核磁共振系統中微波射頻開(kāi)關(guān)的設計與應用

　　1．電磁兼容性設計：為了控制印制電路板的差模輻射，應將信號和回線(xiàn)緊靠在一起，減小信號路徑形成的環(huán)路面積，因為信號環(huán)路的作用就相當于輻射或接收磁場(chǎng)的環(huán)天線(xiàn)。在本設計中每個(gè)模塊的射頻信號接地路徑最短，減少了差模輻射；共模輻射是由于接地面存在地電位造成的，這個(gè)地電位就是共模電壓。當連接外部電纜時(shí)，電纜被共模電壓激勵形成共模輻射?？刂乒材］椛?，首先要減小共模電壓。本設計中采用地線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和接地平面，布成雙層版，全部在上層走線(xiàn)，下層全部鋪地，合理選擇了接地點(diǎn)；本電路屬于高頻高速電路，滿(mǎn)足2W準則（W是印制板導線(xiàn)的寬度，即導線(xiàn)間距不小于兩倍導線(xiàn)寬度），以減小串擾。此外，射頻導線(xiàn)短、寬、均勻、直，轉彎處采用45°角，導線(xiàn)寬度沒(méi)有突變，沒(méi)有突然拐角。

　　2．地線(xiàn)設計：地線(xiàn)設計是最重要的設計，往往也是難度最大的一部分。"地線(xiàn)"可以定義為信號流回源的低阻抗路徑，它可以是專(zhuān)用的回線(xiàn)，也可以是接地平面，有時(shí)也可以采用產(chǎn)品的金屬外殼。理想的"地"應是零電阻的實(shí)體，各接地點(diǎn)之間沒(méi)有電位差。本設計中，下層板布成接地板，完全鋪地，各接地點(diǎn)之間沒(méi)有電位差。在PCB版制作中，模塊之間設置跳線(xiàn)，使得模塊之間互相獨立，這樣做的目的是：模塊可以單獨測試性能，當電路出現問(wèn)題時(shí)，方便檢測，迅速查出問(wèn)題所在。

　　3．在PCB版制作中，模塊之間設置跳線(xiàn)，使得模塊之間互相獨立，這樣做的目的是：模塊可以單獨測試性能，當電路出現問(wèn)題時(shí)，方便檢測，迅速查出問(wèn)題所在。

設計的性能和優(yōu)點(diǎn)

　　1）由于設計的合理性和對稱(chēng)性，保證了在一定的帶寬（120MHz）內很低的傳輸損耗，如圖5（S21）所示。其中S21表示的是：對于一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò )，當其他端口都匹配，即接50R電阻匹配時(shí)，所測兩端口的傳輸，其物理公式：S21=Uout / Uin。曲線(xiàn)在中心頻率63.6MHz、帶寬120MHz的條件下，保持了很低的傳輸損耗，大約為-0.29dB，而且在整個(gè)帶寬內性能很穩定。

　　2）電感的隔交流作用和電容的隔直流作用，保證了輸入輸出端口良好的匹配，得到很好的反射系數，如圖5（S11，S22)）所示，在中心頻率63.6MHz處，反射系數可以達到-30dB左右。中心頻率的大小是由核磁共振的B0場(chǎng)大小決定的，對于1.5T系統共振頻率為63.6MHz。

　　3）保證了很好的隔離度，如圖6所示，中心頻率處隔離度達到-30 dB以下。

　　4）在實(shí)際應用中，對于使用頻率高的電子元器件一個(gè)最重要的性能和指標就是對于應用環(huán)境要求不能太苛刻，可靠性要好，不易損壞。在本設計中由于使用了pin-diodes，電路的可靠性得以明顯提高，克服了以往的開(kāi)關(guān)芯片容易損壞，可靠性差的缺點(diǎn)。

模塊化設計及其應用實(shí)例

　　1．成品所做成的元器件，其功能電路及其引腳功能如圖7所示。

　　2．應用實(shí)例：由于在核磁共振系統中接收通道的數目遠小于它的天線(xiàn)線(xiàn)圈數目，所以需要應用開(kāi)關(guān)來(lái)切換選擇。其中一個(gè)應用實(shí)例就是采用7個(gè)RFSW（4x2）應用如圖8的邏輯組合，可以實(shí)現16路信號任意2路信號的輸出，然后接到系統上接收信號成像。

結論

　　由于設計的合理性，此微波射頻開(kāi)關(guān)參數（反射系數、傳輸系數、隔離度）非常理想。本設計高度模塊化，使得電路故障的檢測變得容易。另外，本設計應用靈活，4輸入2輸出可以利用一定的組合邏輯得到想要的輸入輸出組合。在核磁共振系統中，16輸入2輸出得到廣泛應用。