磁共振成像系统中射频功率放大器的线性化研究

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磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)凭借着对人体内各种组织特性敏感,检查手段灵活多样和对人体无害等优点在医院中得到越来越多的运用。作为MRI系统的核心部件之一,射频功率放大器(radio-frequency power amplifier,RFPA)将来自谱仪系统的射频小信号进行功率放大,然后驱动射频线圈产生射频电磁场,激发原子核能级跃迁并产生核磁共振信号。目前,射频功率放大器尚未能实现国产化,本文以功放非线性校正方面作为切入点,为射频功率放大器的早日国产化作进一步探索。  目的:射频功率放大器存在非线性的问题,即功放的增益和相位不是一个常数。而且在高功率下,功放存在明显的热记忆效应问题,加重了功放的非线性。本文主要是解决射频功放的非线性问题。  方法:在研究工作中,本文先提出了一种全数字方式实现的笛卡尔反馈(Cartesianfeedback,CF)技术来进行MRI系统中RFPA的非线性校正,利用FPGA(FieldProgrammable Gate Array)完成了发射和接收链路的数字实现;还实现了基于奇次多项式的数字预失真(Digital Pre-distortion,DPD)模型;最后,进一步提出并实现了数字预失真+笛卡尔反馈的方式来进行功率放大器的非线性校正。  结果:利用笛卡尔反馈的方法得到了40dB动态范围内,增益非线性0.1dB、相位非线性0.87度和长时高功率增益跌落(69dBm,7.9ms)0.06dB的改善效果,但是对于一定带宽(40kHz以上)的片层轮廓失真较严重。利用数字预失真的方法,得到了增益非线性0.42dB、相位非线性1.92度的改善效果,对于片层轮廓改善明显,但是针对长时高功率增益跌落改善不明显。利用预失真+笛卡尔反馈方法得到了增益非线性0.05dB、相位非线性0.96度和长时高功率增益跌落0.03dB的改善效果,并对片层轮廓的失真(100kHz),三阶互调抑制有着较好的改善效果。  结论:经过对比,预失真+笛卡尔反馈的方法在非线性校正,包括片层轮廓失真改善和记忆效应的改善中效果最好。
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