核磁共振系統(tǒng)中微波射頻開關(guān)的設(shè)計與應(yīng)用

　　1．電磁兼容性設(shè)計：為了控制印制電路板的差模輻射，應(yīng)將信號和回線緊靠在一起，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(dāng)于輻射或接收磁場的環(huán)天線。在本設(shè)計中每個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，這個地電位就是共模電壓。當(dāng)連接外部電纜時，電纜被共模電壓激勵形成共模輻射?？刂乒材］椛洌紫纫獪p小共模電壓。本設(shè)計中采用地線網(wǎng)絡(luò)和接地平面，布成雙層版，全部在上層走線，下層全部鋪地，合理選擇了接地點；本電路屬于高頻高速電路，滿足2W準(zhǔn)則（W是印制板導(dǎo)線的寬度，即導(dǎo)線間距不小于兩倍導(dǎo)線寬度），以減小串?dāng)_。此外，射頻導(dǎo)線短、寬、均勻、直，轉(zhuǎn)彎處采用45°角，導(dǎo)線寬度沒有突變，沒有突然拐角。

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

　　3．在PCB版制作中，模塊之間設(shè)置跳線，使得模塊之間互相獨(dú)立，這樣做的目的是：模塊可以單獨(dú)測試性能，當(dāng)電路出現(xiàn)問題時，方便檢測，迅速查出問題所在。

設(shè)計的性能和優(yōu)點

　　1）由于設(shè)計的合理性和對稱性，保證了在一定的帶寬（120MHz）內(nèi)很低的傳輸損耗，如圖5（S21）所示。其中S21表示的是：對于一個微波網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)其他端口都匹配，即接50R電阻匹配時，所測兩端口的傳輸，其物理公式：S21=Uout / Uin。曲線在中心頻率63.6MHz、帶寬120MHz的條件下，保持了很低的傳輸損耗，大約為-0.29dB，而且在整個帶寬內(nèi)性能很穩(wěn)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(shù)，如圖5（S11，S22)）所示，在中心頻率63.6MHz處，反射系數(shù)可以達(dá)到-30dB左右。中心頻率的大小是由核磁共振的B0場大小決定的，對于1.5T系統(tǒng)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(dá)到-30 dB以下。

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

模塊化設(shè)計及其應(yīng)用實例

　　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(yīng)用實例：由于在核磁共振系統(tǒng)中接收通道的數(shù)目遠(yuǎn)小于它的天線線圈數(shù)目，所以需要應(yīng)用開關(guān)來切換選擇。其中一個應(yīng)用實例就是采用7個RFSW（4x2）應(yīng)用如圖8的邏輯組合，可以實現(xiàn)16路信號任意2路信號的輸出，然后接到系統(tǒng)上接收信號成像。

結(jié)論

　　由于設(shè)計的合理性，此微波射頻開關(guān)參數(shù)（反射系數(shù)、傳輸系數(shù)、隔離度）非常理想。本設(shè)計高度模塊化，使得電路故障的檢測變得容易。另外，本設(shè)計應(yīng)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(tǒng)中，16輸入2輸出得到廣泛應(yīng)用。