随着核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)技术的发展,低场核磁共振以其独有的优势,被越来越多的应用领域所关注,尤其是在能源地矿、岩土、水泥等行业,核磁共振逐步发展为科学研究的重要手段。在低场条件下的物性评价、结构分析以及相关动力学过程的研究主要依赖于样品的弛豫或扩散特性,然而岩心、水泥基等多孔材料的结构均匀性较差,受样品自身结构异质性的影响,其内部质子弛豫分布不一,实际测试分析时谱仪死时间越长,采集的样品弛豫信息丢失越多,则会导致信号灵敏度下降、微量样品无法检测以及实验误差增大等实际应用问题。射频线圈作为决定低场核磁共振谱仪信号灵敏度的关键部件之一,对整个系统性能有着重要的影响。为了实现短弛豫样品的直接NMR测量,研制死时间短、收发切换快速的射频线圈具有重要的应用价值。本文简要阐述了线圈振铃时间长所造成的NMR实验问题,通过对这些实际应用问题背后的基础理论分析,提出一种适用于低场环境下由环状间隙腔(Loop-Gap Resonator,LGR)线圈与螺线管线圈构成的收发分离式射频线圈设计方案,并完成电性能测试与NMR实验测试。本文的主要内容包括:(1)从系统等待时间产生机理进行分析,提出射频线圈设计方案,从理论层面分析了 10μs线圈振铃时间的可行性。(2)使用电磁仿真软件对LGR线圈尺寸结构进行优化设计,使线圈射频场不均匀性低于6%,并对电磁场仿真结果进行分析。(3)对射频电路理论进行简要阐述,设计了与线圈相配套的平衡式调谐匹配网络,并对网络中各元件功能进行分析。(4)根据NMR实验需求,选择PIN二极管作为射频开关,并对开关电路与驱动电路进行设计与高频电路仿真,详细分析了影响PIN二极管开关速度的因素。(5)通过对短死时间射频线圈进行电性能测试以及NMR实验测试,将振铃时间缩短至10μs,验证了设计方案的可行性。最后通过岩心NMR应用测试,证明了短死时间线圈相较于常规收发一体螺线管线圈方案的优势。