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JP-2026514909-A - キャビティを有するコイル体を備えたＭＲ装置のための高周波バンドパスフィルタ、ＭＲ装置

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Abstract

本発明は、信号入力と、信号出力と、少なくとも１つの共振器とを有する共振器構成を備える、ＭＲ装置のための、特に、ＭＲ装置の送信および／または受信の構成のための、高周波バンドパスフィルタであって、各共振器が、インダクタに並列に接続されたキャパシタを有し、インダクタが、実質的にＨＦ気密に閉じられたキャビティを有する導電性のコイル体を備えることを特徴とする、高周波バンドパスフィルタに関する。結果として、簡単かつ低コストで作製することができる、高品質、高電気負荷耐性、および同時に低インピーダンスレベルのＨＦバンドパスフィルタが達成される。 【選択図】図１

Inventors

  • ファビアン シュミッター
  • マルティン ルーク
  • アルテュール シュヴィルヒ

Assignees

  • ブルーカー スウィッツァーランド アー・ゲー

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240418
Priority Date
20230428

Claims (15)

  1. 信号入力と、信号出力と、少なくとも１つの共振器（１０、１０’、１０”）とを有する共振器構成（１０、１０’、１０”、２０）を備える、ＭＲ装置のための、特に、前記ＭＲ装置の送信および／または受信構成のための、高周波バンドパスフィルタ（１２、１２’、１２”、１２”’）であって、 各共振器（１０、１０’、１０”）は、インダクタと並列に接続されたキャパシタを有し、 前記インダクタは、実質的にＨＦ気密に閉じられたキャビティ（９）を有する導電性のコイル体（１１、１１’、１１”、１１””）を備える ことを特徴とする、高周波バンドパスフィルタ（１２、１２’、１２”、１２”’）。
  2. 前記コイル体（１１、１１””）の前記キャビティ（９）は、回転対称であり、特に部分的に円筒形である ことを特徴とする、請求項１に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２、１２’、１２”、１２”’）。
  3. 前記共振器（１０、１０’、１０”）は、前記コイル体（１１、１１’、１１”、１１””）と共に前記キャビティ（９）を画定するカバー要素（７）を有する ことを特徴とする、請求項１または２に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２、１２’、１２”、１２”’）。
  4. 前記カバー要素（７）は、電気絶縁性であり、前記キャビティ（９）に面する側に少なくとも部分的に導電性材料が設けられ、特に、導電性材料でコーティングされる ことを特徴とする、請求項３に記載の高周波バンドパスフィルタ。
  5. 前記カバー要素（７）は、前記キャパシタの接触面（１ａ、１ｂ）のうちの１つおよび前記コイル体（１１、１１’、１１”、１１””）を前記信号入力または前記信号出力に接続する少なくとも１つの貫通コンタクト（４）を有する ことを特徴とする、請求項３または４に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２、１２’、１２”、１２”’）。
  6. 前記カバー要素（７）は、プリント回路基板である ことを特徴とする、請求項３から５のいずれか一項に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２、１２’、１２”、１２”’）。
  7. 前記キャパシタは、前記キャビティ（９）内に配置される ことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２、１２”’）。
  8. 導電性の中間層（６）が、前記カバー要素（７）についての、前記キャビティ（９）の外側に面する側と前記キャビティ（９）に面する側との間に配置される ことを特徴とする、請求項３および７に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２、１２”’）。
  9. 前記キャパシタは、複数の並列接続されたキャパシタを含む ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２、１２’、１２”、１２”’）。
  10. 前記キャパシタは、導電性材料でコーティングされた絶縁ディスク（１”）、特にセラミックディスクによって形成される ことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２”）。
  11. 前記共振器構成は、互いに結合された少なくとも２つの共振器（１０）を備える ことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２”’）。
  12. 前記共振器（１０）は、それらの磁場を介して結合され、 前記少なくとも２つの共振器（１０）のうちの２つの前記キャビティ（９）は、前記コイル体（２）の開口部（２１）を介して互いに接続されている ことを特徴とする、請求項１１に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２”’）。
  13. 前記ＨＦバンドパスフィルタの中心周波数は、２桁から３桁のＭＨｚ帯域にある ことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２、１２’、１２”、１２”’）。
  14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の高周波バンドパスフィルタ（１２、１２’、１２”、１２”’）を有する送信および／または受信構成を備えたＭＲ装置。
  15. 信号入力と、信号出力と、キャビティ（９）を有する導電性のコイル体（２）を備えるインダクタとを有する共振器（１０、１０’、１０”）を、特にＭＲ装置の送信および／または受信の構成におけるＭＲ用途のための、高周波バンドパスフィルタ（１２、１２’、１２”、１２”’）としての使用。

Description

本発明は、信号入力と、信号出力と、少なくとも１つの共振器とを有する共振器構成を備える、ＭＲ装置のための、特に、ＭＲ装置の送信および／または受信構成のための、高周波バンドパスフィルタに関し、各共振器は、インダクタに並列に接続されたキャパシタを有する。 ＭＲ装置の送信および受信デバイスには、例えばＮＭＲ分光器の場合には、２～３桁のＭＨｚ帯域の周波数帯域を有するバンドパスフィルタが必要とされる。このタスクのための従来のバンドパスフィルタは、通常、巻かれた円筒形コイルおよび／またはフライス加工されたヘリカル共振器を、鋳造またはフライス加工されたハウジング内に収めた単一のプリント回路基板上に製造される。非特許文献１は、そのようなバンドパスフィルタ設計を開示している。公差により必要とされる周波数調整は、キャパシタをトリミングすることによって達成される。能動ユニットと受動ユニットとが、通常、同軸ケーブルおよび同軸コネクタにより相互接続される。しかしながら、そのようなバンドパスフィルタは、フィルタの構築とその後の調整の際に、多大な手動労力を必要とする。さらに、様々なコイルまたはヘリカル共振器、およびトリミングキャパシタを在庫しておかなければならず、これは、製造コストを増加させる。また、構造全体が、機械的衝撃および発振の影響を受けやすく、一定の温度依存性を示す。 「Ｈｅｌｉｃａｌ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｂａｎｄｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ」 ｈｔｔｐｓ：／／ｃｏｉｌ３２．ｎｅｔ／ｄｅｓｉｇｎ／ｈｅｌｉｘ－ｒｅｓｏｎａｔｏｒ．ｈｔｍｌ「Ａ ｌｏｏｐ－ｇａｐ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｆｏｒ ｃｈｉｒａｌｉｔｙ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｎｕｃｌｅａｒ ｍａｇｎｅｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ（ＮＭＥＲ）」Ｇａｒｂａｃｚら、Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ １４５、１０４２０１（２０１６） ＤＯＩ：１０．１０６３／１．４９６２２８５ ｈｔｔｐｓ：／／ａｉｐ．ｓｃｉｔａｔｉｏｎ．ｏｒｇ／ｄｏｉ／ａｂｓ／１０．１０６３／１．４９６２２８５「Ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｕｓｉｎｇ ａ Ｎｏｖｅｌ Ｔｏｒｏｉｄａｌ Ｓｐｌｉｔ－Ｒｉｎｇ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ」 Ｂｏｂｏｗｓｋｉら、 ｈｔｔｐｓ：／／ａｒｘｉｖ．ｏｒｇ／ｐｄｆ／１９０１．００９９４．ｐｄｆ「Ｐｕｌｓｅｄ Ｃａｖｉｔｙ Ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃａｖｉｔｙ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ」 Ｃｒｙｐｔｏ Ｍｕｓｅｕｍ、 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｃｒｙｐｔｏｍｕｓｅｕｍ．ｃｏｍ／ｃｏｖｅｒｔ／ｂｕｇｓ／ｅｃ／ｃａｖｉｔｙ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ「Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｒｅ－Ｅｎｔｒａｎｔ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｂａｓｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ－Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」 Ｓｕら、 Ｓｅｎｓｏｒｓ ２０１７、１７、１９６３； ＤＯＩ：１０．３３９０／ｓ１７０９１９６３ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｍｄｐｉ．ｃｏｍ／１４２４－８２２０／１７／９／１９６３／ｈｔｍ「Ａｉｒ Ｃａｖｉｔｉｅｓ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｕｎｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ－Ｍｏｄｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ」 Ａｎａｎｄら、 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｒｅｓｅａｒｃｈｇａｔｅ．ｎｅｔ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ／３０６１１７０７３ ＤＯＩ：１０．１１０９／ＭＷＳＹＭ．２０１６．７５３９９６０ キャパシタがキャビティ内に配置された、本発明によるＨＦバンドパスフィルタの共振器の断面図である。図１の共振器の構成要素の投影図である。図１の共振器と、１ポート接続と、概略的に描かれた信号の流れとを有する共振器構成の断面図である。図３の共振器構成の構成要素の投影図である。図３の共振器構成の等価回路図である。図１の共振器と、２ポート接続と、概略的に描かれた信号の流れとを有する共振器構成の断面図である。図６の共振器構成の構成要素の投影図である。図６の共振器構成の等価回路図である。キャパシタがキャビティの内側および外側に配置された、本発明によるＨＦバンドパスフィルタの共振器の断面図である。中央の絶縁ディスクの形態で設計されたキャパシタを有する、本発明によるＨＦバンドパスフィルタの共振器の断面図である。図１０の共振器内の概略的に描かれた信号の流れを示す図である。本発明による、結合された共振器を有するＨＦバンドパスフィルタの特に好ましい実施形態のコイル要素の斜視断面図である。結合された共振器を有する共振器構成の構成要素の投影図である。結合された共振器を有する共振器構成の等価回路図である。 図１および図２は、本発明によるＨＦバンドパスフィルタ１２の共振器１０の第１の実施形態の断面および投影を示す。共振器１０はインダクタを備え、インダクタは、キャビティ９を有するコイル体１１の形態であり、キャパシタ１と発振回路を形成する。共振器１０は、キャビティ９内に配置されたキャパシタ１によって形成されるキャパシタンスを有する。 図示の実施形態のコイル体１１は回転対称であり、コイル体１１のキャビティ９は、コイル体１１の下側領域において、すなわち、カバー要素７の反対側のコイル体１１の側に部分的に丸みを帯びた縁部を有する実質的に中空円筒形である。コイル体１１は、大きい導電性表面を有し、したがって、低い電気抵抗を有する。 コイル体１１は、中央の導電性の支持部２（断面において図１のＵ字形状の壁の、半径方向内側の、すなわち、軸に近い部分）と、外壁部１３（断面において図１に示すＵ字形状の壁の、下側かつ半径方向外側の、すなわち、軸から遠い部分）とを備える。共振器１２はカバー要素７を備え、カバー要素７は、コイル体１１を閉じてハウジングを形成する。 支持部２および外壁部１３は、導電性材料で作られる。支持部２は、好ましくは中空であり、中央の貫通開口部８を有する。カバー要素７は、好ましくは、導電的にコーティングされた絶縁体、特にプリント回路基板であり、その下側（キャビティ９に面する側）は、特にコーティングされた導電層５（図２の水平の破線）でコーティングされる。カバー要素７の下側は、キャパシタ１の２つの接触面１ａ、１ｂの間において、導電性コーティングを有さない。したがって、図１および図２に示す実施形態では、導電層５は、互いに電気的に分離された部分コーティング５ａ、５ｂを含み、第１の部分コーティング５ａは、キャパシタ１の第１の接触面１ａに電気的に接続され、電気的に基準電位（例えば、対地電位）にある。第２の部分コーティング５ｂは、キャパシタ１の第２の接触面１ｂに電気的に接続される。一般に、キャパシタ１の配置は、妨害となる共振を効果的に抑制することができるように、キャパシタ１が可能な限り小さいエリアをカバーするように選択される。 コーティングされていない表面１５にもかかわらずキャビティ９を電磁的に最適に封止するために、カバー要素７の上部と下部との間に（すなわち、カバー要素７の内部に）導電性の中間層６（図２の垂直破線）を設けることができる。この層により、キャパシタ１の半径方向外側の接触面１ａは、低インピーダンスで電気的に接続される。図１および図２に示す実施形態では、この電気的な接続は、第１の部分コーティング５ａと、キャビティ９に向かって開いたブラインドホールコンタクト３とを介して行われている。貫通コンタクト４内の開口部を除いて、キャビティ９は電磁的に封止される。 本実施形態では、キャパシタ１は、図２に示すように、共振器の軸１４の周りに均一に分布した円形リング構造において（、すなわち、共振器の軸１４から同じ距離となるように）配置されている。これは、キャパシタ１が可能な限り互いに近接して配置されることを可能にする。これにより、支持部２と導電性の中間層６との間のキャパシタンスを低減する。導電層の部分コーティング５ａ、５ｂは、対応してリング形状および同心であり、層になったリング形状表面１５によって分離されている。あるいは、（２つのリング形状接触面を有する）単一のリングキャパシタを設けることもできる。 本発明によるＨＦバンドパスフィルタ１２は、ポートＰ、Ｐ１、Ｐ２を介してＭＲ装置の構成要素に接続され得る。この目的で、ポートは、フィルタリングされるべき信号をカップリングインするための信号入力、および／またはフィルタリングされた信号をカップリングアウトするための信号出力を含む。共振器１は、図３および図４に示すように、１ポート（信号入力および信号出力が単一のポートＰにおいて実現される）として接続され得る。対応する代替回路図が図５に示されている。図６および図７は、２つの別個のポートＰ１、Ｐ２（２ポート）を介した代替的な配線を示す。対応する代替回路図が図８に示されている。両方の接続オプション（１ポートおよび２ポート）が、本明細書に記載のすべての実施形態１２、１２’、１２”で実現され得、図３～図７の第１の実施形態１２の例を使用して示されている。ＨＦバンドフィルタ１２の第１の実施形態では、ポートＰ、Ｐ１、Ｐ２は、貫通コンタクト４を介して第２の部分コーティング５ｂに電気的に接続される。したがって、貫通コンタクト４は、カバー要素７の上部および下部と電気的に接触しているが、中間層６とは電気的に接続されていない。入力ライン１７および出力ライン１８は、ＨＦバンドパスフィルタ１２のポートＰまたはポートＰ１、Ｐ２から、接続されるべき構成要素（図示せず）に通じる。入力ライン１７および出力ライン１８は、好ましくは、カバー要素７の、キャビティの外側に面する側において、導体トラックとして形成される。 図３および図６は、ＨＦバンドパスフィルタ１２の１ポートおよび２ポートでの変形例の信号の流れを示す。フィルタリングされるべきＨＦ信号は、カバー要素の表面の導電性部分を介して結合され（入力ライン１７）、貫通コンタクト４を介してカバー要素を通過する。ＨＦ信号は貫通コンタクト４の下端において分岐する。入力ライン１７を介してカップリングインされた、フィルタリングされるべきＨＦ信号の高周波成分は、信号入力ポートＰまたはＰ１から、カバー要素７の第２の部分コーティング５ｂ、キャパシタ１、およびカバー要素７の第１の部分コーティング５ａを介して、基準電位（例えば、接地電位）まで伝導される。フィルタリングされるべきＨＦ信号の低周波成分は、信号入力ポートＰまたはＰ１から、カバー要素７の第２の部分コーティング５ｂ、キャビティ９の内壁に沿った支持部２、コイル体１１の外壁部１３を介して、カバー要素７の下側に基準電位（例えば、接地電位）まで伝導される。共振器の共振周波数に近い周波数の場合、共振器は高インピーダンスである。フィルタリングされるべきＨＦ信号の対応する成分は、共振器内で発振し、信号出力ポートＰまたはＰ２を介してＨＦバンドパスフィルタ１２からカップリングアウトされ得る。フィルタリングされるべきＨＦ信号の周波数はＭＨｚ帯域にあるので、信号の伝送は、共振器２の導電性表面を介してのみ行われる。 図９は、本発明によるＨＦバンドパスフィルタ１２’の共振器１０’の第２の実施形態の断面図を示す。コイル体１１’は、キャビティ９の内側に配置されたキャパシタ１、および、キャビティ９の外側に配置されたキャパシタ１’によって形成されるキャパシタンスを有する。 キャビティ９の内側および外側に配置されたキャパシタ１、１’の第１の接触面１ａ、１ａ’は、さらなる追加の貫通コンタクト３’を介して互いに電気的に接続される。同様に、キャビティ９の内側