CN114865257B - 一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置 - Google Patents

一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114865257B
CN114865257B CN202210649480.9A CN202210649480A CN114865257B CN 114865257 B CN114865257 B CN 114865257B CN 202210649480 A CN202210649480 A CN 202210649480A CN 114865257 B CN114865257 B CN 114865257B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mode
waveguide
mirror
corrugated
magnetic resonance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210649480.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114865257A (zh
Inventor
王维
阎政
刘頔威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202210649480.9A priority Critical patent/CN114865257B/zh
Publication of CN114865257A publication Critical patent/CN114865257A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114865257B publication Critical patent/CN114865257B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/02—Bends; Corners; Twists
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置，包括过模波纹波导、换向波导段及椭球面反射镜。高斯基模可以在过模波纹波导中耦合出HE11模，HE11模在过模波导波导中以低损耗传输并保持较高模式纯度；利用换向波导段改变波束的传输方向，进一步减小空间限制；利用过模波纹波导中的传输模式与自由空间中高斯基模耦合效率高的特性，通过椭球面反射镜改变过模波纹波导中传输的HE11模耦合到自由空间中的准高斯波束的束腰半径，并耦合到输出过模波纹波导中，由于椭球面反射镜改变了空间耦合准高斯波束的束腰半径，满足输出段过模波纹波导与空间准高斯波束的最大耦合条件，增大了模式纯度，减小了传输损耗。本装置能够实现波束高效、稳定的长距离传输，满足增强核磁共振系统对核磁共振谱仪及回旋管对磁场屏蔽的要求。

Description

一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置
技术领域
本发明属于微波技术领域，更具体地说，是一种用于增强核磁共振系统中的波束传输装置。
背景技术
核磁共振是一种用于观察原子核在磁场中行为的波谱技术，能够对分子进行快速、准确的分析，广泛应用于生物、医学、化学、材料等领域。由微波驱动的动态核极化技术能够明显地提高核磁共振的灵敏度，在太赫兹波段，回旋管能够提供足够高功率和稳定的辐射源。
核磁共振谱仪和回旋管都需要超导磁体提高稳定的强磁场，为避免磁场的相互干扰，核磁共振谱仪和回旋管相隔一定的距离，因此需要使用传输系统进行导波，将回旋管输出的高功率微波高效稳定的传输到核磁共振谱仪处，过模波纹波导由于其低损耗、优良的屏蔽性等优点，在长距离高频电磁波传输中广泛应用。
发明内容
本发明的目的是针对增强核磁共振系统中，将回旋管输出的高功率微波高效稳定的传输到核磁共振谱仪处而提出的。
本发明的应用于增强核磁共振系统的波束传输装置包括：过模波纹波导、换向波导、椭球面反射镜。
本发明的目的由以下技术措施实现：模式变换器将回旋管输出的太赫兹波变换为高斯基波；高斯基波传输到过模波纹波导中激励起HE11模，HE11模在整段或多段连接的过模波纹波导中传输，并利用换向波导改变波束的传输方向；波导输出的波束在空间中耦合出高斯基波，经椭球面反射镜改变波束的束腰半径后在核磁共振处的较小尺寸过模波纹波导中耦合出HE11模以满足波导尺寸的改变。
进一步地，过模波纹波导的半径a远远大于波长，波纹周期p小于波长的一半，占空比大于0.5，材料为电导率较大的铜或铝等。
进一步地，换向段由两段相同的入射和反射波导及平面反射镜组成，两波导在镜面处相接并紧靠在镜面上，平面镜安装于弯头处，与输入及输出波导互成45°。
进一步地，椭球面反射镜关于长轴旋转对称，短轴垂直于长轴，输入和输出波导的中心延长线以一定的角度相交于椭球面反射镜，长轴、短轴长度及焦点位置由输入/输出波导半径，输入/输出波束间的角度、输入波导与椭球面反射镜的距离确定。以椭球面反射镜反射点为中心，截取反射镜的一部分，并保证反射镜面积大于波束在镜面处的束腰半径的四倍。
本发明的技术优势:
本发明利用高斯基模与HE11模间耦合效率高的特点，将回旋管输出的太赫兹波经模式变换器后得到高斯基模，进而在过模波纹波导中激励器高纯度的HE11模；在满足边界条件时，HE11模在过模波纹波导中传输损耗很小，可有效保证高效稳定的高功率传输；换向段可高效的改变波束的传输方向，进一步减小了空间的限制。利用椭球面反射镜对准高斯波束的调控原理，改变耦合到自由空间中的高斯波束的束腰半径，提高波束向较小尺寸过模波纹波导的耦合效率，从而将太赫兹波从较大半径的过模波纹波导中高效地耦合到半径较小的过模波纹波导中。
附图说明
图1为波束传输装置整体示意图，包括过模波纹波导、换向波导及椭球面反射镜，其中过模波纹波导1、2、3结构参数相同，内径尺寸为r1，过模波纹波导4的内径尺寸为r2。
图2为过模波纹波导参数定义及其坐标系统，其中a为波导内半径，p、w、d分别为波纹周期、宽度和波纹深度，波束沿z轴传输。
图3为换向波导结构示意图，包括两段结构相同的过模波纹波导和平面反射镜。
图4为椭球面反射镜示意图，其中点A为波束在椭球面反射镜处的入射点，点B为波束入射点，点C为波束出射点，F1与F2为椭圆的两个焦点。
具体实施方式
下面通过实施实例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护的限制，该领域的技术熟悉人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
附图2中过模波纹波导各参数满足
Figure GDA0004046851150000021
附图3中输入和输出波纹波导与图3过模波纹波导参数相同，两波导在镜面处相接并紧靠在镜面上，平面镜安装与弯头处，与输入及输出波导互成45°。
附图4中有三个关键参数：椭球面反射镜的长轴a、短轴b，出射距离dout。对于输入段过模波纹波导半径为r1，输出段过模波纹波导半径为r2的系统，变换前后的波束的束腰大小的比值为M＝r1/r2。
椭球面反射镜的等效焦距与M有关，表达式为：
Figure GDA0004046851150000031
其中
Figure GDA0004046851150000032
din为入射距离。
椭球面反射镜的长轴a、短轴b及出射距离分别为
Figure GDA0004046851150000033
Figure GDA0004046851150000034
其中
Figure GDA0004046851150000035
Figure GDA0004046851150000036
θi为反射镜入射与出射波束之间的夹角。

Claims (6)

1.一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置，其特征在于，包括：模式变换器、过模波纹波导、换向波导及椭球面反射镜；模式变换器将回旋管输出的太赫兹波变换为高斯基波；高斯基波传输到过模波纹波导中激励起HE11模，HE11模在整段或多段连接的过模波纹波导中传输，并利用换向波导改变波束的传输方向；换向波导输出的波束在空间中耦合出高斯基波，经椭球面反射镜改变波束的束腰半径后在核磁共振处的较小尺寸过模波纹波导中耦合出HE11模以满足波导尺寸的改变。
2.根据权利要求1所述的一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置，其特征在于，所述过模波纹波导的半径大于波长，波纹周期小于波长的一半，占空比大于0.5，凹槽深度为1/4倍的波长。
3.根据权利要求1所述的一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置，其特征在于，所述换向波导由两段相同的入射和反射波导及平面反射镜组成，两波导在镜面出相接并紧靠在镜面上，平面镜安装于弯头处，与输入及输出波导互成45°。
4.根据权利要求1所述的一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置，其特征在于，所述椭球面反射镜关于长轴旋转对称，短轴垂直于长轴，输出波导与输出波导的中心延长线相交于椭球面反射镜。
5.根据权利要求1所述的一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置，其特征在于，所述椭球面反射镜以反射点为中心，应保证所截取的反射镜面积大于波束在镜面处的波束半径的四倍。
6.根据权利要求1所述的一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置，其特征在于，所述椭球面反射镜的长轴a、短轴b、波束出射距离的表达式如下，其中θi为反射镜入射与出射波束之间的夹角：
Figure FDA0004046851140000011
Figure FDA0004046851140000012
Figure FDA0004046851140000013
其他参数的表达如下：
Figure FDA0004046851140000021
Figure FDA0004046851140000022
Figure FDA0004046851140000023
Figure FDA0004046851140000024
Figure FDA0004046851140000025
CN202210649480.9A 2022-06-09 2022-06-09 一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置 Active CN114865257B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210649480.9A CN114865257B (zh) 2022-06-09 2022-06-09 一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210649480.9A CN114865257B (zh) 2022-06-09 2022-06-09 一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114865257A CN114865257A (zh) 2022-08-05
CN114865257B true CN114865257B (zh) 2023-04-07

Family

ID=82624956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210649480.9A Active CN114865257B (zh) 2022-06-09 2022-06-09 一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114865257B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107528106A (zh) * 2017-07-19 2017-12-29 北京大学 一种具有对角喇叭结构的高斯波束滤模器及其实现方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE68913668T2 (de) * 1988-12-05 1994-06-16 Euratom Milimeterwellen-Antenne zur Erzeugung eines Strahles mit einer Gauss-Verteilung.
JPH0779106A (ja) * 1993-09-06 1995-03-20 Mitsubishi Electric Corp 電波伝送ベンド装置
JPH0878902A (ja) * 1994-09-07 1996-03-22 Toshiba Corp 導波管伝送モード整形器
US8786284B2 (en) * 2011-01-11 2014-07-22 Bridge12 Technologies, Inc. Integrated high-frequency generator system utilizing the magnetic field of the target application
CN104048814B (zh) * 2014-06-25 2016-07-06 首都师范大学 太赫兹波导测试系统
CN107271470B (zh) * 2017-04-19 2019-03-29 电子科技大学 一种太赫兹波传输聚束系统
GB2582182A (en) * 2019-03-15 2020-09-16 Ligentec Sa Optical mode-size converter
CN112162366B (zh) * 2020-09-01 2022-09-02 联合微电子中心有限责任公司 光纤与波导芯片的端面耦合装置
KR102503881B1 (ko) * 2020-10-08 2023-02-27 한국전자통신연구원 테라헤르츠 신호 송신 장치 및 이를 이용한 테라헤르츠 신호 송신 방법
CN114396835A (zh) * 2021-12-07 2022-04-26 航天科工微电子系统研究院有限公司 一种应用于主动拒止系统的大功率毫米波辐射系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107528106A (zh) * 2017-07-19 2017-12-29 北京大学 一种具有对角喇叭结构的高斯波束滤模器及其实现方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114865257A (zh) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH03274802A (ja) 導波路およびこれを用いたジャイロトロン装置
CN105932373B (zh) 一种极化可控的大功率过模微波弯头
CN108039541B (zh) 一种紧凑矩形te10-圆波导tm01模式转换装置
CN105529538B (zh) 一种基于连续光栅结构的高功率毫米波宽带模式变换器
Liao et al. Design of a TE 01-mode waveguide bend based on an elliptical waveguide structure
WO1997041615A1 (en) High-power rf load
Du et al. Theoretical study of a broadband quasi-optical mode converter for pulse gyrotron devices
CN203660060U (zh) 一种高功率光栅极化器
CN114865257B (zh) 一种应用于增强核磁共振系统的波束传输装置
Doane Polarization converters for circular waveguide modes
CN105845532A (zh) 一种回旋行波管的横向输出装置
Jianwei et al. Design of quasi-optical mode converter for 94GHz gyrotron
CN109473772B (zh) 双极化超宽带天线
Liao et al. Design of a $ Ku/Ka $-band oversized waveguide bend for high-power transmission line
Pu et al. Theoretical and experimental investigations on a compact and broadband TE 01 oversized deformed waveguide bend
Shapiro et al. Study of combined transmission line for high power wave generated by a gyrotron in the millimetre wavelength range
CN110767962B (zh) 一种圆波导tm11模式激励器
Niu et al. High-power TE 01–TE 11 mode converter for gyroklystron
CN114899569A (zh) 一种实现波束在不同尺寸过模波纹波导中传输的方法
Zhang et al. A high-power and high-efficiency bend overmode coaxial waveguide
CN115377638B (zh) 一种高功率微波同轴tem-圆波导te11模式转换器
CN109545639B (zh) 一种太赫兹行波管超宽带准光输出系统及其制备方法
CN117174554A (zh) 一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器
Aoge et al. Research on a terahertz transmission line used for solid-state 400MHz DNP-NMR spectrometer
Luo Design of a single-period 8.6 Ghz Tm01-Te11 serpentine mode converter and Tm01 and Te11 bends in a moderately overmoded circular waveguide

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant