Спектрометр элетронного парамагнитного резонанса

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(2) Заявлено 21,11,80 (21) 3006089/18"25 РМ У з 6 01 В 24/10 с присоединением заявки Но Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 070682, Бюллетень М 9 21 Дата опубликования описания 07,06, 82 В.А.Жидович, И,З,Рутковский, В,Ф.Стельмах, К.",",;В.Г.Трофимов и Л.В.ЦвиркоБелорусский ордена Трудового Красного Зна нигосударственньМ университет им. В.И.Ленинаи Научно-исследовательский институт прикладнаис " 4ФЬа дд, Уфизических проблем им. А.Н.Севченко(54) СПЕКТРОМЕТР ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГОРЕЗОН АН СА Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может использоваться в приборостроительной проьаиаленности .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 (,11.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 сигнального канала через основной фазовращатель гетеродииного канала, выходсигнального генератора соединен свходом сигнального канала смесителяопорного сигнала и входом ослабителя .мощности сигнального канала, первыйвыход основного циркулятора соединенс измерительным резонатором, а второй - с входом сигнального каналасмесителя сигнального канала.Особенностью этого спектрометраявляется то, что он содержит диэлектрическую пластину с органом перемеще"ния в гетеродинном канале, аналогичную по электрической длине пластине-носителю резистивной пленки ослабителя мощности с плавным регулированием в сигнальном канале, причеморганы перемещения обеих пластинсвязаны (,21.При таком решении обеспечиваетсяупрощение настройки спектрометрапри регулировании мощности СВЧ визмерительном резонаторе, однако 25 диапазон регулирования неширок,поскольку использован один ослабитель мощности с ограниченным диапазоном фазокомпенсированного регулирования. Это ограничивает чувст вительность спектрометра при ис 934333следовании 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 О 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 20 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, спектроиетр содержит циркулятор, ключ, согласующий трансформатор и согласованную нагрузку, причем пер" вый 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. 40 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 Фазоврацатель7 гетеродинного канала 4, основнойциркулятор 8, измерительный резонатор 9, циркулятор 10, ключ 11,например,на основе р"1.п- диода сэлектроуправляемым входом, согласующий трансФорматор 12, например,трехштыревой,согласованную нагрузку 13. 1(роме того, циркулятор 10включен в цепь сигнального канала 60между 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 дом основного циркулятора 8 в канале измерительного резонатора 9. Последовательно соединенные ключ СВЧ 11, 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 11, 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-и- диода, 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 11 равнялось 2 йй(й=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 согласованнойнагрузке. При этом обеспечивается характерная для устройства простота эксплуатации, по934333 О 20 ВНИИПИ 3Тираж 887 илиал П скольку величина ослабления можетбыть предварительно отрегулированана 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 фазыв гетеродинном канале, а также появляется дополнительная возможностьдля реализации автоматической защитыэлементов блока смесителя 4 сигнального канала от случайных перегрузок, например, с помощью введенияобратной связи между фиксирующимперегрузку выходом смесителя и сигнального канала и электроуправляемюм входом ключа 11формула 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 гетегород,ул.Проектная,4 родинного канала смесителя сигнального канала через основной фазовращатель гетеродинного канала, выход сигнального генератора соединен с входомсигнального канала смесителя опорного сигнала и входом ослабителя мощности сигнального канала, первый выход основного цнркуляторасоединен с измерительным резонатором,а второй выход - с входом сигнального канала смесителя сигнальногоканала, отличающий сятем, что, с целью повышения егочувствительности путем увеличениядиапазона регулирования мощностиСВЧ в измерительном резонаторе,спектрометр содержит циркулятор,ключ, согласующий трансформатор исогласованную нагрузку, причем первый вход циркулятора соединен с ослабителем мощности сигнального генератора, второй вход - с последовательно соединенными ключом, согласующим трансформатором н согласованнойнагрузкой, а третий выход - с третьимвходом основного циркулятора. Йсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Э 2601540/18-25,кл. С 01 М 27/78, 1978.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2831465/18-25,кл. 6 01 И 27/78, 1980 (прототип).