Design and implementation of a low-noise, low-power amplifier for a 3 tesla magnetic resonance imaging system
3 T manyetik rezonans görüntüleme sistemleri için düşük gürültü ve düşük güç tüketimli amplifikatörün tasarımı ve uygulaması
- Tez No: 943161
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH ATALAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
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.
Özet (Çeviri)
Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a vital diagnostic tool in modern medicine due to its high spatial resolution, excellent soft tissue contrast, and non-invasive nature. The signal quality in MRI systems is primarily determined by the signal-to-noise ratio (SNR), which is crucial in high-field MRI systems like 3 T scanners. This thesis presents the design and implementation of a low-noise amplifier (LNA) operating at 123 MHz, corresponding to the Larmor frequency of hydrogen nuclei at 3 T. The LNA, based on a single-stage common-source topology using a GaAs pHEMT transistor, achieves a measured gain of 14.5 dB, a noise figure (NF) of 0.64 dB, an input reflection coefficient (S11) of -0.28 dB, and a 1 dB compression input power (P_in1dB) of -10.75 dBm. These results were validated against simulations, where the design showed high performance, with a power consumption of only 12.6 mW. The amplifier meets the requirements for MRI receiver systems, ensuring low noise and power consumption. Additionally, another version was implemented with input protection diodes for safe operation. This version achieves a measured gain of 14.9 dB, a noise figure (NF) of 0.79 dB, an input reflection coefficient (S11) of -0.32 dB, and a 1 dB compression input power (P_in1dB) of -9.65 dBm. This version also achieved 3.5 μs recovery time after 14 dBm of input power was applied for 1 ms. Key challenges such as impedance matching to short circuit, bias network, and input protection circuit are addressed in the design.
Benzer Tezler
- Geliştirilmiş bir ultrasonik darbeli doppler kan akış ölçme düzeninde hata kaynaklarının analizi
The Analysis of error sources at a developed pulsed doppler blood flowmeter
İNAN GÜLER
Doktora
Türkçe
1990
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ERTUĞRUL YAZGAN
- 1200 baud FSK tümleşik modem tasarımı
Başlık çevirisi yok
BARIŞ POSAT
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR ÇİLİNGİROĞLU
- Sıfır ara frekans alıcı yapısı
Zero intermediate frequency receiver architecture
BAHRİYE ERSEZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. MELİH PAZARCI
- Quadrature signal generation in 5-6GHz range using SiGe BICMOS process
5-6GHz aralığında SiGe BICMOS proses kullanılarak 90 derece faz farklı işaret üretimi
PINAR TAŞCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ TOKER
- Büyük zaman sabitlerinin elde edilmesi ve düşük frekanslı devrelerde kullanılması
Achieving large time constants and using in low frequency filters
PINAR TERECİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ TOKER
- The design aspects of an optically powered CMOS receiver front-end for electrically isolated applications
Elektriksel yalıtılmış uygulamalar için optik olarak güçlendirilen bir CMOS alıcı ön-ucunun tasarım yönleri
OZAN AKTAN
Doktora
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNHAN DÜNDAR