CN106299708A - 低场核磁共振天线 - Google Patents
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Abstract
低场核磁共振天线，该天线是一种作用在5Mhz‑10Mhz核磁共振天线。该天线包括装由螺旋线圈、谐振电容、基板、SMA接口和理想地平面。该天线在空间电磁波的激励下会产生纳伏级的电压。螺旋线圈贴片曲率是非均匀的，贴片具有一定的宽度，1mm的金属贴片谐振电容和螺旋线圈贴片连接在一起公共构成谐振单元。贴片放置在FR4材料上。理想地平面是一个更大的贴片在天线基板的下表面。本发明能够用于接收水分子被激发后产生的微弱信号。天线体积小，便携，减少天线结构的复杂度和对天线精度的限制，从而减少天线的制作成本及核磁共振设备移动性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及医疗检测和水资源的检测领域，可应用于人体病灶组织的检测，地质测量中水资源的探测领域等。
背景技术
本发明天线是用于接收水分子在强电压产生的电磁波环境下水分子产生的射电信号。如今的天线在成像方面已经有很好的效果，但是这些天线结构性复杂，价格昂贵。比如，现在医院的核磁共振设备大多采用梯度场线圈和射频线圈，其构造原理和对射频线圈的灵敏度的要求非常高，导致天线设备成本也随之提高。所以，本发明重在减少天线结构的复杂度和对天线精度的限制，从而减少天线的制作成本。
发明内容
本发明解决的主要技术问题是提供一种可接受低频信号的天线，用于接收水分子被激发后产生的微弱信号。天线体积小，便携，减少天线结构的复杂度和对天线精度的限制，从而减少天线的制作成本及核磁共振设备移动性差的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是低场核磁共振天线，该天线是一种作用在5Mhz-10Mhz核磁共振天线。该天线包括装由螺旋线圈、谐振电容、基板、SMA接口和理想地平面。该天线在空间电磁波的激励下会产生纳伏级的电压。螺旋线圈贴片曲率是非均匀的，贴片具有一定的宽度，1mm的金属贴片谐振电容和螺旋线圈贴片连接在一起公共构成谐振单元。贴片放置在FR4材料上。理想地平面是一个更大的贴片在天线基板的下表面。
螺旋线圈是非均匀曲率的，即相同半径处曲率不同并从透镜中心向外随着半径的增大曲率逐渐减小。螺旋线圈和谐振电容之间的结构设计成串联结构，如图1所示，这样可以使线圈尽可能大的接收水分子发出的信号；螺旋线圈的环形贴片圈数为4圈，贴片的厚度为55μm，每个圈螺旋贴片的宽度为1mm，且环形贴片之间的距离小于1mm，四圈的设计能够更好地减少在接收信号过程中产生耦合相互抵消的情况。设计线圈的中心到最内层线圈贴片圆环的距离和线圈环形贴片之间的距离比值≥5，此时可以获得较好的感应电压。螺旋线圈贴片在基板上表面与谐振电容构成谐振电路。螺旋线圈的环状贴片有一定的距离限制如权利要求书所述。金属贴片边框与螺旋线圈贴片光滑连接，避免了传导损耗，下文会对谐振电容具体描述。
所述的天线基板材质是FR4。基板大小为50mm*40mm*1.6mm，基板中有金属材质充当连接上下表面的过孔，基板上下表面分别是螺旋线圈，谐振电容和理想地平面。本发明的螺旋线圈由铜质贴片线圈组成，每个线圈均匀分布在基板上表面，基板的下表面由相同材质贴片覆盖充当理想地平面。其中上下表面的贴片都由厚度为55um的铜质贴片组成。
所述的低频核磁共振天线的谐振电容是放置在基板上表面和螺旋贴片相连的金属贴片，谐振电容的尺寸为5mm*4mm，厚度为55um的金属贴片分布在螺旋的末端，如图1所示。谐振电容与螺旋线圈共同作用接收水分子被激发的信号可以产生纳伏级的电压，谐振电容与螺旋线圈光滑连接。
所述的过孔是用于连接上下表面的金属铜质导体，过孔是圆柱形结构，厚度为70um，位于螺旋线圈的初始端。
所述的理想地平面是与上表面金属贴片相同材质的金属铜贴片，大小为50mm*40mm，厚度为55um。理想地平面在基板的下表面，且整个基板下表面都由铜质贴片覆盖。
附图说明
图1为螺旋线圈和谐振电容之间的结构。
图2为核磁共振天线的结构。
图中：1、螺旋线圈，2、谐振电容，3、基板，4、理想地平面，5、过孔，6、SMA接口
具体实施方式
如图1、2所示，本发明的一种核磁共振天线可以作用在5Mhz-10Mhz波频段成像，包括螺旋线圈(1)、谐振电容(2)、基板(3)、理想地平面(4)、过孔(5)，SMA接口(6)。低场核磁共振天线由上到下表面的依次是螺旋线圈(1)、谐振电容(2)、基板(3)、理想地平面(4)。螺旋线圈(1)和谐振电容在基板(3)的上表面，理想地平面(4)在基板(3)的下表面，中间由过孔(5)连接，SMA接口(6)在基板的边缘。螺旋线圈(1)、谐振电容(2)、理想地平面(4)均由铜质贴片组成，上表面是螺旋线圈(1)和谐振电容(2)，下表面是理想地平面(4)。整个天线的构造简单，便于生产制造。
螺旋线圈(1)是非均匀曲率的，即相同半径处曲率不同并从透镜中心向外随着半径的增大曲率逐渐减小，多匝环状贴片能增加天线的谐振强度。螺旋线圈(1)的贴片宽度为1mm，环状贴片之间的距离为1mm，该距离宽度可以更好的匹配出s参数，环状贴片的圈数设计为4圈，输入阻抗在50欧左右，线圈的中心到最内层线圈的距离和线圈环形贴片之间的距离比值≥5。螺旋线圈(1)贴片在基板上表面与谐振电容(2)构成谐振电路。螺旋线圈与基板边缘之间的距离要求大于1mm。金属贴片边框与螺旋线圈(1)贴片光滑连接，避免了传导损耗。
谐振电容是一种长方形金属边框结构，边框结构的尺寸是5mm*4mm，具体设计在螺旋贴片的末端，谐振电容的厚度为55um，谐振电容(2)和螺旋线圈(1)的环状贴片的末端连接在一起，连接的方式光滑，减少额传导损耗。边框的材质与螺旋线圈(1)的材质相同。
基板(3)采用FR4材料，基板(3)的电导率设计在4.4us/m。基板(3)是长方体结构，基板(3)的尺寸为50mm*40mm*1.6mm，采用FR4材料，尽可能的减小天线上下表面在电磁环境下的干扰。基板(3)的中间由过孔连接基板的上下两个表面。
理想地平面(4)作为天线的接地面，大小为50mm*40mm，设计中将基板的下表面全部敷铜，理想地平面的敷铜厚度为55um。
过孔(5)是连接上下表面金属贴片的通路，设计成圆柱结构，半径为1mm，以便减少在谐振过程中产生的损耗。
SMA接口(6)连接在谐振电容的边缘，大小为4mm*4mm，用于引出谐振电压。
本发明的低场核磁共振天线用于接收的中心频率在5Mhz，即波长为60米的平面波激励的情况下能够产生几nv到几百nv的电压，电压的变化范围随着水分子被激发信号的增加而会在几nv到几百nv范围内变化。
Claims (8)
1.低场核磁共振天线，其特征在于：该天线是一种核磁共振天线能够作用在5Mhz-10Mhz波频段成像，包括螺旋线圈(1)、谐振电容(2)、基板(3)、理想地平面(4)、过孔(5)，SMA接口(6)；低场核磁共振天线由上到下表面的依次是螺旋线圈(1)、谐振电容(2)、基板(3)、理想地平面(4)；螺旋线圈(1)和谐振电容在基板(3)的上表面，理想地平面(4)在基板(3)的下表面，中间由过孔(5)连接，SMA接口(6)在基板的边缘；螺旋线圈(1)、谐振电容(2)、理想地平面(4)均由铜质贴片组成，上表面是螺旋线圈(1)和谐振电容(2)，下表面是理想地平面(4)。
2.根据权利要求1所述的低场核磁共振天线，其特征在于：螺旋线圈(1)是非均匀曲率的，即相同半径处曲率不同并从透镜中心向外随着半径的增大曲率逐渐减小，多匝环状贴片能增加天线的谐振强度；螺旋线圈(1)的贴片宽度为1mm，环状贴片之间的距离为1mm，该距离宽度可以更好的匹配出s参数，环状贴片的圈数设计为4圈，输入阻抗在50欧左右，线圈的中心到最内层线圈的距离和线圈环形贴片之间的距离比值≥5；螺旋线圈(1)贴片在基板上表面与谐振电容(2)构成谐振电路；螺旋线圈与基板边缘之间的距离要求大于1mm；金属贴片边框与螺旋线圈(1)贴片光滑连接，避免了传导损耗。
3.根据权利要求1所述的低场核磁共振天线，其特征在于：谐振电容(2)是一种长方形金属边框结构，边框结构的尺寸是5mm*4mm，具体设计在螺旋贴片的末端，谐振电容的厚度为55um，谐振电容(2)和螺旋线圈(1)的环状贴片的末端连接在一起，连接的方式光滑，减少额传导损耗；边框的材质与螺旋线圈(1)的材质相同。
4.根据权利要求1所述的低场核磁共振天线，其特征在于：基板(3)采用FR4材料，基板(3)的电导率设计在4.4us/m；基板(3)是长方体结构，基板(3)的尺寸为50mm*40mm*1.6mm，采用FR4材料，尽可能的减小天线上下表面在电磁环境下的干扰；基板(3)的中间由过孔连接基板的上下两个表面。
5.根据权利要求1所述的低场核磁共振天线，其特征在于：理想地平面(4)作为天线的接地面，大小为50mm*40mm，设计中将基板的下表面全部敷铜，理想地平面的敷铜厚度为55um。
6.根据权利要求1所述的低场核磁共振天线，其特征在于：过孔(5)是连接上下表面金属贴片的通路，设计成圆柱结构，半径为1mm，以便减少在谐振过程中产生的损耗。
7.根据权利要求1所述的低场核磁共振天线，其特征在于：SMA接口(6)连接在谐振电容的边缘，大小为4mm*4mm，用于引出谐振电压；。
8.根据权利要求1所述的低场核磁共振天线，其特征在于：该天线用于接收的中心频率在5Mhz，即波长为60米的平面波激励的情况下能够产生几nv到几百nv的电压，电压的变化范围随着水分子被激发信号的增加而会在几nv到几百nv范围内变化。
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