无线充电用整流电路和磁共振线圈用充电装置及其设备的制作方法

1.本实用新型涉及磁共振技术领域，特别是涉及一种无线充电用整流电路和磁共振线圈用充电装置及其设备。


背景技术：

2.磁共振成像(magnetic resonance imaging，mri)是目前临床上比较常用的、安全的、无电离辐射的一种影像光学检查手段，其被广泛应用于医疗健康当中。射频发射线圈作为射频能量源，其通常遍布容积发射线圈(volume transmit coil，vtc)筒壁或病床下，用于发射射频能量；而射频接收线圈作为本地线圈，其需要接收经由射频发射线圈所发射的射频能量而进行所需的磁共振成像。
3.目前，现有磁共振的射频接收线圈主要采用有线的方式进行充电，其需要一定长度的线缆进行有线充电，使得充电操作变得繁琐，并且降低了患者检查时的舒适度。由于磁共振系统的本地线圈形态、大小以及位置各异，因此如果将充电方案由线缆传输直接改成无线能量传输，则其充电效率会因射频接收线圈与射频发射线圈之间相对位置的不同而受到影响。


技术实现要素：

4.本实用新型的一优势在于提供一种无线充电用整流电路和磁共振线圈用充电装置及其设备，其能够拓宽整流的动态范围，有助于提高整个系统的充电效率。
5.本实用新型的另一优势在于提供一种无线充电用整流电路和磁共振线圈用充电装置及其设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述无线充电用整流电路能够在一定范围内保持高效的能量转换效率，便于使整流的动态范围更宽。
6.本实用新型的另一优势在于提供一种无线充电用整流电路和磁共振线圈用充电装置及其设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述无线充电用整流电路能够通过一个四端口耦合器和两个半波整流器进行整流，以便拓展输入功率动态范围，保证整个整流电路在各种收发位置均能够保持较高的整流效率。
7.本实用新型的另一优势在于提供一种无线充电用整流电路和磁共振线圈用充电装置及其设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述磁共振线圈用充电装置能够采用球形接收天线来高效地采集四周的射频能量，以便提高整个充电装置的充电效率。
8.本实用新型的另一优势在于提供一种无线充电用整流电路和磁共振线圈用充电装置及其设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述磁共振线圈用充电装置能够在射频发射天线遍布于vtc筒内的任意位置时，均能够高效地采集无线能量供射频接收天线使用。
9.本实用新型的另一优势在于提供一种无线充电用整流电路和磁共振线圈用充电装置及其设备，其中为了达到上述优势或目的，在本实用新型中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本实用新型成功和有效地提供一解决方案，不只提供一种简单的无线充电用整流电路和磁共振线圈用充电装置及其设备，同时还增加了所述无线充电用整流电路
和磁共振线圈用充电装置及其设备的实用性和可靠性。
10.为了实现本实用新型的上述至少一优势或其他优点和目的，本实用新型提供了一种无线充电用整流电路，包括：
11.四端口耦合器，其中所述四端口耦合器具有第一端口、第二端口、第三端口以及用于接地的第四端口，并且所述四端口耦合器的所述第一端口用于连接接收天线；
12.第一半波整流器，其中所述第一半波整流器的第一输入端连接于所述四端口耦合器的所述第二端口，并且所述第一半波整流器的第一输出端用于连接电源管理器；
13.第二半波整流器，其中所述第二半波整流器电的第二输入端连接于所述四端口耦合器的所述第三端口，并且所述第二半波整流器的第二输出端用于连接该电源管理器；
14.第一负载，其中所述第一负载电连接于所述第一半波整流器的所述第一输出端；以及
15.第二负载，其中所述第二负载连接于所述第二半波整流器的所述第二输出端。
16.根据本技术的一个实施例，所述第二负载的电阻值不同于所述第一负载的电阻值。
17.根据本技术的一个实施例，所述四端口耦合器为混合耦合器。
18.根据本技术的一个实施例，所述无线充电用整流电路所整流的射频能量范围在-20ddbm至10dbm之间。
19.根据本技术的一个实施例，所述第一负载和所述第二负载均为电阻性负载。
20.根据本技术的另一方面，本技术进一步提供了磁共振线圈用充电装置，包括：
21.接收天线，用于采集射频能量源发射的射频能量；
22.电源管理器，用于控制射频接收线圈的电能供应；以及
23.上述任一所述的无线充电用整流电路，其中所述无线充电用整流电路被对应地设置于所述接收天线和所述电源管理器之间的电路中，用于对经由所述接收天线采集的该射频能量进行处理以传递给所述电源管理器。
24.根据本技术的一个实施例，所述接收天线包括一个或多个双线性极化贴片天线，并且所述双线性极化贴片天线均连接于所述无线充电用整流电路。
25.根据本技术的一个实施例，所述接收天线中的多个双线性极化贴片天线呈辐射状分布。
26.根据本技术的一个实施例，所述接收天线进一步包括类球基体，并且一个或多个所述双线性极化贴片天线被对应地安装于所述类球基体的外表面。
27.根据本技术的一个实施例，所述类球基体的所述外表面由多个平整表面拼接而成，并且所述双线性极化贴片天线被一一对应地贴装于所述类球基体的所述平整表面。
28.根据本技术的一个实施例，所述电源管理器包括电源管理芯片，并且所述电源管理芯片用于被可通电地集成于该射频接收线圈。
29.根据本技术的另一方面，本技术进一步提供了磁共振扫描设备，包括：
30.射频能量源，用于发射射频能量；
31.射频接收线圈；以及
32.上述任一项所述的磁共振线圈用充电装置，所述磁共振线圈用充电装置连接于所述射频接收线圈，用于接收来自所述射频能量源发射的该射频能量以对所述射频接收线圈
充电。
33.综上，本技术采用由一个四端口耦合器和两个高效能的半波整流器组成的整流阵列，以拓宽系统整流的动态范围，保证无论射频接收线圈和射频发射线圈之间的相对位置和方向如何，整个充电系统均能够保持高效。
附图说明
34.图1为根据本实用新型的一个实施例的无线充电用整流电路的应用示意图；
35.图2示出了根据本实用新型的上述实施例的无线充电用整流电路的结构示意图；
36.图3示出了根据本实用新型的一个实施例的所述磁共振线圈用充电装置的应用示意图；
37.图4示出了根据本实用新型的上述实施例的所述磁共振线圈用充电装置中接收天线的结构示意图。
38.主要元件符号说明：1、磁共振线圈用充电装置；10、无线充电用整流电路；11、四端口耦合器；110、混合耦合器；111、第一端口；112、第二端口；113、第三端口；114、第四端口；12、第一半波整流器；121、第一输入端；122、第一输出端；13、第二半波整流器；131、第二输入端；132、第二输出端；14、第一负载；15、第二负载；140、电阻性负载；20、接收天线；21、双线性极化贴片天线；22、类球基体；220、外表面；221、平整表面；30、电源管理器；31、电源管理芯片；2、射频能量源；3、射频接收线圈。
39.以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
具体实施方式
40.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.需要说明的是，当组件被称为“被设置于”或“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
42.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
43.现有的无线充电技术虽然在使用方面更便捷、灵活，但其通常以传统的半波或全波整流为主，并未针对整流电路的效率进行优化。尤其是针对磁共振系统，由于磁共振系统中射频接收线圈的形态、大小以及位置各异，因此射频接收线圈与射频发射线圈之间的相对位置会有较大差异，这就会严重影响无线能量传输的效率，甚至会造成磁共振系统无法正常工作。
44.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种无线充电用整流电路和磁共振线圈用充电装置及其设备，其能够采用由一个四端口耦合器和两个高效能的半波整流器组成的整流阵列，以拓宽系统整流的动态范围，保证无论射频接收线圈和射频发射线圈之间的相对位置和方向如何，整个充电系统均能够保持高效。可以理解的是，本技术虽然以磁共振线圈的无线充电为例来阐明该技术方案的特征和优势，但其仅为举例，即在本技术的其他示例中，该充电技术还可以适用于其他设备的无线充电，本技术对此不再赘述。
45.具体地，参考附图1和图2所示，根据本技术的一个实施例的无线充电用整流电路10，用于对接收天线20所接收的射频能量进行整流以供电源管理器30使用。所述无线充电用整流电路10可以包括一个四端口耦合器11、一个第一半波整流器12、一个第二半波整流器13、一个第一负载14以及一个第二负载15。所述四端口耦合器11具有第一端口111、第二端口112、第三端口113以及第四端口114，其中所述四端口耦合器11的所述第一端口111用于电连接于所述接收天线20，并且所述四端口耦合器11的所述第四端口114用于接地。所述第一半波整流器12的第一输入端121电连接于所述四端口耦合器11的所述第二端口112，并且所述第一半波整流器12的第一输出端122用于电连接于所述电源管理器30。所述第二半波整流器13的第二输入端131电连接于所述四端口耦合器11的所述第三端口113，并且所述第二半波整流器13的第二输出端132用于电连接于所述电源管理器30。所述第一负载14电连接于所述第一半波整流器12的所述第一输出端122。所述第二负载15电连接于所述第二半波整流器13的所述第二输出端132。
46.更具体地，所述第二负载15的电阻值可以不同于所述第一负载14的电阻值。
47.优选地，所述第二负载15的电阻值大于所述第一负载14的电阻值。可以理解的是，在本技术的其他示例中，所述第二负载15的电阻值也可以小于所述第一负载14的电阻值，本技术对此不再赘述。
48.值得注意的是，由于所述四端口耦合器11会将经由所述接收天线20接收到的射频能量均等地分配给所述第一半波整流器12和所述第二半波整流器13，而射频能量采集电路的灵敏度会随着负载的电阻值的增加而增加，使得与所述第二负载15电连接的所述第二半波整流器13的灵敏度将高于与所述第一负载14电连接的所述第一半波整流器12的灵敏度，因此当所述接收天线20所接收的射频能量较高时，所述第一半波整流器12因灵敏度较低而能够对该较高的射频能量进行高效整流；而当所述接收天线20所接收的射频能量较低时，所述第二半波整流器13因具有灵敏度较高而能够对该较低的射频能量进行高效整流。换言之，本技术的所述无线充电用整流电路10具备较宽的输入功率动态范围，不仅能够高效地整流较高的射频能量，而且也能够整流较低的射频能量，进而输送给所述电源管理器30，以便为射频接收线圈进行无线充电。
49.可以注意的是，当所述第二负载15的电阻值等于所述第一负载14的电阻值时，本技术的所述无线充电用整流电路10可以使用不同型号的所述第一半波整流器12和所述第二半波整流器13，仍能够使所述无线充电用整流电路10具备较宽的输入功率动态范围，本技术对此不再赘述。
50.根据本技术的上述实施例，如图2所示，所述无线充电用整流电路10的所述四端口耦合器11可以被实施为混合耦合器110，又称hybrid coupler。可以理解的是，所述混合耦合器110可以但不限于被实施为四边形混合耦合器、h型带状线耦合器、环形混合耦合器或
环形带状线耦合器等，其作为一种四端口器件，其作用是将从任一端口馈入的功率，均等地分配到其他的两个端口，而不将功率传送到第四个端口，本技术对此不再赘述。
51.优选地，本技术的所述无线充电用整流电路10所整流的射频能量范围在-20ddbm至10dbm之间。
52.示例性地，当所述接收天线20接收到-20dbm的射频能量时，所述-20dbm的射频能量会通过所述第一端口111被馈入所述混合耦合器110，以通过所述混合耦合器110的所述第三端口113将所述-20dbm的射频能量分配给灵敏度较高的所述第二半波整流器13进行高效整流，以输送给所述电源管理器30使用；而当所述接收天线20接收到10dbm的射频能量时，所述10dbm的射频能量会通过所述第一端口111被馈入所述混合耦合器110，以通过所述混合耦合器110的所述第二端口112将所述10dbm的射频能量分配给灵敏度较低的所述第一半波整流器12进行高效整流，仍输送给所述电源管理器30以供为射频接收线圈充电使用。
53.换言之，本技术的所述无线充电用整流电路10具备较高的输入功率动态范围，对-20dbm至10dbm的射频能量都能够保持较高的整流效率，也就是说，本技术的所述无线充电用整流电路10能够在较宽的动态范围内都能够保持高效地转换能量，以便确保无线充电的可靠性和稳定性。
54.值得注意的是，本技术的所述无线充电用整流电路10所整流的射频能量范围足够宽，即可以低至-20dbm，也可以高至10dbm，使得所述无线充电用整流电路10能够适配形态大小各异的射频接收线圈，不会因所述射频接收线圈与所述射频发射线圈之间的相对位置不同而降低无线能量传输的效率，确保整个系统在接收端与发射端位置方向改变时均能够保持高效地充电。
55.优选地，如图2所示，所述第一负载14和所述第二负载15均被实施为电阻性负载140。
56.可以理解的是，通过所述电阻性负载140的字面意思可知：所述第一负载14和所述第二负载15可以但不限于被实施为实际电阻值不同的单个电阻，也可以被实施为等效电阻值不同的等效电阻，而所述等效电阻则可以由一组电阻串联和/或并联组成。例如，所述第一负载14的电阻值可以但不限于被实施为几十或几百kω，而所述第二负载15的电阻值则可以被实施为几或十几mω，本技术对此不再赘述。
57.值得一提的是，如图3所示，根据本技术的一个实施例进一步提供了磁共振线圈用充电装置1，其用于通过射频能量源2对射频接收线圈3进行无线充电。具体地，所述磁共振线圈用充电装置1可以包括上述无线充电用整流电路10、接收天线20以及电源管理器30，并且所述无线充电用整流电路10被对应地设置于所述接收天线20和所述电源管理器30之间的电路中。所述接收天线20用于采集来自射频能量源2发射的射频能量以传输给所述无线充电用整流电路10。所述无线充电用整流电路10用于对经由所述接收天线20采集的射频能量进行整流以转换成直流电能而传递给所述电源管理器30。所述电源管理器30用于将经由所述无线充电用整流电路10整流成的所述直流电能供应给所述射频接收线圈3，以实现所述射频接收线圈3的无线充电。
58.值得注意的是，由于本技术的所述磁共振线圈用充电装置1通常被可通电地集成在所述射频接收线圈3，而所述射频能量源2通常被实施为遍布于vtc筒壁或病床下的射频发射线圈，因此所述射频接收线圈3和所述射频能量源2之间的相对位置和方位是不固定
的，容易发生变化。然而，由于本技术的所述磁共振线圈用充电装置1中的所述无线充电用整流电路10能够在较宽的动态范围内都能够保持高效地转换能量，因此即便所述射频能量源2与所述射频接收线圈3之间的相对位置或方向不同，本技术的所述磁共振线圈用充电装置1仍能够高效地进行无线能量传输，以便确保稳定高效地无线充电。
59.更具体地，如图4所示，本技术的所述磁共振线圈用充电装置1中的所述接收天线20可以但不限于包括一个或多个双线性极化贴片天线21，并且所述双线性极化贴片天线21电连接于所述无线充电用整流电路10，以便较好地采集经由所述射频能量源2发射的射频能量。
60.优选地，如图4所示，本技术的所述接收天线20中的多个所述双线性极化贴片天线21呈辐射状分布，以使所述接收天线20具有类球状结构，便于更加高效地采集四周的无线能量。
61.可以理解的是，由于本技术的所述接收天线20中的多个所述双线性极化贴片天线21呈辐射状分布，使得所述接收天线20中的所述双线性极化贴片天线21能够面向四面八方，因此相比于传统单一单元的整流天线，本技术的所述接收天线20能够高效地采集四周的无线能量，而不受方位和角度的影响，使得配置有所述磁共振线圈用充电装置1的射频接收线圈3无论处于vtc筒内的任意位置，都能够很好地进行磁共振成像，有助于提高磁共振线圈的使用便捷和灵活性，改善用户的舒适体验。
62.示例性地，如图4所示，所述接收天线20可以进一步包括类球基体22，并且所述双线性极化贴片天线21被对应地贴装于所述类球基体22的外表面220，以使多个所述双线性极化贴片天线21分别朝向不同的方向，便于高效地采集四周的无线能量，有助于提高所述磁共振线圈用充电装置1的充电效率。
63.更优选地，所述类球基体22的所述外表面220由多个平整表面221拼接而成，并且所述双线性极化贴片天线21被一一对应地贴装于所述类球基体22的所述平整表面221，以便在保证不同的所述双线性极化贴片天线21分别朝向不同的方向的同时，还能够确保每个所述双线性极化贴片天线21的平整结构，以保持较好的接收性能。
64.值得注意的是，如图3所示，本技术的所述磁共振线圈用充电装置1中的所述电源管理器30可以但不限于包括电源管理芯片31，其中所述电源管理芯片31被可通电地集成于所述射频接收线圈3，用于控制对所述射频接收线圈3的供电。可以理解的是，在本技术的其他示例中，所述电源管理器30也可以进一步包括被集成在所述射频接收线圈3上的各种集成电路器件，本技术对此不再赘述。
65.值得一提的是，根据本技术的另一方面，本技术可以进一步提供了磁共振扫描设备，可以包括用于发射射频能量的射频能量源2，射频接收线圈3以及上述任一个所述磁共振线圈用充电装置1，其中所述磁共振线圈用充电装置1连接于所述射频接收线圈3，用于接收来自所述射频能量源2发射的该射频能量以对所述射频接收线圈3进行充电。
66.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
67.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技
术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。