Устройство для регистрации сигнала эпр

,1553890 СОКИ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 Б 24/1 О ТЕНИЯ Изобретение отно магнитных сво ожет быть использо метрах ЭПР. Цель изобретения вительности путем ий вывода сигналаится к исследоств веществ и аиню в радиоспе повышение чувучшения услоиз реэонатоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМ ОПИСАНИЕ ИЗОБ(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физико- технического института АН УССР (2) В,Н.Крымов, Л,Г.Оранский и В,И.Курочкин(56) Тини А. и др, Супергетеродинный индукционный снектрометр сантиметрового диапазона, - Приборы для научных исследований. 1961, В 6, с.117- 127Авторское свидетельство СССР Оф 1189212, кл, 0 01 Б 24/1 О, 1983 е На фнг.1 приведено предлагаемое устройство-сечение, вдоль его оси в плоскости Н напряженности магнитной компоненты микроволнового поля в резонаторе; на фиг,2 - то же, сечение вдоль его оси в плоскости вектора Е напряженности электрической компоненты микроволнового поля в резонаторе.Устройство для регистрации сигнала ЭПР состоит из сферического зеркала 1 и выполненного в виде дифракционной решетки 2 плоского зеркала, образующих открытый полусферический(54) УСТРОЙСТВО ДПЯ РЕГИСТРАПИИ СИГНАЛА ЭПР(57) Изобретение макет быть использовано в радиоспектрометрах ЭПР,Цельизобретения - повышение чувствительности путем улучшения условий выводасигнала ЭПР, С этой целью входной ивыходной волноводы резонатора установлены соосно и повернуты один относительно другого вокруг их общей осина угол 90 , а вне полости резонатора установлен приемный рупор,которьйпереходит в выходной волновод,2 ип,-резонатор, приемного рупора 3,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,1Дифракционная решетка 2 выполнена в виде плоского диска из одномерной металлической решетки, у которой период 1 с Ъ , где- рабочая длина волны, Диаметр решетки 2 равен диаметру входного отверстия приемного рупора 3, н установлены они так, что входное отверстие при-.5 10 15 20 25 30 35 45 50 55 емного рупора 3 полностью закрыторешеткой 2. Последнее требование накладывается применением в предлагаемом устройстве открытого резонатора, Основные потери мощности в открытых резонаторах - это дифракционные потери, т,е, потери мощностивследствие излучения из полости резонатора в окружающее пространство, иесли не перекрыть доступ этому излучению в приемный рупор 3, то уменьшится уровень развязки входного 6 ивыходного 4 волноводов, в результате чего увеличится мощность излучения, поступающего иа микроволновыйприемник в отсутствие сигнала ЭПР.Рост просачивающейся на приемник вотсутствие ЭПР мощности вызовет пропорциональный рост мощности шумовгенератора, поступающих на приемник,что в конечном итоге снизит чувствительность радиоспектрометра, Экранировка входного отверстия рупора 3дифракционной решеткой 2 увеличивает развязку между входным волноводом6 я выходным волноводом 4, что способствует повышению чувствительностирадяоспектрометра,Входной 6 и выходной 4 волноводыустановлены соосно резонатору, Выходной волновод 4 ориентирован так,чтоего широкая стенка параллельна щелямрешетки 2. Входной волновод 6 повернут относительно выходного волновода4 вокруг их общей ося на угол 90.Переход 7, соединяющий входной волновод 6 со щелью 5 связи, имеет формупрямоугольного волновода неизменнойширины с плавно уменьшающейся (отвходного волновода 6 до щели 5 входной связи) высотой. Поляризующее магнитное поле направлено вдоль оси резонатора.Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.Резонатор с парамагнитным образ. цом 8 помещают в источник магнитного поля, например сверхпроводящийсоленоид. 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 дяфракционнойрешеткой 2, настраивают резонанснуючастоту 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 2Вращая 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 4В 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 рещетки 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 щ ) сечением 08 х 1,6 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 входным волноводом 6 посредством плавного перехода 7, Отверстие 5 связи выполнено в виде прямоугольной щели 0,08 х 1,6 мм , Переход 7 имеет формуйволновода неизменной ширины (1,6 мм) с плавно изменяющейся высотой от.0,08 до 0,8 мм 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 дифракционной5 15538 Устройство для регистрации сигнала ЭПР, содержащее полусферическийрезонатор, одна из стенок которогопредставляет собой плоское зеркало,выполненное в виде одномерной дифракционной решетки с периодом 1 ( Я,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, сцелью повышения чувствительности путем улучшения условий вывода сигнапаЭПР из резонатора, входной и выходной прямоугольные волноводыустановлены соосно и повернуты друг относительно друга вокруг их общей оси наугол 90 , вне полости резонатора усотановлен приемный рупор с углом раскрыва Й 1 О, который переходит в выОходной прямоугольный волновод, приэтом рупор установлен так, что еговходное отверстие полностью закрытодифракцнонной 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 конусас 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 4.10Рупор 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 самьйч повысить уровень развязки между входными 6 и выходным 4 волноводами, что способствует повыпению чувствительности радиоспектрометров за счет снижениявклада шумов генератора в общий шум 2 ч радиоспектрометра.Регистрация сигнала ЭПР осуществляется следуаа 1 им образом,Исследуемый парамагнитный образецзакрепляют на дифракционной решетке, 30которая установлена на приемном рупоре, соединенном с выходным волноводом, после чего всю эту конструкцию помещают в отверстие сверхпроводящего соленоида так, что образецоказывается,в центре однородностимагнитного поля соленоида, Предварительно в отверстии соленоида крепится сферическое зеркало с входным вол-,.новодом Эта часть конструкции резо О.натора не демонтируется в процессезамены образца. Затем выходной волновод соединяют с приемником микроволнового излучения и включают микроволновый генератор, Далее, изменяя 4расстояние между дифракционной решет- .кой и сферическим зеркалом, настраивают резонатор на частоту генератора микроволнового излучения, равнуюпримерно 150 ГГц, что соответствуЕт,90 6длине волны 32 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 соответствуетмаксимальной развязке между генератором и приемником,После настройки резонатора включают источник питания соленоида,создающего поляриэующее магнитное поле,устанавливают резонансное значениемагнитного поля, равное для парамагнитного образца с я-фактором свободного электрона примерно 55 кЭ, и регистрируют сигнал ЭПР по изменениюуровня микроволнового излучения ввыходном волноводе,формула и э обретения1553890 ставитель С.Рыкохред М.Дидык Редактор А,Маковская О.Ципле рек раж 489 453 исн осударственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Латент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10