MRI基础知识 --- RF射频发射技术（七）

MR技术博大精深，上篇文章我们学习了单射频系统中射频链路进入QBC前的关键模块Hybrid box，明确了Hybrid box在发射通路中的一个关键作用是将从射频放大器而来的一路射频能量转换成2路幅度相同，相位差90度的射频能量，最终传递给QBC从而正交发射。本篇文章我们继续深入研究Hybrid box模块。

首先继续深入上一篇文章中提到过的射频一分二，我们知道Hybrid box的一个重要作用就是将一路射频分成两路，而用到的器件是3dB定向耦合器，特此在这里对上一篇文章中的相关描述进行更正。

定向耦合器是一种具有方向性的功率分配器，它本质是把RF射频信号按照一定比例进行功率分配，简单来说定向耦合器是把两根传输线放置在足够近的位置使得一条线上的功率可以耦合到另一条线上。

信号从Port 1输入，通过定向耦合作用一部分能量馈送到与之对称的Port 2端输出，另外剩下的射频能量输出到 port 4端。

如果带状线设置成λ/4整数倍时，两条带状线间耦合最大，并且如果port 2 和 port4均与耦合器匹配，则没有能量会输送到 port 3，而port 2 和port 4各自输出原始射频功率的一半，因此两路射频幅度相同。由于 port 2 和 port 4 功率下降一倍，也就是下降3dB，所以这种耦合器称作3dB耦合器。

Port 1 与 Port 2射频同相，由于port 4 与 port 1之间存在λ/4线长，因此Port 4与 port 1射频滞后90°，也就是90°相位差的由来。

3dB定向耦合器对应到射频发射通路框图如下：

实际Hybrid box模块内部的3dB定向耦合器port2 和port4端口后端还分别设置两个可调电容C31 和C32用来校准2路输出信号的Frequency offset（频率偏移，也就是两路输出射频能量与原始输入射频频率之间的偏差）

在实际调试过程中，需要使用专用射频探头旋转特定的位置（实际位置与正交线圈的设计有关，一般为2个成90度的位置，每一个位置对应一路输出）。

通过手工调整两个可调电容最终使两路Frequency offset尽可能小。

上一篇文章讲过，Hybrid box的另一个作用是将QBC接收到的2路信号再重新合并成一路信号最终完成QBC的信号接收，那么实际上3dB定向耦合器反过来也可以用作功率合成，可以把QBC的2路相位差90°的接收MRI信号分别接入互为隔离的Port 2 和Port 4端口。

由于前面已经配置了C31和C32两个电容，因此从port 2 和port 4输入的射频信号频率相等，同时正交线圈QBC接收到的两路MRI信号相位差90°，因此反向计算输出端Port 1能量为0，Port 3 端能量为二路功率合成，从而接收通路不止完成了两路正交射频接收信号的合并，还完成了转换端口的作用。

射频接收信号不会再从port 1原来的射频发射端口发出了，而会通过全新的port 3端口发出最终传递到射频接收通路的相应模块。

MR技术博大精深，本期老王进一步介绍了Hybrid box模块，介绍了里面的核心器件3dB定向耦合器的作用以及原理。为了得到良好的QBC正交发射脉冲，3dB定向耦合器起到了将1路射频脉冲分解为2路幅度相等，相位差90°的两路脉冲，而为了完成QBC回路射频接收，3dB定向耦合器又实现了2路正交信号合成以及输出通路转向的作用，成功的用一个器件实现了多重功能。通过本文的介绍希望大家对3dB定向耦合器在MR系统中的作用能够有一些认识，大量的MR系统射频均匀度和信噪比问题最终都来源于这个重要的器件。

由于MR的射频技术是系统中最重要也是最复杂的部分，因此如果全部写完老王预计会用很多篇文章，回头看这已经是第7篇文章了，但是还没有进入射频发射通路的重点QBC。因此大家如果有什么感兴趣的内容可以给老王留言或者在讨论群里面告诉老王，老王会穿插进行讲解，感谢大家支持！