Устройство для регистрации сигнала эпр

Устройство для регистрации сигнала эпр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано в радиоспектрометрах ЭПР. Цель изобретения - повышение чувствительности путем улучшения условий вывода сигнала ЭПР. С этой целью входной и выходной волноводы резонатора установлены соосно и повернуты друг относительно друга вокруг их общей оси на угол 90°, а вне полости резонатора установлен приемный рупор, который переходит в выходной волновод. 2 ил.

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (g))g G 01 N 24/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

rl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИНМ

ПРИ 01НТ СССР (21 ) 3643244/24 25 (22) 20.09 ° 83 (46) 30,03.90, Бюл. У 12 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физикотехнического института АН УССР (72) В,Н.Крымов, Л,Г.Оранский и В.И.Курочкин (53) 538,113 (088,8) (56) Тини А. и др, Супергетеродинный индукционный снектрометр сантиметрового диапазона, — Приборы для научных исследований. 1961, В б, с.117127 °

Авторское свидетельство СССР

В 1189212, кл, G 01 N 24/10, 1983, Изобретение относится к исследованию магнитных свойств веществ и может быть использовано в радиоспектрометрах ЭПР.

Цель йзобретения — повышение чувствительности путем улучшения условий вывода сигнала ЭПР из реэонатоPB ° °

На фнг.l приведено предлагаемое устройство-сечение, вдоль его оси в плоскости Н напряженности магнитной компоненты микроволнового поля s резонаторе; на фиг,2 — то же, сечение вдоль его оси в плоскости вектора F. напряженности электрической компоненты микроволнового поля в резонаторе.

Устройство для регистрации сигнала ЭНР состоит из сферического зеркала l и выполненного в виде дифракционной решетки 2 плоского зеркала, образующих открытый полусферический

„„SU„„1553890 А1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАПИИ СИГНАЛА ЭПР (57) Изобретение может быть использовано в радиоспектрометрах ЭПР,Цель изобретения — повышение чувствительности путем улучшения условий вывода сигнала ЭПР, С этой целью входной и выходной волноводы резонатора установлены соосно и повернуты один относительно другого вокруг их общей оси на угол 90, а вне полости резонатора установлен приемный рупор,которьй переходит в выходной волновод,2 ип, -резонатор, приемного рупора З,установленного непосредственно за дифракционной решеткой 2 вне полости резонатора и плавно переходящего в выходной волновод 4, щели 5 входной связя, соединяющей полость резонатора с входным волноводом- 6 посредством плавного перехода 7, Исследуемый образец 8 крепится непосредственно иа дифракционную решетку 2 со стороны полости резонатора и имеет форму плоского диска, заполняющего все поперечное сечение резонатора, Дифракционная решетка 2 выполнена в виде плоского диска из одномерной металлической решетки, у которой период 1 с A где — рабочая длина волны, Диаметр решетки 2 равен диаметру входного отверстия приемного рупора 3, и установлены они так, что входное отверстие при-.

1553890 емного рупора 3 полностью закрыто решеткой 2. Последнее требование накладывается применением в предлагаемом устройстве открытого резонатора. Основные потери мощности в открытых резонаторах - это дифракцион« ные потери, т,е, потери мощности вследствие излучения из полости резонатора в окружающее пространство, и 10 если не перекрыть доступ этому излучению в приемный рупор 3, то уменьшится уровень развязки входного 6 и выходного 4 волноводов, в результате чего увеличится мощность излуче- 15 ния, поступающего иа микроволновый приемник в отсутствие сигнала ЭПР.

Рост просачивающейся на приемник в отсутствие ЭПР мощности вызовет пропорциональный рост мощности шумов 20 генератора, поступающих на приемник, что в конечном итоге снизит чувствительность радиоспектрометра, Экранировка входного отверстия рупора 3 дифракционной решеткой 2 увеличива- 25 ет развязку между входньм волноводом

6 я выходным волноводом 4, что способствует повышению чувствительности радяоспектрометра, Входной 6 и выходной 4 Волноводы 3{) установлены соосно резонатору, Выходной волновод 4 ориентирован так,что его широкая стенка параллельна щелям решетки 2. Входной волновод 6 повернут относительно выходного волновода

4 вокруг их общей ося на угол 90 .Переход 7, соединяющий входной волновод 6 со щелью 5 связи, имеет форму прямоугольного волновода неизменной ширины с плавно уменьшающейся (от 49 входного волновода 6 до щели 5 входной связи) высотой. Поляризующее магнитное поле направлено вдоль оси резонатора.

Устройство, реализующее предпагае- 45 мый способ, работает следующим образом.

Резонатор с парамагнитным образцом 8 помещают в источник магнитного поля, например сверхпроводящий соленоид. Включают генератор микроволнового излучения, сигнал с которого через входной волновод 6 и переход 7 поступает на щель 5 связи.

Изменяя расстояяие между сферическим зеркалом 1 и дяфракционной решеткой 2, настраивают резонансную частоту резонатора на частоту подаваемого микроволнового излучения, в результате чего в резонаторе возбуждаются микроволновые колебания, Поляризация этих колебаний такова, что электрический вектор направлен параллельно щелям в дифракционной решетке

2 ° Вращая как единое целое дифракционную решетку 2, приемный рупор 3 и выходной волновод 4 вокруг продольной оси резонатора, добиваются минимального значения микроволнового излучения на выходе волновода 4 в отсутствие сигнала ЭПР, Затем при появлении резонансногд парамагнитного вращения плоскости поляризации регистрируют сигнал ЭПР по изменению интенсивности микроволнового излучения на выходе волновода 4 °

В устройстве для работы в двухмиллиметровом диапазоне диаметр сферического зеркала 1 и дифракционной решетки 2 равен 12 мм. Радиус кривизны сферического зеркала 1 равен 13 мм»

Ширина щелей дифракционной решетки

2-60 мкм, период следования щелей в дифракционной решетке 2 равен 120 мкм.

Такое исполнение дифракционной решетки 2 обеспечивает в двухмиллиметровом диапазоне длин волн микроволнового излучения практически полную ее прозрачность для излучения с электрическим вектором„ ортогонально поляризованным по отношению к щелям, и зеркальность (отражательную способ-. ность) для излучения, электрический вектор которого параллелен щелям,устройство содержит также прямоугольные входной 6 и выходной 4 волноводы (тяп волны Н,ю ) сечением 0„8х1,6 мм,установленные соосно и взаимно ортогональио по поляризациям распространяющихся в них волн (широкая стенка волновода 6 ортогональна широкой стенке волновода 4). В центре сферического зеркала 1 (по продольной оси резонатора) выполнено отверстие (щель) 5 связи, соединяющее резонатор с входньы волноводом 6 посредством плавного перехода 7, Отверстие 5 связи выполнено в виде прямоугольной щели

0,08х),6 мм . Переход 7 имеет форму

2 волновода неизменной ширины (1 6 мм) с плавно изменяющейся высотой от.

0,08 до 0,8 ю и длиной 20 мм, что соответствует примерно десяти длинам волн. Параметр связи резонатора с образцом 8 и входного волновода 6 примерно равен единице. Выходной элемент связи образован дифракционной

5 15538

Устройство для регистрации сигна-. ла ЭПР, содержащее полусферический резонатор, одна из стенок которого представляет собой плоское зеркало, выполненное в виде одномерной дифракционной решетки с периодом 1 ((3 где Ъ - рабочая длина волны, н элемент связи, выполненный в виде отверстия в другой стенке, представляющей собой сферическое зеркало, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности путем улучшения условий вывода сигнала

ЭПР из резонатора, входной и выходной прямоугольные волноводы установлены соосно и повернуты друг относительно друга вокруг их общей оси на угол 90, вне полости резонатора усо тановлен приемный рупор с углом раскрыва Й 1О, который переходит в выО ходной прямоугольный волновод, при этом рупор установлен так, что его входное отверстие полностью закрыто дифракцнонной решеткой, диаметр которой равен диаметру входного отверстия рупора, а широкая стенка выходного волновода параллельна щелям дифракционной решетки. решеткой 2 и приемным рупором 3, установленным непосредственно за ней.

Приемный рупор 3 имеет форму конуса с углом раскрыва, равным примерно

10. Диаметр входного отверстия руЮ 5 пора 3 равен диаметру дифракционной решетки 2, т,е, 12 мм, Щели решетки

2 параллельны широкой стенке выходного волновода 4.

Рупор 3 и дифракционная решетка

2 установлены так, что дифракционная решетка 2 полностью закрывает входное отверстие рупора 3, Это позволяет защитить вход рупора 3 от проникновения в него микроволнового излучения, рассеиваемого открытьм резонатором в окружающее пространство вследствие дифракционных потерь энергии, и тем самьпч повысить уро- 20 вень развязки между входныа 6 и выходным 4 волноводами, что способст вует повышению чувствительности радиоспектрометров за счет снижения вклада шумов генератора в общий шум 2ч радиоспектрометра.

Регистрация сигнала ЭПР осуществляется следующим образом.

Исследуемый парамагнитный образец закрепляют на дифракционной решетке, З0 которая установлена на приемном рупоре, соединенном с выходным волноводом, после чего всю эту конструкцию помещают в отверстие сверхпроводящего соленоида так, что образец оказывается -.в центре однородности магнитного поля соленоида. Предварительно в отверстии соленоида крепится сферическое зеркало с входным вол-,. новодом.. Эта часть конструкции peso" 4 . натора не демонтируется в процессе замены образца. Затем выходной волновод соединяют с приемником микроволнового излучения и включают микРоволновый генератор. Д лее, изменяя 45 расстояние между дифракционной решет- . кой и сферическим зеркалом, настраивают резонатор на частоту генератора микроволнового излучения, равную примерно 150 ГГц, что соответствуЕт.

90 6 длине волны 3 2 мм, Критерий совпадения частот генератора и резонатора - минимум отраженного от резонатора СВЧ излучения. Затем, вращая выходной волновод вокруг его оси,добиваются минимума мощности на микроволновом приемнике, что соответствует максимальной развязке между генератором и приемником, После настройки резонатора включают источник питания соленоида,создающего поляризующее магнитное поле, устанавливают резонансное значение магнитного поля, равное для парамагнитного образца с g-фактором свободного электрона примерно 55 кЭ, и ре« гистрируют сигнал ЭПР по изменению уровня микроволнового излучения в выходном волноводе, формула и э обретения

1553890

AN. 1

Составитель С.Рыков

Редактор А,Маковская Техред М.Дидык Корректор 0,Пипле

Тираж 489

Подписное

Заказ 453

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101