JPH01305703A - Ｐｉ／２電力分割器 - Google Patents

Ｐｉ／２電力分割器

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JPH01305703A
JPH01305703A JP1089545A JP8954589A JPH01305703A JP H01305703 A JPH01305703 A JP H01305703A JP 1089545 A JP1089545 A JP 1089545A JP 8954589 A JP8954589 A JP 8954589A JP H01305703 A JPH01305703 A JP H01305703A
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line transformer
impedance
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    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/48—Networks for connecting several sources or loads, working on the same frequency or frequency band, to a common load or source
    • H—ELECTRICITY
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  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、特に核スピントモグラフの円偏波される高
周波アンテナに対して使用され得る、入力信号を等しい
振幅および９０°の位相ずれを有する２つの信号路に分
割するＰＩ／２電力分割器に関するものである。
（従来の技術〕 核磁気共鳴により検査対象、特に人体の断層像を発生す
るための装置は知られている。このいわゆる核スピント
モグラフは、人体内の核スピンを整列させる基本磁界磁
石と、空間的に相異なる磁界を発生する勾配コイルと、
核スピンを励起するため、また励起された抗スピンによ
り放射される信号を受信するための高周波コイルとを含
んでいる。このような高周波の励起および測定コイルを
使用する際には、コイルのインダクタンスがキャパシタ
ンスと一緒にＬＣ共振回路として接続され、その際にコ
ンデンサ配置が所望の周波数に相応に同調される。この
目的で可変の並列キャパシタンスと、好ましくは後段に
接続されている送信増幅器を有する発振器であってよい
高周波発生器に共振器を接続するための供給導線に配置
された直列キャパシタンスとが設けられている。
平衡状態では核スピンの磁化は外部磁界に平行に整列さ
せられている。評価可能な信号を得るためには、磁化が
９０°だけ回転されなければならない、９０＠インパル
スの後の核スピンの歳差運動はワイヤループのなかに信
号の誘導を生じさせる（いわゆる自由誘導崩壊ＦｒＤ）
。核スピンはＭＨｚ範囲内の機械的歳差運動振動数で歳
差運動するので、それらはコイルのなかに電磁的交番基
を発生する。ピックアップされた高周波信号は減結合回
路を介して検出器に供給される。減結合回路としては方
向性結合器または供給および受信される電力に対する送
信および受信切換器として使用される回路が設けられて
いてよい、６１気的および電気的な高周波場は患者の伝
導性の身体組織のなかに高周波吸収を惹起する。このこ
とは高周波コイルの共振良度Ｑの減少として現れる。さ
らに、身体組織の電気的特性が、コイル内に患者を入れ
る際に、共振周波数の減少を生じさせる。こうして両効
果は患者に関係しており、また各撮像の前に高周波コイ
ルのいわゆる“チューニング”および“マツチング゛に
より補正されなければならない。
高周波コイル、特に円偏波アンテナを作動させるために
は、送信および受信切換器として３ｄＢ／９０”ハイブ
リッドが使用される。その際に、理想的に整合されたア
ンテナでは、送信器から方同性結合器のボート１に供給
された信号がボート３および４に等しい電力で分配され
るが、これらの信号は位相が９０°だけ互いにずれてい
る。ボートｉおよび２ならびに３および４は互いに減結
合されているので、受信器ボート２においては高周波電
力が出ない、受信の場合には、ボート４に生ずる受信信
号はボート３に生ずる信号よりも再び９０°だけ進んで
いる。こうして両信号は位相正しく受信器ボート２にお
いて加わるが、送信器ボー）１においては電力が出ない
（文献ｒ高周波技術ポケットブック（Ｔａｓｃｅｎｂｕ
ｃｈ　ｄｅｒ　ｔｌｏｃｈｆｒｅｑｕｅｎｚｔｅｃｈｎ
ｉｋ）　Ｊ第３版、第１巻、１９８６年、第５２７〜５
３８頁参照）。
３　ｄ　Ｂ／９０″′ハイブリツドは線路技術で、また
はディスクリートな構成要素で、ならびに混合形式で構
成されていてよい、これらの実施例では、核スピントモ
グラフに対して利用可能な帯域幅が非常に狭く、たとえ
ば２％よりも著しく広くない。
結合された線路を有する広帯域の方向性結合器はたとえ
ば１０ＭＨｚの低い周波数では望ましくない長い線路長
さを有するであろう、たとえば核スピントモグラフにお
いて種々の原子、たとえば水素、燐またはナトリウムを
検査したいならば、すなわち種々の共振周波数で動作さ
せたいならば、これらの周波数の各々に対して、それに
付属の３ｄＢ／９０”ハイブリッドが必要であり、それ
ぞれ交換または比較的費用のかかる仕方での切換が行わ
れなければならない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、大きい帯域幅を有する３ｄＢ／９０°
ハイブリツドを提供することである。
２つの出力端子対に１つの有限の周波数間隔を介して一
定の角度だけ互いにずらされた２つの出力電圧を発生す
る特性を有する２相回路網は知られている。このような
回路網は、利用される周波数範囲内で等しいレベルおよ
びたとえば９０’の位相差を有する２つの出力信号を発
生する役割をする０分割された両信号経路は周波数に無
関係な伝達係数の大きさを有するそれぞれ１つの４極回
路、いわゆる全通過フィルタを含んでいる。一般に各信
号経路は１次または２次の複数個の全通過フィルタの回
路網を含んでいる（文献「通信技術（Ｎａｃｈｒｉｃｈ
ｔｅｎｔｅｃｈｎｉｋ）　Ｊ第５巻、１９５７年、第２
００〜２０５頁参照）。
さらに、高周波差動変成器を線路変成器によっても構成
し得ることが知られている（文献ｒＮＴＺＪ１９６６年
、第９Ｓ、第５２７〜５３８頁参照）。
また、約２．５ないし８．２　Ｍ　Ｈｚの作動周波数を
有する核スピントモグラフの円偏波されるアンテナの駆
動のために使用され得るＰ　Ｉ／２ハイブリッドも知ら
れている。このハイブリッド回路は一次および二次巻線
の相異なる巻数を有する２つの変成器の直列回路を含ん
でおり、その−次巻線に送信器および前置増幅器が接続
されている。変成器は分割された巻線を設けられている
。これらの巻線には、逆相に駆動されなければならない
相異なるデイメンジョニングの全通過フィルタが接続さ
れている（文献「医学における磁気共鳴（Ｍａｇｎｅｔ
ｉｅ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　ｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）
　Ｊ　１、第３３９〜３５３頁（１９８４）参照）。
〔課題を解決するための手段〕
さて本発明は、広帯域の減結合回路が９０°　−２相回
路網と一緒に使用されるならば、種々の共振周波数にお
ける、すなわち種々の原子に対する核スピントモグラフ
の円偏波された作動が可能であるという認識に立脚して
いる。本発明では、請求項１に記載の特徴により、線路
変成器を含んでいる減結合回路が全通過フィルタと、線
路変成器から成るインピーダンス変成器とに組み合わさ
れている。送信作動のみが必要であれば、減結合回路は
差動変成器またはウィルキンソン電力分割器から成って
いてよい、送信および受信作動のためには減結合回路は
好ｆしくは広帯域の３ｄＢ／１８０°ハイブリッド回路
から成っていてよい。２つの信号経路のなかの全通過フ
ィルタ回路網と電力分割器としての広帯域の３ｄＢ／１
８０＠ハイブリッド回路を組み合わせることにより、特
に大きい周波数範囲、特に少なくとも１５ＭＨｚないし
少なくとも１００ＭＨｚの範囲内で核スピントモグラフ
の円偏波される高周波アンテナに対する送信および受信
切換器として使用され得る広帯域の３ｄＢ／９０＠方向
性結合器が得られる。
減結合回路として３ボ一ト回路、たとえばウィルキンソ
ン電力分割器を有する実施例では、広帯域のＰＩ／２電
力分割器がたとえばレーダー技術で送信アンテナの給電
のため、またはミクサならびにたとえばブリッジ増幅器
の駆動のため使用され得る。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明を説明する。
第１図によるＰＩ／２電力分割器の実施例では、減結合
回路１０として３ボ一ト回路が設けられており、そのボ
ートｌは図面には示されていない送信器に接続されてい
てよい。減結合回路１０によりボート１における信号は
分岐され、従ってボート５および６には等しい振幅の２
つの信号が現れ、またこれらは互いに減結合されている
。分岐された両信号経路はそれぞれ全通過フィルタ回路
！１１３０または４０を含んでおり、従って信号はボー
ト３および４に９０°の位相差をもって現れる。ＰＩ／
２電力分割器のこの実施例はたとえばＣＷ作動で１ｋＷ
また）よ１５ｋＷパルス電力の送信電力に適している。
減結合回路１０および全通過フィルタ回路ｍ３０および
４０のなかの線路変成器により５０Ωシステムのなかで
たとえば１５ないし８６ＭＨ２の周波数範囲内で約±１
％に過ぎない最大振幅差およびたかだか±ｌ°の位相誤
差ならびにたかだか３．０１＋０．３ｄＢの信号経路あ
たりの通過減衰が得られる。
全通過フィルタ回路網３０および４０はそれぞれ、第１
のグレードの少なくとも１つの全通過フィルタ、好まし
くは枝路あたり第１のグレードの複数個の全通過フィル
タを有する回路網を形成し、その際に第１のグレードの
２つの全通過フィルタは第２のグレードの１つの全通過
フィルタとしてまとめられ得る。このような全通過フィ
ルタはたとえばそれぞれ１つのクロス要素、いわゆるＸ
要素、しかし好ましくは橋絡されたＴ要素から成ってい
てよい。
第２図によるＰ　ｒ／２電力分割器の実施例では、減結
合回路１０としてウィルキンソン電力分割器が設けられ
ており、その入力端ｌは送信器に接続されていなければ
ならない、入力端１には、波動インピーダンスＺ１およ
び長さｌＩを有するそれぞれ１つの線路を介して、源抵
抗Ｒ，が並列に接続されている。すぐ次の段では同じ仕
方で源抵抗Ｒｇが、波動インピーダンスＺ！および長さ
２゜を有するそれぞれ１つの線路を介して並列に接続さ
れている。減結合回路１０のこの実施例では、ウィルキ
ンソン電力分割器は好ましくは少なくとも１つのたとえ
ば５つの段を含んでおり、その最後の段は波動インピー
ダンスＺ７および長さ１７を有する線路を介して接続さ
れている。源抵抗Ｒ。
ないしＲイは両ボート３および４を減結合する役割をす
る。分離された信号経路はそれぞれ、第１のグレードの
たとえば３つの全通過フィルタの１つの回路網を含んで
おり、これらの全通過フィルタは図面中に参照符号３１
ないし３３または４１ないし４３を付されており、また
たとえば橋絡されたＴ要素から成っていてよい、ボート
３および４には、等しい振幅および９０°の位相ずれを
有する信号が現れる。
第３図による実施例には、前段に接続されているインピ
ーダンス変成器を有する差動変成器から成る減結合回路
１０が示されており、インピーダンス変成器の変成器は
線路変成器として構成されている。ボート１には送信器
が接続されており、またボート１１および１２はそれぞ
れ全通過フィルタ回路網と接続されている。ボート１の
後に接続されているインピーダンス変換のための線路変
成器１３は近似的に６口１、たとえば３：２の変成比を
有する。同じく線路変成器として構成されている変成比
１：１の差動変成器１４は線路変成器１３の後に接続さ
れている。この変成器は両ボート１１および１２に接続
されている。これらのボートの間に波動インピーダンス
の２倍のインピーダンス２Ｚを有するインピーダンス１
５が配置されている。減結合回路１０のこの実施例では
下記の分散マトリックスが生ずる。
ここでポート１は１で、ポート２は１１で、またポート
３は１２で示されている。
ポート１およびポート１１および１２ならびに線路変成
器１３および１４を有する第４図による減結合回路ＩＯ
の実施例では、ポート１１および１２に補助変成器２０
が接続されており、その二次巻線の両端は波動インピー
ダンスＺを有するそれぞれ１つのサンプ２４または２５
を介して接地点に接続されている。それによりインピー
ダンス２Ｚの大地対称なインピーダンス（第３図中の１
５）がそれぞれインピーダンスＺを有する２つの大地非
対称なサンプ２４および２５により置換され得る。
第５図による実施例では補助変成器２０は好ましくは、
互いに平行に配置されかつ共通のコアの上に巻かれてい
る２つの同軸導体２１および２２から成っていてよい、
インピーダンスＺを有するこれらの両同軸導体２１およ
び２２の内部導体の＠ａおよびｂは減結合回路１０のポ
ート１１および１２に、また端Ｃおよびｄはサンプ２４
および２５に接続されており、またそれらのシースは両
端で互いに接続されている。
第６図によるＰ　Ｉ／２電力分割器の実施例では、減結
合回路１０のポート１１および１２の後に、それぞれ１
つの線路変成器５２または５３．１つのインダクタンス
５４または５５ならびに２つのキャパシタンス５６およ
び５７または５８および５９を含んでいる第２のグレー
ドのそれぞれ１つの全通過フィルタ回路網５０および５
１が接続されている。この実施例では第１のグレードの
それぞれ２つの全通過フィルタ回路網が第２のグレード
の１つの全通過フィルタ回路網としてまとめられている
。第２のグレードの全通過フィルタ回路網は第１のグレ
ードの全通過フィルタ回路網にくらべて、構成要素の非
理想的な特性、たとえば結合されたコイルの不十分な結
合、キャパシタンスの有害な直列インダクタンスおよび
コイルの有害な並列キャパシタンスが成るグレードまで
補償され得るという利点を有する。さらに、この実施例
では、必要とされる構成要素が小数であり、その結果と
して通過損失がより小さい。
第７図によれば、全通過フィルタ回路１ｉ１５０は、２
つの同軸導体６１および６２がたとえばトロイド状の共
通のコアの上に巻かれている構造対称な線路変成器５２
を含んでいてよい０両同軸導体のシースは参照符号６４
または６５を、また内部導体は参照符号６６または６７
を付されている。これらの同軸導体６１および６２の上
端で一方の同軸導体６１の内部導体６６は他方の同軸導
体６２の外部シース６５と（またその逆に）接続されて
いる。下端の内部導体６６と６７との間には、第６図に
よれば、キャパシタンス５７および電気的に接続されて
いる両シース６４および６５がインダクタンス５４と接
続されている。同軸導体６１および６２のシース６４お
よび６５は共通の端子６８を形成する。同軸導体６１お
よび６２の上端におけるオーバークロスにより完全な構
造対称な線路変成器が得られる。
第８図によるＰ　Ｉ／２ハイブリッド回路の好ましい実
施例では、減結合回路１０として広帯域の３ｄＢ／１８
０’ハイブリッド回路が設けられており、そのポートｌ
に送信器が、またそのポート２に受信器が接続されてい
てよい。ポート１１の後に全通過フィルタ回路網３０が
接続されており、この全通過フィルタ回路網はポート３
に位相角φ。
（ω）を有する出力信号を生ずる。ポート１２の後には
他の全通過フィルタ回路Ｍ４４０が接続されており、こ
の全通過フィルタ回路網はポート４に位相角φ。（ω）
＋９０°＋Δφ（ω）を有する出力信号を生ずる。ＰＩ
７２ハイブリッド回路のこの実施例では、核スピントモ
グラフの円偏波されるアンテナの作動のために有利に使
用され得る広帯域の送信および受信切換器が得られる。
この実施例では分散マトリックス が得られる。理想的な場合には位相誤差Δφ（ω）は消
滅する。すなわち Ｊヨｅ　ｊＡ　ｆ　　咽）ユ１ 第９図によれば、減結合回路１０として、線路変成器と
して構成された差動変成器２８が設けられていてよく、
この差動変成器は２つの別の線路変成器２６および２７
と共に広帯域の３ｄＢ／１８０°ハイブリッド回路を形
成する。ボート１には同様に送信器が、またボート２に
は受信器が接続されていなければならない、ボート１１
および１２はそれぞれ全通過フィルタ回路網と接続され
ている。ボート１は線路変成器２６と、またボート２は
線路変成器２７と接続されている。これらの入力変成器
はそれぞれ少なくとも近似的に５＝１、たとえば３：２
の変成比を有し、またそれによりインピーダンス変成器
７０として作用する。
差動変成器２８は１：１＝１の変成比を有する。
図面には示されていない両二次巻線はそれぞれボート１
１および１２に接続されている。３ｄＢ／１８０°ハイ
ブリッド回路１０のこの実施例では分散マトリックス が得られる。この実施例では、すべての変成器は線路変
成器として構成されており、それにより大きい帯域幅が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は減結合回路として３ボ一ト回路を有する本発明
によるＰＩ／２電力分割器を示す図、第２図はウィルキ
ンソン電力分割器としての３ボ一ト回路の実施例を示す
図、第３図は減結合回路として前段に接続されているイ
ンピーダンス変成器を有する差動変成器が設けられてい
る実施例を示す図、第４図および第５図は減結合回路と
して差動変成器のそれぞれ特別な実施例を示す図、第６
図は全通過フィルタ回路網の特別な実施例を示す図、第
７図は線路変成器としての全通過フィルタ回路網の結合
されたコイルを示す図、第８図は減結合回路として広帯
域の３ｄＢ／１８０°ハイブリッド回路が設けられてい
る実施例を示す図、第９図は減結合回路として広帯域の
３ｄＢ／１Ｂ０゜ハイブリッド回路を示す図である。 １〜４・・・ボート ＩＯ・・・減結合回路 １１．１２・・・ボート １３・・・線路変成器 １４・・・差動変成器 １５・・・インピーダンス ２０・・・補助変成器 ２１．２２・・・同軸ケーブル ２３・・・コア ２４．２５・・・サンプ ２６．２７・・・線路変成器 ２Ｂ・・・差動変成器 ３０・・・全通過フィルタ回路網 ３１〜３３・・・全通過フィルタ ４０・・・全通過フィルタ回路網 ４１〜４３・・・全通過フィルタ ５０．５１・・・全通過フィルタ回路網５２．５３・・
・線路変成器 ５４．５５・・・インダクタンス ５６〜５９・・・キャパシタンス ６１．６２・・・同軸導体 ６３・・・コア ６４．６５・・・シース ６６．６７・・・内部導体 ６８・・・出力端 ７０・・・インピーダンス変成器

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）入力信号を等しい振幅および９０゜の位相ずれを有
    する２つの信号路に分割するＰＩ／２電力分割器におい
    て、電力分岐のために少なくとも１つの線路変成器を含
    んでいる減結合回路（１０）が設けられており、その信
    号路が出力端に、線路変成器を有するそれぞれ１つの全
    通過フィルタ回路網（３０、４０）を含んでいることを
    特徴とするＰＩ／２電力分割器。 ２）減結合回路（１０）としてウィルキンソン電力分割
    器が設けられていることを特徴とする請求項１記載のＰ
    Ｉ／２電力分割器。 ３）減結合回路（１０）として差動変圧器（１４）が設
    けられていることを特徴とする請求項１記載のＰＩ／２
    電力分割器。 ４）少なくとも近似的に√２：１の変成比を有するイン
    ピーダンス変成器としての線路変成器（１３）を含んで
    おり、この線路変成器の後に１：１の変成比を有する線
    路変成器として構成された差動変圧器（１４）が接続さ
    れており、また出力端に波動インピーダンスの２倍２Ｚ
    の大きさを有する抵抗（１５）が並列に接続されている
    ことを特徴とする請求項１記載のＰＩ／２電力分割器。 ５）少なくとも近似的に√２：１の変成比を有するイン
    ピーダンス変成器としての線路変成器（１３）が設けら
    れており、この線路変成器の後に１：１の変成比を有す
    る線路変成器として構成された差動変圧器（１４）が接
    続されており、また出力端に補助変成器（２０）が接続
    されており、この補助変成器に波動インピーダンスＺの
    インピーダンスを有する２つのサンプ（２４、２５）が
    接続されていることを特徴とする請求項３記載のＰＩ／
    ２電力分割器。 ６）２つの同軸サンプ（２４、２５）が設けられている
    ことを特徴とする請求項５記載のＰＩ／２電力分割器。 ７）補助変成器（２０）が、互いに並列に共通のコア（
    ２３）の上に巻かれているインピーダンスＺを有する同
    軸導体から成っていることを特徴とする請求項５または
    ６記載のＰＩ／２電力分割器。 ８）全通過フィルタ回路網（３０、４０）が、それぞれ
    線路変成器（５２または５３）を含んでいる第１および
    第２のグレードの少なくとも１つの全通過フィルタ（５
    ０または５１）を含んでいることを特徴とする請求項１
    ないし７の１つに記載のＰＩ／２電力分割器。 ９）構造的に対称な線路変成器（５２）を有する全通過
    フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１な
    いし８の１つに記載のＰＩ／２電力分割器。 １０）等しい長さの２つの同軸導体（６１、６２）が、
    上端で一方の同軸導体（６１）のシース（６４）が他方
    の同軸導体（６２）の内部導体（６７）と接続されてい
    るように、またその逆に、クロス要素を介して互いに接
    続されており、また両同軸導体（６１、６２）がコア（
    ６３）の上に配置されており、また同軸導体（６１、６
    ２）の両シース（６４、６５）が共通の端子（６８）を
    形成することを特徴とする請求項９記載のＰＩ／２電力
    分割器。 １１）減結合回路（１０）の前にインピーダンス変成器
    （７０）が接続されていることを特徴とする請求項１な
    いし１０の１つに記載のＰＩ／２電力分割器。
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