Петлевой резонатор


 


Владельцы патента RU 2466414:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерительным резонаторам для исследования взаимодействия электромагнитного СВЧ поля с веществом, и может быть использовано в спектрометрах электронного парамагнитного резонанса и двойного электронно-ядерного резонанса. Техническим результатом является создание петлевого резонатора с возможностью многократной перестройки резонансной частоты и малым проникновением СВЧ электрического поля внутрь рабочего объема. Технический результат достигается за счет того, что в петлевом резонаторе, содержащем помещенную в проводящий экран резонансную систему, сформированную двумя коаксиально расположенными группами электродов разного диаметра, каждая из которых включает один или несколько пленочных металлических электродов, имеющих форму части цилиндрической поверхности, ограниченной двумя дугами и двумя образующими цилиндра, разделенных зазорами и ориентированных таким образом, что зазоры одной группы полностью перекрыты электродами другой группы, при этом вышеупомянутые группы электродов выполнены с возможностью взаимного вращения друг относительно друга, а угловые размеры электродов обеих групп и угловые размеры электродов и зазоров в каждой группе соизмеримы. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерительным резонаторам для исследования взаимодействия электромагнитного СВЧ поля с веществом, и может быть использовано в спектрометрах электронного парамагнитного резонанса и двойного электронно-ядерного резонанса.

Для увеличения чувствительности измерительной аппаратуры исследуемый объект обычно помещается внутрь резонансной структуры таким образом, чтобы обеспечить возбуждение исследуемого объекта интенсивным СВЧ магнитным полем и максимальную зависимость регистрируемых параметров резонансной структуры от исследуемых свойств объекта.

Наиболее распространены различные варианты полых СВЧ резонансных структур, являющихся структурами с распределенными параметрами, в которых электрическое и магнитное СВЧ поля существенно перекрываются в одной и той же области пространства. Как правило, такие системы имеют относительно высокую добротность и невысокий коэффициент связи образца с СВЧ магнитным полем (коэффициент заполнения).

К недостаткам таких систем относится значительное пространственное перекрытие электрического и магнитного СВЧ полей, что препятствует исследованию образцов, обнаруживающих значительное поглощение энергии электрического поля, и низкое временное разрешение (большое время восстановления), связанное с высоким коэффициентом добротности.

Кроме того, известны петлевые резонаторы (структура петля-зазор), которые являются резонансными структурами с сосредоточенными параметрами (петля-индуктивность, зазор-емкость). Такие резонаторы могут конструироваться таким образом, что СВЧ электрическое и магнитное поля оказываются существенно разделены в пространстве, они имеют низкую добротность, что обеспечивает малое время восстановления (высокое временное разрешение), а высокая чувствительность достигается за счет большого коэффициента заполнения.

Известен петлевой резонатор (аналог), описанный в статье W.Froncisz, James S. Hyde, The Loop-Gap Resonator: A New Microwave Lumped Circuit ESR Sample Structure, Journal of Magnetic Resonance 47, p.515-521, 1982, который содержит металлизированную трубку из керамики или кварца, помещенную в цилиндрический экран. Слой металлизации на трубке разделен на две или четыре равные части зазорами, параллельными оси трубки. Участки цилиндрической металлизации образуют индуктивности, а зазоры - емкости резонансного контура. Исследуемый образец помещается в центр трубки.

Недостатком аналога является отсутствие возможности компенсации разброса резонансной частоты, возникающего вследствие неизбежных технологических погрешностей. Некоторые типы спектрометров электронного парамагнитного резонанса могут работать в очень узкой полосе частот СВЧ, поэтому для них необходимы резонаторы с вполне определенной резонансной частотой. Кроме того, в данном резонаторе за счет краевых эффектов электрическое поле слабо локализовано в зазорах и распространяется в объем исследуемого образца.

В качестве прототипа выбран петлевой резонатор, описанный в статье Bridged loop-gap resonator: A resonant structure for pulsed ESR transparent high-frequency radiation. S.Pfenninger, J.Forrer, A.Schweiger, and T.Weiland, Rev. Sci. Instrum. 59, 752-760 (1988).

Резонансная структура образована тонкими металлическими пленочными электродами, нанесенными на внутреннюю и внешнюю поверхности кварцевой трубки, помещенной в проводящий экран. На внутренней поверхности трубки слой металла разделен двумя относительно узкими зазорами, параллельными оси трубки и лежащими напротив друг друга. Получившиеся две полупетли образуют индуктивность этой резонансной структуры. Зазоры между полупетлями перекрываются пленочными металлическими электродами (мостами-перемычками) на внешней поверхности трубки, ширина которых превышает ширину перекрываемого зазора, вследствие чего создаются области перекрытия, в которых металлизация имеется как на внутренней, так и на внешней поверхности трубки, формируя емкость резонансной структуры. Исследуемый образец помещается в центр кварцевой трубки, а резонансная частота определяется индуктивностью двух полуколец, емкостями двух областей зазора и размером экрана. Изменение резонансной частоты производится изменением площади перекрытия электродов на внутренней и внешней поверхности трубки путем подскабливания перемычек.

К недостаткам прототипа относятся сложность и необратимость процесса подгонки резонансной частоты, а также значительное проникновение СВЧ электрического поля в рабочий объем.

Задачей технического решения является создание петлевого резонатора с возможностью многократной перестройки резонансной частоты и малым проникновением СВЧ электрического поля внутрь рабочего объема.

Поставленная задача решается за счет того, что в петлевом резонаторе, содержащем помещенную в проводящий экран резонансную систему, сформированную двумя коаксиально расположенными группами электродов разного диаметра, каждая из которых включает один или несколько пленочных металлических электродов, имеющих форму части цилиндрической поверхности, ограниченной двумя дугами и двумя образующими цилиндра, разделенных зазорами и ориентированных таким образом, что зазоры одной группы полностью перекрыты электродами другой группы, вышеупомянутые группы электродов выполнены с возможностью взаимного вращения друг относительно друга, а угловые размеры электродов обеих групп и угловые размеры электродов и зазоров в каждой группе соизмеримы.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, на котором изображен петлевой резонатор.

Петлевой резонатор содержит помещенную в проводящий экран 1 резонансную систему, сформированную двумя коаксиально расположенными и установленными с возможностью взаимного вращения друг относительно друга группами электродов 2 и 3 разного диаметра, разделенных зазорами, каждая из которых включает, например, по 4 пленочных металлических электрода, имеющих форму части цилиндрической поверхности, ограниченной двумя дугами и двумя образующими цилиндра, и такое же количество зазоров, ориентированных таким образом, что зазоры группы 3 полностью перекрываются электродами группы 4, при этом угловые размеры электродов обеих групп и угловые размеры электродов и зазоров в каждой группе соизмеримы.

Резонансная частота системы определяется индуктивностью 2n неперекрывающихся участков электродов и 2n емкостями, образованными перекрывающимися краями электродов, а также внешним экраном, где n - число электродов в одной группе. Максимальная суммарная емкость контура, а следовательно, минимальная частота будет соответствовать симметричной ориентации проводящих участков и зазоров. При повороте одной группы электродов по отношению к другой в любую сторону от симметричной ориентации емкость будет уменьшаться, а частота резонанса увеличиваться. Широкие зазоры между электродами в одной группе, соизмеримые по угловому размеру с электродом, минимизируют вклад краевой емкости между электродами в эффективную емкость резонансного контура, определяемую главным образом областями перекрытия электродов разных групп. Таким образом, СВЧ электрическое поле оказывается локализованным в областях перекрытия электродов, а не в рабочем объеме внутри группы меньшего диаметра.

Петлевой резонатор, содержащий помещенную в проводящий экран резонансную систему, сформированную двумя коаксиально расположенными группами электродов разного диаметра, каждая из которых включает один или несколько пленочных металлических электродов, имеющих форму части цилиндрической поверхности, ограниченной двумя дугами и двумя образующими цилиндра, разделенных зазорами и ориентированных таким образом, что зазоры одной группы полностью перекрыты электродами другой группы, отличающийся тем, что группы электродов выполнены с возможностью взаимного вращения относительно друг друга, а угловые размеры электродов обеих групп и угловые размеры электродов и зазоров в каждой группе соизмеримы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для испытаний пассивных четырехполюсников по рассеиваемой в них мощности. .

Изобретение относится к космической технике и предназначено для измерения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности космического аппарата, в напряжение наводки во фрагментах бортовой кабельной сети, проложенных по этим элементам.

Изобретение относится к области радиоизмерений параметров радиопоглощающих низкоимпедансных композиционных диэлектрических материалов на СВЧ типа углепластиков, характеризующихся большими значениями комплексной относительной диэлектрической проницаемости.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в линии электропередачи. .

Изобретение относится к технике СВЧ-измерений и может быть использовано для испытаний СВЧ четырехполюсников, а также в частном случае для их контроля и настройки. .

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при управлении линией электропередачи (ЛЭП), на основе ее Г-образной адаптивной модели, перестраиваемой по текущей информации о параметрах электрического режима ЛЭП.

Изобретение относится к области радиоизмерений параметров поглощающих диэлектрических материалов на СВЧ, в частности к измерению комплексной относительной диэлектрической проницаемости композиционных материалов типа углепластиков, характеризующихся большими значениями комплексной относительной диэлектрической проницаемости, имеющих шероховатую поверхность.

Изобретение относится к измерительной технике - к области измерения и контроля электрофизических свойств жидких технологических сред. .

Изобретение относится к электронной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике на СВЧ и может использоваться при проектировании изделий электронной техники СВЧ различного назначения

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам обработки информации в электротехнике, и может бить использовано для определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи. Способ основан на мониторинге электрической сети, отличающийся тем, что измеряют массивы мгновенных значений сигналов напряжений и токов трех фаз в начале u A 1 ( t j ) | N j = 1 ,     u B 1 ( t j ) | N j = 1 ,       u C 1 ( t j ) | N j = 1 ,         i A 1 ( t j ) | N j = 1 ,         i B 1 ( t j ) | N j = 1 ,         i C 1 ( t j ) | N j = 1 и в конце u A 2 ( t j ) | N j = 1 ,       u B 2 ( t j ) | N j = 1 ,         u C 2 ( t j ) | N j = 1 ,         i A 2 ( t j ) | N j = 1 ,         i B 2 ( t j ) | N j = 1 ,           i C 2 ( t j ) | N j = 1 линии для одних и тех же моментов времени tj=t1, t2, … tN с дискретностью массивов мгновенных значений Δ t = T N , где T - период сигнала напряжения/тока, N - число разбиений на периоде Т, передают сигналы с конца линии в ее начало по каналу связи, сохраняют пары цифровых отсчетов как текущие, осуществляют сдвиг одноименных сигналов фаз В и С соответственно на углы 120° и 240°, далее одновременно определяют массивы мгновенных значений симметричных составляющих напряжений и токов прямой и обратной последовательностей фазы А в начале и конце линии и соответствующие им векторные значения U Al,1, I A1,1, U A2,1, I A2,1, U A1,2, I A1,2, U A2,2, I A2,2, затем определяют расстояние до места обрыва фазы l 1 по выражению: l 1 = 1 γ _ 0 a r t h ( U _ A 1,1 − U _ A 2,1 − ( U _ A 1,2 − U _ A 2,2 ) c h ( γ _ 0 L ) − ( I _ A 1,2 − I _ A 2,2 ) Z _ B s h ( γ _ 0 L ) ( I _ A 1,1 − I _ A 2,1 ) Z _ B − ( U _ A 1,2 − U _ A 2,2 ) s h ( γ _ 0 L ) − ( I _ A 1,2 − I _ A 2,2 ) Z _ B c h ( γ _ 0 L ) ) , где γ 0=α0+jβ0 - коэффициент распространения электромагнитной волны; α0 - коэффициент затухания электромагнитной волны; β0 - коэффициент изменения фазы электромагнитной волны; Z B - волновое сопротивление линии; L - длина линии. Технический результат заключается в повышении точности места определения короткого замыкания. 11 табл., 2 ил.

Изобретение относится к технике резонансных радиотехнических измерений. Способ включает генерацию зондирующего колебания, подачу на вход и прием с выхода резонансной структуры, перестройку частоты зондирующего колебания в диапазоне измерений, соответствующем полосе частот резонансной структуры, регистрацию изменения его параметров, по которым определяют резонансные частоту, амплитуду и добротность резонансной структуры. Зондирующее колебание на входе резонансной структуры формируют двухчастотным с двумя составляющими равной амплитуды со средней частотой и начальной разностной частотой меньшей или равной полосе пропускания резонансной структуры. Резонансную частоту резонансной структуры измеряют в момент времени достижения коэффициентом модуляции огибающей сигнала биений между составляющими зондирующего колебания на выходе резонансной структуры значения 1, как равную значению средней частоты. Вычисляют резонансную амплитуду резонансной структуры и добротность резонансной структуры. Далее, не меняя средней частоты зондирующего колебания, изменяют начальную разностную частоту. После чего измеряют амплитуду огибающей сигнала биений между составляющими зондирующего колебания на выходе резонансной структуры. Устройство содержит перестраиваемый по частоте генератор 1, коммутатор 2, детектор 3, соединенный с контроллером 4 управления и измерения характеристик резонансных структур, а также последовательно соединенные первую линию передачи 5, резонансную структуру 6 и вторую линию передачи 7, причем первый выход коммутатора 2 подключен к входу первой линии передачи 5, его второй вход к выходу второй линии передачи 7, а второй выход к входу детектора 3. Перестраиваемый по частоте генератор 1, коммутатор 2 и контроллер 4 управления и измерения характеристик резонансных структур имеют входы/выходы управления, объединенные в шину управления 8. Дополнительно введен преобразователь 9 одночастотного колебания в двухчастотное, детектор 3, выполнен как детектор огибающей, при этом преобразователь 9 одночастотного колебания в двухчастотное имеет входы/выходы управления, подключенные к шине управления 8, его вход подключен к выходу перестраиваемого по частоте генератора 1, а выход к первому входу коммутатора 2. Технический результат заключается в повышении чувствительности и точности измерений. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для диагностики состояния изоляции силового электрического оборудования, в частности электроподвижного состава железных дорог. Технический результат повышение точности оценки текущего и прогнозного состояния сопротивления изоляции и получение непрерывной информации о ее состоянии. Сущность: в устройство дополнительно введены блок формирования импульсного напряжения, модуль памяти, блок вычисления прогнозируемых параметров, индикатор влажности изоляции и прогнозирования сопротивления изоляции, одновибратор периодических импульсов и мультивибратор. Блок формирования импульсного напряжения представляет собой цепь из последовательно соединенных индуктивности, диода и конденсатора, а также коммутатор, первый и второй входы которого подключены параллельно диоду и конденсатору. Первым входом блока формирования импульсного напряжения, подключенным к «плюсовому» выходу источника напряжения постоянного тока, является вывод индуктивности, а вторым его входом, подключенным к «минусовому» выходу источника напряжения постоянного тока, является вывод конденсатора, который одновременно является вторым выходом блока формирования импульсного напряжения, первым выходом которого является точка соединения диода и конденсатора. Первый вход датчика тока соединен со вторым выходом блока формирования импульсного напряжения. Первые входы модуля памяти и блока вычисления прогнозируемых параметров подключены к выходу блока вычисления сопротивления изоляции. Выход одновибратора соединен напрямую с третьим входом коммутатора блока формирования импульсного напряжения и вторыми входами соответственно модуля памяти и блока вычисления прогнозируемых параметров, а также через мультивибратор - соответственно с третьими входами модуля памяти и блока вычисления прогнозируемых параметров, четвертый вход которого соединен с выходом модуля памяти. Первый и второй выходы блока вычисления прогнозируемых параметров соединены с первым и вторым входами индикатора влажности и прогнозирования сопротивления изоляции. 1 ил.
Наверх