專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于核磁共振波譜儀的矢量網(wǎng)絡(luò)分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量高頻電路特性的矢量網(wǎng)絡(luò)分析裝置，尤其涉及一種基于核磁共振波譜儀的矢量網(wǎng)絡(luò)分析裝置。
背景技術(shù)：
目前，常規(guī)的電參數(shù)網(wǎng)絡(luò)分析儀一般是基于四端口微波反射計(jì)而設(shè)計(jì)的，主要包含激勵(lì)信號(hào)源、功分器和定向耦合器、接收機(jī)以及處理顯示單元，可以對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)未知的二端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行反射參數(shù)和傳輸參數(shù)的測(cè)量。在核磁共振檢測(cè)中，經(jīng)常需要對(duì)更換樣品后的探頭進(jìn)行阻抗匹配和頻率調(diào)諧，目前，通常采用常規(guī)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行這些參數(shù)控制，但由于強(qiáng)磁場(chǎng)磁體的存在，通常不便于將常規(guī)網(wǎng)絡(luò)分析儀靠近磁體中的探頭進(jìn)行操作，在一些核磁共振分析儀器系統(tǒng)的前期研制階段，如果能基于波譜儀自身的射頻收發(fā)電路完成檢測(cè)探頭的參數(shù)設(shè)定，將方便和簡(jiǎn)化部分工作流程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有常規(guī)網(wǎng)絡(luò)分析儀靠近磁體中的探頭操作不便的缺點(diǎn)，提出一種網(wǎng)絡(luò)特性的矢量分析裝置。本發(fā)明可以代替常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)分析儀，用于對(duì)一般二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)和傳輸參數(shù)的測(cè)量。本發(fā)明可以在沒(méi)有專(zhuān)業(yè)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的情況下，基于常規(guī)核磁共振波譜儀的脈沖收發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)二端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行反射參數(shù)和傳輸參數(shù)的測(cè)量，包括對(duì)核磁共振探頭進(jìn)行調(diào)諧和匹配。本發(fā)明充分利用核磁共振波譜儀自身的軟件和硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析，簡(jiǎn)化了波譜分析和結(jié)構(gòu)成像的準(zhǔn)備工作。另外，本發(fā)明還可以替代常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)分析儀，用于無(wú)線通信天線、物聯(lián)網(wǎng)電子標(biāo)簽等應(yīng)用領(lǐng)域中的無(wú)源二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的常規(guī)測(cè)量。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:核磁共振波譜儀主要由射頻脈沖發(fā)射器和磁共振信號(hào)接收器組成。所述的射頻脈沖發(fā)射器既可以產(chǎn)生指定脈寬的單一頻率正弦波脈沖信號(hào)，又可以產(chǎn)生頻率隨時(shí)間線性增加的正脈沖信號(hào)；所述的磁共振信號(hào)接收器用于接收被測(cè)樣品在核磁共振波譜儀探頭的檢測(cè)線圈中產(chǎn)生的核磁共振振蕩衰減信號(hào)，并對(duì)其依次進(jìn)行放大和正交相敏檢波。本發(fā)明基于核磁共振信號(hào)檢測(cè)方法，通過(guò)一個(gè)180度相移電橋?qū)⒈粶y(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)與常規(guī)的核磁共振波譜儀相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)和傳輸參數(shù)的測(cè)量。對(duì)被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)測(cè)量時(shí)，所述180度相移電橋的O度相位端口、180度相位端口、隔離端口以及合并端口分別與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口、50歐姆負(fù)載、核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器端口以及磁共振信號(hào)接收器端口相連；對(duì)被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器端口與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口相連，將核磁共振波譜儀的磁共振信號(hào)接收器端口與被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出端口相連。測(cè)量被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的反射參數(shù)或傳輸參數(shù)時(shí)，都需要由核磁共振波譜儀發(fā)射一個(gè)正弦波信號(hào)頻率隨時(shí)間線性增加或減小的脈沖信號(hào)，所述的磁共振信號(hào)接收器接收來(lái)自被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)信號(hào)，并對(duì)被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的正交相敏檢波。對(duì)所述的被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)測(cè)量時(shí)，所述180度相移電橋的O度相位端口與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口相連；所述180度相移電橋的180度相位端口與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的50歐姆負(fù)載端口相連；所述180度相移電橋的隔離端口與核磁共振波譜儀射頻脈沖發(fā)射器端口相連；所述180度相移電橋的合并端口與磁共振信號(hào)接收器端口相連。本發(fā)明所基于的原理是，核磁共振波譜儀產(chǎn)生的線性掃頻射頻脈沖信號(hào)經(jīng)電橋的隔離端口，通過(guò)容性耦合以1:1的功率分配關(guān)系分別傳輸至被測(cè)網(wǎng)絡(luò)和50歐姆負(fù)載。由于反射作用的存在，為了測(cè)量被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù)，令在電橋中當(dāng)信號(hào)從180度端口傳輸?shù)胶喜⒍丝跁r(shí)發(fā)生180度相移，而由O度端口至合并端口相移為O度，并將電橋的合并端口與核磁共振波譜儀的磁共振信號(hào)接收器端口相連，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)的測(cè)量。利用本發(fā)明還可以測(cè)量被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)，將核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器端口直接與被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入端口相連，而將被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出端口與核磁共振波譜儀的磁共振信號(hào)接收器端口相連，通過(guò)分析檢測(cè)信號(hào)的幅度與相位隨頻率的變化關(guān)系，就得到了被測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸特性，即對(duì)傳輸參數(shù)的測(cè)量。在反射參數(shù)和傳輸參數(shù)的測(cè)量過(guò)程中，需令所述核磁共振波譜儀的信號(hào)采集持續(xù)時(shí)間段與掃頻輸出的射頻脈沖持續(xù)時(shí)間段同步。本發(fā)明的有益效果是，可以通過(guò)利用常規(guī)核磁共振波譜儀的帶有線性掃頻功能的射頻脈沖發(fā)射器和磁共振信號(hào)接收器，結(jié)合必要的180度相移電橋，對(duì)一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行反射參數(shù)和傳輸參數(shù)的測(cè)量。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。圖1本發(fā)明180度相移電橋的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明測(cè)量二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)的電路連接方式示意圖；圖3本發(fā)明測(cè)量二端口網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)的電路連接方式示意圖；圖4本發(fā)明采用從小到大線性掃頻方式測(cè)量二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)或傳輸參數(shù)時(shí)所對(duì)應(yīng)的收發(fā)脈沖序列圖；圖5本發(fā)明采用從大到小線性掃頻方式測(cè)量二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)或傳輸參數(shù)時(shí)所對(duì)應(yīng)的收發(fā)脈沖序列中:I射頻脈沖發(fā)射器，2磁共振信號(hào)接收器，3電橋，450歐姆負(fù)載，5待測(cè)器件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于核磁共振信號(hào)檢測(cè)方法，通過(guò)一個(gè)180度相移電橋?qū)⒈粶y(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)與一臺(tái)常規(guī)的核磁共振波譜儀相連，完成對(duì)被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)的測(cè)量。所述電橋的O度相位端口、180度相位端口、隔離端口以及合并端口分別與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)、50歐姆負(fù)載、核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器端口以及磁共振信號(hào)接收器端口相連。利用本發(fā)明對(duì)一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸參數(shù)測(cè)量時(shí)，直接將二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口與核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器端口相連，并將二端口網(wǎng)絡(luò)的輸出端口與核磁共振波譜儀的磁共振信號(hào)接收器端口相連。圖1所示為本發(fā)明所述180度相移電橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。所述的180度相移電橋包含一個(gè)變壓器和四個(gè)外部連接端口:隔離端口、O度相位端口、180度相位端口和合并端口。其中隔離端口通過(guò)容性耦合與電橋內(nèi)部變壓器原邊的中央電感中心抽頭相連接，O度相位端口和180度相位端口分別與變壓器原邊兩個(gè)邊路電感的中心抽頭相連，合并端口與變壓器的副邊電感相連。利用本發(fā)明進(jìn)行二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)的測(cè)量時(shí)，將所述隔離端口與常規(guī)核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)生器端口相連，O度相位端口與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口相連，180度相位端口與50歐姆負(fù)載相連，合并端口與核磁共振波譜儀的磁共振信號(hào)接收器端口相連。所述180度相移電橋采用由R&K公司生產(chǎn)的，型號(hào)為R&K-PH020-0S的180度電橋。如圖2所示的一個(gè)對(duì)二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的實(shí)施例中，通過(guò)一個(gè)所述180度相移電橋?qū)⒊Ｒ?guī)核磁共振波譜儀與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)相連。該二端口網(wǎng)絡(luò)可以是由電感器和電容器組成的諧振電路，也可以是可發(fā)生自共振的天線線圈。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)的測(cè)量時(shí)，由核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器發(fā)射一個(gè)指定頻率范圍的線性掃頻脈沖信號(hào)，同時(shí)所述的核磁共振波譜儀磁共振信號(hào)接收器采集來(lái)自被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的脈沖響應(yīng)信號(hào)，并對(duì)所接收的被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)脈沖信號(hào)進(jìn)行正交相敏檢波后，便可以得到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)的幅頻響應(yīng)與相頻響應(yīng)。另外，基于檢波后得到的實(shí)部和虛部信號(hào)經(jīng)過(guò)變換還可以得到相應(yīng)的同相分量和正交分量。在圖3所示的一個(gè)實(shí)施例中，采用常規(guī)核磁共振波譜儀與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)相連接，以測(cè)量所述二端口網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)。被測(cè)的二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口與核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器端口相連，二端口網(wǎng)絡(luò)的輸出端口與核磁共振波譜儀的磁共振信號(hào)接收器端口相連，便可進(jìn)行對(duì)所述二端口網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)的測(cè)量。在圖4所示的由低到高掃頻實(shí)施測(cè)量的一個(gè)實(shí)施例中，所述核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器發(fā)射了一個(gè)正弦波信號(hào)頻率從低到高的掃頻脈沖信號(hào)，并且在同一持續(xù)時(shí)間內(nèi)，所述核磁共振波譜儀的磁共振信號(hào)接收器采集來(lái)自待測(cè)網(wǎng)絡(luò)的脈沖響應(yīng)信號(hào)，從而完成被測(cè)網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)或傳輸參數(shù)的測(cè)量。在圖5所示的由高到低掃描實(shí)施測(cè)量另一個(gè)實(shí)施例中，所述核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器發(fā)射了一個(gè)頻率從高到低的掃頻脈沖信號(hào)，并且在同一持續(xù)時(shí)間內(nèi)，所述核磁共振波譜儀的磁共振信號(hào)接收器采集來(lái)自待測(cè)網(wǎng)絡(luò)的脈沖響應(yīng)信號(hào)，從而完成被測(cè)網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)或傳輸參數(shù)的測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種基于核磁共振波譜儀的矢量網(wǎng)絡(luò)分析裝置，其特征在于，所述的矢量網(wǎng)絡(luò)分析裝置通過(guò)一個(gè)180度相移電橋?qū)⒈粶y(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)與常規(guī)的核磁共振波譜儀相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)的測(cè)量，所述的矢量網(wǎng)絡(luò)分析裝置直接與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)的測(cè)量；對(duì)被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)反射參數(shù)測(cè)量時(shí)，所述180度相移電橋的O度、180度、隔離以及合并等四個(gè)端口分別與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口、50歐姆負(fù)載、核磁共振波譜儀射頻脈沖發(fā)射器端口以及磁共振信號(hào)接收器端口相連；對(duì)被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器端口與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口相連，將核磁共振波譜儀的磁共振信號(hào)接收器端口與被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出端口相連；核磁共振波譜儀射頻脈沖發(fā)射器發(fā)射一個(gè)正弦波頻率隨時(shí)間線性增加或減小的脈沖信號(hào)，所述的磁共振信號(hào)接收器接收來(lái)自被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)信號(hào)，并對(duì)所述的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的正交相敏檢波。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于核磁共振波譜儀的矢量網(wǎng)絡(luò)分析裝置，其特征在于，對(duì)所述的被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)反射參 數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所述180度相移電橋的O度端口與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口相連；所述180度相移電橋的180度端口與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的50歐姆負(fù)載相連；所述180度相移電橋的隔離端口與核磁共振波譜儀射的頻脈沖發(fā)射器端口相連；所述180度相移電橋的合并端口與所述磁共振信號(hào)接收器端口相連。
全文摘要
一種基于核磁共振波譜儀的矢量網(wǎng)絡(luò)分析裝置，將被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一個(gè)180度相移電橋與常規(guī)的核磁共振波譜儀相連。對(duì)被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的反射參數(shù)測(cè)量時(shí)，所述180度相移電橋的0度、180度、隔離以及合并等四個(gè)端口分別與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口、50歐姆負(fù)載、核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器端口以及磁共振信號(hào)器接收端口相連；對(duì)被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將核磁共振波譜儀的射頻脈沖發(fā)射器端口與被測(cè)二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入端口相連，將核磁共振波譜儀的磁共振信號(hào)接收器端口與被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出端口相連。
文檔編號(hào)G01R27/28GK103217586SQ20131009287
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者李曉南, 劉國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所