Устройство для создания радиочастотного магнитного поля Советский патент 1979 года по МПК G01N27/28 G01R33/08 

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 линия с катущкой на конце представляет собой для источни а чисто реактивную нагрузку, что делает невозможным согласование ее с выходом источника.

Резонансные явления в такой нагрузке приводят к резкому непостоянству тока, а значит и радиочастотного магнитного поля в катущке 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 2, со держащее источник сигналов, катущку-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 электронно-вычислительную машину (ЭВМ), которая управляет исполнительными двигателями, непрерывно согласующими выходное сопротивление источника сигналов с входным импедансом катущки-индуктора путем изменения 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-индуктора с громоздким согласующим устройством и дискриминатором исключает помещение катущки 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 увеличение 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 получить радиочастотное поле на двух различных частотах.

Поставленная цель достигается тем, что катущка-индуктор включена четырехполюсником в разрыв соединительной линии, замкнутой на конце согласующей нагрузкой, причем волновое сопротивление катущки-четырехполюсника, волновое сопротивление соединительной линии, выходное сопротивление источника сигналов и сопротивление согласующей нагрузки равны между собой, 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 выполнен по схеме с неоднородной анодной линией с низким выходным сопротивлением, согласованная нагрузка снабжена пиковым детектором, проградуированным в вольтах или амперах.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит источник сигналов, состоящий из, маломощных генераторов радиочастоты i и 2, сигналы которых усиливаются усилителем мощности с распределенным усилением 3, мощность с выхода усилителя поступает в соединительную линию 4, далее в катушку-индуктор, вклюДля наиболее полного использования широкополосных свойств включения катушки четырехполюсником, целесообразно 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, пр.и значительном диапазоне.

Широкополосность устройства позволяет использовать его для одновременной работы на двух 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 пара.метры катушки-индукточенную четырехполюсником 5, соединительную линию б и поглощается согласующей нагрузкой 7. Амплитудное напряжение радиочастоты на нагрузке измеряется пиковым детектором 8. Принцип работы устройства состоит в следующем. Катущка-индуктор, работающая на радиочастотах коротковолнового и ультракоротковолнового диапазона, совместно с ее металлическим корпусом или окружающими металлическими телами образуют систему с ра(ПП1реде.ленными параметрами (емкость С и индуктивность L). Эта систейй включениая четъфехполюсником, может быть описана волновым сопротивлением которое можно считать постоянным в широком диапазоне частот. Если выбрать волновое сопротивление кабеля , волновое сопротивление катушки Кцат. сопротивление согласующей нагрузки RH и выходное сопротивление источника сигналов Rftyg равными между собой RH вых 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 I в катушке, а, следовательно, напряженность в ней даже при импульсной 100-ной амплитудной модуля радиочастотной мощности.

pa, как кодичество 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 мощности источника сигналов напряженности магнитного радиочастотного поля целесообразно выбирать выходное сопротивление источника сигналов низким. Понизить волновое сопротивление катушки при 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 мош.ности при сохранении высоких усилительных и энергетических параметров возможно путем использования в качестве выходного каскада источника сигналов УРУ с неоднородной анодной линией. Существенно, что УРУ, выполненные по этой схеме относительно малочувствительны к рассогласованию на выходе, что уменьшает требования к согласованию соединительной линии и катушки.

Формула изобретения

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

соединительных линий произвольной длины и упрощения конструкции путем щирокополосного согласования элементов устройства, катушка - индуктор включена четырехполюсником 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 на0 грузхи равны между собой.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьщения частотной зависимости напряженности магнитного радиочастотного поля, источник сигналов содержит маломоцьный генератор радиочасто.5ты в сочетании с усилителем мощности с распределенным усилением (УРУ мощности).

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью одновременного поO лучения радиочастотного магнитного поля на двух различных частотах, УРУ мощности снабжен двумя входами.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходной каскад УРУ выполнен по схеме с неоднородной анодной линией с низким выходным сопротивлением.

5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что согласованная нагрузка- снабжена пиковым детектором, проградуированным в вольтах или амперах.

Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе 1. Holton W. С., Blum I. Phys. Rev. 125, 89, 1962.

2. Gruber Н., Forrer I., Schweiger A., Grunthard H. I. Phys. E., Sci. Instr., 7, 569, 1974.