[发明专利]用于模式平衡的参量放大器的系统和方法

说明书

参量放大器可以被定义为高频放大器，其中，操作基于诸如电抗的参量中的时间变化，并且所述参量放大器将交流电的频率上的能量转换成输入信号上的能量，以这样的方式来放大信号。大多数常规的基于晶体管的低噪声放大器要求直流(“DC”)电源，其中，所述低噪声放大器的增益通常是平坦的且其噪声因子低。相比之下，参量放大器通过从交流源(例如，“泵浦信号”)而不是DC传递的能量进行操作，但可以在比要被放大的信号低、相同或高的频率上。例如，能够利用本机振荡器生成在比信号的频率低的频率上的参量放大，例如，利用下边带降频转换器(“LSBDC”)。此外，也可以利用本机振荡器生成在较高频率上的参量放大，例如，上边带增频转换器(“USBUC”)。相应地，参量放大器在它们的非线性能量存储元件而不是非线性能量耗散元件的使用上不同于常规晶体管放大器。此外，参量放大器可从外部应用的射频(“RF”)磁场获得功率。泵浦信号可以用于放大在相同频率上的弱信号或者混合信号并将该信号放大到较高的频率。

图1示出了在双平衡混频器电路之内的平衡系统的典型实施方式(模型100)。

图2A-2D示出了根据本文中描述的示例性实施例的针对具有三种正交模式的模式平衡参量放大器的简化结构(模型210-240)。

图3A-3G示出了根据本文中描述的示例性实施例的用于将模式平衡的参量放大应用于MRI信号的简化结构(模型310-370)。

图4示出了用于调节示例性的三种模式之间的隔离，以使用作为根据本文中描述的示例性实施例的平衡参量放大器的简化结构的示例性方法(方法400)。

在医学成像的领域之内，参量放大被认为是用于磁共振成像(“MRI”)信号的检测的方法。参量放大器可以用于通过使用诸如变容二极管的非线性电抗元件来放大这些信号，以便将在一个频率上的功率转换为在另一频率上的功率。由于理想的混合过程不涉及电阻损失，因此参量放大器可以充当噪声非常低的设备。

在参量放大期间，在频率F_s上的输入信号与在频率F_p上的泵浦信号混合。输出信号可以在任何频率N·F_s+M·F_p上被拾取。在常规参量增频转换器中，通常选择F_s+F_p作为输出频率。通过将能量从泵浦信号传递到输出信号来完成功率增益。这与通过传递来自供给线的能量完成增益的常规的放大器不同。对于参量放大器的最大增益和最低噪声系数，将在F_s、F_p以及F_s+F_p上的三个信号良好地从彼此隔离并且利用最小耗散反应性地终止所有其他频率产物是有利的。

由于三个信号F_s、F_p以及F_s+F_p在不同的频率上，因此可以利用滤波器实现分离和隔离。然而，由于泵浦信号通常具有比在F_s上的输入信号和在F_s+F_p上的所期望的输出信号二者高得多的幅度，因此这样的滤波器可以要求提供高隔离。相应地，要求这些滤波器具有高阶能够引起参量放大器中的显著损失。

对该问题的潜在解决方案是建立提供在三种信号之间的自然隔离的平衡系统。信号之间的残留的串扰然后可以利用具有显著较低损失的低阶滤波器来去除。例如，这样的平衡系统的典型实施方式可以从双平衡混频器电路实现。图1提供被实施成参量放大的双平衡混频电路(模型100)概念的图示。