[发明专利]一种自发自收线圈及其工作方法

说明书

本发明涉及一种自发自收线圈，包括传输线结构和参考层切换电路，所述传输线结构的一端通过第一T/R开关与射频信号输入端相连，另一端通过第二T/R开关和匹配电阻接地；所述传输线结构的一端还通过第四T/R开关与第二射频信号输出端相连，另一端通过第三T/R开关与第一射频信号输出端相连；所述传输线结构包括线圈绕线，所述线圈绕线外设置有参考层；所述参考层和线圈绕线之间设置有介质层，所述介质层用于控制参考层和线圈绕线之间特征阻抗，使得所述特征阻抗与输入端阻抗和匹配电阻的阻抗匹配；所述参考层切换电路与所述参考层相连，用于控制所述参考层的对地阻抗。本发明使得线圈在发射和接收期间分别表现为传输线特性和单电感特性。

技术领域

本发明涉及磁共振线圈技术领域，特别是涉及一种自发自收线圈及其工作方法。

背景技术

磁共振线圈作为磁共振系统的重要部件，一般可以分为发射线圈和接收线圈。发射线圈用于在特定空间中产生一定强度的射频场，实现对样品的激发；接收线圈用于探测样品所产生的磁共振信号。目前，磁共振系统所使用的发射线圈与接收线圈大多基于LC调谐原理设计。由于这种LC调谐式线圈的谱宽一般较窄，在对宽谱线样品进行检测时会存在以下几方面的局限性：(1)由于线圈带宽较窄，因此需要由多个不同的线圈回路相互作用，才能实现对探测频带的拓展。这不但会使得电路和结构变得非常复杂，并且每次实验都需要在其有限的带宽范围内进行手动调谐，效率较低。(2)由于不同频率点线圈回路的Q值不同，从而导致采集到的信号不容易进行直接对比，需要信号归一化。(3)由于每个频点的线圈都要进行单独调谐，因此这种基于LC调谐回路的线圈很难应用于需要快速改变中心频率的应用场合。

基于以上原因，设计一种能够覆盖较宽频率范围的磁共振线圈，对于宽谱线样品的研究与检测就非常重要。对于这种宽频磁共振线圈的研究，目前有以下方案：

一、单电感线圈

单电感线圈就是仅使用一个单独的电感实现射频发射和信号接收。单电感线圈具有结构简单、探测频率范围宽、Q值较高的优点。然而，由于电感的阻抗会随着工作频率的升高而升高，为了保证发射状态下不同频点射频场大小的一致性(线圈中电流大小不变)，在对频率较高的样品进行激发时，驱动端的输出电压需要根据电感线圈阻抗的增大而做出相应的提高。这种阻抗失配状态下的功率输出，还会引起较大的功率反射，不但对射频功放的驱动能力提出了很高要求，同时还会大大降低线圈的发射效率。因此，不论是在现有商用核磁共振系统还是宽频系统，单电感线圈的使用都存在一定的局限性。

二、传输线线圈

传输线一般由芯线、介质层和参考层组成，是一种广泛使用在射频领域用于信号传输的器件。其优点在于，当传输线负载端的匹配电阻阻抗和源端阻抗，与传输线的特征阻抗匹配时，传输线能够无衰减、无反射地传输任意频率的射频信号。使用传输线作为磁共振线圈的优点在于其可以在很宽的频率范围内实现阻抗匹配，从而保证不同频点下射频场的一致性。然而，由于传输线线圈的终端需要使用匹配电阻，而该电阻会产生较大的热噪声，因此当传输线线圈用于信号接收时，其两端输出信号的信噪比会有较大幅度的降低。

为了提高发射效率和接收信噪比，可以考虑采用收、发分离的结构设计线圈，将传输线线圈设计为发射线圈，以保证宽频范围内射频场强度的一致性，并将单电感线圈设计为接收线圈，同时配合高输入阻抗前置放大器，实现较低的噪声系数。然而，这种收、发分离线圈，需要将单电感线圈设计在传输线线圈的内部，并靠近样品放置以提高接收信噪比。对于样品空间较小的磁共振波谱系统而言，这样的结构除了会增加收、发线圈的结构设计难度外，还会增加样品到发射线圈的距离，降低发射效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自发自收线圈及其工作方法，使得线圈在发射和接收期间分别表现为传输线特性和单电感特性。