(hào)輸出端接射頻開(kāi)關(guān)控制電路的工作狀態(tài)檢測(cè)信號(hào) 輸入端，直流偏置電路分別與低噪聲放大電路和工作狀態(tài)檢測(cè)電路連接；所述射頻開(kāi)關(guān)電路和射頻開(kāi)關(guān)控制電路組成一塊電路，放大前端保護(hù)電路、低噪 聲放大電路和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)組成一塊電路，工作狀態(tài)檢測(cè)電路為一塊電路，每塊電路之間 由屏蔽腔隔離。所述四分之一波長(zhǎng)線可采用四分之一波長(zhǎng)同軸線。所述射頻開(kāi)關(guān)電路可采用兩級(jí)串聯(lián)PIN 二極管；所述低噪聲放大電路可采用兩級(jí) 放大電路結(jié)構(gòu)，第一級(jí)放大電路可采用低噪聲放大電路，第二級(jí)放大電路可采用硅雙級(jí)達(dá) 林頓放大管；所述放大前端保護(hù)電路可采用三級(jí)并聯(lián)PIN 二極管結(jié)構(gòu)；所述工作狀態(tài)檢測(cè) 電路可采用正負(fù)電流檢測(cè)結(jié)構(gòu)，通過(guò)LED顯示工作狀態(tài)，設(shè)置不同的故障狀態(tài)電阻比例，可 準(zhǔn)確可靠地反映前置放大器的工作狀態(tài)以及故障情況。由于本實(shí)用新型將高功率的射頻開(kāi)關(guān)電路和射頻開(kāi)關(guān)控制電路組成一塊電路，低 噪聲的小信號(hào)通道放大前端保護(hù)電路、低噪聲放大電路和輸出匹配電路組成一塊電路，工 作狀態(tài)檢測(cè)電路為一塊電路，而且每塊電路之間由屏蔽腔隔離，因此將信號(hào)的互相干擾減 小到最低。由于工作狀態(tài)檢測(cè)電路采用正負(fù)電流檢測(cè)結(jié)構(gòu)，通過(guò)LED顯示工作狀態(tài)，設(shè)置不
4同的故障狀態(tài)電阻比例，因此可準(zhǔn)確可靠地反映前置放大器的工作狀態(tài)以及故障情況。由于采用了上述結(jié)構(gòu)與電路，因此本實(shí)用新型具有噪聲系數(shù)低、放大線性范圍大、 射頻開(kāi)關(guān)收發(fā)切換速度快、截止隔離度高、工作狀態(tài)檢測(cè)功能準(zhǔn)確靈敏、帶內(nèi)增益平坦度 高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可滿足現(xiàn)代高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道信號(hào)檢測(cè)放大的 高性能要求，且調(diào)整電路中電容電感等基本元件的值，實(shí)現(xiàn)不同的工作頻率帶寬，滿足具體 共振頻率高場(chǎng)譜儀的需要。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成框圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的低噪聲放大電路圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的放大前端保護(hù)電路圖。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的高功率射頻開(kāi)關(guān)電路圖。圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的射頻開(kāi)關(guān)控制電路圖。圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的工作狀態(tài)檢測(cè)電路圖。圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例在發(fā)射狀態(tài)下，當(dāng)四分之一波長(zhǎng)線中心頻率為205MHz 時(shí)，射頻功率放大器輸出端口 P3至探頭P1的傳輸特性仿真結(jié)果圖。在圖7中，橫坐標(biāo)為頻 率(MHz)，縱坐標(biāo)為P3端口至P1端口的傳輸特性(dB)。圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例在發(fā)射狀態(tài)下，四分之一波長(zhǎng)線中心頻率為125MHz時(shí)， 射頻功率放大器輸出端口 P3至探頭P1的傳輸特性仿真結(jié)果圖。在圖8中，橫坐標(biāo)為頻率 (MHz)，縱坐標(biāo)為P3端口至P1端口的傳輸特性(dB)。圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例在發(fā)射狀態(tài)下，四分之一波長(zhǎng)線中心頻率為30MHz時(shí)， 射頻功率放大器輸出端口 P3至探頭P1的傳輸特性仿真結(jié)果圖。在圖9中，橫坐標(biāo)為頻率 (MHz)，縱坐標(biāo)為P3端口至P1端口的傳輸特性(dB)。圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例在發(fā)射狀態(tài)下，四分之一波長(zhǎng)線中心頻率為205MHz時(shí)， 輸出駐波仿真結(jié)果圖。在圖10中，橫坐標(biāo)為頻率(MHz)，縱坐標(biāo)為輸出駐波比。圖11為本實(shí)用新型實(shí)施例在發(fā)射狀態(tài)下，四分之一波長(zhǎng)線中心頻率為205MHz時(shí)， 輸入駐波仿真結(jié)果圖。在圖11中，橫坐標(biāo)為頻率(MHz)，縱坐標(biāo)為輸入駐波比。圖12為本實(shí)用新型實(shí)施例在接收狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)仿真結(jié)果圖。在圖12中，橫坐 標(biāo)為頻率(MHz)，縱坐標(biāo)為穩(wěn)定系數(shù)。圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例在接收狀態(tài)下，噪聲系數(shù)仿真結(jié)果圖。在圖13中，橫坐 標(biāo)為頻率(MHz)，縱坐標(biāo)為噪聲系數(shù)(dB)。圖14為本實(shí)用新型實(shí)施例在接收狀態(tài)下，功率增益仿真結(jié)果圖。在圖14中，橫坐 標(biāo)為頻率(MHz)，縱坐標(biāo)為功率增益(dB)。圖15為本實(shí)用新型實(shí)施例在接收狀態(tài)下，輸出駐波仿真結(jié)果圖。在圖15中，橫坐 標(biāo)為頻率(MHz)，縱坐標(biāo)為輸出駐波。圖16為本實(shí)用新型實(shí)施例在接收狀態(tài)下，射頻功率放大器輸出端口 P3至探頭P1 的傳輸特性仿真結(jié)果圖。在圖16中，橫坐標(biāo)為頻率(MHz)，縱坐標(biāo)為P3端口至P1端口的傳 輸特性(dB)。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)介紹。如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有射頻開(kāi)關(guān)控制電路1、射頻開(kāi)關(guān)電路2、直流偏 置電路3、放大前端保護(hù)電路4、四分之一波長(zhǎng)線5、低噪聲放大電路6、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)7和工 作狀態(tài)檢測(cè)電路8。射頻開(kāi)關(guān)控制電路1的射頻開(kāi)關(guān)控制電平輸出端分別接射頻開(kāi)關(guān)電路2的射頻開(kāi) 關(guān)控制電平輸入端和放大前端保護(hù)電路4的輸入端，放大前端保護(hù)電路4的另一輸入端外 接四分之一波長(zhǎng)線5的一端口 P5，四分之一波長(zhǎng)線5的另一端口 P4外接探頭P1，低噪聲放 大電路6的輸入端接放大前端保護(hù)電路4的輸出端，低噪聲放大電路6的輸出端接輸出匹 配網(wǎng)絡(luò)7的輸入端，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)7的輸出端外接下一級(jí)部件(混頻器)，射頻開(kāi)關(guān)電路2 輸入端外接射頻功率放大器輸出端口 P3，射頻開(kāi)關(guān)電路2的輸出端外接探頭P1，工作狀態(tài) 檢測(cè)電路8通過(guò)接口 J1和J2與開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)生器相連，工作狀態(tài)檢測(cè)電路8的射頻開(kāi)關(guān)控 制電平信號(hào)輸出端接射頻開(kāi)關(guān)控制電路1的工作狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)輸入端，直流偏置電路3分 別與低噪聲放大電路6和工作狀態(tài)檢測(cè)電路8連接。所述四分之一波長(zhǎng)線5采用四分之一波長(zhǎng)同軸線。本實(shí)用新型包括大信號(hào)高功率電路、小信號(hào)低噪聲放大電路和工作狀態(tài)檢測(cè)電路 三塊電路。大信號(hào)高功率電路包括射頻開(kāi)關(guān)電路2和射頻開(kāi)關(guān)控制電路1，射頻開(kāi)關(guān)控制電 路1由電阻網(wǎng)絡(luò)組成。小信號(hào)低噪聲電路包括放大前端保護(hù)電路4、低噪聲放大電路6和輸 出匹配網(wǎng)絡(luò)7。大信號(hào)高功率電路、小信號(hào)低噪聲放大電路和工作狀態(tài)檢測(cè)電路三塊電路分 別裝于屏蔽盒的三個(gè)屏蔽腔內(nèi)，互相隔離，避免干擾。所述射頻開(kāi)關(guān)電路可采用兩級(jí)串聯(lián)PIN 二極管；所述低噪聲放大電路可采用兩級(jí) 放大電路結(jié)構(gòu)，第一級(jí)放大電路可采用低噪聲放大電路，第二級(jí)放大電路可采用硅雙級(jí)達(dá) 林頓放大管；所述放大前端保護(hù)電路可采用三級(jí)并聯(lián)PIN 二極管結(jié)構(gòu)；所述工作狀態(tài)檢測(cè) 電路可采用正負(fù)電流檢測(cè)結(jié)構(gòu)，通過(guò)LED顯示工作狀態(tài)，設(shè)置不同的故障狀態(tài)電阻比例，可 準(zhǔn)確可靠地反映前置放大器的工作狀態(tài)以及故障情況。本實(shí)用新型設(shè)有5個(gè)信號(hào)端口。當(dāng)系統(tǒng)處于接收狀態(tài)時(shí)，探頭P1檢測(cè)到的自由感 應(yīng)衰減信號(hào)由探頭P1輸出端口送入射頻開(kāi)關(guān)電路2和四分之一波長(zhǎng)線5的一端口 P4，四 分之一波長(zhǎng)線5的另一端口為P5。輸出匹配網(wǎng)絡(luò)7的輸出端口 P2外接至下一部件(混頻 器)。當(dāng)系統(tǒng)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，功放送來(lái)的射頻脈沖由射頻功率放大器輸出端口 P3傳入本 實(shí)用新型的射頻開(kāi)關(guān)電路2，經(jīng)過(guò)射頻開(kāi)關(guān)電路送至探頭P1。射頻開(kāi)關(guān)控制電平信號(hào)由端 口 J1輸入，直流偏置電路3的供電和工作狀態(tài)檢測(cè)電路8的供電由端口 J2輸入。放大前端保護(hù)電路4的另一輸入端外接四分之一波長(zhǎng)線5的一端口 P5，四分之一 波長(zhǎng)線5的另一端口 P4外接探頭P1，低噪聲放大電路6的輸入端接放大前端保護(hù)電路4的 輸出端，低噪聲放大電路6的輸出端接輸出匹配網(wǎng)絡(luò)7的輸入端，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)7的輸出端 外接下一級(jí)部件，射頻開(kāi)關(guān)電路2輸入端外接射頻功率放大器輸出端口 P3，射頻開(kāi)關(guān)電路2 的輸出端外接探頭P1，工作狀態(tài)檢測(cè)電路8通過(guò)接口 J1和J2與開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)生器相連。參見(jiàn)圖2，低噪聲放大電路中采用兩級(jí)放大結(jié)構(gòu)，第一級(jí)采用低噪聲放大器，如 安捷倫公司的MGA62563，其20 400MHz范圍內(nèi)噪聲系數(shù)均在ldB以下，具有較高的動(dòng)態(tài)范 圍，且在高場(chǎng)核磁共振波譜X核通道所要求的頻率帶寬內(nèi)，該放大管具有良好的增益平坦
6度。第二級(jí)采用硅雙級(jí)達(dá)林頓放大管，如安捷倫公司的ADA4743，工作電路簡(jiǎn)單易于使用，且 線性度和增益平坦度均能夠滿足設(shè)計(jì)需要，并能夠與第一級(jí)放大管構(gòu)成良好的級(jí)間匹配和 穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。圖3為放大前端保護(hù)電路，采用三級(jí)并聯(lián)PIN二極管結(jié)構(gòu)，其中之一波長(zhǎng)線和PIN3 構(gòu)成第一級(jí)保護(hù)，四分之一波長(zhǎng)線由P4和P5端口接入。當(dāng)譜儀處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，3A、4A和 5A 端為正電平(如+4. 5V +5V)，PIN3、CR1、CR2、CR3 和 CR4 導(dǎo)通，C3、C5、C6、C8 和 C9 形成 高頻接地，構(gòu)成三級(jí)并聯(lián)PIN 二極管保護(hù)電路，此時(shí)在P5端看保護(hù)電路的阻抗無(wú)窮大，形成 高頻斷路狀態(tài)，高功率射頻信號(hào)無(wú)法經(jīng)過(guò)保護(hù)電路。由于各種雜核的共振頻率不同，且差異 較大，因此檢測(cè)不同核時(shí)需換接不同長(zhǎng)度的四分之一波長(zhǎng)線，從而在各核的頻率點(diǎn)上達(dá)到 最佳的高頻斷路狀態(tài)。當(dāng)譜儀處于接收狀態(tài)時(shí)，3A、4A和5A端為負(fù)電平(如-10V -15V)， PIN3、CR1、CR2、CR3和CR4截止，放大前端保護(hù)電路為正常信號(hào)通道，通道損耗極小，由探頭 送來(lái)的自由感應(yīng)衰減信號(hào)可順利通過(guò)放大前端保護(hù)電路。圖中旁路高阻值電阻R35、R36、 R37、R38為并聯(lián)電容提供放電通路，加速放電過(guò)程并抑制LC振蕩，從而提高開(kāi)關(guān)特性。調(diào) 整圖5中電阻R3、R5和R6，可改變流經(jīng)PIN3、CR1、CR2、CR3和CR4的電流，從而調(diào)整電路的 導(dǎo)通程度以及導(dǎo)通/截止速度。三級(jí)保護(hù)結(jié)構(gòu)有效可靠的保護(hù)了后級(jí)低噪聲放大電路。圖4中兩級(jí)PIN 二極管為串聯(lián)接法，構(gòu)成兩級(jí)串聯(lián)高功率射頻開(kāi)關(guān)電路，PIN 二極 管選用高功率PIN開(kāi)關(guān)二極管。當(dāng)譜儀處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，1A和2A端為正電平(如+4. 5V +5V),PIN1和PIN2導(dǎo)通，此時(shí)射頻脈沖通過(guò)射頻開(kāi)關(guān)電路送到探頭P1。當(dāng)譜儀處于接收狀 態(tài)時(shí)，1A和2A端為負(fù)電平(如-10V -15V)，二極管截止，接收信號(hào)將不能通過(guò)此通道， 且截止隔離度高，能夠有效的抑制高功率射頻脈沖的意外泄漏，保證良好的接收狀態(tài)。通過(guò) 調(diào)整圖5中電阻Rl、R2和R4，可改變流經(jīng)Pim和PIN2的電流，從而調(diào)整PIN開(kāi)關(guān)電路的 導(dǎo)通程度以及導(dǎo)通/截止速度。圖5為射頻開(kāi)關(guān)控制電阻網(wǎng)絡(luò)。開(kāi)關(guān)控制信號(hào)由7B端輸入，經(jīng)過(guò)各電阻分別由1B 和2B端送給射頻快關(guān)電路，由3B、4B和5B端送給放大前端保護(hù)電路。通過(guò)改變各電阻值 可改變流經(jīng)射頻開(kāi)關(guān)電路和保護(hù)電路的控制電流，從而調(diào)整射頻開(kāi)關(guān)切換的性能。圖6為工作狀態(tài)檢測(cè)電路，其中U4的功能為檢測(cè)負(fù)電流。接收狀態(tài)下，若射頻開(kāi) 關(guān)工作正常，則流過(guò)R15兩端的電流為零，U4的輸出為低電平，通過(guò)電壓比較器U8與參考電 壓相比較，此時(shí)U8的輸出電壓為零，通過(guò)反相器U6后可驅(qū)動(dòng)LED綠燈亮；若射頻開(kāi)關(guān)工作 異常，即通過(guò)R15兩端的負(fù)電流大于所設(shè)定閾值時(shí)，U4的輸出為高電平，通過(guò)電壓比較器U8 與參考電壓相比較，此時(shí)U8的輸出電壓為高電平，可驅(qū)動(dòng)LED紅燈亮。調(diào)節(jié)R34，可調(diào)節(jié)U4 的輸出電壓。通過(guò)設(shè)置R13和R14兩個(gè)電阻的阻值來(lái)設(shè)定U7的輸出電壓，即U8的參考電 壓。U6的功能為檢測(cè)射頻開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的正電流和放大電路工作的正電流，利用其內(nèi)部的 5個(gè)電流比較器，設(shè)置兩路負(fù)載檢測(cè)，R15和R16為這兩路負(fù)載的電流檢測(cè)電阻。當(dāng)流過(guò)R15 和R16的電流在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，TO的輸出電壓為零，此時(shí)通過(guò)反相器TO后可驅(qū)動(dòng)LED綠燈 亮，相反，若檢測(cè)電流超出范圍，則U6的輸出電壓為1IV，可驅(qū)動(dòng)LED紅燈亮。7A和8A兩個(gè) 端口分別接需要檢測(cè)的兩路負(fù)載，即放大模塊和開(kāi)關(guān)模塊，以此來(lái)檢測(cè)這兩路的工作狀態(tài)。利用ADS軟件對(duì)本實(shí)用新型的高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道前置放大器整體電路 進(jìn)行仿真。以500MHz核磁共振波譜儀為例，工作帶寬20 280MHz，仿真結(jié)果如圖7和圖8 所示，結(jié)果為
7[0049](1)接收通道電路的穩(wěn)定性、噪聲系數(shù)和S參數(shù)仿真分析結(jié)果顯示通過(guò)優(yōu)化，實(shí) 現(xiàn)了工作頻帶內(nèi)噪聲系數(shù)< 1.2dB(純電路噪聲系數(shù)不考慮連接損耗)，穩(wěn)定系數(shù)K> 1，輸 出駐波比< 1.5，帶內(nèi)增益> 35dB，帶內(nèi)增益平坦度< 1.5dB，射頻開(kāi)關(guān)帶內(nèi)截止隔離度> 40dB。(2)發(fā)射通道電路的S參數(shù)仿真分析結(jié)果顯示通過(guò)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了帶內(nèi)插入損耗 < 0. 3dB，帶內(nèi)輸入輸出駐波比< 1. 5，放大前端帶內(nèi)保護(hù)隔離度> 50dB。本實(shí)用新型的X核通道前置放大器電路主要性能實(shí)測(cè)結(jié)果為(1)接收通道電路的實(shí)測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)帶內(nèi)噪聲系數(shù)< 1. 3dB，輸出駐波比< 1. 5，帶 內(nèi)增益> 35dB，帶內(nèi)增益平坦度< 1. 5dB，射頻開(kāi)關(guān)帶內(nèi)截止隔離度> 50dB，電路工作穩(wěn)定 無(wú)自激振蕩。(2)發(fā)射通道電路的實(shí)測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)了工作頻帶內(nèi)插入損耗小于0.3dB，帶內(nèi)輸入 輸出駐波比< 1. 5，放大前端帶內(nèi)保護(hù)隔離度> 45dB。
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權(quán)利要求高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道寬帶前置放大器，其特征在于設(shè)有射頻開(kāi)關(guān)控制電路、射頻開(kāi)關(guān)電路、直流偏置電路、放大前端保護(hù)電路、四分之一波長(zhǎng)線、低噪聲放大電路、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和工作狀態(tài)檢測(cè)電路；射頻開(kāi)關(guān)控制電路的射頻開(kāi)關(guān)控制電平輸出端分別接射頻開(kāi)關(guān)電路的射頻開(kāi)關(guān)控制電平輸入端和放大前端保護(hù)電路的輸入端，放大前端保護(hù)電路的另一輸入端外接四分之一波長(zhǎng)線的一端口，四分之一波長(zhǎng)線的另一端口外接探頭，低噪聲放大電路的輸入端接放大前端保護(hù)電路的輸出端，低噪聲放大電路的輸出端接輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端外接下一級(jí)部件，射頻開(kāi)關(guān)電路輸入端外接射頻功率放大器輸出端口，射頻開(kāi)關(guān)電路的輸出端外接探頭，工作狀態(tài)檢測(cè)電路通過(guò)接口與開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)生器相連，工作狀態(tài)檢測(cè)電路的射頻開(kāi)關(guān)控制電平信號(hào)輸出端接射頻開(kāi)關(guān)控制電路的工作狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)輸入端，直流偏置電路分別與低噪聲放大電路和工作狀態(tài)檢測(cè)電路連接；所述射頻開(kāi)關(guān)電路和射頻開(kāi)關(guān)控制電路組成一塊電路，放大前端保護(hù)電路、低噪聲放大電路和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)組成一塊電路，工作狀態(tài)檢測(cè)電路為一塊電路，每塊電路之間由屏蔽腔隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道寬帶前置放大器，其特征在于所 述四分之一波長(zhǎng)線為四分之一波長(zhǎng)同軸線。
3.如權(quán)利要求1所述的高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道寬帶前置放大器，其特征在于所 述射頻開(kāi)關(guān)電路為兩級(jí)串聯(lián)PIN 二極管。
4.如權(quán)利要求1所述的高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道寬帶前置放大器，其特征在于所 述低噪聲放大電路為兩級(jí)放大電路結(jié)構(gòu)，第一級(jí)放大電路采用低噪聲放大電路，第二級(jí)放 大電路采用硅雙級(jí)達(dá)林頓放大管。
5.如權(quán)利要求1所述的高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道寬帶前置放大器，其特征在于所 述放大前端保護(hù)電路為三級(jí)并聯(lián)PIN 二極管結(jié)構(gòu)。
專(zhuān)利摘要高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道寬帶前置放大器，涉及一種核磁共振波譜儀前置放大器。提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲系數(shù)較低、帶內(nèi)增益平坦度較高、放大線性范圍較大、射頻開(kāi)關(guān)收發(fā)切換速度較快、截止隔離度較高、工作狀態(tài)檢測(cè)功能準(zhǔn)確較靈敏、穩(wěn)定性較好的高場(chǎng)核磁共振波譜儀X核通道寬帶前置放大器。設(shè)有射頻開(kāi)關(guān)控制電路、射頻開(kāi)關(guān)電路、直流偏置電路、放大前端保護(hù)電路、四分之一波長(zhǎng)線、低噪聲放大電路、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和工作狀態(tài)檢測(cè)電路。所述射頻開(kāi)關(guān)電路和射頻開(kāi)關(guān)控制電路組成一塊電路，放大前端保護(hù)電路、低噪聲放大電路和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)組成一塊電路，工作狀態(tài)檢測(cè)電路為一塊電路，每塊電路之間由屏蔽腔隔離。
文檔編號(hào)G01R33/44GK201611389SQ201020127030
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者包長(zhǎng)虹, 孫惠軍, 戴春亮, 裘曉俊, 陳忠 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)