DE2806447A1

DE2806447A1 - Resonanz-auffangschaltung fuer spektrometer fuer die magnetische kernresonanz

Info

Publication number: DE2806447A1
Application number: DE19782806447
Authority: DE
Inventors: Lloyd Frank Hlavka
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1977-02-22
Filing date: 1978-02-15
Publication date: 1978-08-24
Also published as: CA1067578A; JPS53103793A; DE2806447C2; GB1585322A; US4095168A

Description

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ist an die relativ hohe Eingangsimpedanz,etwa 50 Ohm, eines rauscharmen HF-Verstärkers mittels zwei in Reihe geschalteten Ubertragungsleitungstransformatoren angepaßt, mit denen die Eingangsimpedanz von 50 Ohm des Verstärkersauf die niedrige Reihenresonanzimpedanz der Aufnahmespule transformiert wird. Die Übertragungsleitungstransformatoren werden von zwei Drahtleitungen gebildet, von denen ein Draht in Reihe mit der Aufnahmespule geschaltet ist und der andere so angeordnet ist, daß durch die verteilte Induktivität und Kapazität der Zweidrahtleitung in diesem ein in diesem fließender Strom induziert wird. Der induzierte Strom wird an dem Ende des Transformators mit niedriger Impedanz zu dem Strom addiert, der im ersten Draht fließt, so daß ein breitbandiger Impedanztransformator erhalten wird«, Zwei solche Transformatoren werden in Reihe mit der Aufnahmespule verwendet, um die niedrige Impedanz der Spule auf die relativ hohe Eingangsimpedanz des Vorverstärkers zu transformieren. Die Transformatoren sind breitbandig, so daß die Impedanz über den gesamten Abstiminbereich von 6-32 MHz gut angepaßt ist.

Hin bergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein die magnetische Kernresonanzspektroskopie und insbesondere eine verbesserte HF-Aufnahmespulenschaltung mit Impedanzanpaßtransformatorschaltung zum Anpassen der Impedanz der Keihenresonanz-Aufnahmespule an die Impedanz des Vorverstärkers«

Es sind bereits Sondenschaltungen füi· die magnetische Kernresonanz vorgeschlagen worden, mit denen die magnetische Kernresonanz der untersuchten Probe abgefühlt wird, die bei der magnetischen Kernresonanzfrequenz in Reihenresonanz sindo Diese Reihenresonanz-Aufnahmespulen

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sind mittels Transformatoren mit konzentrierten Bauelementen an die Empfängerverstärkerschaltung impedanzmäßig angepaßt worden, die typischerweise entweder aus einem Spannungsteilerkondensator oder einer induktiven Transformatorkopplung "bestand. (US-PS 3 434 043)

Das Problem bei solchen bekannten Sondenschaltungen liegt darin, daß die Reihenresonanzimpedanz der Aufnahmeschaltung relativ niedrig ist, etwa größenordnungsmäßig einige wenige Ohm, entsprechend den Widerstandsverlusten in der HF-Spule. Andererseits ist die Eingangsimpedanz eines rauscharmen Verstärkers typischerweise in der Größenordnung von 50 Ohm oder mehr. Es tritt also eine erhebliche Impedanzfehlanpassung zwischen der Reihenresonanz-Aufnahmespule und dem Empfängereingang auf. Diese Impedanz kann zwar bei einer Frequenz angepaßt werden, der maximale auf diese Weise erzielbare Abstimmbereich lag jedoch in der Größenordnung von 2 : 1, d.h., von 6 MHz bis 12 MHz.

Es besteht jedoch ein Bedarf für eine Sondenschaltung, die dazu verwendet werden kann, die magnetische Kernresonanz einer Anzahl von unterschiedlichen Kernen zu fühlen, ohne daß die Sondenschaltung geändert werden muß. Insbesondere ist es erwünscht, eine abstimmbare Auffangprobenschaltung zu schaffen, die über die magnetischen

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Kernresonanzbänder von N bei 6 HKz bis P bei 32 MHz abgestimmt werden kann und in diesem Abstimmbereich die Kerne von ¹^C bei 20 MHz, ²H bei 12 MHz und ¹⁵N bei 8 MHz einzuschließen. Die Sondenschaltung soll vorzugsweise hohe Empfindlichkeit über diesen ganzen Abstimmbereich. haben und deshalb sollte die Heihenresonanzimpedanz der Auffangspule gut an die Eingangsimpedanz des Verstärkers über diesem Bereich angepaßt sein.

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Hauptaufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Auffangspulenschaltung für die magnetische Kernresonanz zur Verwendung in einem Spektrometer für die magnetische Kernresonanz verfügbar zu machen, die über ein relativ breites Band abstimmbar ist, etwa von einer ersten niedrigen Frequenz bis zu einer oberen Frequenz, die das Mehrfache des Wertes der tiefen Frequenz beträgt.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die Reihenresonanzimpedanz einer auf Reihenresonanz abgestimmten HF-Auffangspule an die Eingangsimpedanz eines HF-Verstärkers über einen Übertragungsleitungstransformator der Art angepaßt, bei der die verteilte gegenseitige Induktivität und Kapazität einer Zweidrahtleitung dazu verwendet wird, einen Strom im zweiten Draht zu induzieren, der phasenmäßig zum Strom im ersten Draht am Niedrigimpedanzende des betreffenden Transformators addiert wird, so daß die Impedanz am Hochimpedanzende des Transformators ein ganzzahliges Vielfaches der Impedanz am Niedrigimpedanzende des Transformators ist, so daß die Impedanzanpassung breitbandig ist*

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Ubertragungsleitungstransformator aus einem verdrillten Leiterpaar, das vorzugsweise zu einer Spule gewickelt ist«

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Ubertragungsleitungstransformator aus einer Reihenschaltung von mehreren einzelnen Ubertragungsleitungstransformatoren, um ein großes Gesamt-Impedanz-Transformationsverhältnis zwischen der Impedanz der Auffangspule und der Eingangsimpedanz des HF-Verstärkers zu schaffen.

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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Ubertragungsleitungstransformator wenigstens zwei parallel geschaltete Übertragungsleitungstransformatoren auf, um den Wellenwiderstand (den charakteristischen Leitungswiderstand) des zusammengesetzten Übertragungsleitungstransformators zu reduzieren.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Ubertragungsleitungstransformator frei von ferromagnetischem Material, um das Einbringen der Transformatoreinrichtung in die unmittelbare Nachbarschaft der Probe für die magnetische Kernresonanz zu erleichtern, ohne daß das magnetische Polarisationsfeld im Bereich der Probe unzulässig gestört wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild, teilweise als Blockschaltbild ausgeführt, eines Spektrometers für die magnetische Kernresonanz mit Merkmalen der Erfindung;

Fig. 2 graphisch den Zusammenhang zwischen der Eingangsimpedanz und der Frequenz für eine Reihenresonanz-HF-Auf fangspule ;

Fig· 3 graphisch die minimale Eingangsimpedanz über der Frequenz für die Reihenresonanz-Auffangspule nach der Erfindung;

Fig. 4- ein schematisches Schaltbild eines Ubertragungsleitungstransf ormators, der in der Schaltung nach Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 5 eine körperliche Verwirklichung des ubertragungsleitungstransf ormators nach Fig. 4;

Fig. 6 eine alternative physikalische Verwirklichung eines Ubertragungsleitungstransformators, der in der Schaltung nach Fig. 1 verwendet wird; und

Fig. 7 schematisch eine physikalische Verwirklichung einer Hälfte des Transformators nach Fig. 6 nach Wicklung zu einer Spule oder Wendel.

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In Fig. 1 ist ein Spektrometer 11 für die magnetische Kernresonanz mit weitem Abstimmbereich mit Merkmalen der Erfindung dargestellt. Das Spektrometer 11 weist einen Analysekanalteil 12 auf, mit dem die magnetische Kernresonanz einer zu untersuchenden Probe angeregt und detektiert wird, die in einer rohrförmigen Probenregion 13 angeordnet ist, und einen Feld-Frequenz-Kontroll-Kanal 14, mit dem die Resonanz einer Kontrollgruppe von Kernresonanzkörpern angeregt und detektiert wird, um die Resonanzbedingung der zu untersuchenden Probe zu kontrollieren.

Die zu untersuchende Probe in der Probenregion 13 ist hinsichtlich hochfrequenter Magnetfelder in einer Austauschbeziehung mit einer Auffangspule 15 angeordnet, die beispielsweise 1,6 μΈ. Induktivität hat und aus vierzehn Windungen von etwa 10 mm Durchmesser besteht, wobei die Spule etwa 9 πηπ lang ist. Die Spule 15 ist in Reihenresonanz mit einem variablen Kondensator 16, dessen Kapazität zwischen einem Wert von etwa 10 pF bis zu einem Wert von etwa 400 pF variabel ist, um die Reihenresonanz der HF-Auffangspule 15 über einen relativ breiten Abstimmbereich durchzustimmen, beispielsweise von 6 MIIz bis 32 MHz. Die Keihenresonanz-Auffangspule 15 weist einen gewissen Widerstand auf, der als Reihenwiderstand R_ erscheint= In einem typischen Ausführungsbeispiel beträgt die Eeihenresonanz R etwa 3 0hm. Der Gütefaktor Q des abgestimmten Reihenresonanzkreises hat einen Wert von etwa 50»

Die Auffang-Analysespule 15 ist um die Probenregion 13 herum derart gewickelt, daß eine magnetische Achse parallel zur Y-Achse in einem kartesischea Koordinatensystem liegt, wie dargestellte Die Probe iuird vorzugsweise

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in üblicher V/eise um eine zur Y-Achse parallele Achse gesponnen. Ein magnetisches Polarisationsfeld H_Q von beispielsweise 18 kG wird parallel zur Z-Achse durch die Frobenregion 13 geschickt. Die Reihenresonanz-Analyse-HF-Auffangspule 15 ist an den Eingang eines HF-Vorverstärkers 17 über einen zweistufigen Übertragungsleitungs-Impedanztransformator 18 angekoppelt, um die relativ niedrige Reihenresonanzimpedanz von etwa 1,5 "bis 5 Ohm der Beihenresonanz-Auffangspule an die Eingangsimpedanz des Verstärkers 17 von beispielsweise 50 Ohm anzupassen.

Der Transformator 18 und die Spule 15 sind vorzugsweise innerhalb eines Sondengehäuses 20 angeordnet, das zwischen den Polschuhen eines Magneten angeordnet ist, mit dem das Polarisationsfeld Hq erzeugt wird. Der Ausgang des Transformators 18 ist über ein Stück einer Koaxialleitung von 50 Ohm an einen Anschluß zwischen einem HF-Sender und dem HF-Vorverstärker 17 gekoppelt und zwischen entsprechende Gatter 23 und 2M-. Der HF-Vorverstärker 17 liefert seinen Ausgang an einen HF-Empfänger 22, der das magnetische Kernresonanzsignal empfängt, das von der Auffangspule 15 aufgenommen worden ist, und detektiert das vorverstärkte empfangene Signal, um ein Resonanz-Gleichstrom- Ausgangssignal proportional der Amplitude der detektierten Resonanz der untersuchten Probe zu erzeugen. Das Gleichstrom-Eesonanzsignal wird einem Schreiber 25 zugeführt, um in Abhängigkeit von der Frequenz des Senders 21 aufgezeichnet zu werden, die mittels einer Frequenzsteuerung von einer Frequenzsteuerung 26 durchgesteuert wird, so daß der Ausgang des Schreibers ein aufgezeichnetes magnetisches Kernresonanzspektrum der untersuchten Probe ist.

Ein Ausgang der Frequenzsteuerung 26 wird dazu verwendet, die Frequenz des HF-Senders 21 zu kontrollieren, um die

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Frequenz des HP-Senders 21 über einen gewissen engen Frequenzbereich durchzusteuern, beispielsweise einige tausend Hertz, die um die Mittenfrequenz des HF-Senders zentriert sind. Die Mittenfrequenz f des HF-Senders ist auch auf die Frequenzbänder von mehreren unterschiedlichen zu untersuchenden Kernen abgestimmt, die in einen Frequenzbereich von 6 bis 32 MIIz fallen. Beispielsweise erlaubt ein Frequenzwähler 2? die Auswahl einer Mittenfrequenz des HF-Senders 21 von etwa 6 MHz für Kerne von ¹^N; 8 MHz für die Kerne ¹^N, 12 MHz für

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die Kerne von H, 20 MHz für die Kerne von ^C und

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32 MHz für die Kerne von P. Der Frequenzwähler weist auch eine Abstimmsteuerung auf, um den Wert des Kondensators 16 abzustimmen, so daß die Reihenresonanzfrequenz der reihenabgestimmten Aufnahmespule 15 auf die jeweiligen magnetischen Kernresonanzfrequenzen der genannten Kerne abgestimmt wird.

Das Spektrometer 11 für die magnetische Kernresonanz ist ein Einspulen-Spektrometer, d.h., eine gemeinsame HF-Spule dient sowohl dazu, das Anregungsfeld für die magnetische Kernresonanz an die zu untersuchende Probe anzulegen als auch dazu, die resultierende Kernresonanz der Probe aufzunehmen. Das wird durch einen Zeitmultiplexbetrieb von Sender 21 und Empfänger 22 erreicht, so daß der Sender einen Impuls aussendet, um die Resonanz anzuregen, und dann, während einer Aus-Periode, wird der Empfänger 22 ein-gegattert, um das Resonanzsignal zu empfangen, das von der angeregten zu untersuchenden Probe ausgeht.

Das Sender-Gatter 23 kann aus zwei parallel geschalteten, gegeneinander gepolten Dioden bestehen, so daß, wenn die Amplitude des HF-Sender-Impulses einen vorgegebenen

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Gchwellwert übersteigt, der Impuls durch das Sender-Gatter 23 hindurchläuft, indem die Dioden eingeschaltet werden, und dann durch das Gatter 23 zur Gpule 15 läuft.

Ein Impulsgeber 29, der mit dem HF-Gender 21 synchronisiert ist, wird vorzugsweise dazu verwendet, das Empfänger-Gatter 24 während der Aus-Zeiten des HF-Senders einzuschalten, so daß nesonanzsignale, die von der Auffangspule 15 aufgenommen werden, durch das Empfänger-Gatter zum Vorverstärker 17 und Empfänger 22 laufen, aber kräftige Hr-üender-Impulse vom Vorverstärker 17 und Empfänger 2? blockiert werden.

I/er Feldfrequenzkontrollkanal· 14 weist eine Einrichtung auf, mit der die Resonanz einer Kontrollgruppe von magnetischen Kernresonnnzkorpern angeregt und detektiert wird, die im Probenbereich 13 angeordnet ist, um ein Signal abzuleiten, mit der die Größe des Polarisationsfeldes Hq auf einen vorgegebenen Wert kontrolliert werden kann, der mit der .Resonanzfrequenz der bekannten Feldfrequenzkontroll-Probe in Beziehung steht. Genauer gesagt, der Feldfrequenzkontrollkanal 14 weist eine IIF-Anregur.gs- und Detektorspule 31 auf, die koaxial zur Analysenproben-L-pule 15 angeordnet ist, wobei die Gpule 51 axial in zwei gleiche Teile getrennt ist, die an entgegengesetzten Enden der Analysespule 15 angeordnet sind. Die Gpulenteile 31 sind fregensinnig relativ zum durch sie fließenden Reihenstrom gewickelt, so daß die HF-Felder, die von den getrennten Teilen erzeugt werden, sich im durch die Analysespule 15 begrenzten Bereich auslöschen. Das wird bei einer Ausführungsform dadurch erreicht, daß dafür gesorgt wird, daß die beiden Hälften der Feld-Frequenzny-Spule im Kompensationssinn gewickelt sind, so daß das in jeder Hälfts erzeugte magnetische HF-Feld sich in der Mitte der Analysespule 15 auslöscht. Die FeId-

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Frequenz-HF-Spule 31 ist mittels Kondensatoren 30 und 32 bei der magnetischen Kernresonanzfrequenz der KontrolL-Kerngruppe abgestimmt und an 50 Ohm Impedanz angepaßt.

Die abgestimmte Feld-Frequenz-Kontrollspule 31 ist über eine Koaxialleitung 34- an einen Knoten zwischen einem Kontroll-HF-Sender 35 und einem Kontroll-IiF-Vorverstärker 33 und Empfänger 36 und zwischen entsprechenden Gattern 37 und 38 angekoppelt. Die Gatter 37 und ⁷>P> arbeiten in der gleichen Weise wie die Gatter 23 und PA, um die Senderpulse mit den empfangenen Impulsen von der Kontrollgruppe der kernmagnetischen Resonatoren zeitzutnult i plexen.

Das Gleichstrom-Kesonanzsignal, das vom Ausgang des Kontroll-HF-Empfängers 36 abgeleitet wird, wird einer Feld-b'requenz-Kontrolle 38 zugeführt, um einen Ausgang abzuleiten, mit dem ein Satz nicht dargestellte elektromagnetische Spulen getrieben wird, der dazu verwendet wird, die Gesamtgröße des Magnetfeldes Hq zu kontrollieren. Das von der FoLd-Frequenz-Kontrolle 38 abgeleitete Feld-Frequenz-Kontrollsignal hat eine solche Größe und ein solchen Vorzeichen, das die Resonanz der Feld-Frequenz-Kontrol!-Gruppe von kernmagnetischen !resonatoren aufrechterhalten wird, so daß die Stärke des magnetischen J'olarisationsfe Ides H₀ mit der Resonanz der Kontrollgruppe der kernmagnetischen Resonatoren verrastet ist. Ein Impulsgeber 29 treibt das Empfängergatter 38, so daß der Empfänger während der Aus-Zeit des HF-Senders 35 ein-gegattert wirdo

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Per Hbertragungsleitungstransformator 18 wird anhand von FiR. 1 bis 7 näher beschrieben. Wenn man in die auf Keihenresonanz abgestimmte Analyse-i-F-opule 15 hineinsieht, sieht, man eine Impedanz, die mit der Frequenz gemäß Fife. ? variiert. Das ist die typische Reihenresonanz-Impedanz-CharakteristLk und die tfingangsimpedanz hat ein minimum Z . , das etwa gleich dem Heihenwiderstand f., der HK-f.pule 15 bei der Keinenresonanzfrequenz f,^ der Auffangspule 15 ist. Wenn die Auffangspule f requenzmäßig von einer lie ihenresonanz bei 6 MHz auf eine Kriher.resonar.z bei 30 MtIz abgestimmt wird, ändert sich Z . von einem Minimum von 1,5 Ohm bei 6 MfIz zu einem Maximum von etwa 5 Ohm bei 30 MHz, wie in Fig. 3 dargesteLlt.

Der Hbertragungs! eitungstransf orir.ator 18 dient dazu, Z . an die Impedanz des Vorverstärkers 17 anzupassen, beispielsweise etwa 50 Ohm, und zwar über den Abshimmbereich von 6 KlIz bis über ^O MHz. Der zusammengesetzte Transformator 18 weist eine Reihenschaltung von zwei Transformatorsektionen 41 und 44 auf, die jede aufgebaut sind, wie schemafiach in Fig. 4 angedeutet. Die erste Transformatorsektion 41 (Fig. 1) paßt den Wellenwiderstand (f'harakteristischen Leitungswiderstand) der übertragungsleitung, der gesehen wird, wenn man in die auf Heihenresonanz abgestimmte Auffangspule sieht, die einen Wellenwiderstand Z^ von etwa 3 Ohm hat, an den Wellenwiderstand einer ubertrarungsleitungssektion 43 an, die den liingang eines zweiten reihengeschalteten i'bertragunpsLeitungntransformators 44 bildet. Der Wellenwiderstand Zp der Leitung beL 43 betrügt etwa 1? Ohm. Der Wellenwiderstand Z , au Hochimpedanzende der zweiten Transfornatorsektion 44 beträgt etwa 50 0hm entsprechend dem Wellenwiderstand der Leitung, die in den Eingang des KF-Verstärkers 17 einspeist. Jede Transformatorsektion

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und 44- liefert also ein Impedanztransformationsverhältnis 4- : 1 für ein Gesamt-Impedanz-Transformationsverhältnis von 16 zwischen der niedrigen Impedanz von beispielsweise 3 Ohm der abgestimmten Auffangspule 15 und der Eingangsimpedanz des Vorverstärkers 17 von 50 Ohm.

Jede der Transformatorsektionen 4-1 und 4-4 (Fig. 4) besteht aus einem Stück einer Zweidraht-Ubertragungsleitung, wobei einer der Drähte 4-5 für Reihenresonanz-Stromfluß zwischen der Reihenresonanz-Auf fangspule 15 und dem Eingang des Vorverstärkers 17 in Reihe geschaltet ist. Der andere Draht 46 der Zweidrahtleitung ist am Niedrigimpedanzende 4-2 bzw. 4-3 der jeweiligen Transformatorsektion 4-1 bzw. 44 geerdet, und das Hochimpedanzende des zweiten Drahtes 46 ist mit dem Niedrigimpedanzende des ersten Drahtes 45 bei 4-2 bzw. 4-3 verbunden.

Die verteilte gegenseitige Induktivität und Kapazität zwischen den beiden Drähten 45 und 46 sorgt dafür, daß der im ersten Leiter 45 fließende Peihenstrom einen gleichen und entgegengesetzten Strom im zweiten Leiter 4-6 induziert. Dieser phasenverschobene Strom im zweiten Leiter wird an das Niedrigimpedanzende der Transformatorsektion 41 oder 44 zurückgekoppelt, so daß die beiden Ströme, nämlich der Reihenstrom und der induzierte Strom gleicher Größe sich phasenmäßig am Niedrigimpedanzende des Transformators addieren. Da die in die Transformatorsektion eintretende Leistung gleich der austretenden Leistung ist, und da der Strom am Niedrigimpedanzende das Doppelte des Stroms am Hochimpedanzende ist, geht das Impedanztransformationsverhältnis mit dem Quadrat des Stromes, so daß die Impedanz am Hochimpedanzende das Vierfache der Impedanz am Niedrigimpedanzende beträgt.

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Die Länge 1 jeder der Transformatorsektionen 4-1 oder beträgt vorzugsweise etwa 1/8 einer Wellenlänge am hochfrequenten Ende des durchstimmbaren Bandes der Reihenresonanz-Auffangspulenschaltung. Zwei solche Transformatorsektionen, die relativ zueinander reihengeschaltet sind, ergeben damit eine Impedanztransformation 16 : 1, die dazu dient, die relativ niedrige Impedanz von 3 Ohm am Eingang zur Reihenresonanz-Auffangspule auf die höhere Eingangsimpedanz des Vorverstärkers 17 zu transformieren.

In Fig. 5 ist eine physikalische Realisierung des ersten Impedanztransformators 41 dargestellt. Genauer gesagt, der Impedanztransformator 41 besteht aus einem Stück Koaxialleitung mit einem Wellenwiderstand Z~ von 10 Ohm und die Länge 1 der Koaxialleitung ist in eine Spule gewickelt, wobei der Außenleiter 46 am Hochimpedanzende mit dem Mittelleiter 45 am Niedrigimpedanzende verbunden ist und der Außenleiter am Niedrigimpedanzende geerdet ist. Das Fehlen von ferromagnetischem Material, das der Transformatorsektion 41 zugeordnet sein könnte, erleichtert eine relativ dichte Anordnung der Transformatorsektion am Probenbereich 13 innerhalb der Sondenstruktur 20, ohne daß die Gleichförmigkeit des magnetischen Polarisationsfeldes innerhalb des Probenbereichs 13 unzulässig gestört wird.

In Fig. 6 ist eine physikalische Realisierung der zweiten Transformatorsektion 44 dargestellt. Die zweite Transformatorsektion 44 hat einen Wellenwiderstand von 25 Ohm zum Anpassen des Niedrigimpedanzendes, bei 12 Ohm, an das Hochimpedanzende, bei 50 Ohm. Tatsächlich besteht die Transformatorsektion 44 aus einer Parallelschaltung von zwei Übertragungsleitungs-Transformatorsektionen,

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die jede einen Wellenwiderstand von 50 Ohm haben, um einen zusammengesetzten Wellenwiderstand von 25 Ohm für die Sektion 44 zu erhalten. Kurz gesagt, jede der parallelen Transformatorsektionen besteht aus einem verdrillten Paar von emaille-isolierten Drähten 45 und Nr. 26 (26 gauge). Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist: jedes der verdrillten Paare zu einer Spule von mehreren Windungen gewickelt, die in Fig. 7 für eines der verdrillten Paare angedeutet ist.

Der gesamte zusammengesetzte Transformator 18 ergibt also eine Impedanzverhältnistransformation 16 : 1 über einen sehr breiten Anstimmbereich von 6 bis 40 MHz. Dadurch ist es möglich, eine einzelne Sondenschaltung und -struktur zum Abfühlen von magnetischen Kernresonanzen von N, -⁷N, H, C, ^ P und anderen zu verwenden.

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Claims

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Patentansprüche

Resonanz-Auffangschaltung für Spektrometer für die magnetische Kernresonanz, mit einer magnetischen Auffangspuleneinrichtung, die in Austauschbeziehung hinsichtlich hochfrequenter Magnetfelder mit einem Probenbereich für die magnetische Kernresonanz angeordnet ist, um die magnetische Kernresonanz einer Probe im Probenbereich zu fühlen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstimmkondensatoreinrichtung für KF-Stromfluß in Reihe mit der Auffangspuleneinrichtung geschaltet ist, um die Induktivität der magnetischen Auffangspuleneinrichtung bei einer magnetischen Kernresonanzfrequenz des Resonanzprobenmaterials in Reihenresonanz zu bringen, daß eine Übertragungsleitungs-Transformatoreinrichtung mit der Auffangspuleneinrichtung und der Abstimmkondensatoreinrich« tung für Reihenresonanz-Hochfrequenz-Stromfluß bei der Reihenresonanzfrequenz in Reihe geschaltet ist, um die relativ niedrige Resonanzimpedanz der Reihenresonanz-Auffangspuleneinrichtung auf eine wesentlich höhere Impedanz des Eingangs eines Hochfrequenzverstärkers zu transformieren, wobei die Transformatoreinrichtung zwei längliche Leiter mit einem sich in axialer Richtung gemeinsam erstreckenden länglichen Teil aufweist, wobei die Übertragungsleitung aus der verteilten Induktivität und Kapazität der beiden sich gemeinsam erstreckenden Leiter besteht, der erste Leiter in Reihe mit der Reihenresonanz-Auffangspule liegt5 damit hochfrequenter Reihenresonanzstrom einer

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Phase hindurchfließt und ein hochfrequenter Stromfluß entgegengesetzter Phase in den zweiten Leiter induziert wird, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der der induzierte Strom des zweiten Leiters an das Ende des ersten Leiters angekoppelt wird, das zur Auffangspuleneinrichtung weist, und zwar in Phase mit dem Stromfluß im ersten Leiter, so daß im zur Auffangeinrichtung weisenden Ende des ersten Leiters die Summe des Stromflusses in den beiden Leitern vorhanden ist und am entgegengesetzten Ende des Leiters, das zum Verstärker weist, nur der Reihenresonanz-Stromfluß auf dem ersten Leiter vorhanden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitungs-Transformatoreinrichtung aus zwei Transformatoreinrichtungen besteht, die mit der in Resonanz befindlichen Auffangspuleneinrichtung in Reihe geschaltet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden länglichen Leiter als verdrilltes Paar verdrillt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden länglichen Leiter aus einer Koaxialleitungseinrichtung bestehen, deren Innenleiter als einer der Leiter und deren den Innenleiter umgebender Außenleiter als der andere der beiden Leiter vorgesehen ist.
5- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leiter zu einer Spule gewickelt s5nd.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoreinrichtung zwei Transformatoreinrichtungen aufweist, die zueinander parallel und mit der in Resonanz befindlichen Auffangspuleneinrichtung in Reihe geschaltet sind, um den Wellenwiderstand Zq der Transformatoreinrichtung zu reduzieren.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anregen der Auffang spuleneinrichtung mit hochfrequentem Strom zur Anregung der Resonanz der Probe und Empfangseinrichtungen, die mit der Auffangspuleneinrichtung gekoppelt sind, um Resonanzsignale zu empfangen, die von der angeregten Resonanzprobe ausgehen, um ein Ausgangs-Resonanzsignal zu erzeugen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 s, gekennzeichnet, durch eine Einrichtung zum Durchsteuern der Resonanzbedingungen zur Bildung eines Resonanzspektrums der Probe»

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