Резонатор радиоспектрометра двойного электронно-ядерного резонанса

. К, Безобчук, А, Б. Брик и Ю, В, федотов 2) Авторы изобретения Институт геохимии и физики минералов АН Украинской ССР.ТОР РАДИОСПЕКТРОМЕТРА ННО-ЯДЕРНОГО РЕЗОНАНСА ВОЙ НОГО одимо исдиочасИзобретение относится к конструкциям объемных сверхвысокочастотных (СВЧ) резонаторов и предназначено для использования в радиоспектрометрах для регистрации спектров двойного электронно-ядерного резонанса (ДЭЯР) и электронного5 парамагнитного резонанса (ЭПР) при исследовании полупроводников и диэлект-. риков, Изобретение может найти примене ние при фундаментальных исследованиях1 О в области физики твердого тела, а. именно, приисследованияхсверхтонного иквадрупольного взаимодействия локализованных электронов (дырок) с ядрами решетки, в квантовойэлектронике, например,дляанализа15 кристаллической структуры диэлектрических стержней, применяемых в лазерах и мазерах, в структурной химии и биологии,Известны конструкции СВЧ резонаторов радиоспектрометра ДЭЯР, содержащих полый корпус прямоугольного сечения с намотанной на него катушкой (петлей) радиочастотной подсветки. Для решения задачи ввода радиочастотного поля в резонансную полость в одном иэ вариантов конструкции корпус СВЧ резонатора выполнен иэ диэлектрика, покрытого со стороны резонансной полости серебряной пленкой толщиной больше глубины скин-слоя СВЧ поля и меньше глубины скин-слоя для радиочастотного поля, так что СВЧ поле, возбуждаемое в резонаторе, не рассеивается за пределы резонансной полости, а радиочастотное поле создаваемое катушкой (петлей) радиочастотной подсветки, проникает сквозь корпус и резонансную полость в которой находится исследуемый образец 1В другом варианте металлический кор пус прямоугольного СВЧ резонатора, возбуждаемого волной типа ТЕ разрезан вдоль широкой стенки, что йе оказывает заметного влияния на СВЧ поле в резонаторе, обеспечивая в то же время проникновение радиочастотного поля в резонансную полость 2.Однако для их работы необхйольэовать мощные источники р3238 4 3, 69 тотной энергии, чтобы обеспечить в резонансной полости доСтаточную ийтенсивность поля радиочастотной подсветки и связанную с ней чувствительность резонатора, позволяющую регистрировать и наблюдать спектры ДЭЯР. При этом большой диаметр катушки радиочастотной подсветки, определяемый размерами корпуса резонатора, и частичное экранирование исследуемогообразца от радио- частотного поля корпусом резонатора являются причиной сравнительно низкой интенсивности поля радиочастотной подсветки, воздействующего на исследуемый образец, расположенный в резонансной полости. Кроме того, отсутствие в описанных конструкциях элементов перестройки резонатора по частоте усложняет эксперименты по наблюдению спектров ДЭЯР и ЭПР,Известен резонатор, который содержит полый цилиндрический корпус с элементами связи вторцовой стенке для возбуждения в нем СВЧ поля типа ТЕ ор, подвижУ ный короткозамыкатель и петлю радио, частотной подсветки, выполненную в виде металлических прутков, установленных внутри резонатора параллельно его оси, соединенных вне резонансной полости металлической перемычкой и прикрепленных концами к торцовым стенкам резонатора 33Наличие подвижного короткозамыкателя в цилиндрическом резонаторе с волной типа ТЕ позволяет, не снижая доб 011ротности резонатора, а значит и его ,чувствительности, осуществлять перестройку по частоте, что облегчает проведение экспериментов по наблюдению спектров ДЭЯР и ЭПР и расширяет частотный диапазон устройства. 5 1 о 15 2 О 25 зо 35 4 О 45 50 55 Введение петли (катушки) радиочастотной подсветки в резонансную полость позволяет значительно повысить интенсивность поля радиочастотной подсветки, воздействующего на исследуемый образец, расолагаемый внутри петли и, следовательно; повысйть чувствйтельностьрезонатора, снизив требование к мощности источников радиочастотной энергии,Однако в описанной конструкции повышение чувствительности резонатораограничено несовершенством системыкрепления петли радиочастотной подсветки, Поскольку прутки петли закреплены только на концах, они не имеют достаточной жесткости и подвержены вибрациям как вследствие внешних механических воздействий, так и под влияниемзнакопеременной, направленной перпендикулярно пруткам силы Лоренца, порожденной взаимодействием амплитудно-модулированноготока петли радиочастотнойподсветки и постоянного магнитного поля, в котором располагают СВЧ резонатор. Интенсивность вибрации особенновозрастает при исследовании в условияхнизких и сверхнизких температур (до4,2 К) из-за провисания прутков при охлаждении резонатора, корпус которого,охлаждаясь, укорачивается больше, чемжестко связанные с ним своими концамипрутки, которые нагреваются протекающим по ним током, Вибрации петли радиочастотной подсветки приводят к модуляции параметров СВЧ резонатора ик появлению на выходе устройства паразитного сигнала, что значительно уменьшает отношение сигнал-шум, т.е. снижает чувствительность резонатора,Целью изобретения является повышение чувствительности резонатора путем повышения виброустойчивости петли ра-. диочастотпой подсветки.Достигается это тем, что в резонаторе радиоспектрометра ДЭЯР, содержащем полый цилиндрический корпус с элементами связи в торцовой стенке для возбуждения в резонаторе СВЧ поля типа ТЕ подвижный короткозамыкатель и011петлю радиочастотной подсветки, .выполненную в виде металлических прутков, установленных внутри резонатора параллельно его оси.и соединенных вне резонансной полости металлической перемычкой, упомянутая петля закреплена с помощью установленного внутри резонатора, соосно его корпусу диэлектрического, например фторопластового, фиксатора, содержащего две посаженные с натягом одна на другую, коаксиальные цилиндрические втулки, внутренняя из которых имеет на наружной поверхности продольные канавки для укладки в них петли радиочастотной подсветки глубиной меньше диаметра упомянутых прутков, причем один конец фиксатора с выводами петли радиочастотной подсветки неподвижно закреплен в торцовой стенке резонатора, а другой конец, охватываемый перемычкой петли радиочастотной подсветки, свободен,При этом подвижный короткозамыкатель имеет соосные корпусу резонатора5 6932цилиндрическое углубление для размещения в нем свободного конца фиксатора,охватываемого перемычкой петли радиочастотной подсветки,На фиг. 1 изображен общий вид резонатора радио спектрометра ДЭЯР в продольном разрезе; на фиг. 2 - фиксаторс петлей радиочастотной подсветки в продольном разрезе.Резонатор содержит полый цилиндрический корпус 1 с плотно прилегающимик нему торцовыми стенками 2 и 3, которые связаны с корпусом винтами 4,15 Для возбуждения в резонаторе СВЧ поля типа ТЕ,торцовая стенка 2 снабжена смещенным относительно оси резонатора отверстием, в котором размещены элементы связи 5 в виде участка коаксиальной линии, заканчивающегося . 20 индуктивной петлей 6, плоскость которой перпендикулярна радиусу поперечного сечения корпуса 1 резонатора.Кроме того, резонатор содержит расположенный соосно его корпусу 1 подвижный короткозамыкатель 7, связанный с торцовой стенкой 3 резьбовым соединением, и петлю радиочастотной подсветки 8, выполненную в виде медных прутков 9, установленных внутри резонатора параллельно его оси и соединенных медной перемычкой 10 вне резонансной полости 11,Петля радиочастотной подсветки 8 жестко закреплена с помощью установленного внутри резонатора соосно его корпусуфторопластового фиксатора 12, содержашего две посаженные с натягом одна на другую коаксиальные цилиндрические втулки 13, 14 с кольцевыми выступами 15, 16 на торце. На наружной40 поверхности внутренней втулки 13 вы- полнены продольные канавки 17, в которые уложены прутки 9 петли радиочастотной подсветки 8, плотно зажатые между втулками 13 и 14 вследствие45 того, что глубина канавок 17 на 0,1 0,05 мм меньше диаметра прутков 9. Выводы, петли радиочастотной подсветки проложены в отверстиях 18, выполненных в кольцевом выступе 16 втулки 15, и выведены за пределы резонатора через каналы (на чертеже не указаны) в торцовой стенке 2 резонатора (при необходимости, можно использовать систему из двух55 и более петель радиочастотной подсветки)Один конец фиксатора 12 с выводаии петли радиочастотной подсветки сво 38 6ими кольцевыми высгулами 15, 16 не, подвижно закреплен в торцовой стенке2 резонатора с помощью прижимного фланца 19, жестко прикрепленного к торцовойстенке 2 винтами (на чертеже не указаны). Прижимной фланец 19 имеет соос-,ное корпусу 1 резонатора центральное отверстие, продолжающее отверстие внутренней втулки 13 фиксатора 12,Свободный конец фиксатора 12, охватываемый перемычкой 10 петли радиочастотной подсветки 8, размещен в соосном корпусе резонатора цилиндрическомуглублении 20 подвижного короткозамыкателя 7.Конфигурация СВЧ поля типа ТЕ-011 фвозбуждаемого в резонаторе, такова, чтовведение в резонансную полость 11 петли радиочастотной подсветки 8 и закрепление ее с помощью фторопластового фиксатора 12 не нарушает структуру СВЧполя в резонаторе и не снижает заметноего добротность и связанную с ней чувствительность, поскольку силовые линиимагнитного СВЧ поля направлены вдольпрутков 9 петли радиочастотной подсветки 8, а перемычка 10 выведена из резонансной полости 11, фиксатор же 12выполнен из материала с малой диэлектрической проницаемостью и малым коэффициентом диэлектрических потерь и расположен в области с низкой интенсивностью электрического СВЧ поля.цилиндрическое углубление 20 подвижного короткозамыкателя 7 также не вызывает возмущение СВЧ поля в резонаторе, поскольку оно (углубление) расположено в области низкой интенсивностикак электрического, так и магнитногоСВЧ полей, а линии СВЧ токов на рабочей поверхности подвижного короткозамыкателя 7 направлены вдоль кромкиуглубления 20,Резонатор радиоспектрометра ДЭЯРработает следующим образом.Исследуемый объект через центральное отверстие прижимного фланца 19 ивнутренней втулки 13 фиксатора 12 вводят в резонансную полость 11 и распо.лагают в ее центральной области, внутри петли радиочастотной подсветки 8,От СВЧ генератора в резонаторе,включенном в измерительную цепь радиоспектрометра по адсорбционной схеме,посредством элементов связи 5 возбуждают СВЧ поле типа ТЕ, иромодулиро-011ванное по амплитуде. При этом для настройки резонатора на необходимую часто693238 7ту, задаваемую СВЧ генератором, подвиж ный короткозамыкатель 7 перемещают вдоль оси резонатора, вращая его в резьбовом соединении. Пучность магнитной компоненты СВЧ поля типа ТЕвозбуж даемого в резонаторе, находится в центре резонансной полости, где располагают исследуемый объект.Использование в предложенном резонаторе радиоспектрометра ДЭЯР фторопласО тового фиксатора для крепления петли радиочастотной подсветки позволило устранить вибрации петли, возникавшие в известном устройстве как в результате внешних мехнических воздействий, так и под влиянием электромагнитных сил.Повышение виброустойчивости петли радио частотной подсветки позволило устранить паразитный сигнал на выходе устройства,ю увеличить отношение сигнал-шум и,. следовательно, повысить в 3-4 раза чувствительность резонатора по сравнению с прототипом. Формула изобретения 1. Резонатор радиоспектрометра двойногоэлектронно-ядерного резонанса, содержащий полый ципиндрический корпус с элементами связи в торцовой стенке для возбуждения в резонаторе СВЧ поля типа ТЕ, подвижный короткозамыкатель и петлю радиочастотной подсветки, выполненную в виде металлических прутков, установленных внутри резонатора параллельно его оси и соединенных вне резопанской полости металлической перемычкой, отл ичающийся тем,что, с целью повышения чувствительности резонатора путем повышения виброустойчивости петли радиочастотной подсветки, последняя закреплена с помощьюустановленного внутри резонатора соосно его корпусу диэлектрического фиксатора, содержащего две посаженные снатягом одна на другую коаксиальныецилиндрические втулки, внутренняя изкоторых имеет на наружной поверхности продольные канавки для укладки в них прутков петли радиочастотной подсветки глубиной меньше диаметра упомянутыхпру"тков, причем один конец фиксатора с выводами петли радиочастотнойподсветки неподвижно закреплен в торцовой стенке резонатора, а другой конец,охватываемый перемычкой петли радиочастотной подсветки, свободен.2. Резонатор по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, подвижный короткозамыкатель имеет соосное корпусу резонатора цилиндрическое углубление дляразмещения в нем свободного конца фиксатора, охватываемого перемычкой петли радиочастотной подсветки,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. 6. Репе,Раув.%еч, ейегь ",3, 135, 1959.2, Ю. 6, Нойон,1,веот.рЬиь .Меч.",125, 89, 1962,3. Авторское свидетельство СССР313467. кл. ( 01% 31/00, 1968, Макаренко ул. Проек 4 акаа 6396/45 Тираж 1073 ПНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж, Раушиал ППП "Патент, г. Ужгор Подписитета СССРрытийская наб., д. 4/5