DE19536531A1 - Antennenanordnung für ein Magnetresonanzgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für ein Magnet­ resonanzgerät mit mindestens zwei benachbarten Einzelanten­ nen, welche Einzelantennen jeweils mindestens eine Leiter­ schleife umfassen.

Bei Antennenanordnungen mit mehreren Einzelantennen kann ein Hochfrequenzstrom in einer Einzelantenne eine Spannung in ei­ ner benachbarten Einzelantenne induzieren, was als Verkopp­ lung bezeichnet wird. Die Verkopplung kann sowohl in zirkular polarisierenden Antennenanordnungen, wo zwei Antennensysteme senkrecht zueinander ausgerichtet sind, als auch in Antennen­ arrays, worin die Einzelantennen im allgemeinen gleiche Aus­ richtung besitzen, vorhanden sein. Verkopplungen verschlech­ tern den Signal-Rauschabstand (S/N-Verhältnis). Zudem ist der Aufwand für die Prüfung von verkoppelten Einzelantennen grö­ ßer als für die Prüfung von nichtverkoppelten Einzelantennen. Ziel ist deshalb, eine Verkopplung von Einzelantennen zu ver­ meiden.

So ist in dem US-Patent 5,216,368 eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art beschrieben. Die Antennenanordnung um­ faßt zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Antennensysteme. Bei exakter Ausrichtung sind die beiden Antennensysteme al­ lein durch ihre Anordnung voneinander entkoppelt. Unsymme­ trien verursachen jedoch Verkopplungen der beiden Antennen­ systemen, die durch einen Kondensator, der die beiden Anten­ nensysteme verbindet, kompensiert werden.

In der DE-OS 38 20 168 ist eine Antennenanordnung beschrie­ ben, worin eine Kopplung von benachbarten Einzelantennen durch eine gegenseitige Überlappung vermieden ist.

Eine weitere Maßnahme, Kopplungen zu vermindern, ist in der PCT-Veröffentlichung WO 89/05115 angegeben. Sie besteht darin, die Impedanz eines an die Einzelantennen angeschlossenen Vor­ verstärkers so zu wählen, daß eine für die Einzelantenne an ihren Anschlüssen wirksame Impedanz, die auch vom Eingangs­ widerstand des Vorverstärkers bestimmt ist, möglichst groß ist. Damit verschwindet der in den Einzelantennen induzierte Strom nahezu, wodurch die in der anderen Einzelantenne indu­ zierte Spannung entsprechend niedrig und vernachlässigbar wird. Damit läßt sich allerdings nur mit einem hohen Aufwand eine ausreichende Entkopplung erreichen. Diese Art der Ent­ kopplung wird daher in der Praxis mit anderen Entkopplungs­ techniken eingesetzt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine weitere Möglichkeit zur Entkopplung von benachbarten Einzelantennen anzugeben.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Leiterschleifen der benachbarten Einzelantennen jeweils eine Unterbrechung auf­ weisen, daß die Einzelantennen an den Unterbrechungen elek­ trisch parallel geschaltet sind und daß die Unterbrechungen mit mindestens einem kapazitiven Element überbrückt sind. Da­ mit erzeugt der in einer Einzelantenne induzierte Strom über die so gebildete gemeinsame Kapazität für beide Einzelanten­ nen in der benachbarten Einzelantenne eine kapazitive Span­ nung, die eine durch die magnetischen Kopplung induzierte Spannung kompensiert.

Verkopplungen aufgrund der elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Einzelantennen werden verringert, wenn gemäß ei­ ner vorteilhaften Ausgestaltung die Unterbrechungen benach­ barter Einzelantennen in einander zugewandten Teilen der Lei­ terschleifen eingefügt sind. Damit können die Verbindungs­ leitungen kurz gehalten werden.

Bei komplizierteren Antennenstrukturen kann eine Verkopplung durch Verbindungsleitungen gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dadurch vermieden werden, daß die Unterbrechun­ gen oder die kapazitiven Elemente über eine Mantelwellensper­ re miteinander verbunden sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich da­ durch aus, daß mit jeder Einzelantenne über eine Transforma­ tions- und Anpaßschaltung ein Vorverstärker verbunden ist, wobei der Vorverstärker einen Eingangswiderstand aufweist, so daß eine für die Einzelantenne wirksame Impedanz, die von der Transformations- und Anpaßschaltung und dem Eingangswider­ stand bestimmt ist, möglichst groß ist. Diese zweistufige Entkopplung verringert zum einen den für Verkopplungen ur­ sächlichen Strom in den Einzelantennen. Zum anderen wird eine noch verbleibende Verkopplung durch die für beide Einzelan­ tennen gemeinsamen kapazitiven Elemente kompensiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Figuren er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild für eine Entkopplung von zwei Einzelantennen und

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer weiter verbesserten Ent­ kopplung.

In Fig. 1 ist als Antennenanordnung ein Antennenarray darge­ stellt mit zwei benachbarten Einzelantennen 2 und 4, die z. B. in einer Ebene angeordnet sind und deren Empfindlichkeits­ richtungen parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Einzel­ antennen 2, 4 umfassen eine einzige Leiterschleife, die hier rechteckförmig ausgebildet ist. Die Einzelantennen 2, 4 sind jeweils über ein Transformations- und Anpaßnetzwerk 6 bzw. 8 mit einem Vorverstärker 10 bzw. 12 verbunden. Die Vorverstär­ ker 10 und 12 weisen einen Eingangswiderstand auf, der so ge­ wählt ist, daß eine für die Einzelantenne 2 bzw. 4 wirksame Impedanz, die von der Transformations- und Anpaßschaltung 6 bzw. 8 und dem Eingangswiderstand bestimmt ist, möglichst groß ist. Das kann z. B. dadurch erreicht werden, daß der Ein­ gangswiderstand des Vorverstärkers 10, 12 von der optimalen Rauschquellenimpedanz - das ist die Impedanz, die nötig ist, um ein optimales Signal-Rauschverhältnis zu erhalten - stark abweicht.

Zur Entkopplung der beiden Einzelantennen 2, 4 voneinander ist die Leiterschleife jeder Einzelantenne 2, 4 an einander zuge­ wandten Teilen der Leiterschleifen unterbrochen. Die Unter­ brechungen sind jeweils mit einem kapazitiven Element 14, 16 überbrückt. Die kapazitiven Elemente 14, 16 sind über eine Verbindungsleitung 18 direkt elektrisch parallel geschaltet.

Im folgenden wird die Entkopplungswirkung der kapazitiven Elemente 14, 16 beschrieben. Ein in der Einzelantenne 2 flie­ ßender Strom I₁ induziert eine Spannung in der benachbarten Einzelantenne 4 über eine zwischen den beiden Einzelantennen vorhandene Gegeninduktivität M und erzeugt zusätzlich an den parallel geschalteten kapazitiven Elementen 14 und 16 einen kapazitiven Spannungsabfall. Andererseits induziert ein in der Einzelantenne 4 fließender Strom I₂ in der benachbarten Einzelantenne 2 eine Spannung über die Gegeninduktivität M und erzeugt zusätzlich einen kapazitiven Spannungsabfall über die kapazitiven Elemente 14,16. Wird die Kapazität des in die Einzelantenne 2 eingefügten kapazitiven Elements 14 mit C₁ und die Kapazität des in die Einzelantenne 4 eingefügten ka­ pazitiven Elements 16 mit C₂ bezeichnet, gilt für die Gesamt­ spannung U₁ in der Einzelantenne 2

und für die Gesamtspannung U₂ in der Einzelantenne 4

wobei j die imaginäre Einheit bedeutet.

Die Verkopplung zwischen den beiden Einzelantennen ist dann kompensiert, wenn die induzierte Spannung in den Einzelanten­ nen 2, 4 gleich dem kapazitiven Spannungsabfall ist.

Es gilt also dann

Die letzte Formel zeigt, daß es immer möglich ist, die Kapa­ zitäten C₁, C₂ der kapazitiven Elemente 14, 16 so zu wählen, daß die beiden Einzelantennen 2, 4 entkoppelt sind. Insbeson­ dere ist es möglich, nur ein kapazitives Element 14 oder 16 einzufügen und das andere kapazitive Element 16 bzw. 14 weg­ zulassen, weil immer die Summe der Kapazitäten C₁+C₂ wirksam ist. Es muß lediglich beachtet werden, daß die Anschlüsse, d. h. die elektrische Parallelschaltung, so gewählt ist, daß die Gegeninduktivität M positiv bleibt.

Fig. 2 zeigt nun eine Antennenanordnung mit entkoppelten Ein­ zelantennen 2, 4 bei der eine Verkopplung der Einzelantennen 2, 4 durch die Verbindungsleitungen 18 durch eine eingefügte Mantelwellensperre 20 unterdrückt wird. Verkopplungen über die Verbindungsleitung 18 können bei komplizierteren Anten­ nenanordnungen und Einzelantennenstrukturen auftreten. Im übrigen entspricht die Antennenanordnung nach Fig. 2 der An­ tennenanordnung nach Fig. 1.

Claims (5)

1. Antennenanordnung für ein Magnetresonanzgerät mit minde­ stens zwei benachbarten Einzelantennen (2, 4), welche Einzel­ antennen (2, 4) jeweils mindestens eine Leiterschleife umfas­ sen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleifen der benachbarten Einzelantennen (2, 4) je­ weils eine Unterbrechung aufweisen, daß die Einzelantennen (2, 4) an den Unterbrechungen elektrisch parallel geschaltet sind und daß die Unterbrechungen mit mindestens einem kapa­ zitiven Element (14, 16) überbrückt sind.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Un­ terbrechungen benachbarter Einzelantennen (2, 4) in einander zugewandten Teilen der Leiterschleifen eingefügt sind.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Un­ terbrechung ein kapazitives Element (14, 16) angeordnet ist.

4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Un­ terbrechungen oder die kapazitiven Elemente (14, 16) über eine Mantelwellensperre (20) miteinander verbunden sind.

5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Einzelantenne (2,4) über eine Transformations- und Anpaß­ schaltung (6 bzw. 8) ein Vorverstärker (10 bzw. 12) verbunden ist, wobei der jeweilige Vorverstärker (10, 12) einen Ein­ gangswiderstand aufweist, so daß eine für die Einzelantenne (2, 4) wirksame Impedanz, die von der Transformations- und An­ paßschaltung (6, 8) und dem Eingangswiderstand bestimmt ist, möglichst groß ist.