Спектрометр элетронного парамагнитного резонанса

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублнк (щ934 333 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (2?) Заявлено 21. 11. 80 (21) 3006089/18-25 р М gw з

G 01 N 24/10 с присоединением заявки №

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (33) УДН 5З8. ИЗ (.088 ° 8) Опубликовано 070682. Бюллетень ¹ 21

Дата опубликования описания 07,06, 82

В.A.Æèäoâè÷, И.З.Рутковский, В.Ф.Стельмах, К-",":

В.Г.Трофимов и Л.В.Цвирко

Белорусский ордена Трудового Красного Зна ни государственньМ университет им. В.И.Ленина и Научно-исследовательский институт прикладниис„ ФЬВ, физических проблем им. A.H.Ñåâ÷åíêî (72) Авторы изобретения (71)Заявители (54) СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО

РЕЗОН АН CA

Изобретение относится к технике электронного IIapaMarHHTHoro резонанса (ЭПР) и может использоваться в приборостроительной промиаленности .

Известен спектрометр ЭПР, содержащий сигнальный и гетеродинный генераторы сверхвысоких частот (СВЧ), смесителя сигнального и опорного каналов, ослабитель моцности, фазовращатель СВЧ, измерительный резонатор, детектор и устройство получе-.. ния магнитного поля fl).

Однако этот спектрометр ЭПР имеет ряд недостатков, например, при регулировании мощности изменяется электрическая длина сигнального канала.

Наиболее близким к предлагаемому является спектрометр ЭПР, содержащий гетеродинный и сигнальный генераторы, смесителя опорного и сигнального каналов, компенсируюций фазоврацатель, ослабитель моцности, осноаиой фазоврацатель гетеродинного канала, циркулятор и измерительный резонатор, причем выход гетеродинного генератора соединен с входом гетеродиниого канала смесителя опорного сигнала и входом компенсирующего фазовращателя, выход которого соединен с входом гетеродинного канала смесителя cHI"Haльного канала через основной фазовращатель гетеродииного канала, выход сигнального генератора соединен с входом сигнального канала смесителя опорного сигнала и входом ослабителя . мощности сигнального канала, первый выход основного циркулятора соединен с измерительным резонатором, а второй — с входом сигнального канала смесителя сигнального канала.

Особенностью этого спектрометра является то, что он содержит диэлектрическую пластину с органом перемещения в гетеродинном канале, аналогич15. ную по электрической длине пластине-носителю резистивной пленки ослабителя мощности с плавным регулированием в сигнальном канале, причем органы перемещения обеих пластин связаны (21.

При таком решении обеспечивается упрощение настройки спектрометра при регулировании мощности СВЧ в измерительном резонаторе, однако

25 диапазон регулирования неширок, поскольку использован один ослабитель моцности с ограниченным диапазоном фазокомпенсированного регу лирования. Это ограничивает чувстЗО вительность спектрометра при ис934333 следовании образцов, испытывающих явление парамагнитного насыщения.

Цель изобретения — повыаение чувствительности путем увеличения диапазона регулирования мощности

СВЧ в измерительном резонаторе (при сохранении простоты настройки спектрометра ЭПР в целом, характерной для известного устройства).

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометр ЭПР, содержа- 1О щий гетеродинный и сигнальный генераторы, смесители опорного и сигнального каналов, компенсирующий фазовращатель, ослабитель мощности, основной фаэовращатель гетеродинного канала, 15 циркулятор и измерительный резонатор, причем выход гетеродинного генератора соединен с входом гетеродинного канала смесителя опорного сигнала и входом компенсирующего фаэовращателя 0 выход которого соединен с входом гетеродинного канала смесителя сигнального канала через основной фазовращатель гетеродинного канала, выход сигнального геивратора соединен с входом сигнального канала смесителя опорного сигнала и входом ослабителя иощности сигнального канала, первый выход основного циркулятора соединен с измерительным резонатором, а второй выход — с входом сигнального канала смесителя сигнального канала, спектраметр содержит циркулятор, ключ, согласующий трансформатор и согласованную нагрузку, причем первый вход циркулятора соединен с ослабителем мощности сигнального генератора, второй вход — с последовательно соединенным ключом, согласующим трансформатором и согласованной нагрузкой, а третий выход — с третьим входом основного циркулятора.

На чертеже представлена блоксхема предлагаемого спектрометра

ЭПР.

45

Спектрометр содержит гетеродинный генератор 1, сигнальный генератор 2, смеситель 3 опорного канала, смеситель 4 сигнального канала; компенсирующий фаэовращатель 5, ослабитель б иощности с плавным регулированием, основной фазоврацатель

7 гетеродинного канала 4, основной циркулятор 8, измерительный резонатор 9, циркулятор 10, ключ 11, например,на основе р"i - диода с электроуправляемым входом, согласующий трансформатор 12, например, трехштыревой, согласованную нагрузку 13. Кроме того, циркулятор 10 включен в цепь сигнального канала между сигнальным генератором 2 и измерительным резонатором 9, в частности так, что его первый вход соединен с выходом ослабителя б мощности, а третий выход — с третьим вхо- 65 дом основного циркулятора 8 в канале измерительного резонатора 9.

Последовательно соединенные ключ СВЧ

ll, согласующий трансформатор 12 и согласованная нагрузка 13 подключены ко второму входу циркулятора 10. устройство работает следующим образом.

Мощность СВЧ от сигнального генератора 2 поступает через ослабитель б мощности на первый вход циркулятора 10 и направляется им через его второй вход в канал последовательно соединенных элеиентов ключа СВЧ ll, согласующего трансформатора 12 и согласованную нагрузку 13. Отраженная от элементов 11 и 13, мощность поступает в измерительный резонатор 9 аналогично известному устройству. При запертом ключе 11, например, при подаче запирающего тока на вход р-i-пдиода, мощность СВЧ от ослабителя б мощности через циркулятор 10 в измерительный резонатор 9 проходит практически без ослабления. При этом дополнительные элементы 10-13 изменяют фазу волны СВЧ в сигнальном канале на величину, определяемую электрической длиной СВЧ-цепи в плечах, первого и второго входа, второго входа и третьего выхода циркулятора 10 и удвоенной длины от второго входа циркулятора 10 до сечения запирання ключа 11, Этот дополнительный сдвиг фазы компенсируется известным способом с помощью основного фазовращателя 7 в гетеродинном канале.

При открытом ключе 11 мощность

СВЧ поступает на согласующий трансформатор 12 и согласующую нагрузку

13. При этом часть ее с амплитудой и фазой, определяемой положением регулировочных элементов согласующего трансформатора 12, отражается от него и возвращается через ключ 11 и циркулятор 10 в цепь измерительного резонатора 9, остальная часть СВЧ мощности поглощается в согласованной нагрузке 13. С помощью регулированных элементов согласующего трансформатора 12 устанавливается величина мощности, необходимая для подачи в измерительный резонатор 9, а фаза отраженной волны устанавливается так, чтобы ее значение в сечении ключа ll равнялось 2tfn(n=1,2,3...).

После выполнения указанных операций дальнейшая работа спектрометра аналогична известному устройству.

Таким образом, благодаря предлагаемому решению расширяется диапазоч регулирования мощности СВЧ в измерительном резонаторе на величи ну ослабления мощности, поглощаемой в согласованной нагрузке. При этом обеспечивается характерная для устройства простота эксплуатации, по934333!

20

ВНИИПИ Зак

Тираж 887 скольку величина ослабления может быть предварительно отрегулирована на удобное для эксплуатации спектрометра фиксированное значение (например, на одно из дискретных значений 10 и 20 или 30 дБ) . Кроме того, в процессе регулирования мощности во всем расширенном диапазоне не требуется выполнять дополнительные операции компенсации фазы в гетеродинном канале, а также появляется дополнительная возможность для реализации автоматической защиты элементов блока смесителя 4 сигнального канала от случайных перегрузок, например, с помощью введения обратной связи между фиксирующим перегрузку выходом смесителя и сигнального канала и электроуправляемям входом ключа 11 °

Формула изобретения

Спектрометр электронного парамагнитного резонанса, содержащий гетеродинный и сигнальный генераторы, смесители опорного и сигнального каналов, компенсирующий фазовращатель, ослабитель мощности, основной фаэовращатель гетеродинного канала, циркулятор и измерительный резонатор, причем выход гетеродинного генератора соединен с входом гетеродинного канала смесителя опорного сигнала и входом компенсирующего фазовращателя, выход которого соединен с входом гетеФилиал ППП "Патент г.ужгород,ул.Проектная,4 родинного канала смесителя сигнального канала через основной фазовращатель гетеродинного канала, выход сигнального генератора соединен с входом сигнального канала смесителя опорного сигнала и входом ослабителя мощности сигнального канала, первый выход основного цнркулятора соединен с измерительным резонатором, а второй выход — с входом сигналь.ного канала смесителя сигнального канала, отличающий ся тем, что, с целью повышения его чувствительности путем увеличения .диапазона регулирования мощности

СВЧ в измерительном резонаторе, спектрометр содержит циркулятор, ключ, согласующий трансформатор и согласованную нагрузку, причем первый вход циркулятора соединен с ослабителем мощности сигнального генератора, второй вход — с последовательно соединенными ключом, согласующим трансформатором н согласованной нагрузкой, а третий выход — с третьим входом основного циркулятора.

Йсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке Э 2601540/18-25, кл. G 01 М 27/78, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2831465/18-25, 27/78, 1980 (прототип).