技术领域
[0001] 下文涉及射频（RF）技术、
磁共振成像和波谱分析技术和相关技术。
背景技术
[0002] 磁共振（MR）成像是一种已知的医疗成像技术，也用于兽医成像和其他成像应用中，例如表征考古学伪影。MR实验室通常采用各种射频通信链路和系统。作为例示性范例，MR实验室可以采用：通过RF发射与MR
电子器件通信的无线MR接
收线圈；无线电子患者监测装置，例如
心电图（ECG或EKG）装置、呼吸监测装置等等；或无线
治疗装置，例如用于静脉
流体输送的输注
泵。
[0003] MR实验室环境对无线RF通信带来重大挑战。MR系统采用产生大量RF干扰(RFI)的
磁场梯度和RF励磁线圈。而且，MR实验室通常在可以放大多径传输问题的RF屏蔽室中。对于给定的RF通信系统，RFI或多径传输可能导致弱的或检测不到
信号强度的间隔。任何RF通信系统中都不希望这种信号下降，其在RF通信系统输送关键的患者数据时可能是特别有问题的。
[0004] MR环境也有利于较小的电子系统。例如，无线MR接收线圈或患者监测装置优选是紧凑的，既方便又有效地利用有限空间，因为较小的设备往往很少让患者胆怯。这些因素有利于较小的RF接收系统，不过其可能恶化RFI和多径传输问题。
[0005] 虽然RF环境对RF通信特别具有挑战性，但更为普遍的是，所公开的分集无线电接收机系统适合用于任何关注弱的或丢失的RF信号下降的可能性的环境中。例如所公开的分集RF接收机系统一般适合用于医院环境中，或应急通信系统、蜂窝电话系统中等。
[0006] 下文提供了几种如这里所公开的新型及改善的设备和方法。
发明内容
[0007] 根据一个公开的方面，一种设备包括分集无线电接收机系统，包括：射频（RF）
电路板；设置于所述RF
电路板上的多个RF接收机；以及设置于所述RF电路板上的切换电路，所述切换电路包括传输线和
开关，所述开关将每个RF接收机与（1）多个天线的
选定一个天线，以及（2）阻抗匹配电路连接，所述阻抗匹配电路提供所述选定一个天线与所述RF接收机的阻抗匹配。在一些
实施例中，切换电路的阻抗匹配电路包括阻抗匹配传输线短线（stubs）。
[0008] 根据另一个公开的方面，一种设备包括分集无线电接收机系统，包括：射频（RF）电路板；设置于所述RF电路板上的多个RF接收机；设置于所述RF电路板上的切换电路；以及信号选择器，从所述多个RF接收机接收信号并输出从所接收信号选择的一个。切换电路包括传输线和开关，开关将每个RF接收机与（1）多个天线的选定一个天线，以及（2）提供选定一个天线与RF接收机的阻抗匹配的阻抗匹配电路连接。该切换电路被配置成实现多种可选择的开关配置，每种开关配置将所述多个RF接收机的每个RF接收机与所述多个天线的选定天线连接。
[0009] 根据另一个公开的方面，一种设备包括分集无线电接收机系统，包括：设置于RF电路板上的多个射频（RF）接收机，以及切换电路，包括传输线和开关，所述传输线将所述RF接收机与天线连接，所述开关用于切换天线/RF接收机连接以实现接收机空间分集(diversification)。该切换电路还包括阻抗匹配电路，协同天线/RF接收机连接的切换而切换阻抗匹配电路，以维持天线/RF接收机连接的阻抗匹配。
[0010] 根据另一个公开的方面，紧前方三段的任一段所述的设备还包括无线MR接收线圈，其被配置成接收MR信号并发射对应于所接收MR信号的RF信号，其中所述分集无线电接收机系统被配置成接收由所述无线MR接收线圈发射的RF信号。根据另一个公开的方面，紧前方三段的任一段所述的设备还包括磁共振（MR）扫描机和无线MR接收线圈，被布置成接收MR扫描机在受检者体内激励的MR信号并发射对应于所接收MR信号的RF信号，其中所述分集无线电接收机系统被配置成接收由所述无线MR接收线圈发射的RF信号。根据另一个公开的方面，紧前方三段的任一段所述的设备还包括RF屏蔽房间和设置于所述RF屏蔽房间中的磁共振（MR）扫描机，其中所述分集无线电接收机系统设置于所述RF屏蔽房间中并被配置成接收由设置于所述RF屏蔽房间中的无线电子装置发射的RF信号。
[0011] 一个优点在于提供了一种分集无线电接收机系统，其对射频干扰（RFI）和多径传播而言是鲁棒的。
[0012] 另一个优点在于减少了分集无线电接收机系统的制造成本。
[0013] 另一个优点在于减少了分集无线电接收机系统布设的
覆盖区面积。
[0014] 另一个优点在于更紧凑的无线电通信装置。
[0015] 在阅读和理解以下详细描述之后，其他优点对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。
附图说明
[0016] 图1示意性地示出了包括无线MR接收线圈和对应的分集无线电接收机系统的磁共振(MR)系统。
[0017] 图2和3示意性地示出了图1的分集无线电接收机系统的布设。图2示出了第一开关配置的布设，图3示出了第二开关配置的布设。
[0018] 图4示意性地示出了包括N个接收机和M个可用天线的分集无线电接收机系统的广义布设。
具体实施方式
[0019] 参考图1，磁共振(MR)实验室包括MR扫描机10，例如图示的AchievaTM MR扫描TM机（可从荷兰Eindhoven的Koninklijke Philips Electronics N.V.获得），或Intera 或TM
Panorama MR扫描机（二者也都可从Koninklijke Philips Electronics N.V.获得），或另一种可以买到的MR扫描机，或非商用的MR扫描机等。在典型实施例中，MR扫描机包括内部部件（未示出），例如超导主磁体或产生静态(Bo)磁场的
电阻主磁体、将所选的
磁场梯度叠加在静态磁场上的一组磁场
梯度线圈绕组以及在激励磁共振的所选
频率上产生射频
1
(Bi)场的射频激励系统（通常为 H磁共振，尽管也想到过另一磁共振核或多个磁共振核的激励）。
[0020] 图1中示意性地示出了MR系统电子装置12。这些电子装置12驱动或操作MR扫描机10，或其中的部件，以执行各种操作，例如实施脉冲序列，包括应用设计为激励、
定位、
空间编码的磁场梯度和射频激励脉冲，或于设置在孔14或MR扫描机10的其它
检测区域的受检者中以其他方式创建并操纵磁共振。磁共振信号由MR接收线圈16检测，其在示意性实施例中是无线MR接收线圈，包括内部部件（未示出），例如模拟-数字转换电路和
数字信号处理（DSP）电路，其配置成对MR信号进行数字化、将MR信号变换成中间频率和/或执行过滤和/或MR信号的其他任选的预处理，并发送对应于接收MR信号的射频(RF)信号。通常，MR接收线圈16发出的信号是数字信号，包括千兆赫兹范围内（例如，在一些实施例中为2.4GHz），携带由适当的数字调制技术，例如幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、
正交相移键控（QPSK）、偏移
正交相移键控（OQPSK）等，编码到载波上的接收和处理的MR信号的载波。或者，想到过无线MR接收线圈16完全在模拟模式下操作，并发送包括由接收和处理的MR信号调制的载波的RF信号，采用适当的模拟调制技术，例如调幅(AM)、调频(FM)等等，将MR信号调制到载波上。
[0021] 在电子装置12处，分集无线电接收机系统20接收无线MR接收线圈16发出的信号。电子装置12还包括部件（未示出），例如：被配置成从适当的空间编码的MR信号重构受检者的MR图像的MR图像重构模
块或电路；用于存储所获的MR信号和/或重构图像的电子的、磁的、光学的或其他的存储装置等等。在示意性MR实验室中，采用计算机22提供人与MR系统10、12的
接口以及MR系统10、12的控制（例如，放射科医生或其他人工操作员坐在示意性凳子24上），计算机22包括显示装置26或可操作地与显示装置26连接，显示装置用于显示重构的MR图像、MR
光谱，或其他的MR数据。任选地，计算机22也可以被编程为提供MR系统功能，例如实施图像重构模块。MR实验室适当地封闭在一个RF屏蔽室28中（图1中示意性地示出）。
[0022] 图1示出了在MR实验室的语境中，本文所公开的分集无线电接收机系统20的适当应用。将会认识到，适于结合无线MR接收线圈采用本文所公开的分集无线电接收机系统，并与实质上任何类型的MR扫描机组合，例如示意性的
水平圆柱膛型MR扫描机10中，或垂直膛MR扫描机、开路膛MR扫描机等。这种MR环境正给RF通信带来挑战，至少由于产生射频干扰(RFI)的设备10、12、22的紧密临近以及在RF屏蔽室28定义的RF限制空间中的多径传输的倾向。更一般地，通常将所公开的分集无线电接收机系统应用于无线电系统和通常采用无线电通信的装置。为了提供一些额外的示意性应用，适当地应用本文所公开的分集无线电系统接收由患者监测装置发送的无线信号（在MR实验室的RF屏蔽室28内或其他地方，例如在医院病房中），或在蜂窝电话中接收蜂窝塔的无线信号等。能够有利地紧凑地构造本文所公开的分集无线电接收机系统，例如在单个RF电路板上制造，能够有利地提供高于设置在电路板上的RF接收机数目的阻抗匹配的RF接收路径，于是降低成本。
[0023] 参考图2和3，以布设的形式示出了示意性分集无线电接收机系统20。该分集无线电接收机系统20设置在单个射频电路板30上，并包括两个无线电接收机32、34。RF接收机32在此也被称为“RX1”，而RF接收机34在此也被称为“RX2”。通过包括传输线T1、T2、T3、T4和开关SW1、SW2的切换电路，将分集无线电接收机系统20耦合到两个天线36、38上。在此示意性实施例中，切换电路提供两种开关配置，如下所示。
[0024] 在第一开关配置中（图2中所示），经由传输线Tl和开关SW1将第一RF接收机32（即RX1)与第一天线36连接，并经由传输线T2和开关SW2将第二RF接收机34（即RX2）与第二天线38连接。
[0025] 在第二开关配置中（图3中所示），经由传输线T3和开关SW2将第一RF接收机32（即RX1）与第二天线38连接，并经由传输线T4和开关SW1将第二RF接收机34（即RX2）与第一天线36连接。
[0026] 因此，图2和3中的分集无线电接收机系统提供了四条可能信号接收路径-两条由图2中的第一开关配置提供，两条由图3中的第二开关配置提供。然而，仅两条信号接收路径在任何给定的时刻是可用的。信号选择器40从两个RF接收机32、34接收信号并输出接收信号中的一个选择信号，作为
输出信号42。通常，输出信号由信号选择器40选择，作为从RF接收机32、34接收的两个信号中的“更强的”信号，其中信号强度由合适的度量测量，例如平均器或积分的信号功率。
[0027] 在一些实施例中想到过将信号选择器40与某些采集后处理集成。例如，想到过通过两个接收机32、34从信号输出提取数字数据，基于从提取的数字数据确定的数字数据信息内容确定信号强度并做出信号选择。（注意，这种方法假定分集无线电接收机系统正在接收数字RF传输；在模拟替代方案中，可以采
用例如光谱内容度量的度量）。
[0028] 如果接收机32、34都不提供可接受的信号，那么信号选择器40就适当地触发切换两个开关SW1、SW2的开关配置选择
控制器44，以便从当前开关配置(要么是第一开关配置，要么是第二开关配置)切换到另一个开关配置。或者，如果输入数据率（例如，对于二进制数据为比特/秒）的速率与分集无线电接收机系统20的开关SW1、SW2能达到的转换速率相比足够慢，那么在替代实施例中，开关配置选择控制器44就可以操作“开路”，即在远高于输入数据率的恒定切换速率下在第一和第二开关配置间切换，以便信号选择器40有效地
采样所有四个可能信号接收路径并选择四个接收信号中的最强信号。在此替代方法中，可以任选地省略从信号选择器40到图2和3中指出的开关配置选择控制器44的通信。
[0029] 所公开的分集无线电接收机系统采用切换电路以提供更多的分集信号接收路径。虽然这是有利的，但在此意识到该方法可能引入有问题的阻抗失配。这是因为在任何给定的开关配置中，不与天线连接的传输线（或其中的部分）与RF接收机保持连接。例如，考虑图2中的第一开关配置。第一RF接收机32经由传输线T1与第一天线36连接；但是，第一RF接收机32在开关SW2处还与传输线T3连接，直到它的开路电路终端。同样，第二RF接收机34经由开关SW2与第二天线38连接；但是，第二RF接收机34在开关SW1处还与传输线T4连接，直到它的开路电路终端。同样，考虑图3中的第二开关配置。这里，第一RF接收器32经由传输线T3与第二个天线38连接；但是，第一RF接收机32在开关SW1处还与传输线T1连接，直到它的开路电路终端。同样，第二RF接收机34经由开关SW1与第一天线36连接；但是，第二RF接收机34在开关SW2处还与传输线T2连接，直到它的开路电路终端。
[0030] 这些连接的“开路”传输线的作用是他们影响了RF接收机32、34所见的输入阻抗。在RF电路中，传输线常规地构造成具有50欧姆实阻抗（具有零欧姆电抗或虚数分量）。（更一般地，想到过为分集无线电接收机系统20采用除50欧姆以外阻抗的非标准传输线；但是，即使在这种更一般情况下，也期望传输线与RF接收机相匹配）。连接的“开路”传输线产生如在RF接收器32、34的输入端所见的不同阻抗。这种阻抗失配会大幅度降低RF
信号传输，并因此降低分集无线电接收机系统的性能。
[0031] 分集无线电接收机系统20包括阻抗匹配电路，以补偿连接的“开路”传输线。在示意性实施例中，阻抗匹配电路包括四个阻抗匹配短线ST1、ST2、ST3、ST4。阻抗匹配短线ST1、ST2、ST3、ST4由设置在印刷电路板30上的特定长度的
铜（或，更一般地是电导体）制成。短线ST2、ST3、ST4适当地具有短接的负载（即，负载ZL=0），尽管想到过采用具有开路负载（ZL= ∞）、电阻负载（ZL是实值）等的短线。此外，尽管示意性的分集无线电接收机系统20采用阻抗匹配传输线短线ST1、ST2、ST3、ST4作为阻抗匹配电路，但是也想到过采用另一阻抗匹配电路，例如阻抗匹配LC网络电路。
[0032] 使用四个短线ST1、ST2、ST3、ST4是因为在图2和3的两个开关配置中有四个潜在“开路”传输线。在图2的第一开关配置中，“开路”传输线T3和T4由各自的短线ST1和ST2补偿。在图3的第二开关配置中，“开路”传输线T1和T2由各自的短线ST3和ST4补偿。短线ST1、ST2、ST3、ST4包括开关，以仅在短线对应的传输线“开路”时，即不与天线连接时，使每个短线切换进电路。因此，在图2的第一开关配置中，短线ST1、ST2被切换进电路时，短线ST3、ST4却被切换出（即，与电路分离）。在图3的第二开关配置中，短线ST3、ST4被切换进电路时，短线ST1、ST2却被切换出（即，与电路分离）。通过开关配置选择控制器44一起并同步操作短线ST1、ST2、ST3、ST4的开关和开关SW1、SW2以实施图2和3中示出的两个各自的开关配置，开关配置包括对应的阻抗匹配短线对“开路”传输线的适当的补偿。
[0033] 尽管图2和3中将开关配置选择控制器44示为设置在RF电路板30上的部件，但在一些实施例中，开关配置选择控制器44可以被实现为
软件模块或部件，例如发送开关
控制信号的
微处理器或
微控制器。在这种实施例中，实现开关配置选择控制器44的微处理器或微控制器可以位于RF电路板30上或板外（例如，在分集无线电接收机系统的另一电路板部件上，或作为可操作地与分集无线电接收机系统连接并运行适当的控制软件等的计算机的部分）。
[0034] 阻抗匹配传输线短线ST1、ST2、ST3、ST4可以由
刻蚀到RF电路板30上的某种已知长度的铜制成。这种刻蚀可以在同一时间，同一处理步骤中进行，因为那用于形成传输线T1、T2、T3、T4。基于传输线T1、T2、T3、T4的布设（例如长度），常规RF电路设计技术适当地确定适于提供抗阻匹配的铜的长度。例如，可以利用史密斯圆图分析确定抗阻匹配短线ST1、ST2、ST3、ST4的适当长度。在典型的布设中，“开路”传输线与连接RF接收机和天线的传输线相交。例如，在图2的第一开关配置中，“开路”传输线T3与连接第一天线36和第一RF接收机32的传输线T1相交。该相交的“开路”传输线T3的作用是
修改如RF接收机32所见的传输线的阻抗。可以利用史密斯圆图表达相交的传输线T3创造的特性阻抗(Z)，并在两个传输线T1、T3相交时解释(Z)的变化。于是可以使用史密斯圆图确定用于补偿相交的“开路”传输线T3的对应的阻抗匹配短线ST1的适当长度的铜，以便确保50欧姆（假定常规的50欧姆传输线设计）阻抗(Z)将由图2的第一开关配置中的RF接收机32的输入端所见。进行类似的设计以使：短线ST2，补偿相交的传输线T4对连接第二天线38和图2的第一开关配置中的第二RF接收机34的传输线T2的作用；短线ST3，补偿相交的传输线T1对连接第二天线38和图3的第二开关配置中的第一RF接收机32的传输线T3的作用；以及短线ST4，补偿相交的传输线T2对连接第一天线36和图3的第二开关配置中的第二RF接收机34的传输线T4的作用。
[0035] 如果阻抗匹配电路不是短线，那么设计就需要选择适当的分立部件（例如LC阻抗匹配电路中的电感L和电容C）以提供适当的补偿抗阻。此外，应该注意的是，各种沿着其对应的传输线的阻抗匹配电路ST1、ST2、ST3、ST4的
位置是灵活的，尽管所选的位置可以影响适于补偿“开路”传输线的短线的长度（或更一般地，适当的补偿阻抗值）。作为例示性范例，图2和3示出了短线ST4位于传输线T2、T4的相交部分与第二RF接收机34之间；不过，短线可以改为位于开关SW2和传输线T2、T4的相交部分之间。
[0036] 尽管描述了利用史密斯圆图的RF设计，也想到过，此外或替代地采用RF设计软件进行RF分析以设计抗阻匹配电路的短线长度（或更一般的是补偿阻抗）。一种适合的RF设计软件程序是QuickSmith（可以在http://www.nathaniyer.com/qsdw.htm获得，最后一次
访问是2011年1月6日）。
[0037] 将例示性天线36、38设置在RF电路板30上。例如天线36、38可以实施为铜迹线，或作为固定到RF电路板30上的部件等。或者，天线可以位于“板外”，即不设置在RF电路板30上，并可以经由适当的线路或
电缆与相应开关SW1、SW2电连接。在这后一种情况下，在确定阻抗匹配时应该考虑任何板外线路或电缆对RF接收机所见的阻抗的贡献。
[0038] 参考图4，可以将所公开的分集无线电接收机系统概括成任何数量的RF接收机和任何数量的可用天线，该系统采用与各种开关配置中的“开路”传输线的阻抗匹配相切换的天线。在图4的示例中，将分集无线电接收机系统示意性地表示（不失一般性）为具有N个RF接收机（其中N是大于一的整数）和M个可用天线（其中M是大于一的整数）。图2和3的范例对应于N=M=2。注意，N不必等于M，尽管通常M≥N是优选的（否则至少一个RF接收机不会与每个开关配置中的任何天线连接）。通常，任何天线都可以与任何RF接收机连接，导致N×M种可能的天线/接收机连接。对于每种这样的天线/接收机连接，可以有一个或多个相交的“开路”传输线改变由RF接收机所见的有效阻抗,因此需要切换进阻抗匹配电路。所以可以有多达N×M个阻抗匹配电路，如图4中示意性所示。这确实是图2和3中的示例的情况，其中，提供了N×M=2×2＝4个阻抗匹配短线ST1、ST2、ST3、ST4。示意性地示出了图4中的切换电路SW，其包括传输线和每个开关配置的开关（图4中未示出细节），开关配置连接N个RF接收机的每个RF接收机与（1）M可用天线所选的一个天线，并且（2）向RF接收机提供所选的一个天线的阻抗匹配的阻抗匹配电路。
[0039] 尽管可以采用N×M个阻抗匹配电路，在任何给定的特定实施例中，阻抗匹配电路的数量可以少于N×M个。如果，例如实际上不使用所有可能天线/RF接收机组合，那么就可以采用更低数量的阻抗匹配电路。
[0040] 图4的示意图并不代表分集无线电接收机系统的实际布设。为了完成设计，产生RF电路板30上的N个RF接收机的布设，产生传输线以及有选择地将M个天线连接到N个RF接收机的开关的布设，选择N×M个（或更少）阻抗匹配电路的位置，并利用史密斯圆图设计和/或适当的RF设计软件确定阻抗匹配电路的阻抗。如果阻抗匹配短线被用作阻抗匹配电路，那么确定阻抗匹配电路的阻抗就对应于确定提供阻抗匹配的短线的长度。设计过程可以是
迭代的，例如已确定的短线长度可能太长以至于不适合RF电路板30上
指定的短线位置，在此情况下，通过选择新的短线位置（其也可能需要重新路由RF电路板30上的一个或更多个传输线）修改布设，并针对修改的布设确定短线长度。
[0041] 本
申请已经描述了一个或多个优选实施例。他人在阅读和理解以上详细描述之后可能想到修改和变更。应当将本申请解释为包括所有这样的修改和变型，只要它们在所附
权利要求或其等价物的范围之内。
