Резонатор радиоспектрометра двойного электронно-ядерного резонанса Советский патент 1979 года по МПК G01N27/78 

(54) РЕЗОНАТОР РАДИОСПЕКТРОМЕТРА ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРОННО-ЯДЕРНОГО РЕЗОНАНСА тотной энергии, чтобы обеспечить в резонансной попбстй достаточйую интенсивность поля радиочастотной подсветки и связанную с ней чувствительность резонатора, позволяющую регистрировать и Наблюдать спектры ДЭЯР. При этом боль шой диаметр катушки радиочастотной подсветки, определяемый разМё рами корпуса резонатора, и частичное экранирование исследуемого образца от радиочастотного поля корпусом резонатора являются причиной сравнительно низкой интенсивности поля радиочастотной подсветки, воздействуюшего 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 содержи полый цилиндрический корпус с элементами связи в торцовой стенке для возбуждения в немСВЧ поля типа , подвижный короткЪзамыкатель 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 ре- зойатора 3j . Наличие подвижного короткозамыкате- ля в цилиндрическом резонаторе с вол- ной типа ТЕд позволяет, не снижая доб ротности резонатора, а значит и его - .чувствительности, осуществлять перёстройку по частоте, что облегчает проведение экспериментов по наблюдению спек ров ДЭЯР и ЭПР и расширяет частот- ньй диапазон устройства. Введение петли (катушки) радиочастотной подсветки в резонансную полость позволяет значительно пбвысить инте сивность поля радиочастотной подсвет ки, воздействующего на исследуемый образец, располагаемый В 1утри петли и, сл таойатшгенб; п-бейсйт чувстеитеяишс-ть резонатора, снизив требование к мощности источников радиочастотной энергии.., Однако в описанной конструкции повышение чувствительности резонатора ограничено несовершенством системы крепления петли радиочастотной подсветки. Поскольку прутки петли закреплены; только на кьнцах, они не имеют достаточной жесткости и подвержены вибрациям как Вследствие внешних механических воздействий, так и под влиянием знакопеременной, направленной перпендикулярно пруткам силы Лоренца, порожденной взaимoдeйcтвиieм амплитудно-модулированного тока петли радиочастотной подсветки и постоянного магнитного поля, в котором располагают СВЧ резонатор. Интенсивность вибрации особенно возрастает при исследовании в условиях низких и сверхнизких температур (до 4,2к) из-за провисания прутков при охлаждении резонатора, корпус которого, охлаждаясь, укорачивается больше, чем жестко связанные с ним своими концами прутки, которые нагреваются протекаюшим по ним током. Вибрации петли радиочастотной подсветки приводят к модуляции параметров СВЧ резонатора и к появлению на выходе устройства паразитного сигнала, что значительно уменьшает отношение СИГнал-шум , т.е. снижает чувствител1зНость резонатора. Целью изобретения является повышение чувствительности резонатора путем повышения виброустойчивости петли ра-г диочастотной 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 , подвижный короткозамыкатель и петлю радиочастотной подсветки, выполненную в виде металлических прутков, установленных внутри резонатора параллельно его оси .и соединенных вне резонансной полости металлической перемыч кой, упомянутая петля закреплена с помошью 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 резонатора

цилиндрическое углубление для раамеще ния в нем свободного конца фиксатора, охватываемого перемычкой петли рааиояастотной подсветки.

fia фиг. 1 изображен общий вид резонатора радио спектрометра ДЭЯР в продольном разрезе; на фиг, 2 - фиксатор с петлей радиочастотной подсветки в продольном разрезе.

Резонатор содержит полый цилиндрический корпус 1 с плотно прилегающими к нему торцовыми стенками 2 и 3, которые связаны с корпусом винтами 4,

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 индуктивной петлей 6, плоскость которой перпендикулярна радиусу поперечного сечения корпуса 1 резонатора.

Кроме того, резонатор содержит расположенный соосно его корпусу 1 подвижный короткоаамыкатель 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 корпусу фторопластового фиксатора 12, содержащего две посаженные с натягом одна на другую коаксиальные цилиндрические втулки 13, 14 с кольцевыми выступами 15, 16 на торце. На наружной поверхности внутренней втулки 13 выполнены продольные канавки 17, в которые уложены прутки 9 петли радиочастотной подсветки 8, плотно зажатые между втулками 13 и 14 вследствие того, что глубина канавок 17 на 0,,05 мм меньше диаметра прутков 9. Выводы .петли радиочастотной подсвет-г, ки проложены в отверстиях 18, выполненных в кольцевом выступе 16 втулки 15, и выведены за пределы резонатора через каналы (на че1этеже не указаны) в торцовой стенке 2 резонатора (при необходимости, можно использовать систему из двух и более петель радиочастотной подсветки).

Один конец фиксатора 12с вывода лп петли радиочастотной подсветки своИМИ кольцевыми выступами 15, 16 не,подвижно закреплен в торцовой стенке 2 резонатора с помощью прижимного фланца 19, жестко прикрепленного к торцовой стенке 2 винтами (на чертеже не указаны). Прижимной фланец 19 имеет соос- нре корпусу 1 резонатора центральное отверстие, продолжающее отверстие внутренней втулки 13 фиксатора 12.

Свободный конец фиксатора 12, охва0тываемый перемычкой 10 петли радиочастотной подсветки 8, размешен в соос- ном корпусе резонатора цилиндрическом углублении 20 подвижного короткозамыкателя 7.

5

Конфигурация СВЧ поля типа ТЕ , возбуждаемого в резонаторе, такова, что введение в резонансную полость 11 петли радиочастотной подсветки 8 и закреп0ление ее с помощью фторопластового фиксатора 12 не нарушает структуру СВЧ поля в резонаторе и не снижает заметно его добротность и связанную с ней чувствительность, поскольку силовые линии

5 магнитного СВЧ поля направлены вдоль прутков 9 петли радиочастотной подсветки 8, а перемычка 1О выведена из ре;3онансной полости 11, фиксатор же 12 выполнен из материала с малой диэле0ктрической проницаемостью И малым коэффициентом диэлектрических потерь и расположен в области с низкой интенсивно- стью электрического СВЧ поля.

Цилиндрическое углубление 20 подвиж5ного короткозамьгкателя 7 также не вызывает возмущение СВЧ поля в резонаторе, поскольку оно (углубление) распо- ло.жено в области низкой интенсивности как электрического, так и магнитного СВЧ полей, а линии СВЧ токов на рабочей поверхности подвижного короткоза- . мыкателя 7 направлены вдоль кромки углубления 20.

Резонатор радиоспектрометра ДЭЯР

5 работает следующим образом.

Исследуемый объект через централ ное отверстие прижимного фланца 19 и внутренней 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,

5 посредством элементов связи 5 воабуж- дают СВЧ поле типа ТЕ , промодулированное по амплитуде. При этом для настройки резонатора на необходимую часто- ту, задаваемую СВЧ генератором, подви ный коротковамыкатель 7 перемещают вдоль оси резонатора, вращая его в резьг 6oBoW соединении. П}гчность магнитной компоненты СВЧ поля типа ТЕ-.. возбуж даемого в резонаторе, находится в центре резонансной полости, где располагают исследуемый объект. Использование в предложенном резо- наторе радиоспектрометра ДЭЯР фторопл 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 ради частотной .подсветки позволило устранить паразитный сигнал на выходе устройства увеличйть отношение сигнал-шум и, еледовательно, повысить в 3-4 раза чувствительность резонатора по сравнению с прототипом. Формула изоб ре тения 1, Резонатор радиоспектрометра двой ного электронно-ядерного резонанса, содер жащий полый цилиндрический корпус с элементами связи в торцовой стенке для возбуждения в резонаторе СВЧ поля тип ТЕ ., подвижный короткозамыкатель и петлю радиочастотной подсветки, выполненную в виде металлических прутков, установленных внутри резонатора параллельно его оси и соединенных вне резовавсвой полости металлической перемычкой, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности резонатора путем повышения виброустойчивости петли радиочастотной подсветки, последняя закреплена с помощью установленного внутри резонатора соосно его корпусу диэлектрического 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 прутков 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. 2. Резонатор поп.1, отличающийся тем, что, подвижный короткозамыкатепь имеет соосное корпусу резонатора цилиндрическое углубление для размещения в нем свободного конца фиксатора, охватываемогр перемычкой петли радиочастотной подсветки. Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе 1.S.Fener-.Phys.pev.Letters , 3, 135, 1959. 2.W.G.HoefDn,Y.BEum.,,Phus .TJev., 125, 89, 1962. 3.Авторское свидетельство СССР № 313467. кл. (ч Oil 31/00, 1968 (прототип).

20

,.,.,. « , (С - J

гбd

/5

ф1/1г.2