核磁共振系統(tǒng)中微波射頻開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　1．電磁兼容性設(shè)計(jì)：為了控制印制電路板的差模輻射，應(yīng)將信號(hào)和回線緊靠在一起，減小信號(hào)路徑形成的環(huán)路面積，因?yàn)樾盘?hào)環(huán)路的作用就相當(dāng)于輻射或接收磁場(chǎng)的環(huán)天線。在本設(shè)計(jì)中每個(gè)模塊的射頻信號(hào)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(dāng)連接外部電纜時(shí)，電纜被共模電壓激勵(lì)形成共模輻射。控制共模輻射，首先要減小共模電壓。本設(shè)計(jì)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(diǎn)；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(méi)有突變，沒(méi)有突然拐角。

　　2．地線設(shè)計(jì)：地線設(shè)計(jì)是最重要的設(shè)計(jì)，往往也是難度最大的一部分。"地線"可以定義為信號(hào)流回源的低阻抗路徑，它可以是專(zhuān)用的回線，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(yīng)是零電阻的實(shí)體，各接地點(diǎn)之間沒(méi)有電位差。本設(shè)計(jì)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(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(cè)試性能，當(dāng)電路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，方便檢測(cè)，迅速查出問(wèn)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(cè)試性能，當(dāng)電路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，方便檢測(cè)，迅速查出問(wèn)題所在。

設(shè)計(jì)的性能和優(yōu)點(diǎn)

　　1）由于設(shè)計(jì)的合理性和對(duì)稱(chēng)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(duì)于一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)其他端口都匹配，即接50R電阻匹配時(shí)，所測(cè)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(gè)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(chǎng)大小決定的，對(duì)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(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于使用頻率高的電子元器件一個(gè)最重要的性能和指標(biāo)就是對(duì)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(jì)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(shè)計(jì)及其應(yīng)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(yīng)用實(shí)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(kāi)關(guān)來(lái)切換選擇。其中一個(gè)應(yīng)用實(shí)例就是采用7個(gè)RFSW（4x2）應(yīng)用如圖8的邏輯組合，可以實(shí)現(xiàn)16路信號(hào)任意2路信號(hào)的輸出，然后接到系統(tǒng)上接收信號(hào)成像。

結(jié)論

　　由于設(shè)計(jì)的合理性，此微波射頻開(kāi)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(jì)高度模塊化，使得電路故障的檢測(cè)變得容易。另外，本設(shè)計(jì)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。