Design and implementation of a low-noise, low-power amplifier for a 3 tesla magnetic resonance imaging system

Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI), yüksek çözünürlüklü görseller, mükemmel yumuşak doku kontrastı ve zarar vermeyen doğasıyla modern tıpta önemli bir tanı aracıdır. MRI sistemlerinde sinyal kalitesi, özellikle 3 T gibi yüksek manyetik alanlı sistemlerde kritik olan sinyal-gürültü oranı (SNR) ile belirlenir. Bu tez, hidrojen çekirdeklerinin 3 T alan gücü ile ilişkili 123 MHz'de çalışan, düşük güç tüketimli ve düşük gürültü figürlü bir yükselteçin tasarımını ve uygulanmasını sunmaktadır. Tek kademeli ortak kaynak (common-source) topolojisi kullanan bu LNA, GaAs pHEMT transistörüyle tasarlanmıştır ve ölçülen kazancı 14,5 dB, gürültü figürü (NF) 0,64 dB, giriş 1 dB kısılım gücü (P_in1dB) -10,75 dB ve giriş yansıma katsayısı (S11) -0,28 dB olarak bulunmuştur. Bu sonuçlar, simülasyonlarla doğrulanmış ve tasarım, 12,6 mW güç tüketimi ile yüksek performans sergilemiştir. Yükselteç, MRI alıcı sistemleri için düşük gürültü ve düşük güç tüketimi sağlayarak, sistemin gereksinimlerini karşılamaktadır. Ayrıca, güvenilir çalışma için giriş tarafında koruyucu diyotları olan diğer bir versiyon daha yapılmıştır. Bu versiyonun ölçülen kazancı 14,9 dB, gürültü figürü (NF) 0,79 dB, giriş yansıma katsayısı (S11) -0,32 dB, giriş 1 dB kısılım gücü (P_in1dB) -9,65 dBm olarak bulunmuştur. Ayrıca, bu versiyon 1 ms süreli 14 dBm güce sahip sinyal uygulandıktan sonra 3.5 μs iyileşme süresi göstermiştir. Tasarımda, kısa devre empedansına uyumlama, kutuplama devresi ve giriş koruma devresi gibi önemli kriterler ele alınmıştır.