Устройство для создания радиочастотного магнитного поля

2) Авторы изобретеиия А. Шерстков, Н. В. Легких и А. И. Рокеа Уральский ордена Трудового Красигосударственный университет им. А.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ Р МАГНИТНОГО ПОЛОЧАСТОТНОГО 2 ную ногласов линия обой д Изобретение относится к аппаратуре для исследования магнитного резонанса, а более конкретно, к аппаратуре для исследования двойного электронно-ядерного резонанса (ДЭЯР), тройного электронно-ядерного-ядерного резонанса (ТЭЯЯР) и радиочастотного дискретного насыщения (РДН) и может быть использовано совместно со спектрометрами электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и дискретного насыщения (ДН) как с супергетеродинами, так и с двойной модуляцией, превращая их в спектрометры ДЭЯР, ТЭЯЯР и РДН, соответственно.Известные устройства для создания радиочастотного магнитного поля в аппаратуре для исследования ДЭЯР, ТЭЯЯР и РДН содержат катушку-индуктор, содержащую один или несколько витков, включенную двухполюсником на конец соединительной линии, симметричной или несимметричной относительно корпуса, соединенной с выходом источника сигналов 1 .Такое включение имеет существенные недостатки,Соединительная с катушкой на конце представляет с ля источника чисто реактив агрузку, что делает невозможным с ание ее с выходом источника.Резонансные явления в такой нагрузкеприводят к резкому непостоянству тока, а значит и радиочастотного магнитного поля в катушке в диапазоне частот. Кроме того, такая нагрузка затрудняет работу источника и даже может сделать ее невозможной на некоторых частотах. В ограничительном диапазоне частот указанные недостатки частично устраняются тщательной подгонкой элементов и параметров схемы.Известно также устройство для создания радиочастотного магнитного поля 21, со держащее источник сигналов, катушку-индуктор и соединительные линии. Это устройство содержит блок согласования, содержащий два конденсатора переменной емкости, дискриминатор модуля и аргумента импеданса, измеритель коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) и электрон- Ю но-вычислительную машину (ЭВМ), которая управляет исполнительными двигателями, непрерывно согласующими выходное сопротивление источника сигналов с входным импедансом катушки-индуктора путемизменения емкостей переменных конденсаторов.Несмотря на примененную непрерывную перестройку устройства, для перекрытия всего частотного диапазона - используются разные количества, витков, что, во-первых, уменьшает оперативность работы и, во-вторых, приводит к резкой зависимости напряженности магнитного поля от диапазона частот. Необходимость переключения витков во время работы и требование непосредственного соединения катушки-индук ф тора с громоздким согласующим устройством и дискриминатором исключает помещение катушки в труднодоступные места, например, в сосуд Дьюара. Принцип непрерывной подстройки согласующего устройства под рабочую частоту исключает возможность одновременной работы устройства на двух или нескольких частотах, что может быть необходимым, например, в экспериментах по ТЭЯЯР.Целью изобретения является увеличе ние интенсивности радиочастотного поля, расширение частотного диапазона, а также обеспечение возможности применения соединительных линий произвольной длины и упрощение конструкции путем широкополосного согласования элементов устройства. Предложенное устройство позволяет также повысить стабильность частоты, быструю смену частотного диапазона, осуществить модуляцию и развертку радиочастоты с необходимыми параметрами и одновременно по- Зе лучить радиочастотное поле на двух различных частотах.Поставленная цель достигается тем, что катушка-иидуктор включена четырехполюсником в разрыв соединительной линии,нИ замкнутои на конце согласующеи нагрузкой, причем волновое сопротивление катушки-четырехполюсника, волновое сопротивление соединительной линии, выходное сопротивление источника сигналов и сопротивление согласующей нагрузки равны между со е бой, а также тем, что источник сигналов содержит маломощный генератор радиочастоты в сочетании с усилителем мощности с распределенным усилением (УРУ мощности). УРУ мощности имеет два входа, выходной каскад УРУ мощности выполнен45 по схеме с неоднородной анодной линией с низким выходным сопротивлением, согласованная нагрузка снабжена пиковым детектором, проградуированным в вольтах или амперах. ИНа чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство содержит источник сигналов, состоящий из маломощных генераторов радиочастоты 1 и 2, сигналы которых усиливаются усилителем мощности с рас- фф пределенным усилением 3, мощность с выхода усилителя поступает в соединительную линию 4, далее в катушку-индуктор, вклюценную четырехполюсииком 5, соединительную линию б и поглощается согласующей нагрузкой 7. Амплитудное напряжение радио- частоты на нагрузке измеряется пиковым детектором 8.Принцип работы устройства состоит в следуюш,ем.Катушка-индуктор, работающая на радиочастотах коротковолнового и ультракоротковолнового диапазона, совместно с ее металлическим корпусом или окружающими металлическими телами образуют систему с распределенными параметрами (емкость С и индуктивность 1.). Эта система" ,включенкав мтырехполюсником, может быть описана волновым сопротивлением К =Я, которое можно считать постоянным в широком диапазоне частот, Если выбрать волновое сопротивление кабеля Р , волновое сопротивление катушки Кщ, сопротивление согласующей нагрузки Кн и выходное сопротивление источника сигналов Кравными между собой ЙхБ= Кк.= К=К, то эти элементы окажутся согласованными в широком диапазоне частот, при этом устанавливается режим чисто бегущей волны, и вся мощность рассеивается в согласующей нагрузке. Помещая на согласующей нагрузке пиковый детектор, регистрирующий амплитудное напряжение, можно измерять ток 1 в катушке, а, следовательно, напряженность в ней даже при импульсной 100-ной амплитудной модуляции радиочастотной мощности.Для наиболее полного использования широкополосных свойств включения катушки четырехполюсником, целессюбразно в качестве источника сигналов использовать маломощный генератор радиочастоты в сочетании с УРУ мощности. Применение маломощного генератора радиочастоты, в качестве которого может быть использован любой подходящий промышленный генератор или синтезатор частот, позволяет обходиться без индивидуального конструирования для получения необходимых параметров модуляции, развертки и стабильности частоты. УРУ мощности позволяет усилить сигнал генератора до необходимой мощности, не накладывая никаких ограничений на параметры развертки и модуляции генератора, при значительном диапазоне,Широкополосность устройства позволяет использовать его для одновременной работы надвух или нескольких частотах, сигналы которых, снимаемые с независимых генераторов, усиливаются одним усилителем, передаются по одним и тем же соединительным линиям и магнитные поля возбуждаются одной катушкой.Во многих практических случаях, например, в экспериментах по магнитному резонансу, также параметры катушки-индукто693231 Формула изобретения ь В. Майуговая ршинКор Под СССР тий Составител Техред О. Л Тираж 1073Государственного елам изобретений ква, Ж - 35, Рау Патент, г. Ужго ктор Е. Лсное Редактор Л. АлексеенкЗаказ 6067/14ЦНИИПИпо д113035, Мофилиал П П П комитета и откры ская на од, ул. д. 4/5ектная, 4 5ра, как количество витков, шаг намотки, размеры не могут быть произвольными. При этом оказываются наложенными ограничения и на индуктивность катушки. Для получения максимальной при заданной индуктивности катушки и выходной мощностиисточника сигналов напряженности магнитного радиочастосного поля целесообразно выбирать выходное сопротивление источника сигналов низким. Понизить волновое сопротивление катушкипри заданной ее индуктивности можно путем подключения к ее виткам дополнительных конденсаторов, соединенных с металлическим корпусом, т.е, увеличение распределенной емкости С катушки четырехполюсника. Понижение выходного сопротивления УРУ мощности при сохранении высоких усилительных и энергетических параметров возможно путем использования в качестве выходного каскада источника сигналов УРУ с неоднородной анодной линией. Су 1 цественно, что УРУ, выполненные по этой схеме относительно малочувствительны к рассогласованию на выходе, что уменьшает требования к согласованию соединительной линии и катушки,1 Устройство для создания радиочастотного магнитного поля, например в спектрометрах двойного электронно-ядерного резонанса, тройного электронно-ядерного ядерного резонанса и радиочастотного дискретного насыщения, содержащее источник сигналов, катушку-индуктор и соединительные линии, отличающееся тем, что, с целью увеличения интенсивности радиочастотного поля, расширения частотного диапазона, а также обеспечения возможности применения 6соединительных линий произвольной длины и упрощения конструкции путем широкополосного согласования элементов устройства, катушка - индуктор включеначетырехполюсником в разрыв соединительной линии, на конце которой введена согласующая нагрузка, причем, волновое сопротивление катушки-четырехполюсника, волновое сопротивление соединительной линии, выходное сопротивление источника сигналов и сопротивление согласующей нагрузки равны между собой.2. Устройство по п, 1, отличающеесятем, что, с целью уменьшения частотной зависимости напряженности магнитного радиочастотного поля, источник сигналов содержит маломощный генератор радиочастоты в сочетании с усилителем мощности сраспределенным усилением (УРУ мощности).3. Устройство по пп.и 2, отличающееся тем, что, с целью одновременного получения радиочастотного магнитного поляна двух различных частотах, УРУ мощностиснабжен двумя входами,4. Устройство по п. 1, отличающеесятем, что выходной каскад УРУ выполненпо схеме с неоднородной анодной линиейф с низким выходным сопротивлением.5. Устройство по п. 1, отличающеесятем, что согласованная нагрузка снабжена пиковым детектором, проградуированнымв вольтах или амперах.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Ноакоп %. С.,Вцгп 1. РЬуз. меч, 125,89, 1962.2. бгцЬег Н., Гоггег 1., с 1 сЬчедег Абгцпйагс Н, 1, Р 11 уз. Е., Яс 1, пзбг., 7,м 569, 1974,