Costruito il supporto fisico e la struttura risonante di una Birdcage Low Pass, il passo suc- cessivo è stato la caratterizzazione della bobina sul banco di lavoro mediante le procedure di Tuning, Matching e misura del fattore di qualità Q.
Utilizzando un sistema di fissaggio composto da fascette di plastica Fig. (5.8 a), si posi- ziona il circuito stampato riportato in Fig. (5.3 b) della Birdcage sul cilindro interno del supporto.
Attraverso l’utilizzo di un pick-up loop collegato al VNA si determinano i modi risonati della struttura che caratterizza la Birdcage per piccoli animali costruita, e si analizza l’ef- fetto dello scudo costruito Fig. (5.6).
Una verifica sperimentale riportata in Fig. (5.6), concorde con quanto previsto in lette- ratura [32], è stata osservare l’aumento della frequenza di risonanza di una Birdcage Low Pass con scudo rispetto al caso senza scudo. Il motivo risiede nel fatto che in presenza di una Birdcage con scudo, le capacità parassite generate sono sempre inferiore rispetto alle capacità all’interno della struttura risonante: questo comporta che la capacità totale della bobina rimane costante, mentre l’induttanza della bobina si riduce.
(a) Senza scudo (b) Con scudo
Figura 5.6: Modi risonanti della Birdcage per piccoli animali prima di procede al Tuning e al Mat-
ching. Il modo fondamentale k = 1 risuona alla frequenza di 256.54 MHz in assenza dello scudo, mentre con lo scudo è pari a 297.52 MHz.
Viene calcolato il fattore di qualità Q in S12, con il metodo del doppio pick-up loop come
descritto nel Par. (4.4), Fig. (5.7) con la bobina ancora non alimentata e adattata: tale valore risulta pari a:
Q = ω
∆ω = 212.
La guida in quadratura consiste nella costruzione di due canali di alimentazione della bo- bina in due punti distanti π/2 lungo l’angolo azimutale; ognuno dei due canali è connesso tramite un cavo coassiale semirigido RG402 ad un connettore SMA non magnetico.
Figura 5.7: Calcolo del fattore di qualità Q in S12 in presenza dello scudo per una bobina non alimentata e adattata, utilizzando il metodo del doppio pick-up loop.
Matching
A partire dalla equazione (4.2), e da quanto riportato nel Par. (4.2.1) si determina la capacità Cpposta in serie al loop di matching, mediante la seguente formula:
Cp= 1 ωs2Lp+ ωs q Z0 R(M2ωs2− RZ0) . (5.5)
Z0è l’impedenza caratteristica di una linea di trasmissione, ωsè la frequenza di risonanza
del modo principale della Birdcage, R la sua resistenza, con M si indica la mutua induttan- za tra la bobina e il loop di matching, Lpè l’induttanza del circuito di matching.
Una volta costruito il loop di matching, per determinare la sua induttanza Lp si inserisce
un valore di capacità nota Cn= 5.1 ± 0.3pF, e con l’utilizzo di un pick up loop collegata al
VNA si misura la frequenza (νp) alla quale il loop risuona:
Lp =
1 (2πνp)2Cn
= 71 ± 3 nH. (5.6)
Nota la frequenza di risonanza del modo fondamentale k = 1 Fig. (5.6 b) della bobina e il valore del fattore di qualità Q in S12, applicando l’eq. (4.9) si determina il valore della
resistenza della bobina, che risulta pari a R= 1.96 Ω. Dalla equazione (4.3) si determina M = 5.3 nH.
Sostituendo tutti i valori trovati nella eq. (5.5) si ottiene: Cp= 4 pF.
Per ottenere un matching bilanciato si considera Cp come due capacità in serie rispetto al
loop di accoppiamento. Un primo tentativo è stato quello di implementare due capacità da 8.2 ± 0.4 pF ma il risultato dell’accoppiamento ottenuto non era soddisfacente, dopo una serie di prove il valore delle due capacità inserite nel circuito di matching è 6.8 ± 0.3 pF Fig. (5.8 b).
Questa soluzione è stata implementata in due punti distanti π/2 lungo l’angolo azimutale per effettuare l’eccitazione in quadratura. Il fatto che la distanza tra i due punti di mat- ching sia π/2 comporta un altro importante vantaggio. Infatti, è dimostrato in [25] che due perturbazioni identiche sfasate di π/2 lungo l’angolo azimutale si cancellano, il matching bilanciato consente di ottenere la stessa fase alle due estremità della bobina a cui viene implementato.
(a) Posizionamento (b) Matching Induttivo Serie
Figura 5.8: Caratterizzazione della bobina:(a) Posizionamento del circuito di una Birdcage sul sup-
porto costruito. (b) Procedura di matching: inserimento di un loop induttivo con in serie due capacità da 6.8 pF.
Tuning
L’obiettivo di questa procedura è quella di sintonizzare la frequenza di risonanza del pro- totipo in costruzione a 298.03 MHz. Durante questa fase bisogna tenere conto che l’omo- geneità di B1nel piano trasversale è fortemente dipendente dalla simmetria della struttura
risonante della coil.
Anche in questo caso per ottenere una eccitazione in quadratura, il tuning è stato eseguito in due punti della coil posti a π/2 l’uno dall’altro.
Facendo riferimento a quanto riportato nel Par. (4.2) una prima prova di Tuning è stata la costruzione di un piccolo supporto rivestito in rame Fig. (5.9 a), che in presenza di un carico porti ad un aggiustamento della frequenza di risonanza della bobina, in modo che risulti uguale a 298.03 MHz.
(a) Supporto Tuning (b) Posizionamento
Figura 5.9: Il supporto costruito per il Tuning riproduce lo spazio disponibile dove inserire il mo-
dello sperimentale, presenta un altezza di 3 cm un diametro interno di 20.07±0.01 mm. In base al tipo di carico inserito permette di sintonizzare la frequenza di risonanza della Birdcage a 298.03 MHz
Nel corso di misure effettuate all’interno dello scanner, l’utilizzo di questo supporto di Tuning ha creato problemi di saturazione del segnale legate alla formazione di campi elet- tromagnetici parassiti che non permettono la formazione di immagini.
In presenza di questo problema, per la fase di Tuning di una Birdcage sono utilizzati dei condensatori a capacità variabile (o trimmer) Voltronic Corporation modello NMA P12HV, posti a π/2 l’uno dall’altro ed in parallelo rispetto alla capacità presenti sulla corrispon- dente leg, mostrato in Fig. (5.10).
Figura 5.10: Sezione dello stampato di una Birdcage su cui è stato posizionato un trimmer per la
procedura di Tuning .