一种磁共振射频功率放大器装置及磁共振系统制造方法及图纸

本公开提供了磁共振射频功率放大器装置及磁共振系统。其中，磁共振射频功率放大器装置，包括第一巴伦，其被配置为接收前馈信号并经第一模数转换器传送至处理器；第二巴伦，其被配置为接收反馈信号并经第二模数转换器传送至处理器；处理器，其被配置为将接收的前馈信号和反馈信号均进行数字变频和信号同步处理，通过神经网络间接学习结构训练射频功率放大器逆函数估计器，并将射频功率放大器逆函数估计器的权重系数复制给预失真器；预失真器的输出信号依次经第三巴伦、数模转换器和模拟上变频模块进入射频功率放大器模块；射频功率放大器模块将接收的信号放大后分成两路。

A Magnetic Resonance RF Power Amplifier Device and Magnetic Resonance System

The present disclosure provides a magnetic resonance radio frequency power amplifier device and a magnetic resonance system. The magnetic resonance RF power amplifier device, including the first Baron, is configured to receive feed-forward signals and transmit them to the processor via the first analog-to-digital converter; the second Baron, which is configured to receive feedback signals and transmit them to the processor via the second analog-to-digital converter; and the processor, which is configured to digitally convert and synchronize the received feed-forward signals and feedback signals. The inverse function estimator of the RF power amplifier is trained by the indirect learning structure of the neural network, and the weight coefficient of the inverse function estimator of the RF power amplifier is copied to the predistorter; the output signal of the predistorter enters the RF power amplifier module through the third Barron, the digital-to-analog converter and the analog upconversion module in turn; and the received signal is transmitted by the RF power amplif The amplification is divided into two routes.

【技术实现步骤摘要】
一种磁共振射频功率放大器装置及磁共振系统
本公开属于磁共振领域，尤其涉及一种磁共振射频功率放大器装置及磁共振系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。在磁共振系统中，需要射频功率放大器将磁共振波谱仪发射的射频脉冲放大到几十到几百瓦，输出到发射线圈，以激发实验样本。因此射频功率放大器是磁共振系统中不可缺少的一部分。但是如同一般的功率放大器，射频功率放大器具有非线性特性，当射频功率放大器工作在饱和区或截止区时，会引起脉冲信号非线性失真。输入信号的功率越大，射频功率放大器的失真越严重。这种失真包括频带内幅度和相位失真以及频带外频谱扩展，干扰相邻信道的信号传输，最终使得磁共振系统成像出现伪影、畸变，画面质量降低，干扰疾病诊断和科学研究。因此，需要保证射频功率放大器工作效率的同时实现功率放大器的线性化。解决射频功率放大器非线性的方法包括以下几种方法：(1)最直接的方法是制造高精度高线性射频功率放大器。但是专利技术人发现其制造工艺复杂、价格昂贵，一般不适合用于高功率放大器。(2)功率回退是提高功率放大器线性度最简单的一种方法，通过降低功率放大器的工作点，使得功率放大器工作在离饱和点回退10到15dB的地方。功率回退法实现简单，但专利技术人发现其缺点是会大大降低功率放大器的工作效率，进而增加系统的维护成本。(3)直接反馈法是利用输出信号直接抑制输入信号，专利技术人发现其缺点是难以估计输出信号对于输入信号的延时，使得系统稳定性较差。因此在工程上更经常采用间接负反馈法，间接负反馈法是指输出和输入信号通过一种间接的连接方式进行比较。因此，间接负反馈法的优点在于精度高、技术成熟、价格低廉等。专利技术人发现其缺点在于反馈回路延时难以控制、系统不够稳定、不适合用于频带较宽场合等。(4)前馈法基本原理如下：利用抵消回路分离出干扰信号对经延时的功率放大器输出信号进行叠加抵消，进而实现功率放大器的线性化。此方法速度较快、线性化较好、使用带宽较宽，但是专利技术人发现其结构复杂、成本高、效率较低且自适应性较差。(5)预失真技术的基本思想是在功率放大器前插入一个曲线特性与功率放大器曲线特性互逆的预失真器，通过预失真器与功率放大器的联级使用进而实现功率放大器线性化。预失真技术的预失真器多用模拟电路的方式实现，其优点是成本低、电路结构简单、适应带宽宽，然而专利技术人发现其缺点是预失真效果很有限，尤其对高阶分量失真进行预失真较困难。综上所述，专利技术人发现，目前射频功率放大器的工作效率均较低且非线性处理过程中的预失真效果差。
技术实现思路
为了解决上述问题，本公开的第一方面提供了一种磁共振射频功率放大器装置，其具有工作效率高且非线性处理过程中的预失真效果好的优点。本公开的第一方面的一种磁共振射频功率放大器装置的技术方案为：本公开的一种磁共振射频功率放大器装置，包括：第一巴伦，其被配置为接收前馈信号并经第一模数转换器传送至处理器；第二巴伦，其被配置为接收反馈信号并经第二模数转换器传送至处理器；处理器，其被配置为将接收的前馈信号和反馈信号均进行数字变频和信号同步处理，然后通过神经网络间接学习结构训练射频功率放大器逆函数估计器，并将射频功率放大器逆函数估计器的权重系数复制给预失真器；所述射频功率放大器逆函数估计器和预失真器结构相同；所述预失真器的输出信号依次经第三巴伦、数模转换器和模拟上变频模块进入射频功率放大器模块；所述射频功率放大器模块被配置为将接收的信号放大后分成两路，其中一路发射出去，另一路依次经耦合模块和模拟下变频模块处理得到反馈信号。进一步地，所述处理器将接收的前馈信号和反馈信号均进行数字变频的过程为：将前馈信号数字下变频成基带信号，再将前馈信号数字上变频为中心频率符合处理器中心频率的信号；将反馈信号数字下变频成基带信号，再将反馈信号数字上变频为中心频率符合处理器中心频率的信号。上述方案的优点在于，通过将接收的前馈信号和反馈信号均进行数字变频，使得接收的前馈信号和反馈信号的中心频率均符合处理器的中心频率信号，这样能够提高处理器的工作效率，进而提高整个磁共振射频功率放大器装置工作的稳定性。进一步地，所述预失真器由线性部和非线性部构成。进一步地，所述线性部为FIR滤波器结构；所述非线性部为神经网络结构。进一步地，神经网络结构为浅层学习神经网络或基于深度学习的神经网络。其中，预失真器除了需要拟合射频功率放大器的非线性失真还需要拟合射频功率放大器记忆效应，此时神经网络预失真器也必须带记忆效应。值得注意的是，这里的神经网络，可以是传统的浅层学习神经网络，如反向传播(BP)神经网络、多层感知神经网络等，也可以是基于深度学习的神经网络，如深度神经网络、递归神经网络、卷积神经网络。神经网络采用的训练算法可以是梯度下降法、附加动量法、共轭梯度法、牛顿算法、Levenberg-Marquardt算法等。进一步地，所述处理器通过神经网络间接学习结构训练射频功率放大器逆函数估计器的过程为：根据预失真器和射频功率放大器逆函数估计器输出差值自适应计算更新射频功率放大器逆函数估计器的权重系数；当预失真器和射频功率放大器逆函数估计器输出差值小于一定值时，将射频功率放大器逆函数估计器权重系数复制给预失真器。上述方案的优点在于，这样预失真器在收敛时将射频功率放大器逆函数估计器权重系数复制给预失真器，能够提高整个磁共振射频功率放大器装置工作的稳定性。进一步地，所述处理器，还被配置为：根据射频功率放大器模块的变化，周期性更新预失真器的权重系数，实时监测跟踪射频功率放大器模块性能变化，实现射频功率放大器模块的自适应预失真。进一步地，所述模拟上变频模块包括：第一数字控制振荡器、带通滤波器和第一混频器；第一数字控制振荡器用于产生正余弦两路正交信号，并通过第一混频器共同完成频谱的搬迁；带通滤波器用于滤除上变频混频时产生的多余频谱。进一步地，所述模拟下变频模块包括：第二数字控制振荡器、数字有限滤波器和第二混频器；第二数字控制振荡器用于产生正余弦两路正交信号，并通过第二混频器共同完成频谱的搬迁；数字有限滤波器用于滤除下变频混频时产生的多余频谱。进一步地，所述耦合模块包括：功率分配器和信号衰减器，所述功率分配器用于从射频功率放大器中提取出一部分射频信号，这部分射频信号再依次经过信号衰减器和模拟下变频模块处理，得到反馈信号。为了解决上述问题，本公开的第二方面提供了一种磁共振系统，其具有工作效率高且非线性处理过程中的预失真效果好的优点。本公开的第二方面的一种磁共振系统的技术方案为：本公开的一种磁共振系统，包括：磁共振信号发生装置，其被配置为产生磁共振脉冲信号；上述所述的磁共振射频功率放大器装置，其被配置为将磁共振脉冲信号进行预失真放大并输出至磁共振信号发射装置；所述磁共振信号发射装置，被配置为发射预失真放大的磁共振信号。本公开的有益效果是：(1)本公开采用神经网络拟合磁共振系统射频功率放大器的非线性，对射频功率放大器进行预失真，提高了磁共振系统射频功率放大器装置的工作效率以及非线性处理过程中的预失真效果。(2)本公开利用滤波器部分拟合射频功率放大器记忆效应，利用神经网络部分拟合射频功率放大器的非线性失真，进而实现分离式拟合射频功率放大器的非线性和记忆效应。和传统的带本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁共振射频功率放大器装置，其特征在于，包括：第一巴伦，其被配置为接收前馈信号并经第一模数转换器传送至处理器；第二巴伦，其被配置为接收反馈信号并经第二模数转换器传送至处理器；处理器，其被配置为将接收的前馈信号和反馈信号均进行数字变频和信号同步处理，然后通过神经网络间接学习结构训练射频功率放大器逆函数估计器，并将射频功率放大器逆函数估计器的权重系数复制给预失真器；所述射频功率放大器逆函数估计器和预失真器结构相同；所述预失真器的输出信号依次经第三巴伦、数模转换器和模拟上变频模块进入射频功率放大器模块；所述射频功率放大器模块被配置为将接收的信号放大后分成两路，其中一路发射出去，另一路依次经耦合模块和模拟下变频模块处理得到反馈信号。

【技术特征摘要】
1.一种磁共振射频功率放大器装置，其特征在于，包括：第一巴伦，其被配置为接收前馈信号并经第一模数转换器传送至处理器；第二巴伦，其被配置为接收反馈信号并经第二模数转换器传送至处理器；处理器，其被配置为将接收的前馈信号和反馈信号均进行数字变频和信号同步处理，然后通过神经网络间接学习结构训练射频功率放大器逆函数估计器，并将射频功率放大器逆函数估计器的权重系数复制给预失真器；所述射频功率放大器逆函数估计器和预失真器结构相同；所述预失真器的输出信号依次经第三巴伦、数模转换器和模拟上变频模块进入射频功率放大器模块；所述射频功率放大器模块被配置为将接收的信号放大后分成两路，其中一路发射出去，另一路依次经耦合模块和模拟下变频模块处理得到反馈信号。2.如权利要求1所述的一种磁共振射频功率放大器装置，其特征在于，所述处理器将接收的前馈信号和反馈信号均进行数字变频的过程为：将前馈信号数字下变频成基带信号，再将前馈信号数字上变频为中心频率符合处理器中心频率的信号；将反馈信号数字下变频成基带信号，再将反馈信号数字上变频为中心频率符合处理器中心频率的信号。3.如权利要求1所述的一种磁共振射频功率放大器装置，其特征在于，所述预失真器由线性部和非线性部构成。4.如权利要求3所述的一种磁共振射频功率放大器装置，其特征在于，所述线性部为FIR滤波器结构；所述非线性部为神经网络结构。5.如权利要求4所述的一种磁共振射频功率放大器装置，其特征在于，神经网络结构为浅层学习神经网络或基于深度学习的神经网络。6.如权利要求1所述的一种磁共振射频功率放大器装置，其特征在于，所述处理器通过神经网络间接学习结构训练射频功率放大器逆函数估计器的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：路伟钊，侯坤，邱建峰，石丽婷，赵慧慧，
申请(专利权)人：泰山医学院，
类型：发明
国别省市：山东,37