强磁场有助于提高核磁共振检测灵敏度和分辨率、减小二阶四极相互作用,因此有效地促进了生物、材料、特别是低旋磁比、四极核的NMR研究。本文围绕高场超导和水冷磁体下NMR波谱仪研制中面临的一系列问题展开研究,主要内容包括以下四个方面：(1)实现了一种时间分辨率为8.3ns的并行式模块化脉冲序列控制器。每个模块都由一个工业控制计算机PCI-104和一个现场可编程门阵列构成,前者负责将脉冲序列元素转换成48-bit二进制数据；后者对这些48-bit数据解码并输出相应的门控、脉冲和采样点数等信息。采用并行式模块化脉冲序列控制器的控制台的一个鲜明特点是通道的概念非常清晰：各通道通过以太网直接和工作站进行通信,而通道之间相互独立。该设计已经被用于自制500MHz液体和1.06GHz固体NMR控制台中,目前这两种控制台运行良好。(2)设计并实现了具有快速调制功能的宽带射频发射机。数字中频部分采用两级数控振荡器级联,前一级数控振荡器用于产生脉冲的幅度、相位和频率偏移,后级连续工作输出一个固定频率的数字中频,并由它实现正交调制。在实现脉冲频率偏移时,只需要脉冲序列控制器提供一个额外的48-bit数据。相对于商业NMR波谱仪发射机,采用两级数控振荡器级联的中频方案更加优化。此外,该发射机的输出带宽覆盖了[10,1100]MHz全频段,满足了25T场强范围内NMR波谱仪的频率需求。(3)借助电磁场数值仿真,并从射频场均匀性A810/A90和相对强场强度E/B1两方面定量评估了四种类型的NMR线圈,仿真结果表明交叉线圈应当是高场生物固体探头线圈的首选。针对固体低电场(Low-E)交叉线圈,仿真给出了电磁场分布与样品介电常数和盐浓度(等效电导率)的关系,并揭示了该线圈存在的不足。进一步地,文中提出了Low-E的优化方案并给予了实验验证。改进后的Low-E不仅能产生更高的’HB,强度,而且有效降低了由低频通道长时间去耦引起的样品发热问题。最后,制作了一种固体Low-E720MHz1H/X探头,并给出了该探头的性能测试结果。(4)提出并论证了采用数字下变频-数字上变频(DDC-DUC)组合的方案改善水冷磁体磁场稳定性。磁通稳定器作为一种补偿手段,用于抑制由电源纹波引起的磁场波动,而抑制效果则取决于环路控制器的设计。为了最大程度地抑制幅度较大的电源纹波,文中提出采用DDC-DUC组合作为磁通稳定器的控制器。该控制器中,DDC主要功能是提取电源纹波的频率成分和幅度,DUC则还原各纹波的频率信息并输出补偿信号,通过调节DUC输出相位就能保证反馈系统在较高的开环增益下依旧能维持闭环稳定工作。