核磁共振系統中射頻開關設計

　通常RF系統中有許多輸入輸出的埠，用多埠網絡分析儀分析散射特性價格比較昂貴。所以一般要用開關對多輸入多輸出的信號進行切換，然後用比較簡單的二埠網絡分析儀進行分析測量。在核磁共振系統中，一般接收系統的通道個數小於天線線圈的個數，所以多路線圈也要應用開關進行切換選擇。

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　　目前一般的設計中用現成的開關晶片實現切換功能。但是大多數的開關晶片可靠性不好，容易損壞，而且供電線路也比較複雜。例如SW-437晶片雖然可以完成簡單的開關功能，但是它對防靜電要求非常高，一般的實驗室和生產車間的條件很難達到廠家的要求，所以實際應用起來很不方便，容易損壞。在本設計中，設計了一種新型的應用pin diodes的射頻開關轉換電路，實現的功能是4路RF輸入信號選擇其中任意2路RF信號輸出。

　　總體結構設計

　　開關將應用於此共振的測試系統，它基於LabView軟體平臺，由計算機提供給電壓控制信號。該控制信號是數位訊號，只能提供高低電平，高電壓為 5V，低電壓為0V，因此需要進行電壓轉換才能提供給開關電路。整個電路由兩部分組成：電壓轉換電路和射頻開關電路。最終，使得當LabView提供5V 電壓時，輸入到開關的電壓為10V和0V;當LabView提供0V電壓時，輸入到開關的電壓為0V和10V。

　　電壓轉換電路設計：

　　基於LabView平臺由計算機提供給射頻開關的電壓控制信號是數位訊號，極高電平為5V，低電平為0V，而射頻開關需要的電壓控制信號是10V，因此需要把5V轉換為10V，圖1為轉換電路圖。當輸入信號input1為5V時，Q3導通，Q5截止，Q1導通，所以output1為0V。這時Q4截止，Q6導通，Q2截止，output2輸出VCC為10V。最終，使得當LabView提供5V電壓時，輸入到開關的電壓為10V和0V;而當輸入信號 input1為0V時，Q3截止，Q5導通，Q1截止，所以output1為10V。此時Q4導通，Q6截止，Q2導通，output2輸出為0V，輸入到開關的電壓為0V和10V。滿足微波射頻開關的工作電壓。

　　

　　開關電路設計：

　　設計思想：利用直流信號控制pin diodes二極體的通斷，輸入射頻信號通過導通的二極體輸出;改變控制邏輯，從而改變控制輸入射頻信號的輸出。

　　設計步驟如下：

　　1)設計直流控制電路

　　在本電路中二極體用的是INFINEON technologies公司的BA592，導通的最佳性能電流是5mA。所以滿足二極體的要求在設計中加入的控制電壓是10V，迴路電阻R7、R8、R11、R12的大小均為10K。

　　2)根據散射特性的要求設計交流信號電路

　　由於電路工作的中心頻率為63.6MHz，屬於高頻段，因此要保證輸入輸出埠的匹配。具體來說，一路射頻信號輸出的時候，另外一路信號應該接50R 電阻匹配。由於本電路既有直流信號又有交流信號，因此把二者分開，使其互不影響非常重要。根據頻率的要求應用10nF的耦合電容，對於交流信號短路，而對於直流信號是斷路;應用18μH的耦合電感，對於交流信號斷路，而對於直流信號短路。

　　3)基本模塊及模塊之間的連接

　　圖2和圖3是基本模塊。圖2是兩輸入兩輸出模塊(2x2)：在CTRL3、CTRL4之間加入10V的直流電壓，即在CTRL3加10V電壓，CTRL4加0V電壓時，使得二極體D6、D9導通。此時輸入信號input1通過二極體D9輸出，輸入信號input2通過二極體D6輸出。當控制信號反向，即CTRL4加10V電壓，而CTRL3加0V電壓時，二極體D5、D10導通，輸入信號input1通過二極體D5輸出，輸入信號 input2通過二極體D10輸出。從而達到兩路輸入信號同時輸出，而且可以通過控制信號的邏輯改變輸入信號輸出方向的目的。