本發(fā)明涉及核磁共振傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高阻抗表面結(jié)構(gòu)與一種單邊核磁共振傳感器。

背景技術(shù)：

單邊核磁共振傳感器中，射頻線圈的信噪比對(duì)于整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)至關(guān)重要。射頻線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)一部分向測(cè)量樣品所在的區(qū)域發(fā)射，另一部分向線圈另一側(cè)發(fā)射。這樣便使到達(dá)目標(biāo)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的射頻能量大大減小了，而且向線圈另一側(cè)傳播的射頻磁場(chǎng)會(huì)進(jìn)入磁體所在區(qū)域。在磁體中或者包圍磁體的金屬腔中感應(yīng)渦流，渦流產(chǎn)生的二次場(chǎng)疊加到目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的射頻磁場(chǎng)中，進(jìn)一步削弱了目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的射頻磁場(chǎng)，同時(shí)會(huì)降低射頻磁場(chǎng)的均勻性，最終降低射頻線圈的信噪比。

因此，如何提高射頻線圈的信噪比，是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高射頻線圈的信噪比的高阻抗表面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種包括上述高阻抗表面結(jié)構(gòu)的單邊核磁共振傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種高阻抗表面結(jié)構(gòu)，包括絕緣材質(zhì)的介質(zhì)板，所述介質(zhì)板的一側(cè)表面周期性排列有多個(gè)金屬材質(zhì)的貼片單元，所述介質(zhì)板的另一側(cè)表面鋪設(shè)有與所述貼片單元材質(zhì)相同的底部金屬層，所述介質(zhì)板設(shè)有與多個(gè)所述貼片單元一一對(duì)應(yīng)的過(guò)孔，每個(gè)所述過(guò)孔的一端連接于所述貼片單元且另一端連接于所述底部金屬層，所述過(guò)孔內(nèi)填充有與所述貼片單元材質(zhì)相同的金屬，每相鄰兩個(gè)所述貼片單元之間連接有電容，每個(gè)所述貼片單元包括中心貼片和與所述中心貼片相連的多個(gè)分支貼片，所述分支貼片還連接有一個(gè)或多個(gè)末端貼片，所述貼片單元為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，相鄰所述末端貼片之間連接有電感。

優(yōu)選地，在上述高阻抗表面結(jié)構(gòu)中，多個(gè)所述貼片單元結(jié)構(gòu)相同并且周期性排列成矩形陣列。

優(yōu)選地，在上述高阻抗表面結(jié)構(gòu)中，每個(gè)所述貼片單元包括四個(gè)均勻連接于所述中心貼片周向的分支貼片，每個(gè)所述分支貼片為長(zhǎng)條形矩形貼片，每個(gè)所述分支貼片的端部連接于所述中心貼片并且沿長(zhǎng)度方向連接有多個(gè)所述末端貼片，所述末端貼片對(duì)稱分布于所述分支貼片的兩側(cè)，所述末端貼片為長(zhǎng)條形矩形貼片并且與所述分支貼片垂直交叉。

優(yōu)選地，在上述高阻抗表面結(jié)構(gòu)中，所述過(guò)孔的軸線垂直于所述底部金屬層，所述底部金屬層與所述貼片單元平行布置。

優(yōu)選地，在上述高阻抗表面結(jié)構(gòu)中，所述過(guò)孔連接于所述貼片單元的中心。

優(yōu)選地，在上述高阻抗表面結(jié)構(gòu)中，所述貼片單元通過(guò)PCB印制而成，所述介質(zhì)板為PCB板的襯底。

本發(fā)明提供的高阻抗表面結(jié)構(gòu)，包括絕緣材質(zhì)的介質(zhì)板，介質(zhì)板的一側(cè)表面周期性排列有多個(gè)金屬材質(zhì)的貼片單元，介質(zhì)板的另一側(cè)表面鋪設(shè)有與貼片單元材質(zhì)相同的底部金屬層，介質(zhì)板設(shè)有與多個(gè)貼片單元一一對(duì)應(yīng)的過(guò)孔，每個(gè)過(guò)孔的一端連接于貼片單元且另一端連接于底部金屬層，過(guò)孔內(nèi)填充有與貼片單元材質(zhì)相同的金屬，每相鄰兩個(gè)貼片單元之間連接有電容，每個(gè)貼片單元包括中心貼片和與中心貼片相連的多個(gè)分支貼片，分支貼片還連接有一個(gè)或多個(gè)末端貼片，貼片單元為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，相鄰末端貼片之間連接有電感。

該高阻抗表面結(jié)構(gòu)是由金屬材料和絕緣介質(zhì)材料組合而成的周期性陣列結(jié)構(gòu)，它可以等效為一系列的電阻(R)、電感(L)以及電容(C)的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對(duì)于在給定頻率的射頻磁場(chǎng)的波阻抗近似無(wú)限大，因此，當(dāng)射頻磁場(chǎng)傳播到該結(jié)構(gòu)表面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)全反射，從而增強(qiáng)了目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)，同時(shí)避免電磁波傳播到磁體腔中，避免了渦流效應(yīng)帶來(lái)的射頻磁場(chǎng)劣化的問(wèn)題，進(jìn)而使射頻線圈的信噪比大大提高，該高阻抗表面結(jié)構(gòu)適用于對(duì)單邊核磁共振射頻磁場(chǎng)的反射。

本發(fā)明還提供了一種包括上述高阻抗表面結(jié)構(gòu)的單邊核磁共振傳感器。該單邊核磁共振傳感器產(chǎn)生的有益效果的推導(dǎo)過(guò)程與上述高阻抗表面結(jié)構(gòu)帶來(lái)的有益效果的推導(dǎo)過(guò)程大體類似，故本文不再贅述。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例中的高阻抗表面結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例中的高阻抗表面結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖；

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例中的單個(gè)的貼片單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1至圖3中：

1-貼片單元、2-介質(zhì)板、3-過(guò)孔、4-電容、5-底部金屬層、6-電感、11-中心貼片、12-分支貼片、13-末端貼片。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心在于提供一種適用于對(duì)單邊核磁共振射頻磁場(chǎng)的反射的高阻抗表面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可提高目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的射頻磁場(chǎng)，并且阻止射頻磁場(chǎng)進(jìn)入到磁體腔中，從而大大提高射頻線圈的信噪比。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖3，圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例中的高阻抗表面結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例中的高阻抗表面結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖，圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例中的單個(gè)的貼片單元結(jié)構(gòu)示意圖。

在一種具體實(shí)施例方案中，本發(fā)明提供了一種高阻抗表面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括絕緣材質(zhì)的介質(zhì)板2，介質(zhì)板2的一側(cè)表面周期性排列有多個(gè)金屬材質(zhì)的貼片單元1，介質(zhì)板2的另一側(cè)表面鋪設(shè)有與貼片單元1材質(zhì)相同的底部金屬層5，介質(zhì)板2設(shè)有與多個(gè)貼片單元1一一對(duì)應(yīng)的過(guò)孔3，每個(gè)過(guò)孔3的一端連接于貼片單元1且另一端連接于底部金屬層5，過(guò)孔3內(nèi)填充有與貼片單元1材質(zhì)相同的金屬，每相鄰兩個(gè)貼片單元1之間連接有電容4，每個(gè)貼片單元1包括中心貼片11和與中心貼片11相連的多個(gè)分支貼片12，分支貼片12還連接有一個(gè)或多個(gè)末端貼片13，貼片單元1為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，相鄰末端貼片13之間連接有電感6。

該高阻抗表面結(jié)構(gòu)是由金屬材料和絕緣介質(zhì)材料組合而成的周期性陣列結(jié)構(gòu)，它可以等效為一系列的電阻(R)、電感(L)以及電容(C)的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對(duì)于在給定頻率的射頻磁場(chǎng)的波阻抗近似無(wú)限大，即反射系數(shù)很大，因此，當(dāng)射頻磁場(chǎng)傳播到該結(jié)構(gòu)表面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)全反射，從而增強(qiáng)了目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)，同時(shí)避免電磁波傳播到磁體腔中，避免了渦流效應(yīng)帶來(lái)的射頻磁場(chǎng)劣化的問(wèn)題，進(jìn)而使射頻線圈的信噪比大大提高，該高阻抗表面結(jié)構(gòu)適用于對(duì)單邊核磁共振射頻磁場(chǎng)的反射。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明提供的高阻抗表面結(jié)構(gòu)作為射頻磁場(chǎng)的反射板結(jié)構(gòu)，其是由多個(gè)相同的單元結(jié)構(gòu)周期性排列形成的。多個(gè)貼片單元1可以周期性排列成矩形陣列或圓環(huán)形陣列，或者其他形狀的陣列，優(yōu)選地，本方案中的多個(gè)貼片單元1的結(jié)構(gòu)相同并且周期性排列成矩形陣列，如圖1所示。

其中，貼片單元1是由金屬導(dǎo)體構(gòu)成的，優(yōu)選通過(guò)PCB(印制電路板)印制而成，PCB印制的貼片單元1厚度較薄，可提高阻抗，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以通過(guò)其他加工方法制作貼片單元1，本文不再贅述。

介質(zhì)板2采用絕緣材料制作而成，優(yōu)選采用PCB板的襯底，如此設(shè)置，可以一次性加工形成介質(zhì)板2和貼片單元1，簡(jiǎn)化了加工工藝。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以使用其他絕緣材料來(lái)制作介質(zhì)板2，例如陶瓷、塑膠等。

底部金屬層5的材質(zhì)與貼片單元1的金屬材料一致，如圖2所示，底部金屬層5為一整塊金屬片層，介質(zhì)板2上表面的每個(gè)貼片單元1均通過(guò)介質(zhì)板2中對(duì)應(yīng)的的過(guò)孔3與介質(zhì)板2下表面的底部金屬層5相連，且過(guò)孔3中填充了金屬，該金屬也與貼片單元1的金屬材料一致，每相鄰兩個(gè)貼片單元1之間通過(guò)電容4相連，每個(gè)貼片單元1內(nèi)部串聯(lián)有電感6。其中，每個(gè)貼片單元1中連接的電感6的大小和電容4的大小需要根據(jù)實(shí)際射頻磁場(chǎng)的頻率而定，反射不同的頻率的電磁波，只需要調(diào)節(jié)電感6和電容4的值。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中的貼片單元1可以設(shè)計(jì)為多種形狀結(jié)構(gòu)，其分支貼片12的數(shù)量為多個(gè)，一般可以為4個(gè)、6個(gè)、8個(gè)或更多個(gè)，當(dāng)然，也可以設(shè)計(jì)為奇數(shù)個(gè)，多個(gè)分支貼片12對(duì)稱連接于中心貼片11四周，以保證貼片單元1整體為一個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的片狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，本方案中每個(gè)貼片單元1包括四個(gè)均勻連接于中心貼片11周向的分支貼片12，如圖3所示，每個(gè)分支貼片12為長(zhǎng)條形矩形貼片，可見，四個(gè)分支貼片12組成了一個(gè)十字形的結(jié)構(gòu)，中心貼片11則位于該十字形交叉結(jié)構(gòu)的中心處，每個(gè)分支貼片12的端部連接于中心貼片11并且沿長(zhǎng)度方向連接有多個(gè)末端貼片13，末端貼片13對(duì)稱分布于分支貼片12的兩側(cè)，末端貼片13為長(zhǎng)條形矩形貼片并且與分支貼片12垂直交叉。如此設(shè)置，就可以保證連接有末端貼片13之后的分支貼片12仍然保證對(duì)稱結(jié)構(gòu)。由圖3可見，多個(gè)末端貼片13沿其自身的長(zhǎng)度方向延長(zhǎng)之后，可以組成正方形框架結(jié)構(gòu)，從而使得單個(gè)貼片單元1的外輪廓為方形結(jié)構(gòu)，便于多個(gè)貼片單元1按照矩形陣列進(jìn)行周期性排列。

優(yōu)選地，本方案中的過(guò)孔3的軸線垂直于底部金屬層5，底部金屬層5與貼片單元1平行布置，底部金屬層5和貼片單元1均貼合在介質(zhì)板2的表面。進(jìn)一步地，過(guò)孔3連接于貼片單元1的中心，當(dāng)然，過(guò)孔3還可以連接到貼片單元1的其他位置。

需要說(shuō)明的是，本方案中的電感6和電容4的確定以仿真為主，其設(shè)計(jì)思路具體為：首先確定一個(gè)反射板結(jié)構(gòu)及參數(shù)(如圖1中的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，每個(gè)貼片單元1的具體尺寸是可以調(diào)節(jié)的，基底的介質(zhì)板2的材料及厚度也是可以選擇的)，然后采用頻率掃描法仿真該結(jié)構(gòu)對(duì)于電磁波的折反射系數(shù)，這時(shí)可以得到該結(jié)構(gòu)在某個(gè)頻率點(diǎn)處的反射系數(shù)最大(該頻率不一定是用戶需要的射頻磁場(chǎng)的頻率點(diǎn))。因此，為了調(diào)節(jié)反射系數(shù)最大的頻率點(diǎn)，需要采用串并聯(lián)電感電容的形式，首先是在相鄰貼片單元1之間串接電容4，通過(guò)對(duì)串接電容4大小進(jìn)行優(yōu)化，可以尋找到一個(gè)合適的電容4使其能夠滿足條件(在目標(biāo)頻率下反射板結(jié)構(gòu)的反射系數(shù)最大，以接近全反射為最佳)。此時(shí)，計(jì)算的電容4在頻率較低的情況下一般很大，為了降低串接的電容4的大小，本發(fā)明采用了增加系統(tǒng)電感6的方式，也就是在每個(gè)貼片單元1結(jié)構(gòu)內(nèi)部通過(guò)串聯(lián)電感的方式。本方案通過(guò)等效電路的方法經(jīng)過(guò)初步計(jì)算，大致確定合適的電容4(根據(jù)實(shí)際能夠加工的大小及成本)下對(duì)應(yīng)的電感6大小。然后，再結(jié)合選定的電感6和電容4進(jìn)行仿真，確定對(duì)應(yīng)的反射頻率點(diǎn)。最后對(duì)電感6和電容4在對(duì)應(yīng)的可調(diào)范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化仿真，得到最終的電感6和電容4的大小。

本發(fā)明還提供了一種包括上述高阻抗表面結(jié)構(gòu)的單邊核磁共振傳感器。該單邊核磁共振傳感器產(chǎn)生的有益效果的推導(dǎo)過(guò)程與上述高阻抗表面結(jié)構(gòu)帶來(lái)的有益效果的推導(dǎo)過(guò)程大體類似，故本文不再贅述。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。