核磁共振系统中微波射频开关的设计与应用.doc

核磁共振系统中微波射频开关的设计与应用作者:西门子迈迪特(深圳)磁共振有限公司射频部引言通常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pindiodes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,图1为转换电路图。当输入信号input1为5V时,Q3导通,Q5截止,Q1导通,所以output1为0V。这时Q4截止,Q6导通,Q2截止,为10V。最终,使得当LabView提供5V电压时,输入到开关的电压为10V和0V;而当输入信号input1为0V时,Q3截止,Q5导通,Q1截止,所以output1为10V。此时Q4导通,Q6截止,Q2导通,output2输出为0V,输入到开关的电压为0V和10V。满足微波射频开关的工作电压。开关电路设计:设计思想:利用直流信号控制pindiodes二极管的通断,输入射频信号通过导通的二极管输出;改变控制逻辑,从而改变控制输入射频信号的输出。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INFINEONtechnologies公司的BA592,导通的最佳性能电流是5mA。所以满足二极管的要求在设计中加入的控制电压是10V,回路电阻R7、R8、R11、R12的大小均为10K。2),属于高频段,因此要保证输入输出端口的匹配。具体来说,一路射频信号输出的时候,另外一路信号应该接50R电阻匹配。由于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10nF的耦合电容,对于交流信号短路,而对于直流信号是断路;应用18μH的耦合电感,对于交流信号断路,而对于直流信号短路。3)基本模块及模块之间的连接图2和图3是基本模块。图2是两输入两输出模块(2x2):在CTRL3、CTRL4之间加入10V的直流电压,即在CTRL3加10V电压,CTRL4加0V电压时,使得二极管D6、D9导通。此时输入信号in