DE3726051C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektronenspinresonanz-Spektrometer mit einem in einem Magnetfeld konstanter Stärke und hoher Homogenität angeordneten, eine Meßprobe enthaltenden Resonator, dem mittels einer Mikrowellenbrücke Mikrowellen-Energie hoher Leistung in Form von Mikrowellen-Impulsen zuführbar ist, und bei dem vom Resonator abgegebene Meßsignale Detektoranordnungen und einer sich daran anschließenden Signal-Auswerteanordnung zuführbar sind, wobei vor der Mikrowellenbrücke ein Mikrowellen- Leistungsverstärker mit nachgeschaltetem Abschwächer angeordnet ist.

Ein derartiges Spektrometer ist aus dem Aufsatz "An active microwave delay line for reducing the dead time electron spin echo spectrometry" von Narayana, abgedruckt in US-Z:Rev. Sci. Instrum. 53 (5), Seiten 624 bis 626, (1982) bekannt.

Bei dem bekannten Spektrometer ist in der Mikrowellenleitung zwischen der Mikrowellenquelle und der Mikrowellenbrücke ein Wanderwellen-Leistungsverstärker angeordnet, dem ein einstell­ barer Hochleistungs-Abschwächer nachgeschaltet ist. Mit diesem üblicherweise von Hand einstellbaren Abschwächer kann jedoch die Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers nur kontinuierlich eingestellt werden.

Zwar ist bei dem bekannten Spektrometer noch eine Bypass-Leitung um den Leistungsverstärker herum vorgesehen, die mit einem 10 dB-Koppler ausgekoppelt und hinter dem Leistungsverstärker mit einem 10 dB-Koppler wieder eingekoppelt wird, und diese Bypass-Leitung enthält einen Mikrowellenverstärker mit vor- und nachgeschalteten Mikrowellen-Schaltdioden, diese Schalt­ dioden sind jedoch lediglich zum Schalten sehr kleiner Mikro­ wellenleistungen geeignet. Trifft nämlich eine von der Bauart der Diode abhängige zu hohe Mikrowellenleistung auf eine derartige Schaltdiode, so schaltet diese auch im Sperrzustand infolge des sich einstellenden Avalanche-Effekts von selbst durch und wird möglicherweise sogar zerstört. In jedem Falle ist ein kontrolliertes Schalten einer Mikrowellenleistung mit hohem Pegel (im W-Bereich) mit einer geradeaus geschalteten Mikrowellen-Schaltdiode nicht möglich.

Andererseits besteht bei Elektronenspinresonanz(ESR)-Spektro­ metern mit gepulster Betriebsweise das Problem, daß die übli­ cherweise verwendeten Wanderwellen-Leistungsverstärker eine gewisse Ausschwingzeit aufweisen, so daß ein Mikrowellen- "Impuls" (korrekt: burst) an seiner Rückflanke durch einen "Schwanz" verschliffen wird. Andererseits ist man aber gerade bei ESR-Spin-Echo-Experimenten sehr daran interessiert, die physikalische Antwort des Spinsystems der Probe unmittelbar nach Beendigung des Anregungsimpulses zu messen. Ein Impuls­ "Schwanz" vom Wanderwellen-Leistungsverstärker wirkt sich daher sehr störend aus.

Andererseits ist offensichtlich, daß die bei dem bekannten Spektrometer vorgesehenen Abschwächer nicht geeignet sind, dieses Problem zu lösen, weil der manuell einstellbare Abschwä­ cher viel zu langsam arbeiten würde, wenn man bedenkt, daß der Impuls-"Schwanz" am Ausgang des Wanderwellen-Leistungsver­ stärkers in der Größenordnung von 60 ns abgeschaltet werden sollte. Andererseits sind die bei dem bekannten Spektrometer in der Bypass-Leitung verwendeten Mikrowellen-Schaltdioden in dieser Anordnung ebenfalls unbrauchbar, weil sie im Ausgang eines Wanderwellen-Leistungsverstärkers bei Auftreffen eines Impulses durchschalten, wenn nicht sogar zerstört würden.

Aus der US-PS 38 79 653 ist ein ESR-Spektrometer bekannt, bei dem ein Klystron einerseits einen Pumpkreis mit hoher Mikro­ wellen-Leistung und andererseits einen Beobachtungskreis mit niedriger Mikrowellen-Leistung speist. Im Pumpkreis dieses Spektrometers ist zum Schalten der hohen Ausgangsleistung des Klystrons ein Viertor-Zirkulator angeordnet, dessen erster Anschluß über einen einstellbaren Abschwächer und einen ein­ stellbaren Phasenschieber mit dem Ausgang des Klystrons ver­ bunden ist. Ein nachfolgender zweiter Anschluß des Viertor- Zirkulators ist über eine schaltbare Diode mit einem Sumpf verbunden. Ein nachfolgender dritter Anschluß ist zum Meß­ resonator geführt, während ein weiterer, vierter Anschluß mit einem Kristalldetektor beschaltet ist. Durch Schalten der Mikrowellendiode im zweiten Anschluß des Viertor-Zirkulators kann die ankommende Dauerstrich-Mikrowellen-Leistung geschaltet werden. Hierzu ist die Mikrowellendiode mit einem externen Taktgenerator verbunden, der ein Clock-Signal mit einer Frequenz von 10 MHz erzeugt, um die Schaltdiode periodisch durchzuschal­ ten und damit die gewünschten Mikrowellen-Impulse zu erzeugen. Eine Wechselwirkung mit der im Dauerstrichbetrieb arbeitenden Mikrowellen-Quelle, nämlich dem Klystron, ist bei diesem bekannten Spektrometer weder vorgesehen noch erforderlich.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Spektrometer der eingangs genannten Art dahingehend weiterzu­ bilden, daß der Ausgangsimpuls des Leistungsverstärkers eine möglichst steil abfallende Rückflanke erhält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abschwächer als Schaltstufe ausgebildet ist, bei der ein Zirkulator eingangsseitig an den Ausgang des Mikrowellen- Leistungsverstärkers angeschlossen ist, ferner ein nachfol­ gender Zirkulatoranschluß mit einer Reihenschaltung einer über einen Steuereingang schaltbaren Mikrowellen-Schaltdiode und eines Mikrowellen-Sumpfs beschaltet und ein weiter nachfol­ gender Zirkulatoranschluß mit der Mikrowellenbrücke verbunden ist, und daß der Steuereingang mit einer Einrichtung verbunden ist, die synchron zur Rückflanke der Mikrowellen-Impulse oder um weniger als die Ausschwingzeit des Mikrowellen-Leistungsver­ stärkers zur Rückflanke verzögert, die Schaltdiode mit einem durchschaltenden Signal beaufschlagt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst, weil die in der beschriebenen Weise angeordnete Schaltdiode nicht Gefahr läuft, von Mikrowellen­ Impulsen hoher Leistung durchgeschaltet zu werden. Die Anordnung der Diode an einem Ausgang eines Zirkulators bewirkt nämlich, daß bei gesperrt geschalteter Diode die volle Mikrowellen­ leistung zum nächsten Ausgang des Zirkulators hin reflektiert wird, solange man nur Sorge trägt, daß Dioden mit einer Einfüh­ rungsdämpfung (insertion loss) verwendet werden, die so gering bemessen ist, daß die auch im gesperrten Zustand durchlaufende Mikrowellenleistung keinen Avalanche-Effekt in der Diode bewirkt.

Im durchgeschalteten Zustand der Diode wird hingegen die ankommende Mikrowellenleistung in vollem Umfange in den Mikro­ wellen-Sumpf weitergeleitet.

Auf diese Weise ist es möglich, bei einem Wanderwellen-Lei­ stungsverstärker mit einer Puls-Ausgangsleistung von bis zu einigen kW die Totzeit, die sich üblicherweise durch den Impuls­ "Schwanz" einstellt, von typischerweise 120 ns auf 60 ns zu reduzieren, wenn man von einem angeschlossenen Resonator mit einer Güte von 300 ausgeht.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Zirkulatoren in Kaskade zwischen dem Ausgang des Mikrowellen- Leistungsverstärkers und der Mikrowellenbrücke angeordnet sein.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Amplitude der noch durchgelassenen Mikrowellenleistung bei durchgeschalteten Dioden noch weiter vermindert wird, so daß die Mikrowellen­ leistung um weit mehr als 40 dB gedämpft werden kann, die im Impuls-"Schwanz" des Leistungsimpulses noch ankommt.

Ein vergleichbarer Effekt kann auch dadurch erzielt werden, daß als Zirkulator ein Viertorzirkulator verwendet wird, dessen erster Anschluß mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers, dessen zweiter und dritter Anschluß jeweils mit einer Schalt­ diode und einem Sumpf beschaltet ist und dessen vierter Anschluß zur Mikrowellenbrücke führt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild eines Elektronenspinresonanz-Impuls-Spektrometers;

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Mikrowellen­ komponenten des Spektrometers gemäß Fig. 1;

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf zweier Mikrowellen-Impulse zur Verdeutlichung der parallelen Anwendung von Mikrowellenkreisen niedriger und hoher Leistung;

Fig. 4 ein weiteres Blockschaltbild zur Erläuterung von Einzelheiten eines Mikrowellen-Hochleistungs-Kanals des Blockschaltbildes gemäß Fig. 2;

Fig. 5 ein Blockschaltbild zur Erläuterung weiterer Einzelheiten einer Schaltstufe, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist.

In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt ein Elektronenspinresonanz- Impuls-Spektrometer, wie es in seiner Grundkonfiguration an sich bekannt ist. Zwischen den Polen eines Elektromagneten 11 hoher Homogenität befindet sich ein Mikrowellenresonator 12, in dem die zu untersuchende Probe 13 den magnetischen Feldkompo­ nenten des Mikrowellenfeldes und gleichzeitig dem Konstant- Magnetfeld des Elektromagneten 11 ausgesetzt ist. Eine Mikro­ wellenbrücke 14 ist über eine Mikrowellenleitung 15 mit dem Resonator 12 verbunden, um einerseits Anregungs-Mikrowellen- Energie in den Resonator 12 zu übertragen und andererseits vom Resonator 12 reflektierte Meßsignale zu empfangen und weiterzuverarbeiten. Die Weiterverarbeitung kann alternativ in einem Detektor 16 üblicher Bauart erfolgen, der an einen Signalverstärker 17 angeschlossen ist. Der Signalverstärker 17 und zahlreiche weitere Komponenten des Spektrometers 10 sind über Datenleitungen mit einer zentralen Computer-Steuer­ einheit 18 verbunden. Zum anderen kann die Signalauswertung aber auch über einen Quadratur-Detektor 19 erfolgen, der seinerseits an einen Analog/Digital-Wandler mit Sample-and- Hold-Stufe angeschlossen ist, und diese Einheit ist ebenfalls mit einer Datenleitung an die Computer-Steuereinheit 18 ange­ schlossen.

Um das Spektrometer 10 im Mikrowellen-Impuls-Betrieb betreiben zu können, ist eine Pulsprogrammsteuerung 25 vorgesehen, die über eine Datenleitung mit der Computer-Steuereinheit 18 verbunden ist und ihrerseits die Mikrowellenbrücke 14, den Analog-Digital-Wandler 20 sowie eine Pulsformerstufe 26 ansteu­ ert, die zwischen der Mikrowellenbrücke 14 und einem Wander­ wellenverstärker 27 angeordnet ist. Auch der Wanderwellen­ verstärker 27 empfängt Steuersignale von der Pulsprogrammsteue­ rung 25. Der Ausgang des Wanderwellenverstärkers 27 arbeitet wiederum auf die Mikrowellenbrücke 14, um Mikrowellen-Hoch­ leistungs-Energie zum Resonator 12 zu übertragen.

Weiterhin weist das Spektrometer 10 in üblicher Weise einen Feldregler 30 auf, der ein Magnet-Netzgerät 31 des Elektromag­ neten 11 steuert. Ein Feld/Frequenz-Lock 32 empfängt ein feldabhängiges Signal sowie ein mikrowellenfrequenzabhängiges Signal und steuert damit den Feldregler 30, wie dies an sich ebenfalls bekannt ist.

Insgesamt kann daher durch geeignetes Einstellen der Pulspro­ grammsteuerung 25 der Resonator 12 bzw. die darin angeordnete Probe 13 mit Mikrowellen-Impulsen beaufschlagt werden, wobei unter "Impulsen" ein zeitlich begrenzter Wellenzug, d. h. ein Burst zu verstehen ist, dessen zeitlicher Einsatzpunkt, Phase und Amplitude einstellbar sind. Zur Detektion der empfangenen Signale werden in entsprechender Weise Hilfssignale von der Pulsprogrammsteuerung 25 benötigt, um synchron mit den Mikro­ wellenimpulsen hoher Leistung die empfangenen Signale detek­ tieren und auswerten zu können.

Fig. 2 zeigt die wesentlichen Mikrowellen-Komponenten des Spektrometers 10.

Ein Klystron 40 oder eine andere geeignete Mikrowellenquelle ist über einen elektronisch einstellbaren Abschwächer 41 mit einem ersten Teiler 42 verbunden, in dem die Mikrowellenenergie in zwei Kanäle aufgeteilt wird. An einen Ausgang des ersten Teilers 42 ist ein erster Koppler 43 angeschlossen, dessen Koppelausgang zu einem Pegelregler 44 führt, der wiederum den Abschwächer 41 steuert. Mittels zweier Eingangssignale für Dauerstrichbetrieb (CW) und Impulsbetrieb (P) können zwei Stufen des Abschwächers 41 eingestellt werden. Die dargestellte Anordnung erlaubt eine Pegelregelung des Klystrons 40, wobei in einem typischen Anwendungsfall ein Klystron mit maximaler Ausgangsleistung von 1,2 Watt im X-Band eingesetzt wird, dessen Ausgangsleistung im Dauerstrichbetrieb (CW) auf 200 mW und im Impulsbetrieb (P) auf 800 mW eingestellt wird.

Der andere Ausgang des ersten Teilers 42 führt zu einem zweiten Koppler 45, dessen Koppelausgang auf einen Frequenzregler 46 (AFC) führt. Der Frequenzregler 46 arbeitet mit einem externen Resonator 47 hoher Güte zusammen und wirkt ausgangsseitig auf ein Netzgerät 48 des Klystrons 40.

Die Frequenzregelung des Klystrons 40 auf einen externen Resonator 47 hoher Güte ist deswegen zweckmäßig, weil für Elektronenspinresonanz-Impuls-Experimente Resonatoren 12 niedriger Güte, beispielsweise dielektrische Resonatoren, erforderlich sind, weil der Impulsbetrieb eine große Bandbreite des Resonators 12 erfordert. Aufgrund der sehr niedrigen Güte des Meßresonators 12 ist eine Frequenzregelung mit dem Meß­ resonator 12, beispielsweise um Temperaturdrifterscheinungen auszugleichen, nicht möglich. Aus diesem Grunde wird der externe Resonator 47 mit einer Güte von mehreren Tausend eingesetzt.

Der Ausgang des zweiten Kopplers 45 führt zu einem dritten Koppler 49, dessen Koppelausgang an einen Referenzzweig 50 angeschlossen ist.

Der Ausgang des dritten Kopplers 49 führt zu einem vierten Koppler 51, dessen Koppelausgang zu dem Feld/Frequenz-Lock 32 geführt ist.

Auf der anderen Seite des Mikrowellenkreises ist an den Ausgang des ersten Kopplers 43 ein fünfter Koppler 52 angeschlossen, dessen Koppelausgang zu einem zweiten Teiler 53 führt. Der zweite Teiler 53 arbeitet auf zwei Monitore 54 und 55 für Dauerstrichbetrieb (CW) und Impulsbetrieb (P), und die Monitore 54, 55 sind an zweiten Eingängen mit Mikrowellensignalen beaufschlagt, die aus dem Signalzweig bzw. dem Mikrowellen- Hochleistungszweig herangeführt werden. Die Monitore 54, 55 dienen dazu, die korrekte Einstellung der Mikrowellen-Komponen­ ten, insbesondere die Einstellung der Mikrowellen-Impulse, zu kontrollieren.

An den Ausgang des fünften Kopplers 52 ist ein sechster Koppler 56 angeschlossen, dessen Koppelausgang zu einem Mikrowellen­ zähler 57 führt. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Anzeige der jeweils eingestellten Mikrowellenfrequenz erreicht.

Die vom ersten Teiler 42 definierten beiden Mikrowellenkanäle führen, nach der soeben beschriebenen Auskopplung von verschie­ denen Signalen für Meß- und Regelzwecke über die Koppler 43, 45, 49, 51, 52 und 56, in der oberen Hälfte der Fig. 2 zu einem Dauerstrich-Kanal 60 und in der unteren Hälfte der Fig. 2 zu einem Impuls-Kanal 61. Die Ausgänge der genannten Kanäle 60, 61 werden in einem ersten Kombinierer 62 wieder zusammen­ geführt und gelangen auf einen ersten Zirkulator 63 der Mikro­ wellenbrücke 14, dessen erster Folgeausgang zum Resonator 12 und dessen zweiter Folgeausgang zu einer in Fig. 2 mit 64 symbolisierten Signalverarbeitungseinheit führt.

Der Dauerstrich-Kanal 60 besteht im wesentlichen aus einer Reihenschaltung eines ersten Abschwächers 70, eines ersten Phasenschiebers 71 sowie einer ersten Schaltdiode (PIN-Diode) 72, die über einen Steuereingang 73 schaltbar ist.

Demgegenüber weist der Impuls-Kanal 61, dessen nähere Einzel­ heiten weiter unten in Fig. 4 noch erläutert werden, im wesent­ lichen eine Reihenschaltung einer Pulsformstufe 74 mit Steuer­ eingängen 75 und 76, eines zweiten Phasenschiebers 77 sowie des Wanderwellenverstärkers 27 auf.

Durch die parallele Anordnung des Dauerstrich-Kanals 60 und des Puls-Kanals 61 sowie deren ausgangsseitiger Vereinigung im ersten Kombinierer 62 kann nun entweder alternativ im Dauerstrich-Betrieb oder im Impuls-Betrieb gearbeitet werden, es können aber auch beide Betriebsarten gleichzeitig zur Durchführung bestimmter Experimente eingestellt werden.

Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 3 dargestellt, wo in Abhängig­ keit von der Zeit zunächst als sogenannter "Soft-Impuls" ein erster Impuls 80 niedriger Leistung (z. B. 50 mW), jedoch langer Dauer, und anschließend ein zweiter Impuls 81 hoher Leistung, jedoch geringer Dauer, erkennbar ist, die dem Resonator 12 zugeführt werden.

Fig. 4 zeigt weitere Einzelheiten des Impuls-Kanals 61.

Im Eingang des Impuls-Kanals 61 ist ein dritter Teiler 90 zu erkennen, der die ankommende Mikrowellenenergie in vier paral­ lele und gleichwertige Pulsformkanäle 91a, 91b, 91c und 91d aufteilt, die ausgangsseitig in einem zum dritten Teiler 90 symmetrischen zweiten Kombinierer 94 wieder zusammengefaßt werden. Die Pulsformkanäle 91a bis 91d weisen je zwei Steuer­ eingänge 92a bis 92d bzw. 93a bis 93d auf.

An den Ausgang des zweiten Kombinierers 94 schließt sich eine Reihenschaltung eines Mikrowellen-Vorverstärkers 95, des zweiten Phasenschiebers 77, einer zweiten Schaltdiode 96 mit Steuerein­ gang 97, eines siebten Kopplers 98, dessen Koppelausgang zum Impuls-Monitor 55 führt, des Wanderwellenverstärkers 27, eines zweiten Abschwächers 99 sowie einer Schaltstufe 100 mit Steuer­ eingang 101 an.

Mittels der vier parallelen Pulsformkanäle 91a bis 91d können beliebige Pulsprogramme zusammengestellt werden. So kann bei­ spielsweise im ersten Pulsformkanal 91a ein sogenannter X-Impuls (0° Phase), im zweiten Pulsformkanal 91b ein sogenannter -X-Im­ puls (+ 90° Phase), im dritten Pulsformkanal 91c ein sogenann­ ter Y-Impuls (+ 180° Phase) und schließlich im vierten Pulsform­ kanal 91d ein sogenannter -Y-Impuls (+ 270° Phase) eingestellt werden.

Die parallele Anordnung von vier Pulsformkanälen 91a bis 91d hat den Vorteil, daß die genannten X, -X, Y und -Y-Impulse in beliebiger Phasenlage zueinander eingestellt werden können. Innerhalb ein- und desselben Kanals wäre dies nicht möglich, weil übliche Bauelemente zum Schalten der Phase von Mikrowellen­ signalen eine Schaltzeit von wesentlich mehr als 3 ns aufweisen, so daß sehr enge Phasenbeziehungen auf diese Weise nicht realisiert werden können. Demgegenüber kann mit parallelen Kanälen eine sehr enge Phasenlage zueinander, bis hin zur Phasenlage 0 eingestellt werden.

Die Pulsformkanäle 91a bis 91d weisen bereits Schaltdioden zum Abschwächen der Mikrowellenleistung auf. Die zweite Schalt­ diode 96 mit Steuereingang 97 hinter dem gemeinsamen Ausgang des zweiten Kombinierers 94 hat darüber hinaus den Sinn, den Dynamikbereich zu vergrößern, weil der Wanderwellenverstärker 27 z. B. einen Dynamikbereich von 53 dB aufweist, der mit einer einzigen Schaltdiode nicht überspannt werden kann. Es werden daher zum Abschwächen und damit zur Ausnutzung des gesamten Dynamikbereichs des Wanderwellenverstärkers 27 zwei derartige Schaltdioden in Reihe verwendet, weil übliche Schaltdioden einen Dynamikbereich von etwa 25 dB aufweisen.

Im Ausgang des Wanderwellenverstärkers 27 befindet sich der zweite Abschwächer 99, der als Hochleistungs-Abschwächer mit einem Bereich von beispielsweise 0-60 dB ausgestattet sein kann.

Bekanntlich haben übliche Wanderwellenverstärker die Eigenheit, daß bei Verstärkung eines Mikrowellen-Impulses am Ende der Rückflanke ein sogenannter "Schwanz", d. h. ein Ausschwingvor­ gang, erscheint. Diese Erscheinung ist bei Elektronenspin­ resonanz-Impuls-Experimenten sehr störend. Aus diesem Grunde ist die Schaltstufe 100 vorgesehen, die die Aufgabe hat, diesen Impuls-"Schwanz" abzuschneiden.

Fig. 5 zeigt weitere Einzelheiten der Schaltstufe 100, wie sie in Fig. 4 im Ausgang des Impuls-Kanals 61 zu erkennen ist.

Zwar ist es möglich, zum Schalten bzw. Abschwächen einer Mikrowellenleistung eine einfache Schaltdiode zu verwenden, wie dies beispielsweise mit der zweiten Schaltdiode 96 im Impulskanal 61 der Fall ist, wenn jedoch große Mikrowellen­ leistungen geschaltet werden sollen, können sich Probleme einstellen, weil die Diode durch die eingestrahlte sehr große Mikrowellenleistung infolge eines sich einstellenden Avalanche- Effekts von selbst durchgeschaltet wird.

Diese Probleme können mit einer Schaltstufe 100 gemäß Fig. 5 vermieden werden. Statt eine Schaltdiode in den Mikrowellenzweig zu schalten, wird ein dritter Zirkulator 130 eingesetzt, der an seinem zweiten Anschluß mit einer vierten Schaltdiode 31 beschaltet ist, die ihrerseits auf einen zweiten Mikrowellen­ sumpf 132 führt. Die vierte Schaltdiode 131 kann über den Steuereingang 101 in den leitenden und in den nicht-leitenden Zustand versetzt werden.

Wie in Fig. 5 ferner angedeutet, kann die Anordnung der Elemente 130, 131 und 132 auch kaskadiert werden, indem weitere Elemen­ tensätze 130a, 131a, 132a in beliebiger Anzahl in Reihe geschal­ tet werden.

Die Schaltstufe 100 hat, wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 4 erwähnt, den Sinn, den Hochleistungs-Ausgangs-Impuls des Wanderwellenverstärkers 27 abzuschneiden, damit dieser Impuls-"Schwanz" die Elektronenspinresonanz-Experimente nicht stört. Um dies zu erreichen, wird der Steuereingang 101 zeitlich synchron mit der Rückflanke des Mikrowellen-Impulses oder geringfügig gegenüber diesem verzögert, angesteuert. Die vierte Schaltdiode 131 ist zunächst in Sperrung geschaltet, so daß der Mikrowellen-Hochleistungs-Impuls über den Zirkulator 130 hinweggeleitet werden kann, weil die gesperrt geschaltete vierte Schaltdiode 131 den Mikrowellen-Impuls reflektiert, ohne selbst in den Avalanche-Bereich zu gelangen. Selbstver­ ständlich muß man in diesem Zusammenhang darauf achten, daß die Einführungsdämpfung (insertion loss) der vierten Schalt­ diode 131 entsprechend dimensioniert ist, damit sie beim Reflektieren des Mikrowellen-Hochleistungs-Impulses nicht in den leitenden Zustand gerät.

Mit der Rückflanke des Mikrowellen-Impulses wird nun die vierte Schaltdiode 131 in den leitenden Zustand umgesteuert, so daß der Impuls-"Schwanz" im Zirkulator 130 über die vierte Schalt­ diode 131 in den Mikrowellensumpf 132 geleitet wird. Verzögert man das Durchschalten der vierten Schaltdiode 131 gegenüber der Rückflanke des Mikrowellen-Impulses etwas, so kann man sich die Tatsache zunutze machen, daß der Ausgangs-Impuls des Wanderwellenverstärkers 27 bereits nach sehr kurzer Zeit um etwa 30 bis 40 dB abgesunken ist, so daß die vierte Schaltdiode 131 nur noch den um 30 bis 40 dB abgesenkten Pegel durchschalten muß. Für die meisten Elektronenspinresonanz-Experimente ist dieses Schaltverhalten ausreichend, weil während der kurzen Zeitspanne zwischen Rückflanke des Mikrowellen-Impulses und Einschaltung der vierten Schaltdiode 131 die Steilheit der Rückflanke genügend groß ist.

Selbstverständlich kann dieses Abschneiden des Impuls­ "Schwanzes" durch die in Fig. 5 angedeutete Kaskadierung der Elemente noch verbessert werden.

Claims (3)

1. Elektronenspinresonanz-Spektrometer mit einem in einem Magnetfeld konstanter Stärke und hoher Homogenität angeordneten, eine Meßprobe enthaltenden Resonator, dem mittels einer Mikrowellenbrücke Mikrowellen-Energie hoher Leistung in Form von Mikrowellen-Impulsen zuführ­ bar ist, und bei dem vom Resonator abgegebene Meßsignale Detektoranordnungen und einer sich daran anschließenden Signal-Auswerteanordnung zuführbar sind, wobei vor der Mikrowellenbrücke ein Mikrowellen-Leistungsver­ stärker mit nachgeschaltetem Abschwächer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschwächer als Schaltstufe (100) ausgebildet ist, bei der ein Zirkulator (130) eingangsseitig an den Ausgang des Mikrowellen- Leistungsverstärkers (27) angeschlossen ist, ferner ein nachfolgender Zirkulatoranschluß mit einer Reihen­ schaltung einer über einen Steuereingang (109) schalt­ baren Mikrowellen-Schaltdiode (131) und eines Mikro­ wellen-Sumpfes (132) beschaltet und ein weiter nachfol­ gender Zirkulatoranschluß mit der Mikrowellenbrücke (14) verbunden ist, und daß der Steuereingang (101) mit einer Einrichtung verbunden ist, die synchron zur Rückflanke der Mikrowellen-Impulse (81), oder um weniger als die Ausschwingzeit des Mikrowellen-Leistungsverstärkers (27) zur Rückflanke verzögert, die Schaltdiode (131) mit einem durchschaltenden Signal beaufschlagt.

2. Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zirkulatoren (130, 130a) in Kaskade zwischen dem Ausgang des Mikrowellen-Leistungsverstärkers (27) und der Mikrowellenbrücke (14) angeordnet sind.

3. Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zirkulator (130) ein Viertor­ zirkulator ist.