Brevet FR2824959A1 — publié le 20021122

la lame de masse. DISPOSITIF AUTOADAPTATIF DU FACTEUR DE SURTENSION D'UNE ANTENNE ET ANTENNE DOTEE D'UN TEL DISPOSITIF AUTOADAPTATIF DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative aux antennes utilisoes dans des systèmes d'émission et de réception de signaux intégrés notamment dans des systèmes de mesure par résonance magnétique nualéaire RMN ou par résonance quadripolaire nualéaire RQN. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Les systèmes de mesure par résonance nucléaire ont été développés pour des utilisations relatives à différents domaines techniques. On peut citer par exemple le domaine médical, le domaine pétrolier, le contrôle non destructif industriel. Un système de mesure par résonance nualéaire comporte un dispositif d'émission et/ou de réception de signaux électromagnétiques à une ou plusieurs antennes. L' invention s'applique aux dispositifs à une seule antenne qui est utilisée à la fois pour l'émission et pour la réception. On se réfère à la figure 1. Un dispositif d'émission et de réception classique d'un système de mesure par résonance nucléaire y est représenté. Une unique antenne 1 d'émission et de réception, de type solénoïde, est connectée via un coupleur directif 2, d'une part à des moyens d'émission 3 pour activer B 13730.3 CS l'antenne 1 afin qu'elle émette des signaux électromagnétiques radiafréquences RF vers un volume d'intérêt 4 et d'autre part à des moyens de réception et de traitement 5 de signaux radiefréquences RF requs par cette antenne 1. On place l'objet ou le patient à examiner dans le volume d'intérêt. Les signaux RF requs par l'antenne traduisent la réponse de l'objet ou du patient aux signaux émis. Le volume d'intérêt 4 peut être situé à l'extérieur de l'antenne 1 dans son voisinage (comme sur la figure 1) ou bien se trouver à l'intérieur de l'antenne 1. Dans le premier cas, le système de mesure est dit ouvert et dans le second cas, il est dit fermé. Le coupleur directif 2 évite un couplage direct entre l'émission et la réception des signaux RF. Dans les systèmes de mesure par résonance magnétique nucléaire, une structure magnétique (non représentée) produit, dans le volume d'intérêt, un champ magnétique statique, élevé et homogène et la fréquence RF est directement liée à la valeur du champ magnétique. Dans les systèmes de mesure par résonance quadripolaire nualéaire, la structure magnétique n'existe pas et la fréquence RF dépend uniquement du matériau de l'objet car c'est le gradient du champ électrique interne qui fixe la fréquence RF. L'émission de signaux RF en impulsions se fait à niveau élevé et la réception de signaux RF en impulsions se fait à niveau bas. Par exemple, le signal émis peut être de l'ordre de quelques centaines de volts voire de quelques milliers de volts alors que le B 13730.3 CS signal requ peut être de quelques microvolts voire quelques dizaines de microvolts. La même antenne fonctionne dans deux modes distincts soit en émission, soit en réception. En réception, le signal RF requ est directement proportionnel au facteur de surtension Q de l'antenne. On cherche à ce qu'en réception, le rapport signal sur bruit soit maximum, c'est à dire que le facteur de surtension Q soit élevé. Les impulsions reques suivent, dans le temps, les impulsions émises. Les impuleLons d'émission risquent de saturer la chaîne de réception si elles n'ont pas une montée et une descente en puissance rapides, le temps de recouvrement Tr du dispositif d'émission et de réception doit alors être aussi faible que possible, ce temps de recouvrement étant le temps nocessaire au système de réception pour retrouver ses conditions optimales de fonctionnement suite à une impulsion d'émission, qui, malgré les protections, perturbe le système de réception. Ce temps de recouvrement Tr est proportionnel à la constante de temps T de l'antenne qui vaut: 1 = Q/2 avec Q facteur de surtension de l'antenne et pulsation du signal RF émis ou requ. Pour réduire le temps de recouvrement Tr, on doit avoir un facteur de surtension Q bas. Un rapport signal sur bruit élevé et un temps de recouvrement faible sont des caractéristiques contradictoires pour le facteur de surtension Q de B 13730.3 CS l'antenne. On a été amené à ajuster le facteur de surtension de l'antenne en fonction de son mode de fonctionnement Dans 1'article " NMR probe with short recovery time " de E.R ANDREW et K. JURGA dans le Journal of magnetic resonance 73 page 268-276 (1987), l'ajustement du facteur de surtension se fait à l' aide d'un circuit actif d'amortissement relié à l'antenne, ce cTrcuit comporte un cTrcuit quart d'onde et un cTrcuit expanseur à diodes dont la fonction est l' inverse de celle d'un limiteur. L'inconvénient principal de ce circuit actif d'amortissement est qu'il risque d'être source de perturbations lors des mesures. De plus il nécessite un grand nombre de composants actifs et passifs, ce qui implique des mises au point et des réglages délicats. EXPOSÉ DE L'IENTION La présente invention vise à ajuster automatiquement le facteur de surtension de l'antenne en fonction de son utilisation en émission ou en réception sans introduire de perturLations et d'une manière particulièrement simple. Plus précisément la présente invention est un dispositif autoadaptatif du facteur de surtension d'une antenne d'émission et de réception de signaux électromagnétiques qui comporte un dispositif à ferrite contribuant à former une charge dont est dotée l'antenne, cette charge étant extérieure à l'antenne. Le dispositif à ferrite est un noyau en ferrite d'une bobine, le noyau et la bobine formant la charge qui est en série avec l'antenne. B 13730.3 CS Le ferrite est de type doux et par exemple un alliage manganèse-zinc. La présente invention concerne également une antenne d'émission et de réception de signaux électromagnétiques qui est dotée d'un tel dispositif autoadaptatif de son facteur de surtension. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple de réalisation donné, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant rétérence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 (déjà décrite) est un exemple de dispositif d'émission et de réception de signaux électromagnétiques de type connu; -la figure 2 est un exemple de dispositif d'émission et de réception de signaux électromagnétiques avec une antenne, incorporant un dispositif autoadaptatif du facteur de surtension de l'antenne conforme à l' invention. ... EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS On se réLère à la figure 2 qui montre schématiquement un dispositif d'émission et de réception de signaux électromagnétiques avec une antenne d'émission et de réception 1 dotée d'un dispositif 6 autoadaptatif de son facteur de surtension conforme à l' invention. Les moyens d'émission 3, le coupleur directif 2 et les moyens de réception et de traitement 5 sont similaires à ceux de la figure 1. B 13730.3 CS L'antenne 1 est une antenne de type solénoïde. Le dispositif autoadaptatif 6 du facteur de surtension de l'antenne est un dispositif à ferrite doux 6 et il contribue à former une charge 7 extérieure à l'antenne 1. La charge de l'antenne 7 comporte une bobine 8 et le dispositif à ferrite doux 6 qui prend la forme d'un noyau et est placé à l'intérieur de la bobine 8. La charge 7 est montée en série avec l'antenne 1. L'une des extrémités de la bobine 8 est reliée au coupleur directif 2 et l'autre à une première extrémité du solénoïde 1, la seconde extrémité du solénoïde 1 étant reliée au coupleur directif 2. Par exemple, pour un système fonctionnant à kHz, le ferrite doux correspondant au type 3C90 de Philips est un bon matériau (alliage manganèse-zinc MnZn). Le noyau en ferrite 6 est utilisé non pas pour ses propriétés magnétiques, comme c'est le cas habituellement, mais pour ses propriétés électriques: en effet sa charge électrique liée à la récistance électrique varie en fonction de l' induction magnétique qui l'entoure donc en particulier du courant RF dans l'antenne. Les pertes P dans le noyau de ferrite 6 sont approximativement proportionnelles à l'induction au cube: P a.B3 avec B induction et a coefficient de proportionnalité. L' induction B est proportionnelle au courant I qui circule dans la bobine 8. Il vient: P b.I3 b étant un coefficient de proportionnalité. B 13730.3 CS Les pertes peuvent également s'exprimer de la manière suivante: P = R. I2 avec R résistance électrique équivalente aux pertes du ncyau de ferrite 6. R b.I En considérant la résistance intrinsèque Ro de l'antenne, c'est à dire la résistance du solénoïde 1 et de la bobine 8, la résistance R1 de l'antenne chargée peut s'exprimer par: R1 Ro + R R1 Ro + b.I Cette résistance varie avec le courant électrique qui parcourt la bobine 8. Le facteur de surtension Q de l'antenne s'exprime par: Q = L./R1 avec L inductance de l'antenne chargée, Q = L./ (Ro + b.I) Avec les niveaux de tension exprimés plus haut, pendant la réception, le courant I est beaucoup plus faible que celui mis en jeu pendant l'émission. Pendant la réception, le courant I étant faible, le terme bI est négligeable devant Ro et le facteur de surtension Q est élevé, il tend vers: Qo = L./Ro Pendant l'émission, le courant I est fort, le terme bI n'est plus négligeable du tout et le facteur de surtension Q est bien inférieur à QO. L'antenne 1 peut contenir le volume d'intérêt 4 comme sur la figure 2 mais il est également possible qu'il soit situé à l'extérieur de ladite antenne dans son voisinage comme sur la figure 1. B 13730.3 CS Dans un exemple de réalisation les grandeurs suivantes ont été données: f = 150 kHz, f est la fréquence des signaux électromagnétiques et = 2..f L = 1100 uH Ro = 1, 5 Q Avec ces valeurs on obtient en réception un facteur de surtension QO de 700. En émission, on considère qu'un courant I de 15 A circule dans la bobine 8 et que la résistance R du noyau de ferrite 6 est de 15 Q. le facteur de surtension Q de l'antenne chargée devient égal à 70, ce qui donne une constante de temps 1, à l'émission, de l'ordre de 37 us et donc un temps de recouvrement Tr du même ordre alors que le temps entre les impulsions à lémission et à la réception est de plusieurs centaines de microsecondes. B 13730.3 CS REVENDICATIONS 1. Dispositif autoadaptatif du facteur de surtension (Q) d'une antenne d'émission et de réception de signaux électromagnétiques, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif à ferrite (6) qui contribue à former une charge (7) dont est dotée l'antenne (1), cette charge (7) étant extérieure à l'antenne (1). 2. Dispositif autoadaptatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à ferrite (6) est un noyau en ferrite d'une bobine (8), le noyau (6) et la bobine (8) formant la charge (7). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le ferrite est de type doux. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ferrite est un alliage manganèse-zinc. 5. Antenne d'émission et de réception de signaux électromagnétiques, caractérisce en ce qu'elle est dotée d'un dispositif auteadaptatif de son facteur de surtension selon l'une des revendications 1 à 4.