Ce travail démontre l'utilisation d'un circuit de couplage pour atteindre des fréquences de résonance proches (<15% de leur valeur moyenne)

1. Simulation électromagnétique et analyse nodale de filtres dédoubleurs de
fréquences pour la RMN des noyaux de fréquences proches
B. Dillmanna, J. Trebosca, L. Duboisb, E. Palezcnyb, F. Pourpointa, O. Lafona
a UCCS, UMR 8181 CNRS - Université de Lille, 59655 Villeneuve d’Ascq Cedex
b IEMN, UMR 8520 CNRS - Université de Lille, 59655 Villeneuve d’Ascq Cedex
Enjeu et état de l’art: l’impossibilité́ de sonder les connectivités et les proximités entre des isotopes ayant des fréquences de Larmor proches
empêche d’observer environ 20% des 7140 corrélations hétéronucléaires possibles.
Conclusion: Le filtre dédoubleur est un dipôle permettant d’exploiter le couplage pour créer deux modes, son utilisation est délicate et entre dans le
domaine « Simulation du Hardware » car il est indispensable, avant de trouver un compromis sur les variables, de pouvoir limiter le nombre de celles-ci.
Une approche plus réaliste du fonctionnement de dispositif proposée par CST-MWS donne des résultats corrects, mais aux dépens d’un nombre élevé de
variables. Cependant elle nous a permis de mettre en évidence que S11≠S22 : même si le dispositif est passif (S12=S21), il est non-symétrique. L’analyse
nodale inclut des éléments distribués comme les lignes de transmission. Par rapport à l’analyse de l’onde EM 3D, un circuit nodal peut réduire
avantageusement ne nombre de variables.
Démarche: Notre objectif est d’améliorer les filtres dédoubleurs de fréquence. Pour cela, les
filtres ont été étudié, à la fois,
• Par analyse nodale,
• Par simulation électromagnétique.
S12 ampl.
S12 phase
S11
Courbes de réflexion et de transmission pour une sonde H/X(Y) MAS 4mm
sans filtre dédoubleur de fréquence à 9,4 T
L’analyse nodale avec éléments discrets permet de reproduite les courbes de
réflexion et de transmission pour la sonde seule.
Représentation de quelques paires de noyaux X1, X2 dont les
fréquences de Larmor diffèrent de moins 20% et la fréquence
moyenne est comprise entre 275 et 322 MHz à 28 T.
Objectif et démarche : L’objectif est d’améliorer les filtres dédoubleurs de fréquences commerciaux. Pour cela, il est nécessaire de modéliser le
comportement électrique de ces filtres. Trois modèles du filtre isolé ont été testés:
Analyse nodale avec éléments discrets, Analyse nodale avec éléments distribués, Simulation électromagnétique 3D utilisant CST.
Comparaison entre expériences et simulation
électromagnétique
Courbes de réflexion S11 (gauche) et S22 (droite) expérimentales (marron/bleu) et
calculées par simulation EM 3D sur un modèle réaliste du dédoubleur de fréquences
(rose). Ces courbes sont représentées sous forme d’abaque de Smith. Le cercle central
permet de visualiser la dissymétrie.
La simulation EM 3D du filtre reproduit bien les mesures expérimentales
Comparaison entre expériences et les différents modèles
Courbes de réflexion S11 (gauche) et S22 (droite) et de transmission S12 (bas) expérimentales et calculées par les différents modèles pour un
dédoubleur de fréquence isolé. La description schématique du circuit avec éléments discrets est représenté au centre. Le port d’entrée à
gauche
S22
• L’analyse nodale avec élément distribué reproduit bien les mesures expérimentales
• Ce n’est pas le cas de l’analyse nodale avec éléments discrets en particulier pour la courbe S22 (bleue)
• La dissymétrie des courbes de réflexion ne peut être reproduite par un modèle avec élément discret puisque dans ce cas, l’expression
de l’impédance du segment compris entre les deux ports est parfaitement symétrique du fait de la commutation dans la somme.
Comparaison d’un filtre caractérisé sur notre banc RF, et la
simulation 3D obtenue par CST-MWS 2015
Le graphe ci-dessus justifie notre intérêt pour des circuits dans la bande RF, en effet les
noyaux à faible rapport gyromagnétique pourront enfin être observés dans cette gamme
grâce à l’utilisation d’un champ supraconducteur plus élevé.