[發(fā)明專利]一種具有可調(diào)耦合孔的雙模極化腔

有效

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• 申請日: 2013-07-06
• 公開（公告）號: CN103326098A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王梓翔;杜江峰;劉曉龍;韋宗慧;榮星
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有可調(diào)耦合孔的雙模極化腔，屬于微波器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電子順磁共振（EPR）是通過探測樣品中未配對電子在磁場中產(chǎn)生的信號來確定樣品分子結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)。EPR廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，包括：物理，化學(xué)，材料，生物等。

微波諧振腔是EPR譜儀的一個重要組成部分。其工作原理為：向諧振腔饋入頻率為腔體諧振頻率的微波，其在腔內(nèi)形成的駐波的磁場分量將改變處于腔體內(nèi)樣品的未配對電子的自旋在外靜磁場中的進動行為，由此產(chǎn)生的EPR信號可用探測器探測。

典型的微波諧振腔采用反射式結(jié)構(gòu)，即微波的入射端與EPR信號的出射端是一個端口。反射式微波諧振腔結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，但是有幾個重要的缺陷：（1）反射的微波信號和樣品產(chǎn)生的EPR信號都會到達探測器。（2）要求微波和腔能達到很好的耦合來減少反射信號對信噪比的影響。（3）脈沖模式下，由于脈沖能量高，需要待剩余的脈沖能量耗散掉后才能夠探測EPR信號，也就是存在“死時間”，這段時間內(nèi)EPR信號是丟失的。（4）需要使用環(huán)形器來分離EPR信號和入射的微波。

另外，J.S,Hyde設(shè)計的雙模矩形腔雖然可以解決反射式微波諧振腔的缺陷，但是在腔體長度上有重要缺陷：在順磁共振實驗中，需要將腔體放入兩個磁極之間，利用兩個磁極施加外磁場，磁極的間距限制了腔體的長度，已有的雙模矩形腔的腔體長度會超過磁極間距的限制，所以沒有實用價值。而且現(xiàn)有的雙模矩形腔沒有有效調(diào)節(jié)耦合的方式，耦合孔的大小沒法改變，所以無法在實驗中調(diào)節(jié)耦合，使得饋入的微波和腔體達到最佳耦合狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有可調(diào)耦合孔的雙模極化腔，分離入射的微波信號與樣品的EPR信號，達到盡可能高的隔離度，降低對耦合的要求，解決了必須使用環(huán)形器分離EPR信號和入射的微波、脈沖模式下的死時間及有效調(diào)節(jié)耦合的問題。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種具有可調(diào)耦合孔的雙模極化腔，所述腔體分為左側(cè)部分腔體，公共部分腔體和右側(cè)部分腔體；所述左側(cè)部分腔體與左側(cè)波導(dǎo)相連接的平面為一個開有左側(cè)耦合孔的平板；所述左側(cè)部分腔體的寬面中心插有左側(cè)調(diào)頻螺絲，通過旋轉(zhuǎn)來改變調(diào)頻螺絲伸入腔內(nèi)的長度從而調(diào)節(jié)左側(cè)模式的頻率；在左側(cè)部分腔體與公共部分腔體相連接的位置平行于左側(cè)部分腔體寬邊的方向插有金屬桿組合之一；所述公共部分腔體沿著平行于金屬桿組合之一的方向設(shè)置有樣品管；所述右側(cè)部分腔體與右側(cè)波導(dǎo)相連接的平面為一個開有右側(cè)耦合孔的平板；所述右側(cè)部分腔體的寬面中心插有右側(cè)調(diào)頻螺絲，通過旋轉(zhuǎn)來改變調(diào)頻螺絲伸入腔內(nèi)的長度從而調(diào)節(jié)右側(cè)模式的頻率。在右側(cè)部分腔體與公共部分腔體相連接的位置平行于右側(cè)部分寬邊的方向插有金屬桿組合之二；在右側(cè)部分腔體與公共部分腔體相連接的位置平行于右側(cè)部分腔體的窄邊方向開有兩條割縫，此兩條割縫貫穿腔壁；在左側(cè)部分腔體的側(cè)面、右側(cè)部分腔體的側(cè)面均開有可調(diào)節(jié)耦合孔。

所述可調(diào)節(jié)耦合孔的構(gòu)型是由多個相互重疊的弧形金屬葉片組成，所得組合體的內(nèi)輪廓近似為圓形，即形成耦合孔。通過控制桿的運動帶動所有弧形金屬葉片同時運動，從而使得耦合孔的孔徑大小發(fā)生變化。

所述可調(diào)節(jié)耦合孔是由多個相互重疊的弧形金屬葉片以及控制桿組成，弧形金屬葉片所得組合體內(nèi)輪廓近似為圓形，即形成耦合孔；可以通過所述控制桿的運動帶動所有弧形金屬葉片同時運動，從而使得耦合孔的孔徑大小發(fā)生變化。

本發(fā)明原理：本發(fā)明微波諧振腔為雙模極化腔，微波入射端與探測端分別連接波導(dǎo)。腔體分為左側(cè)部分，公共部分和右側(cè)部分。入射微波將在左側(cè)部分和公共部分的腔體內(nèi)形一個駐波模式（以下稱為左側(cè)模式），且在樣品管處，磁場與樣品管平行。由于右側(cè)部分和公共部分的腔體的駐波模式（以下稱為右側(cè)模式）與入射端的駐波模式相互正交，理論上入射的微波將不會從探測段出射，以此形成探測端與入射端的隔離。由于樣品產(chǎn)生的EPR信號為圓偏信號，可以正交分解為上述的兩個駐波模式，所以可以在探測端探測到。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

（1）本發(fā)明腔的總體設(shè)計上采用如圖1所示的構(gòu)型，且設(shè)有兩個端口可用于饋入微波和探測信號，且通過在腔內(nèi)裝金屬桿以及在腔壁開割縫，增強了隔離度。這些構(gòu)型和設(shè)計使得此雙模極化腔可以以較高的隔離度隔離入射的微波信號和產(chǎn)生的EPR信號，從而也解決了脈沖模式下的“死時間”問題，大大減小丟失的EPR信號。

（2）本發(fā)明由于入射與出射端口分離，無需使用環(huán)形器來分離信號。

（3）本發(fā)明腔體的總長度較短，可以放入磁極之間進行實驗。