核磁共振系统中微波射频开关的设计与应用

　　1．电磁兼容性设计：为了控制印制电路板的差模辐射，应将信号和回线紧靠在一起，减小信号路径形成的环路面积，因为信号环路的作用就相当于辐射或接收磁场的环天线。在本设计中每个模块的射频信号接地路径最短，减少了差模辐射；共模辐射是由于接地面存在地电位造成的，这个地电位就是共模电压。当连接外部电缆时，电缆被共模电压激励形成共模辐射。控制共模辐射，首先要减小共模电压。本设计中采用地线网络和接地平面，布成双层版，全部在上层走线，下层全部铺地，合理选择了接地点；本电路属于高频高速电路，满足2W准则（W是印制板导线的宽度，即导线间距不小于两倍导线宽度），以减小串扰。此外，射频导线短、宽、均匀、直，转弯处采用45°角，导线宽度没有突变，没有突然拐角。

　　2．地线设计：地线设计是最重要的设计，往往也是难度最大的一部分。"地线"可以定义为信号流回源的低阻抗路径，它可以是专用的回线，也可以是接地平面，有时也可以采用产品的金属外壳。理想的"地"应是零电阻的实体，各接地点之间没有电位差。本设计中，下层板布成接地板，完全铺地，各接地点之间没有电位差。在PCB版制作中，模块之间设置跳线，使得模块之间互相独立，这样做的目的是：模块可以单独测试性能，当电路出现问题时，方便检测，迅速查出问题所在。

　　3．在PCB版制作中，模块之间设置跳线，使得模块之间互相独立，这样做的目的是：模块可以单独测试性能，当电路出现问题时，方便检测，迅速查出问题所在。

设计的性能和优点

　　1）由于设计的合理性和对称性，保证了在一定的带宽（120MHz）内很低的传输损耗，如图5（S21）所示。其中S21表示的是：对于一个微波网络，当其他端口都匹配，即接50R电阻匹配时，所测两端口的传输，其物理公式：S21=Uout / Uin。曲线在中心频率63.6MHz、带宽120MHz的条件下，保持了很低的传输损耗，大约为-0.29dB，而且在整个带宽内性能很稳定。

　　2）电感的隔交流作用和电容的隔直流作用，保证了输入输出端口良好的匹配，得到很好的反射系数，如图5（S11，S22)）所示，在中心频率63.6MHz处，反射系数可以达到-30dB左右。中心频率的大小是由核磁共振的B0场大小决定的，对于1.5T系统共振频率为63.6MHz。

　　3）保证了很好的隔离度，如图6所示，中心频率处隔离度达到-30 dB以下。

　　4）在实际应用中，对于使用频率高的电子元器件一个最重要的性能和指标就是对于应用环境要求不能太苛刻，可靠性要好，不易损坏。在本设计中由于使用了pin-diodes，电路的可靠性得以明显提高，克服了以往的开关芯片容易损坏，可靠性差的缺点。

模块化设计及其应用实例

　　1．成品所做成的元器件，其功能电路及其引脚功能如图7所示。

　　2．应用实例：由于在核磁共振系统中接收通道的数目远小于它的天线线圈数目，所以需要应用开关来切换选择。其中一个应用实例就是采用7个RFSW（4x2）应用如图8的逻辑组合，可以实现16路信号任意2路信号的输出，然后接到系统上接收信号成像。

结论

　　由于设计的合理性，此微波射频开关参数（反射系数、传输系数、隔离度）非常理想。本设计高度模块化，使得电路故障的检测变得容易。另外，本设计应用灵活，4输入2输出可以利用一定的组合逻辑得到想要的输入输出组合。在核磁共振系统中，16输入2输出得到广泛应用。