本發(fā)明實(shí)施方式涉及功率合成器、功率放大器模組以及磁共振成像裝置。

背景技術(shù)：

如圖1所示，其為現(xiàn)有/公知技術(shù)中的威爾金森功率合成器900的電路圖。威爾金森功率合成器900包括第一端口902、第二端口904、公共端口906、平衡電阻元件Z_r、第一傳輸線910及第二傳輸線912。第一傳輸線910耦合于第一端口902與公共端口906之間，第二傳輸線912耦合于第二端口904與公共端口906之間。平衡電阻元件Z_r的一端耦合于第一端口902與第一傳輸線910之間的連接點(diǎn)，另一端耦合于第二端口904與第二傳輸線912之間的連接點(diǎn)。第一端口902用于接收第一電功率，第二端口904用于接收第二電功率，威爾金森功率合成器900用于對(duì)第一電功率與第二電功率進(jìn)行合成以產(chǎn)生合成電功率，該合成電功率從公共端口906輸出至負(fù)載Z_L。

當(dāng)?shù)谝浑姽β逝c第二電功率不平衡時(shí)，該第一電功率與第二電功率之間的差值功率由平衡電阻元件Z_r消耗掉。然而，平衡電阻元件Z_r的存在會(huì)導(dǎo)致如下問(wèn)題：其一、當(dāng)有電流流過(guò)平衡電阻元件Z_r時(shí)，平衡電阻元件Z_r會(huì)額外地消耗電能，導(dǎo)致威爾金森功率合成器900的效率低；其二、平衡電阻元件Z_r的損壞是導(dǎo)致威爾金森功率合成器900異常工作的主要原因之一(尤其，在高功率應(yīng)用中，平衡電阻元件損壞的可能性大大地提高了)，也即降低了威爾金森功率合成器900的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

現(xiàn)在歸納本發(fā)明實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)方面以便于本發(fā)明實(shí)施方式的基本理解，其中該歸納并不是本發(fā)明實(shí)施方式的擴(kuò)展性縱覽，且并非旨在標(biāo)識(shí)本發(fā)明實(shí)施方式的某些要素，也并非旨在劃出其范圍。相反，該歸納的主要目的是在下文呈現(xiàn)更詳細(xì)的描述之前用簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施方式的一些概念。

本發(fā)明實(shí)施方式的一個(gè)方面，在于提供一種功率合成器，其包括第一傳 輸線或集總電路元件、第二傳輸線或集總電路元件、第三傳輸線或集總電路元件、第四傳輸線或集總電路元件及平衡電容元件或平衡電感元件。第一傳輸線或集總電路元件耦合至第一端口。第二傳輸線或集總電路元件耦合于第一傳輸線或集總電路元件與公共端口之間。第三傳輸線或集總電路元件耦合至第二端口。第四傳輸線或集總電路元件耦合于第三傳輸線或集總電路元件與公共端口之間。平衡電容元件或平衡電感元件，耦合于第一傳輸線或集總電路元件和第二傳輸線或集總電路元件之間的連接點(diǎn)與第三傳輸線或集總電路元件和第四傳輸線或集總電路元件之間的連接點(diǎn)之間。

本發(fā)明實(shí)施方式的另一個(gè)方面，在于提供一種功率放大器模組，其包括用于提供第一電功率的第一功率放大器、用于提供第二電功率的第二功率放大器及功率合成器。該功率合成器包括第一傳輸線或集總電路元件、第二傳輸線或集總電路元件、第三傳輸線或集總電路元件、第四傳輸線或集總電路元件及平衡電容元件或平衡電感元件。第一傳輸線或集總電路元件耦合至用于接收第一電功率的第一端口。第二傳輸線或集總電路元件耦合于第一傳輸線或集總電路元件與公共端口之間。第三傳輸線或集總電路元件耦合至用于接收第二電功率的第二端口。第四傳輸線或集總電路元件耦合于第三傳輸線或集總電路元件與公共端口之間。平衡電容元件或平衡電感元件，耦合于第一傳輸線或集總電路元件和第二傳輸線或集總電路元件之間的連接點(diǎn)與第三傳輸線或集總電路元件和第四傳輸線或集總電路元件之間的連接點(diǎn)之間。

本發(fā)明實(shí)施方式的另一個(gè)方面，在于提供一種磁共振成像系統(tǒng)，其包括用于產(chǎn)生主磁場(chǎng)的主磁體、梯度線圈組件、梯度放大器、射頻線圈組件及射頻放大器。該梯度放大器用于激勵(lì)該梯度線圈組件在選定的梯度軸上產(chǎn)生作用到主磁場(chǎng)的梯度磁場(chǎng)。該射頻放大器包括用于提供第一電功率的第一功率放大器、用于提供第二電功率的第二功率放大器及功率合成器。該功率合成器包括第一傳輸線或集總電路元件、第二傳輸線或集總電路元件、第三傳輸線或集總電路元件、第四傳輸線或集總電路元件及平衡電容元件或平衡電感元件。第一傳輸線或集總電路元件耦合至用于接收第一電功率的第一端口。第二傳輸線或集總電路元件耦合于第一傳輸線或集總電路元件與公共端口之間。第三傳輸線或集總電路元件耦合至用于接收第二電功率的第二端口。第四傳輸線或集總電路元件耦合于第三傳輸線或集總電路元件與公共端口之間。平衡電容元件或平衡電感元件，耦合于第一傳輸線或集總電路元件和第二傳輸線或集總電路元件之間的連接點(diǎn)與第三傳輸線或集總電路元件和第四 傳輸線或集總電路元件之間的連接點(diǎn)之間。該公共端口用于提供基于合成第一電功率和第二電功率的合成電功率，該合成電功率用于激勵(lì)該射頻線圈組件發(fā)射射頻信號(hào)。

由于本發(fā)明實(shí)施方式提供的功率合成器不包括平衡電阻元件，因此功率合成器的電能消耗大致為零，也即功率合成器的效率得到了提高。其次，沒(méi)有現(xiàn)有技術(shù)中由于平衡電阻元件損壞而導(dǎo)致的異常工作，本發(fā)明實(shí)施方式提供的功率合成器的可靠性得到了提高。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明實(shí)施方式，在附圖中：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的威爾金森功率合成器的電路圖。

圖2為圖1所示威爾金森功率合成器的偶模激勵(lì)電路。

圖3為圖1所示威爾金森功率合成器的奇模激勵(lì)電路。

圖4為圖2所示偶模激勵(lì)電路的分解圖。

圖5為圖3所示奇模激勵(lì)電路的分解圖。

圖6為本發(fā)明第一種實(shí)施方式的功率合成器的電路圖。

圖7為本發(fā)明第二種實(shí)施方式的功率合成器的電路圖。

圖8為圖6所示功率合成器的奇模激勵(lì)電路圖。

圖9為圖8所示奇模激勵(lì)電路的分解圖。

圖10為圖7所示功率合成器的奇模激勵(lì)電路圖。

圖11為圖10所示奇模激勵(lì)電路的分解圖。

圖12為本發(fā)明第三種實(shí)施方式的功率合成器的電路圖。

圖13為本發(fā)明第四種實(shí)施方式的功率合成器的電路圖。

圖14為本發(fā)明第五種實(shí)施方式的功率合成器的電路圖。

圖15為本發(fā)明第六種實(shí)施方式的功率合成器的電路圖。

圖16為本發(fā)明一種實(shí)施方式的功率放大器模組的功能模塊圖。

圖17為本發(fā)明一種實(shí)施方式的磁共振成像系統(tǒng)的模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將描述本發(fā)明實(shí)施方式的具體實(shí)施方式，需要指出的是，在這些實(shí)施方式的具體描述過(guò)程中，為了進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要的描述，本說(shuō)明書(shū)不可能對(duì)實(shí) 際的實(shí)施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實(shí)施方式的實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，正如在任意一個(gè)工程項(xiàng)目或者設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的具體目標(biāo)，為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會(huì)做出各種各樣的具體決策，而這也會(huì)從一種實(shí)施方式到另一種實(shí)施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開(kāi)發(fā)過(guò)程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長(zhǎng)的，然而對(duì)于與本發(fā)明實(shí)施方式公開(kāi)的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開(kāi)揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一些設(shè)計(jì)，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當(dāng)理解為本公開(kāi)的內(nèi)容不充分。

除非另作定義，權(quán)利要求書(shū)和說(shuō)明書(shū)中使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明實(shí)施方式所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明實(shí)施方式專利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)以及權(quán)利要求書(shū)中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語(yǔ)并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來(lái)區(qū)分不同的組成部分。“一個(gè)”或者“一”等類似詞語(yǔ)并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個(gè)。“包括”或者“包含”等類似的詞語(yǔ)意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“連接”或者“相連”等類似的詞語(yǔ)并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電氣的連接，不管是直接的還是間接的。

本發(fā)明實(shí)施方式涉及一種功率合成器，該功率合成器包括第一端口、第二端口及公共端口。第一端口用于接收第一電功率，第二端口用于接收第二電功率，功率合成器用于對(duì)第一電功率和第二電功率進(jìn)行合成以產(chǎn)生合成電功率。該合成電功率從公共端口輸出。其中的一個(gè)理論是，當(dāng)流過(guò)第一端口的電流與流過(guò)第二端口的電流不平衡時(shí)，該第一端口的電壓等于第二端口的電壓。

為了對(duì)上述理論進(jìn)行解釋，本發(fā)明實(shí)施方式先引入現(xiàn)有/公知技術(shù)中的如圖1所示的威爾金森功率合成器900進(jìn)行說(shuō)明：

在圖1中，平衡電阻元件Z_r的阻抗值等于2Z₀，第一傳輸線910的特征阻抗與第二傳輸線912的特征阻抗均為Z_o1，Z_o1的阻抗值等于負(fù)載Z_L的阻抗值等于Z₀，另外，第一傳輸線910的電長(zhǎng)度等于流經(jīng)第一傳輸線910的信號(hào)的波長(zhǎng)的1/4。由于對(duì)稱的原因，第二傳輸線912的電長(zhǎng)度等于第一傳輸線910的電長(zhǎng)度。

圖1所示威爾金森功率合成器900可以被分解成圖2所示偶模激勵(lì)電路及圖3所示奇模激勵(lì)電路。

在圖2所示偶模電路中，偶模激勵(lì)源962耦合至第一端口902，偶模激勵(lì)源964耦合至第二端口904；使得第一端口902的偶模輸入電流為I_{in1_even}，第二端口904的偶模輸入電流為I_{in2_even}。

在圖3所示奇模電路中，奇模激勵(lì)源982耦合至第一端口902，奇模激勵(lì)源984耦合至第二端口904；使得第一端口902的奇模輸入電流為I_{in1_odd}，第二端口904的奇模輸入電流為I_{in2_odd}。

由于第一端口902與第二端口904是對(duì)稱的，圖2中的偶模電流I_{in1_even}及I_{in2_even}與圖1中第一端口902的真實(shí)輸入電流I_in1及第二端口904的真實(shí)輸入電流I_in2的關(guān)系可以用下述公式(1)表示。

$I_{\mathrm{in}2\_\mathrm{even}}=I_{\mathrm{in}1\_\mathrm{even}}=I_{\mathrm{in}\_\mathrm{even}}=\frac{I_{\mathrm{in}1}+I_{\mathrm{in}2}}{2}---\left(1\right)$

圖2中的奇模電流I_{in1_odd}及I_{in2_odd}與圖1中第一端口902的真實(shí)輸入電流I_in1及第二端口904的真實(shí)輸入電流I_in2的關(guān)系可以用下述公式(2)表示。

$I_{\mathrm{in}2\_\mathrm{odd}}=I_{\mathrm{in}1\_\mathrm{odd}}=I_{\mathrm{in}\_\mathrm{odd}}=\frac{I_{\mathrm{in}1}-I_{\mathrm{in}2}}{2}---\left(2\right)$

根據(jù)上述公式(1)及(2)，第一端口902的真實(shí)輸入電流I_in1及第二端口904的真實(shí)輸入電流I_in2可以用下述公式(3)、(4)表示。

I_in1＝I_{in_even}+I_{in_odd} (3)

I_in2＝I_{in_even}-I_{in_odd} (4)

同樣，第一端口902的真實(shí)輸入電壓U_in1及第二端口904的真實(shí)輸入電壓U_in2可以用下述公式(5)、(6)表示。

U_in1＝U_{in1_even}+U_{in1_odd}＝I_{in_even}*Z_{in1_even}+I_{in_odd}*Z_{in1_odd} (5)

U_in2＝U_{in2_even}+U_{in2_odd}＝I_{in_even}*Z_{in2_even}-I_{in_odd}*Z_{in2_odd} (6)

其中，U_{in1_even}及U_{in1_odd}分別為第一端口902的偶模輸入電壓及奇模輸入電壓，U_{in2_even}及U_{in2_odd}分別為第二端口904的偶模輸入電壓及奇模輸入電壓；Z_{in1_even}及Z_{in1_odd}分別為第一端口902的偶模輸入阻抗及奇模輸入阻抗，Z_{in2_even}及Z_{in2_odd}分別為第二端口904的偶模輸入阻抗及奇模輸入阻抗。

由上述公式(3)、(4)、(5)、(6)，第一端口902的真實(shí)輸入阻抗Z_in1及第二端口904的真實(shí)輸入阻抗Z_in2可以用下述公式(7)、(8)表示。

$Z_{\mathrm{in}1}=\frac{U_{\mathrm{in}1}}{I_{\mathrm{in}1}}=\frac{I_{\mathrm{in}\_\mathrm{odd}}*Z_{\mathrm{in}1\_\mathrm{odd}}+I_{\mathrm{in}\_\mathrm{even}}*Z_{\mathrm{in}1\_\mathrm{even}}}{I_{\mathrm{in}\_\mathrm{odd}}+I_{\mathrm{in}\_\mathrm{even}}}---\left(7\right)$

$Z_{\mathrm{in}2}=\frac{U_{\mathrm{in}2}}{I_{\mathrm{in}2}}=\frac{I_{\mathrm{in}\_\mathrm{odd}}*Z_{\mathrm{in}2\_\mathrm{odd}}-I_{\mathrm{in}\_\mathrm{even}}*Z_{\mathrm{in}2\_\mathrm{even}}}{I_{\mathrm{in}\_\mathrm{odd}}-I_{\mathrm{in}\_\mathrm{even}}}---\left(8\right)$

對(duì)于圖2中的偶模激勵(lì)來(lái)說(shuō)，由于第一端口902的偶模輸入電流I_{in1_even}與第二端口902的偶模輸入電流I_{in2_even}相等，也即，I_{in1_even}＝I_{in2_even}，因此沒(méi)有電流流過(guò)電阻Zr，因此電阻Zr可以看作是開(kāi)路，因此圖2所述偶模激勵(lì)電路可以分解成圖4所示電路。在圖4中，電阻Zr/2是多余的。

從圖4中，第一端口902的偶模輸入阻抗Z_{in1_even}可以由下述公式(9)表示。

$Z_{\mathrm{in}1\_\mathrm{even}}=\sqrt{2}{Z}_o\frac{\left(2Z_0\right)+j\sqrt{2}{Z}_o\tan \mathrm{\λ}14}{\sqrt{2}{Z}_o+j\left(2Z_0\right)\tan \mathrm{\λ}/4}=\frac{{\left(\sqrt{2}{Z}_o\right)}^2}{2Z_0}=Z_0---\left(9\right)$

由于電路是對(duì)稱的，Z_{in2_even}＝Z_{in1_even}＝Z_{in_even}＝Z₀ (10)

對(duì)于圖3中的奇模激勵(lì)來(lái)說(shuō)，由于I_{in1_odd}＝-I_{in2_odd}，因此圖3所述奇模激勵(lì)電路可以分解成圖5所示電路。在圖5中，電阻Zr/2的一端耦合于第一端口902與第一傳輸線910之間，另一端接地，同時(shí)第三端口906也接地。

從圖5中可以得出:

由于電路是對(duì)稱的，Z_{in2_odd}＝Z_{in1_odd}＝Z_{in_odd}＝Z₀ (11)

將公式10、11代入公式7、8可以得到第一端口902的真實(shí)輸入阻抗Z_in1及第二端口904的真實(shí)輸入阻抗Z_in2為：

$Z_{\mathrm{in}1}=\frac{U_{\mathrm{in}1}}{I_{\mathrm{in}1}}=\frac{I_{\mathrm{in}\_\mathrm{odd}}*Z_{\mathrm{in}\_\mathrm{odd}}+I_{\mathrm{in}\_\mathrm{even}}*Z_{\mathrm{in}\_\mathrm{even}}}{I_{\mathrm{in}\_\mathrm{odd}}+I_{\mathrm{in}\_\mathrm{even}}}=Z_0---\left(12\right)$

$Z_{\mathrm{in}2}=\frac{U_{\mathrm{in}2}}{I_{\mathrm{in}2}}=\frac{I_{\mathrm{in}\_\mathrm{odd}}*Z_{\mathrm{in}2\_\mathrm{odd}}-I_{\mathrm{in}\_\mathrm{even}}*Z_{\mathrm{in}2\_\mathrm{even}}}{I_{\mathrm{in}\_\mathrm{odd}}-I_{\mathrm{in}\_\mathrm{even}}}=Z_0---\left(13\right)$

由上述分析可知，由于奇模輸入阻抗Z_{in_odd}等于偶模輸入阻抗Z_{in_even}，因此即便當(dāng)?shù)谝欢丝?02的真實(shí)輸入電流I_in1與第二端口904的真實(shí)輸入電流I_in2不平衡，第一端口902的真實(shí)輸入阻抗Z_in1仍然等于負(fù)載Z_L的阻抗，第二端口904的真實(shí)輸入阻抗Z_in2仍然等于負(fù)載Z_L的阻抗，因此威爾金森功率合成器900可以穩(wěn)定工作。

如前所述，在圖1所示威爾金森功率合成器900中，當(dāng)?shù)谝欢丝?02的真實(shí)輸入電流I_in1與第二端口904的真實(shí)輸入電流I_in2不平衡時(shí)，第一端口902接收的輸入功率與第二端口904接收的輸入功率之間的差異功率將由電阻Zr消耗掉，這將會(huì)導(dǎo)致電阻Zr過(guò)熱而損壞，進(jìn)而導(dǎo)致威爾金森功率合成器900損壞。

第一傳輸線910的電長(zhǎng)度等于流經(jīng)第一傳輸線910的信號(hào)的波長(zhǎng)的1/4，第二傳輸線912的電長(zhǎng)度等于第一傳輸線910的電長(zhǎng)度。對(duì)于甚高頻(very high frequency，簡(jiǎn)稱VHF)和特高頻(ultra high frequency，簡(jiǎn)稱UHF)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，第一傳輸線910和第二傳輸線912的電長(zhǎng)度太長(zhǎng)了。

請(qǐng)參閱圖6，其為第一種實(shí)施方式的功率合成器800的電路圖。功率合成器800包括第一端口102、第二端口104、公共端口106、第一傳輸線110、第二傳輸線120、第三傳輸線112、第四傳輸線122及平衡電容元件C_bal。在本實(shí)施方式中，第一傳輸線110的電長(zhǎng)度與第三傳輸線112的電長(zhǎng)度相等，第一傳輸線110的特征阻抗與第三傳輸線112的特征阻抗相等；第二傳輸線120的電長(zhǎng)度與第四傳輸線122的電長(zhǎng)度相等，第二傳輸線120的特征阻抗與第四傳輸線122的特征阻抗相等。

在本實(shí)施例中，第一傳輸線110、第二傳輸線120、第三傳輸線112及第四傳輸線122均為同軸電纜(coaxial cable)。在其他的實(shí)施例中，第一傳輸線110、第二傳輸線120、第三傳輸線112及第四傳輸線122均為帶狀線(strip line)或微帶線(micro strip line)。

第一傳輸線110耦合至第一端口102，第二傳輸線120耦合于第一傳輸線110與公共端口106之間。第三傳輸線112耦合至第二端口104，第四傳輸線122耦合于第三傳輸線112與公共端口106之間。平衡電容元件C_bal的一端耦合于第一傳輸線110與第二傳輸線120之間，另一端耦合于第三傳輸線112與第四傳輸線122之間。

在本實(shí)施方式中，第一端口102用于接收第一功率放大器(圖未示)提供的第一電功率，第二端口104用于接收第二功率放大器(圖未示)提供的第二電功率，公共端口106用于提供基于合成第一電功率和第二電功率的合成電功率。

為了解決圖1所示先有/公知威爾金森功率合成器900的上述問(wèn)題，考慮到上述第一功率放大器及第二功率放大器內(nèi)部的MOS場(chǎng)效應(yīng)管為電流源，在本發(fā)明實(shí)施方式之圖6所示功率合成器800中，當(dāng)流過(guò)第一端口102的電流I_in1與流過(guò)第二端口104的電流I_in2不平衡時(shí)，可以通過(guò)使第一端口102的電壓U_in1與第二端口104的電壓U_in2相等，使得圖6所示功率合成器800可以穩(wěn)定工作，因?yàn)镸OS場(chǎng)效應(yīng)管的性能由Vds來(lái)決定。

由下述公式14及15可知，當(dāng)奇模輸入阻抗Z_{in_odd}等于零時(shí)，即可以確保第一端口102的電壓U_in1與第二端口104的電壓U_in2相等。

U_in1＝I_{in_even}*Z_{in1_even}+I_{in_odd}*Z_{in1_odd}＝I_{in_even}*Z_{in1_even} (14)

U_in2＝I_{in_even}*Z_{in2_even}-I_{in_odd}*Z_{in2_odd}＝＝I_{in_even}*Z_{in2_even} (15)

由于Z_{in1_even}＝Z_{in2_even}＝Z_{in_even}，因此U_in1＝U_in2。

在圖6中，由于增加了平衡電容元件C_bal，因此可以確保奇模輸入阻抗Z_{in_odd}等于零。其理由如下：

圖8為圖6所示功率合成器800的奇模激勵(lì)電路的等效圖，其中，第一端口102通過(guò)串聯(lián)連接的兩個(gè)等效電容元件連接至第二端口104，兩個(gè)等效電容元件的電容值均為2C_bal。

圖9為圖8所示奇模激勵(lì)電路的分解圖，其中，第二傳輸線120的奇模輸入阻抗Z_{odd1_b}通過(guò)下述公式16來(lái)計(jì)算：

$Z_{\mathrm{odd}1\_b}=Z_{o1}\frac{j{Z}_{o1}\tan \mathrm{\βl}}{Z_{o1}}=j{Z}_{o1}\tan \mathrm{\βl}$………公式16

其中，βl是第二傳輸線120的電長(zhǎng)度，Z_o1是第二傳輸線120的特征阻抗。

第一傳輸線110的奇模輸出阻抗通過(guò)下述公式17來(lái)計(jì)算：

$Z_{\mathrm{odd}1\_c}=-\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}//j{Z}_{o1}\tan \mathrm{\βl}=\frac{Z_{o1}\tan \mathrm{\βl}}{1-Z_{o1}\tan \mathrm{\βl\ωC}}j=Z_{o1}\tan \mathrm{\δlj}$………公式17

其中，C是平衡電容元件C_bal的電容值的2倍，ω是通過(guò)第一傳輸線110和第二傳輸線120的信號(hào)的角頻率。

第二傳輸線120的奇模輸出阻抗Z_{odd1_a}通過(guò)下述公式18來(lái)計(jì)算：

$Z_{\mathrm{odd}1\_a}=Z_{o1}\frac{j{Z}_{o1}\tan \mathrm{\δl}+j{Z}_{o1}\tan \mathrm{\αl}}{Z_{o1}-Z_{o1}\tan \mathrm{\δ}l\tan \mathrm{\αl}}j=Z_{o1}\frac{j\tan \mathrm{\δl}+j\tan \mathrm{\αl}}{1-\tan \mathrm{\δ}l\tan \mathrm{\αl}}j$………公式18

其中，αl是第一傳輸線110的電長(zhǎng)度，Z_o1也是第一傳輸線110的特征阻抗；

若δl+αl＝π，則第二傳輸線120的奇模輸出阻抗Z_{odd1_a}等于零，因此Z_{in1_odd}＝Z_{odd1_a}＝0；又由于對(duì)稱的原因，Z_{in2_odd}＝Z_{in1_odd}＝Z_{in_odd}＝0；使得當(dāng)流過(guò)第一端口102的電流與流過(guò)第二端口104的電流不平衡時(shí)，第一端口102的電壓與第二端口104的電壓相等，如此可以確保功率合成器800穩(wěn)定工作。

第一傳輸線110的電長(zhǎng)度可以是任意值，第二傳輸線120的電長(zhǎng)度也可以是任意值。

請(qǐng)參閱圖7，其為第二種實(shí)施方式的功率合成器802的電路圖。圖8所示功率合成器802與圖6所示功率合成器800的區(qū)別是：圖8所示功率合成器800使用平衡電感元件L_bal取代了圖6所示功率合成器800中的平衡電容元件C_bal。也即，平衡電感元件L_bal的一端耦合于第一傳輸線110與第二傳輸線120之間，另一端耦合于第三傳輸線112與第四傳輸線122之間。

圖10為圖7所示功率合成器802的奇模激勵(lì)電路的等效圖，其中，第一 端口102通過(guò)串聯(lián)連接的兩個(gè)等效電感元件連接至第二端口104，兩個(gè)等效電感元件的電感值均為L(zhǎng)_bal/2。

圖11為圖10所示奇模激勵(lì)電路的分解圖，其中，第二傳輸線120的奇模輸入阻抗Z_{odd1_b}通過(guò)下述公式16來(lái)計(jì)算：

因此，上述公式17中的C對(duì)應(yīng)地替換成L，得到下述公式19。

$Z_{\mathrm{odd}1\_c}=-\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}//j{Z}_{o1}\tan \mathrm{\βl}=\frac{Z_{o1}\tan \mathrm{\βl}}{1-Z_{o1}\tan \mathrm{\βl\ωC}}j=Z_{o1}\tan \mathrm{\δlj}$………公式19

其中，L是平衡電感元件L_bal的電感值的一半。

與圖6所示功率合成器800類似的推導(dǎo)方法，也即與上述公式16、17及18類似，若δl+αl＝π(注意：δl是指公式19中的δl)，則第二傳輸線120的奇模輸出阻抗Z_{odd1_a}等于零，因此Z_{in1_odd}＝Z_{odd1_a}＝0；又由于對(duì)稱的原因，Z_{in2_odd}＝Z_{in1_odd}＝Z_{in_odd}＝0；使得當(dāng)流過(guò)第一端口102的電流與流過(guò)第二端口104的電流不平衡時(shí)，第一端口102的電壓與第二端口104的電壓相等，如此可以確保功率合成器802穩(wěn)定工作。

請(qǐng)參閱圖12，其為第三種實(shí)施方式的功率合成器804的電路圖。圖9所示功率合成器804與圖6所示功率合成器800的區(qū)別是：圖9所示功率合成器804使用第二電感L2及第四電感L4分別取代了圖6所示功率合成器800中的第二傳輸線120及第四傳輸線122。

在圖12中，與圖6所示功率合成器800類似的推導(dǎo)方法，當(dāng)流過(guò)第一端口102的電流與流過(guò)第二端口104的電流不平衡時(shí)，第一端口102的電壓與第二端口104的電壓相等，如此可以確保功率合成器804穩(wěn)定工作。圖12所示功率合成器804的推導(dǎo)方法與圖6所示功率合成器800的推導(dǎo)方法不同的是：

第二電感L2的奇模輸入阻抗Z_{odd1_b}通過(guò)下述公式20來(lái)計(jì)算：

Z_{odd1_b}＝j(luò)ωL………公式20

其中，L為第二電感L2的電感值。

可以理解的是，在其他的實(shí)施例中，圖9所示功率合成器804中的平衡電容元件C_bal可以替換成平衡電感元件，同樣可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施方式的目的。

請(qǐng)參閱圖13，其為第四種實(shí)施方式的功率合成器805的電路圖。圖10所示功率合成器805與圖6所示功率合成器800的區(qū)別是：圖10所示功率合成器805使用第二電容C2及第四電容C4分別取代了圖6所示功率合成器800 中的第二傳輸線120及第四傳輸線122。

在圖13中，與圖6所示功率合成器800類似的推導(dǎo)方法，當(dāng)流過(guò)第一端口102的電流與流過(guò)第二端口104的電流不平衡時(shí)，第一端口102的電壓與第二端口104的電壓相等，如此可以確保功率合成器805穩(wěn)定工作。圖13所示功率合成器805的推導(dǎo)方法與圖6所示功率合成器800的推導(dǎo)方法不同的是：

第二電容C2的奇模輸入阻抗Z_{odd1_b}通過(guò)下述公式20來(lái)計(jì)算：

Z_{odd1_b}＝-j/ωC………公式20

其中，C為第二電容C2的電容值。

可以理解的是，在其他的實(shí)施例中，圖13所示功率合成器805中的平衡電容元件C_bal可以替換成平衡電感元件，同樣可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施方式的目的。

請(qǐng)參閱圖14，其為第五種實(shí)施方式的功率合成器806的電路圖。功率合成器806包括該第一電感元件L1、第二電容元件C2、第三電感元件L3、第四電容元件C4及平衡電容元件C_bal。第一電感元件L1耦合至第一端口102，第二電容元件C2耦合于第一電感元件L1與公共端口106之間。第三電感元件L3耦合至第二端口104，第四電容元件C4耦合于第三電感元件L3與公共端口106之間。平衡電容元件C_bal耦合于第一電感元件L1和第二電容元件C2之間的連接點(diǎn)與第三電感元件L3和第四電容元件C4之間的連接點(diǎn)之間。

與圖6所示功率合成器800類似的推導(dǎo)方法，當(dāng)流過(guò)第一端口102的電流與流過(guò)第二端口104的電流不平衡時(shí)，第一端口102的電壓與第二端口104的電壓相等，如此可以確保功率合成器806穩(wěn)定工作。

請(qǐng)參閱圖15，其為第六種實(shí)施方式的功率合成器808的電路圖。功率合成器808包括第一傳輸線110、第二傳輸線120、第三傳輸線112及第四傳輸線122。第一傳輸線110耦合至第一端口102，第二傳輸線120耦合于第一傳輸線110與公共端口106之間。第三傳輸線112耦合至第二端口104，第四傳輸線122耦合于第三傳輸線112與公共端口106之間。公共端口106耦合至負(fù)載Z_L。

第一傳輸線110的電長(zhǎng)度與第二傳輸線120的電長(zhǎng)度之和等于第一傳輸線110和第二傳輸線120中傳送的信號(hào)的波長(zhǎng)的一半，第三傳輸線112的電長(zhǎng)度與第四傳輸線122的電長(zhǎng)度之和等于第三傳輸線112和第四傳輸線122 中傳送的信號(hào)的波長(zhǎng)的一半。

請(qǐng)?jiān)俅螀㈤唸D9，將圖9中的等效電容元件2C_bal刪除，即成為圖12所示功率合成器808的奇模激勵(lì)分解電路。由于第一傳輸線110的電長(zhǎng)度與第二傳輸線120的電長(zhǎng)度之和等于第一傳輸線110和第二傳輸線120中傳送的信號(hào)的波長(zhǎng)的一半，因此第一端口102的奇模輸入阻抗Z_{in1_odd}＝Z_{odd1_a}＝0，由于第一端口102與第二端口104對(duì)稱，因此第二端口104的奇模輸入阻抗Z_{in2_odd}＝Z_{in1_odd}＝Z_{in_odd}＝0。

如此當(dāng)流過(guò)第一端口102的電流與流過(guò)第二端口104的電流不平衡時(shí)，第一端口102的電壓與第二端口104的電壓相等，如此可以確保功率合成器808穩(wěn)定工作。

如圖16所示，其為一種實(shí)施方式的功率放大器模組990的功能模塊圖。功率放大器模組990包括第一功率放大器910、第二功率放大器920及功率合成器930。功率合成器930包括第一端口102、第二端口104及公共端口106。第一端口102用于接收第一功率放大器910提供的第一電功率，第二端口104用于接收第二功率放大器920提供的第二電功率，公共端口106用于提供基于合成第一電功率和第二電功率的合成電功率。該合成電功率被提供給負(fù)載940。其中，功率合成器930可以是圖6所示功率合成器800、圖7所示功率合成器802、圖12所示功率合成器804、圖13所示功率合成器805、圖14所示功率合成器806及圖15所示功率合成器808中的任意一種。

請(qǐng)參閱圖17，其為磁共振成像(MRI)裝置10的示意圖。磁共振成像系統(tǒng)10的操作可以從操作員控制臺(tái)12進(jìn)行控制，操作員控制臺(tái)12包括鍵盤或其它輸入設(shè)備13、控制面板14和顯示器16?？刂婆_(tái)12通過(guò)鏈路18與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20通信，并提供接口供操作員用來(lái)規(guī)定磁共振掃描，顯示所得圖像，對(duì)圖像執(zhí)行圖像處理，以及將數(shù)據(jù)和圖像存檔。輸入設(shè)備13可以包括鼠標(biāo)、操縱桿、鍵盤、軌跡球、觸摸屏、光棒、語(yǔ)音控制設(shè)備或任何類似或等效的輸入設(shè)備，并且可用于交互式幾何規(guī)定。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20包括多個(gè)模塊，這些模塊通過(guò)例如通過(guò)利用背板20a提供的電和/或數(shù)據(jù)連接彼此通信。數(shù)據(jù)連接可以是直接有線鏈路或者無(wú)線通信鏈路等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20的模塊包括圖像處理器模塊22、中央處理器模塊24和存儲(chǔ)器模塊26。存儲(chǔ)器模塊26可以包括用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)陣列的幀緩沖器。在替換的實(shí)施方式中，圖像處理器模塊22可以由中央處理器模塊24上運(yùn)行的圖像處理功能進(jìn)行替代。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20可以鏈接到檔案媒體設(shè)備、永久或 備份存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20還可通過(guò)鏈路34與獨(dú)立的系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)32進(jìn)行通信。

在一種實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)32包括經(jīng)由電和/或數(shù)據(jù)連接32a相互通信的一組模塊。數(shù)據(jù)連接32a可以是有線鏈路或者無(wú)線通信鏈路等。在可替換的實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20和系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)32的模塊可以在相同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)32的模塊包括中央處理器模塊36和通過(guò)通信鏈路40連接到操作員控制臺(tái)12的脈沖發(fā)生器模塊38。

在一種實(shí)施方式中，脈沖發(fā)生器模塊38可以集成到掃描儀設(shè)備(如共振組件52)中。系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)32通過(guò)鏈路40接收來(lái)自操作員的指示將執(zhí)行掃描序列的命令。脈沖發(fā)生器模塊38通過(guò)發(fā)送描述將產(chǎn)生的射頻脈沖和脈沖序列的時(shí)序、強(qiáng)度和形狀以及數(shù)據(jù)采集窗的定時(shí)和長(zhǎng)度的指令、命令和/或請(qǐng)求來(lái)操作放出(即，執(zhí)行)期望的脈沖序列的系統(tǒng)部件。脈沖發(fā)生器模塊38連接到梯度放大器系統(tǒng)42，并產(chǎn)生稱為梯度波形的數(shù)據(jù)，這些梯度波形控制將在掃描期間使用的梯度脈沖的時(shí)序和形狀。

在一種實(shí)施方式中，脈沖發(fā)生器模塊38還可從生理采集控制器44接收患者數(shù)據(jù)，生理采集控制器44從連接到患者的多個(gè)不同傳感器接收信號(hào)，例如來(lái)自附著到患者的電極的心電圖信號(hào)。脈沖生成器模塊38連接到掃描室接口電路46，掃描室接口電路46從各種傳感器接收與患者和磁體系統(tǒng)的狀況相關(guān)聯(lián)的信號(hào)?；颊叨ㄎ幌到y(tǒng)48也通過(guò)掃描室接口電路46來(lái)接收將患者臺(tái)移到期望的位置進(jìn)行掃描的命令。

在一種實(shí)施方式中，脈沖生成器模塊38產(chǎn)生的梯度波形被作用到梯度放大器系統(tǒng)42。梯度放大器系統(tǒng)42包括X軸梯度放大器、Y軸梯度放大器和Z軸梯度放大器。每個(gè)梯度放大器激勵(lì)梯度線圈組件(一般標(biāo)50)中對(duì)應(yīng)的物理梯度線圈，并產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度脈沖，以用于對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行空間編碼。梯度線圈組件50形成共振組件52的一部分，共振組件52包括具有超導(dǎo)主線圈54的極化超導(dǎo)磁體。共振組件52可包括全身射頻線圈56、表面或并行成像線圈76、或兩者。射頻線圈組件的線圈56、76可構(gòu)造成用于傳送和接收、或只傳送、或只接收?；颊呋虺上駥?duì)象70可安置在共振組件52的圓柱形患者成像體積72內(nèi)。系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)32中的收發(fā)器模塊58產(chǎn)生脈沖，這些脈沖由射頻放大器60放大，并通過(guò)發(fā)射/接收開(kāi)關(guān)62耦合到射頻線圈56、76。 由患者中的受激核發(fā)出的所得信號(hào)可由相同的射頻線圈56感測(cè)，并通過(guò)發(fā)射/接收開(kāi)關(guān)62耦合到前置放大器64?；蛘?，由受激核發(fā)出的信號(hào)可由諸如并行線圈或表面線圈76的獨(dú)立接收線圈感測(cè)。在收發(fā)器58的接收器部分中對(duì)放大的磁共振信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、濾波和數(shù)字化。發(fā)射/接收開(kāi)關(guān)62由來(lái)自脈沖生成器模塊38的信號(hào)進(jìn)行控制，以便在發(fā)射模式期間將射頻放大器60電連接到射頻線圈56，并在接收模式期間將前置放大器64連接到射頻線圈56。發(fā)射/接收開(kāi)關(guān)62還可使得能夠在發(fā)射或接收模式中使用獨(dú)立射頻線圈(例如，并行或表面線圈76)。

由射頻線圈56、或并行或表面線圈76感測(cè)的磁共振信號(hào)由收發(fā)器模塊58數(shù)字化，并傳送給系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)32中的存儲(chǔ)器模塊66。通常，對(duì)應(yīng)于磁共振信號(hào)的數(shù)據(jù)幀臨時(shí)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器模塊66中，直到隨后對(duì)它們進(jìn)行變換以創(chuàng)建圖像。陣列處理器68利用已知的變換方法(最常見(jiàn)的有傅里葉變換)來(lái)從磁共振信號(hào)創(chuàng)建圖像。這些圖像通過(guò)鏈路34傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20中，其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。響應(yīng)于從操作員控制臺(tái)12接收的命令，可將此圖像數(shù)據(jù)存檔在長(zhǎng)期存儲(chǔ)設(shè)備中，或者可通過(guò)圖像處理器22對(duì)它做進(jìn)一步處理、傳給操作員控制臺(tái)12并呈現(xiàn)在顯示器16上。

在一種實(shí)施方式中，射頻放大器60可以是如圖13所示的功率放大器模組990。

雖然結(jié)合特定的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識(shí)到，權(quán)利要求書(shū)的意圖在于覆蓋在本發(fā)明實(shí)施方式真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。