DE102013201685A1 - Leiteranordnung mit dielektrischer Mantelwellensperre - Google Patents
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Abstract
Eine Leiteranordnung weist einen Leiter (3) auf, der sich entlang einer Leiterachse (4) erstreckt. Die Leiteranordnung weist weiterhin eine Mantelwellensperre (9) auf, an die der Leiter (3) zur Dämpfung von durch von außerhalb der Leiteranordnung durch ein HF-Feld (F) angeregten Mantelwellen angekoppelt ist. Die Mantelwellensperre (9) ist als dielektrische Resonatoreinrichtung ausgebildet ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiteranordnung,
- – wobei die Leiteranordnung einen Leiter aufweist, der sich entlang einer Leiterachse erstreckt,
- – wobei die Leiteranordnung eine Mantelwellensperre aufweist, an die der Leiter zur Dämpfung von durch von außerhalb der Leiteranordnung durch ein HF-Feld angeregten Mantelwellen angekoppelt ist.
- Mantelwellensperren sind in allen Magnetresonanzanlagen unverzichtbare Elemente für einen sicheren und störungsfreien Betrieb von Hochfrequenzspulen und anderen Hochfrequenzelement. In der Regel werden zur Realisierung von Mantelwellensperren teilmetallische mechanisch ausgedehnte Strukturen verwendet, die in den meisten Fällen einen galvanischen Kontakt zu dem Leiter benötigen, auf dem Mantelwellen gedämpft werden sollen. Metallische Strukturen sind in Magnetresonanzanlagen jedoch tendenziell problematisch, dass sich in ihnen gradienteninduzierte Wirbelströme ausbilden können.
- Aus der
DE 102 11 535 A1 (hiermit korrespondierend:US 6 822 846 B2 ) und derDE 10 2006 009 040 A1 (hiermit korrespondierend:US 7 608 778 B2 ) sind Mantelwellensperren bekannt, bei denen ein galvanischer Kontakt zum Leiter nicht erforderlich ist. Auch diese Mantelwellensperren bestehen jedoch aus metallischen Strukturen. - Aus der Mikrowellentechnik sind dielektrische Resonatoren bekannt, die oftmals als Keramikzylinder realisiert werden.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leiteranordnung der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass Mantelwellensperren ohne metallische Strukturen realisiert werden können.
- Die Aufgabe wird durch eine Leiteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Leiteranordnung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.
- Erfindungsgemäß wird die Leiteranordnung dadurch ausgebildet, dass die Mantelwellensperre als dielektrische Resonatoreinrichtung ausgebildet ist.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die dielektrische Resonatoreinrichtung tangential um die Leiterachse herum gesehen als geschlossene Struktur ausgebildet. In dieser Ausgestaltung koppelt eine auf dem Leiter induzierte Mantelwelle mit dem sogenannten E010-Mode der dielektrischen Resonatoreinrichtung.
- In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung überdeckt die dielektrische Resonatoreinrichtung tangential um die Leiterachse herum gesehen einen leiterbezogenen Überdeckungswinkel von maximal 180°. In dieser Ausgestaltung koppelt eine auf dem Leiter induzierte Mantelwelle mit dem sogenannten H011-Mode der dielektrischen Resonatoreinrichtung. Die Ankopplung an den H011-Mode ist besonders gut, wenn der Leiter um die dielektrische Resonatoreinrichtung herum gesehen einen einrichtungsbezogenen Überdeckungswinkel von mindestens 180° überdeckt, insbesondere mindestens 360°.
- Die Abstimmung von Mantelwellensperren ist oftmals problematisch. Um eine einfache Abstimmung der Mantelwellensperre der erfindungsgemäßen Leiteranordnung zu ermöglichen, weist die dielektrische Resonatoreinrichtung vorzugsweise mindestens zwei miteinander koppelnde dielektrische Resonatorelemente auf. In diesem Fall kann zur Abstimmung der dielektrischen Resonatoreinrichtung auf eine Frequenz des HF-Feldes die Anordnung der dielektrischen Resonatorelemente relativ zueinander (und damit der Kopplungsgrad) einstellbar sein.
- Die Art und Weise, auf welche die Anordnung der dielektrischen Resonatorelemente relativ zueinander eingestellt wird, kann nach Bedarf bestimmt sein. Beispielsweise ist es möglich, dass eine seitliche Verschiebung der dielektrischen Resonatorelemente relativ zueinander einstellbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine Drehstellung der dielektrischen Resonatorelemente relativ zueinander einstellbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein Abstand der dielektrischen Resonatorelemente voneinander einstellbar ist.
- In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eines der dielektrischen Resonatorelemente über ein eine Gewindeachse aufweisendes Gewinde durch Verdrehen um die Gewindeachse axial entlang der Gewindeachse positionierbar. In diesem Fall hängt der Abstand der dielektrischen Resonatorelemente voneinander von der axialen Positionierung des einen dielektrischen Resonatorelements entlang der Gewindeachse ab. Dadurch kann auf einfache Weise eine sehr genaue Abstimmung der dielektrischen Resonatoreinrichtung erreicht werden.
- Der Leiter der Leiteranordnung kann nach Bedarf ausgebildet sein. In der Regel ist der Leiter als Schirm eines mindestens einen Innenleiter aufweisenden Koaxialkabels ausgebildet.
- Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
-
1 eine Magnetresonanzanlage mit einer Leiteranordnung, -
2 eine perspektivische Darstellung einer Leiteranordnung, -
3 die Leiteranordnung von2 im Querschnitt, -
4 eine weitere Leiteranordnung in der Seitenansicht, -
5 die Leiteranordnung von4 im Schnitt, -
6 eine dielektrische Resonatoreinrichtung und -
7 eine weitere dielektrische Resonatoreinrichtung. - Gemäß
1 ist ein Element1 einer Magnetresonanzanlage (beispielsweise eine Lokalspule) über ein Kabel2 mit einer anderen, in1 nicht dargestellten Einrichtung verbunden. Das Kabel2 weist gemäß den2 bis5 einen Leiter3 auf, der sich entlang einer Leiterachse4 erstreckt. Gemäß1 ist das Kabel2 als Koaxialkabel ausgebildet. Das Koaxialkabel2 weist einen Innenleiter5 auf. Der Leiter3 ist als Schirm des Koaxialkabels2 ausgebildet. Zwischen dem Innenleiter5 und dem Leiter3 ist eine Isolierung6 angeordnet. Außen um den Schirm3 herum ist ein Kabelmantel7 angeordnet. Diese Ausgestaltung, bei welcher das Kabel2 als Koaxialkabel ausgebildet ist, stellt den Regelfall dar. In Einzelfällen ist es jedoch möglich, dass der Leiter3 ein „normaler“ Leiter ist, der nur von einem Kabelmantel7 oder nur von einer Aderisolierung umgeben ist. - Der Leiter
3 ist von außen einem HF-Feld F ausgesetzt, beispielsweise dem Anregungsfeld einer Ganzkörper-Sendeantenne8 der Magnetresonanzanlage. Das HF-Feld F weist eine Frequenz f auf. Das HF-Feld F würde ohne weitergehende Maßnahmen in dem Leiter3 eine Mantelwelle anregen. Zur Dämpfung derartiger Mantelwellen ist zusätzlich zum Leiter3 eine Mantelwellensperre9 vorhanden. Der Leiter3 ist an die Mantelwellensperre9 angekoppelt. - Für die Ausgestaltung der Mantelwellensperre
9 sind prinzipiell verschiedene Gestaltungen möglich. Erfindungsgemäß ist die Mantelwellensperre9 als dielektrische Resonatoreinrichtung ausgebildet. Sie kann insbesondere aus einem (an sich bekannten) keramischen Material bestehen. Mögliche erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Mantelwellensperre9 werden nachfolgend in Verbindung mit den weiteren FIG näher erläutert. - Gemäß den
2 und3 ist die dielektrische Resonatoreinrichtung9 tangential um die Leiterachse4 herum gesehen als geschlossene Struktur ausgebildet. Beispielsweise kann die dielektrische Resonatoreinrichtung9 als Zylinder oder als andere rotationssymmetrische Struktur ausgebildet sein. Die Resonatoreinrichtung9 weist eine Mittenausnehmung10 auf, durch die hindurch das Kabel2 geführt ist. - Alternativ kann die dielektrische Resonatoreinrichtung
9 gemäß den4 und5 bezüglich der Leiterachse4 nur einseitig an den Leiter3 angrenzen. In diesem Fall überdeckt die dielektrische Resonatoreinrichtung9 um die Leiterachse4 herum gesehen einen leiterbezogenen Überdeckungswinkel α, wobei der leiterbezogene Überdeckungswinkel α maximal 180° beträgt. - Es ist möglich, dass der Leiter
3 und die dielektrische Resonatoreinrichtung9 nur entlang einer im wesentlichen geraden Linie aneinander angrenzen. Vorzugsweise jedoch bildet der Leiter3 im Falle der Ausgestaltung der4 und5 einen Teil einer Windung um die dielektrische Resonatoreinrichtung9 herum. Es ist auch möglich, dass der Leiter3 entsprechend der Darstellung in4 und5 eine vollständige Windung oder sogar mehr als eine vollständige Windung (beispielsweise eineinhalb Windungen) um die dielektrische Resonatoreinrichtung9 herum bildet. In der Regel bildet der Leiter3 mindestens eine halbe Windung. Dementsprechend überdeckt der Leiter3 um die dielektrische Resonatoreinrichtung9 herum gesehen vorzugsweise einen einrichtungsbezogenen Überdeckungswinkel β von mindestens 180° überdeckt. - Es ist möglich, dass die dielektrische Resonatoreinrichtung
9 aus einem einzelnen dielektrisch wirksamen Element besteht. Vorzugsweise weist die dielektrische Resonatoreinrichtung9 gemäß6 mindestens zwei dielektrische Resonatorelemente9a ,9b auf, die miteinander koppeln. Die Anordnung der beiden dielektrischen Resonatorelemente9a ,9b relativ zueinander ist einstellbar. Dies gilt sowohl für die Ausgestaltung gemäß den2 und3 als auch für die Ausgestaltung gemäß den4 und5 . Wie in6 schematisch angedeutet, können insbesondere ein Abstand a (siehe Doppelpfeil11 ), eine seitliche Verschiebung siehe Doppelpfeil12 ) und/oder eine Drehstellung (siehe Doppelpfeil13 ) einstellbar sein. Das Einstellen der Drehstellung ist selbstverständlich nur dann sinnvoll, wenn die dielektrischen Resonatorelemente9a ,9b bezüglich der Drehachse, bezüglich derer die Drehstellung eingestellt wird, nicht rotationssymmetrisch sind. Durch die Einstellung der Anordnung der beiden dielektrischen Resonatorelemente9a ,9b relativ zueinander ist der Kopplungsgrad einstellbar. Dadurch ist eine Abstimmung der dielektrischen Resonatoreinrichtung9 auf die Frequenz f des HF-Feldes F möglich. - In manchen Fällen kann es erforderlich sein, insbesondere den Abstand a der Resonatorelemente
9a ,9b voneinander genau einzustellen. In einem derartigen Fall weist gemäß7 vorzugsweise eines der dielektrischen Resonatorelemente9a ,9b – beispielsweise das Resonatorelement9a – ein Gewinde14 auf. Das Gewinde14 wirkt mit einem Gegengewinde15 zusammen. Das Gewinde14 und das Gegengewinde15 weisen eine gemeinsame Gewindeachse16 auf. Durch Verdrehen des dielektrischen Resonatorelements9a um die Gewindeachse16 kann das dielektrische Resonatorelement9a axial entlang der Gewindeachse16 positioniert werden. Die Gewindeachse16 ist vorzugsweise derart orientiert, dass sie auf das andere dielektrische Resonatorelement9b zu gerichtet ist. Der Abstand a der dielektrischen Resonatorelemente9a ,9b voneinander hängt dadurch von der axialen Positionierung des einen dielektrischen Resonatorelements9a entlang der Gewindeachse16 ab. - Es ist möglich, dass das Einstellen des Abstands a der dielektrischen Resonatorelemente
9a ,9b relativ zueinander durch Verdrehen des einen dielektrischen Resonatorelements9a um die Gewindeachse16 die einzige Art und Weise ist, mittels derer der Abstand a der dielektrischen Resonatorelemente9a ,9b voneinander einstellbar ist. In diesem Fall ist das Gegengewinde15 in der Regel ein Bestandteil des anderen dielektrischen Resonatorelements9b . Alternativ ist es möglich, dass das Gegengewinde15 ein eigenständiges Teil ist, das beispielsweise unter leichter Klemmung an dem anderen dielektrischen Resonatorelements9b gehalten ist, so dass es durch Aufwendung einer hinreichend großen Kraft auf dem anderen dielektrischen Resonatorelement9b verschoben werden kann. In diesem Fall kann zunächst eine Grobeinstellung des Abstands a durch Verschieben des Gegengewindes15 erfolgen und sodann durch Verdrehen des einen dielektrischen Resonatorelements9a eine Feineinstellung des Abstands a vorgenommen werden. - Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist es mittels der erfindungsgemäßen Leiteranordnung möglich, einen Leiter
3 mit einer Mantelwellensperre9 zu versehen, ohne zusätzliche elektrisch leitende Elemente zu benötigen. Weiterhin ist eine galvanische Verbindung der Mantelwellensperre9 mit dem Leiter3 nicht erforderlich. Dadurch ist es möglich, die relative Lage der Mantelwellensperre9 relativ zum Leiter3 zu variieren. Beispielsweise kann bei der Ausgestaltung gemäß den2 und3 die Mantelwellensperre9 auf dem Kabel2 verschiebbar angeordnet sein. Bei der Ausgestaltung gemäß den4 und5 kann beispielsweise die Stelle, an welcher das Kabel2 an der Mantelwellensperre9 anliegt, variiert werden. - Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Element der Magnetresonanzanlage
- 2
- Kabel
- 3
- Leiter
- 4
- Leiterachse
- 5
- Innenleiter
- 6
- Isolierung
- 7
- Kabelmantel
- 8
- Ganzkörper-Sendeantenne
- 9
- Mantelwellensperre/dielektrische Resonatoreinrichtung
- 9a, 9b
- dielektrische Resonatorelemente
- 10
- Mittenausnehmung
- 11 bis 13
- Doppelpfeile
- 14
- Gewinde
- 15
- Gegengewinde
- 16
- Gewindeachse
- a
- Abstand
- f
- Frequenz
- F
- HF-Feld
- α
- leiterbezogener Überdeckungswinkel
- β
- einrichtungsbezogener Überdeckungswinkel
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10211535 A1 [0003]
- US 6822846 B2 [0003]
- DE 102006009040 A1 [0003]
- US 7608778 B2 [0003]
Claims (10)
- Leiteranordnung, – wobei die Leiteranordnung einen Leiter (
3 ) aufweist, der sich entlang einer Leiterachse (4 ) erstreckt, – wobei die Leiteranordnung eine Mantelwellensperre (9 ) aufweist, an die der Leiter (3 ) zur Dämpfung von durch von außerhalb der Leiteranordnung durch ein HF-Feld (F) angeregten Mantelwellen angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelwellensperre (9 ) als dielektrische Resonatoreinrichtung ausgebildet ist. - Leiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Resonatoreinrichtung (
9 ) tangential um die Leiterachse (4 ) herum gesehen als geschlossene Struktur ausgebildet ist. - Leiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Resonatoreinrichtung (
9 ) tangential um die Leiterachse (4 ) herum gesehen einen leiterbezogenen Überdeckungswinkel (α) von maximal 180° überdeckt. - Leiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (
3 ) um die dielektrische Resonatoreinrichtung (9 ) herum gesehen einen einrichtungsbezogenen Überdeckungswinkel (β) von mindestens 180° überdeckt. - Leiteranordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Resonatoreinrichtung (
9 ) mindestens zwei miteinander koppelnde dielektrische Resonatorelemente (9a ,9b ) aufweist und dass zur Abstimmung der dielektrischen Resonatoreinrichtung (9 ) auf eine Frequenz (f) des HF-Feldes (F) die Anordnung der dielektrischen Resonatorelemente (9a ,9b ) relativ zueinander einstellbar ist. - Leiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine seitliche Verschiebung der dielektrischen Resonatorelemente (
9a ,9b ) relativ zueinander einstellbar ist. - Leiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehstellung (c) der dielektrischen Resonatorelemente (
9a ,9b ) relativ zueinander einstellbar ist. - Leiteranordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (a) der dielektrischen Resonatorelemente (
9a ,9b ) voneinander einstellbar ist. - Leiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eines (
9a ) der dielektrischen Resonatorelemente (9a ,9b ) über ein eine Gewindeachse (16 ) aufweisendes Gewinde (14 ) durch Verdrehen um die Gewindeachse (16 ) axial entlang der Gewindeachse (16 ) positionierbar ist und dass der Abstand (a) der dielektrischen Resonatorelemente (9a ,9b ) voneinander von der axialen Positionierung des einen dielektrischen Resonatorelements (9a ) entlang der Gewindeachse (16 ) abhängt. - Leiteranordnung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (
3 ) als Schirm eines mindestens einen Innenleiter (5 ) aufweisenden Koaxialkabels (2 ) ausgebildet ist.
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