DE69519413T2

DE69519413T2 - Verfahren zur Regelung und Einstellung der Frequenz, besonders von Mikrowellenbrücken, und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE69519413T2
Application number: DE69519413T
Authority: DE
Inventors: Laurent Martinache; Victor Ringeisen
Original assignee: Bruker SA
Current assignee: Bruker Biospin SAS
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2015-10-07
Also published as: FR2726088A1; EP0708341B1; DE69519413D1; DE708341T1; FR2726088B1; US5629625A; JP3629312B2; EP0708341A1; JPH08210999A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen die Methoden der Abstimmungen zwischen Sender und Empfänger(n), insbesondere auf dem Gebiet der Spektroskopie mit elektronischer, paramagnetischer Resonanz (RPE), und insbesondere die Techniken und Mittel zur Entwicklung der Geräte vor den Messungen der Eigenschaften von Proben, und hat ein Verfahren zur Regelung und Einstellung der Frequenz einer Anordnung des Typs Sender/Empfänger, insbesondere von Mikrowellenbrücken hinsichtlich der Spektroskopie mit elektronischer, paramagnetischer Resonanz und eine Vorrichtung zum Einsatz eines solchen Verfahrens zum Gegenstand.
Die Spektroskopie mit RPE besteht. darin, eine zu untersuchende und zu charakterisierende Probe gleichzeitig statischen (oder permanenten) magnetischen Feldern, geschaffen durch einen Elektromagneten und Mikrowellen auszusetzen, die in einem Resonator zur Messung existieren und die von dem Resonator zur Messung reflektierte Mikrowellenstrahlung zur Messung unter bestimmten Bedingungen, der sog. Resonanz, dieser Probe zu analysieren.
Das Gerät zur Erzeugung und zum Zuführen einer solchen Mikrowellen-Strahlung an eine Probe und zur Detektion und Analyse der von dem Resonator reflektierten Strahlung wird im allgemeinen Mikrowellenbrücke genannt.
Letztere setzt sich im wesentlichen zusammen aus einerseits einer Mikrowellenquelle, wobei die Strahlung an einen Resonator zur Messung gekoppelt sein kann, der in einem permanenten magnetischen Feld (Luftspalt eines Magneten) angeordnet ist, in dem eine zu analysierende Probe angebracht sein kann, und andererseits aus Vorrichtungen zur Abschwächung und Phasenverschiebung der Strahlung und, schließlich aus Mitteln zur Detektion der reflektierten Strahlung und Analyse und/oder Visualisierung von letzterer.
Außerdem weist die Mikrowellenbrücke auch ein sog. Zirkulator-Modul auf, das die einfallende Strahlung dem Resonator oder der Anordnung Probe/Resonator zuführt und die von letzteren reflektierte Strahlung empfängt, um sie an die Mittel zur Detektion weiterzuleiten.
Angesichts der Verwendung eines solchen Spektrometers und im Augenblick der Plazierung der Probe in dem Resonator ist es insbesondere notwendig, die Mikrowellenquelle der jeweiligen Mikrowellenbrücke auf die Resonanzfrequenz des Resonators, bei der letzterer die einfallende Strahlung total absorbiert (dieses Resonanzphänomen wird auch "Dip" genannt) einzustellen oder zu regeln.
Um diese Absorptionsfrequenz, die je nach Resonator- und Probetyp variiert, zu lokalisieren und diese Einstellung vorzunehmen, muss man schnell einen Frequenzbereich von einigen zehn MHz, wenigstens mittels der Mikrowellenquelle, durchlaufen können.
Wenn die Mikrowellenquelle von einer Art ist, die elektronisch auf einen ausreichenden Frequenzbereich abgestimmt werden kann, beispielsweise von der Art, bekannt unter der Bezeichnung "Reflexklystron", kann diese Operation des Durchlaufs und der Einstellung ohne besondere Schwierigkeit durchgeführt werden.
Jedoch ist es nicht möglich, bei Mikrowellenquellen, bei denen die Steuerung der Frequenzabstimmung nur einen begrenzten Bereich durchläuft, derart zu verfahren.
So weisen einige dieser schmalbandigen Quellen hohe Qualitäten der Zuverlässigkeit und spektralen Reinheit auf, so insbesondere die Oszillatoren mit Gunn-Diode, was einen immer häufigeren Einsatz von diesen in den Mikrowellenbrücken mit sich bringt.
Um diesem Nachteil aufgrund der Verwendung von schmalbandigen Mikrowellenquellen abzuhelfen, wurde eine Vorrichtung vorgeschlagen, die auf der Modulation eines Hochfrequenz- Oszillators basiert (siehe insbesondere das Dokument DE-A-41 25 592).
Obwohl es möglich ist eine Mikrowellenbrücke mittels dieser bekannten Vorrichtung zu regeln, ist der erhaltene Frequenzhub nicht sehr groß, und es ist nicht möglich, bei der Einstellung oder der Regelung der Frequenz der Mikrowellenquelle zu wissen, ob die Einstellung a priori zu steigenden oder sinkenden Werten der Frequenz durchgeführt werden muss.
Dieser letzte Nachteil macht die Operation der Regelung sehr schwierig und langwierig im Falle von einigen Spektroskopie-Experimenten.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel den oben genannten Nachteilen abzuhelfen und eine schnelle, gelenkte und kontrollierte Regelung der Frequenz zu ermöglichen durch Realisierung eines Durchlaufs mit einer Breite, die wesentlich größer ist als diejenige, die durch die oben gehannten, bekannten Vorrichtungen erreicht werden kann, und dies unter Einsatz einer einfachen und leicht zu handhabenden Struktur.
Hierzu hat die vorliegende Erfindung zum Gegenstand ein Verfahren zur Regelung und Einstellung der Frequenz von Anordnungen des Typs Sender/Empfänger, insbesondere von Mikrowellenbrücken, die im wesentlichen eine Haupt-Mikrowellenquelle aufweisen, deren Strahlung an einen Resonator gekoppelt werden kann, der in einem permanenten magnetischen Feld angeordnet und dazu bestimmt ist, eine Probe aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, den Resonator der Strahlung auszusetzen, die von einer sekundären Mikrowellenquelle geliefert wird, die ein großes Frequenzband durchfährt, das insbesondere die Frequenz der von der Haupt-Mikrowellenquelle gelieferten Strahlung enthält, wobei die Strahlung der sekundären Mikrowellenquelle gegebenenfalls vor dem Zuführen zu dem Resonator mit der stark abgeschwächten Strahlung der Haupt-Mikrowellenquelle gemischt wird, um die vom Resonator reflektierte Strahlung und gegebenenfalls die oben genannte zusammengesetzte Strahlung zu detektieren, im Frequenzspektrum die jeweiligen Positionen einerseits der Frequenz der Hauptquelle in Form einer Markierung oder Überlagerung und andererseits der Resonanzfrequenz(en) des Resonators in Form eines Absorptionspeaks pro Resonanzfrequenz zu markieren, die Frequenz der von der Haupt-Mikrowellenquelle gelieferten Strahlung variieren zu lassen, wobei in Echtzeit die Wirkung dieser Variierung auf die relativen Positionen der oben genannten Frequenzen kontrolliert wird und schließlich zum Zwecke der Messung wenigstens eine Anordnung Probe/Resonator der von der Haupt-Mikrowellenquelle gelieferten, nicht abgeschwächten Strahlung auszusetzen, dies nach Regelung der Frequenz auf die oder bezüglich der Resonanzfrequenz(en) des Resonators.
Sie hat auch zum Gegenstand eine Vorrichtung zur Regelung der Frequenz bei Geräten zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung und Detektion und Analyse der absorbierten oder reflektierten resultierenden Strahlung, das zum Einsatz des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist und einerseits eine ein großes Strahlungsfrequenzband aufweisende, sekundäre Mikrowellenquelle, und andererseits Mittel zum Ersetzen, die während der Operation der Regelung entweder die von der sekundären Quelle erzeugte Strahlung oder eine zusammengesetzte Strahlung, die durch die Mischung der von der sekundären und Haupt- Mikrowellenquelle ausgegebenen Strahlung gebildet wird, wobei letztere Quelle merklich abgeschwächt ist, durch die von der Haupt-Mikrowellenquelle der Mikrowellenbrücke gelieferte Strahlung zu ersetzen, und schließlich Mittel zur Detektion, Analyse und/oder Visualisierung der vom Resonator reflektierten Strahlung und gegebenenfalls der an den Resonator gekoppelten Strahlung, wobei die Mittel zur Detektion, Analyse und/ oder Visualisierung die Resonanzfrequenz(en) des Resonators, und Frequenz der von der Haupt-Mikrowellenquelle gelieferten Strahlung anzeigen, derart, dass man, in Echtzeit, die relativen Positionen der Frequenz der Hauptquelle und der Resonanzfrequenz (oder der Resonanzfrequenzen) des Resonators markieren kann.
Die Erfindung wird besser verstanden durch die folgende Beschreibung, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen bezieht, die als nicht einschränkende Beispiele gegeben sind und unter Bezug auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen erläutert werden, in denen:
Fig. 1 schematisch eine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattete Mikrowellenbrücke darstellt, und
Fig. 2 als Beispiel das Signal darstellt, das die zu Beginn des Verfahrens zur Regelung und Einstellung reflektierte Strahlung, gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung, darstellt.
Wie Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen zeigt, besteht eine Mikrowellenbrücke im allgemeinen hauptsächlich aus einer leistungsstarken Mikrowellenquelle 1 mit guter Spektralqualität und engem Frequenz-Abstimmungsband, was im folgenden mit Haupt-Mikrowellenquelle bezeichnet wird, aus einem Modul 2, dem sog. Zirkulator, das die Mikrowellenstrahlung auf einen Resonator 3 überträgt, der im Luftspalt eines Magneten 3 angeordnet ist und in dem eine zu analysierende Probe 5 befestigt sein kann, durch Mittel zur Detektion 6, die die von dem Zirkulator 2 übertragene, reflektierte Strahlung aufnimmt, und aus Mitteln zur Visualisierung 7 und. Analyse 8 der einfallenden und/oder reflektierten Strahlung, die getrennt oder gleichzeitig eingesetzt werden können.
Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren zur Regelung und Einstellung der Frequenz, insbesondere von Mikrowellenbrücken wie oben beschrieben darin, den Resonator 3 der Strahlung auszusetzen, die von einer sekundären Mikrowellenquelle 10 geliefert wird, die ein großes Frequenzband durchfährt, das insbesondere die Frequenz F der von der Haupt-Mikrowellenquelle 1 gelieferten Strahlung enthält, wobei die Strahlung der sekundären Mikrowellenquelle 10 gegebenenfalls vor dem Zuführen zu dem Resonator 3 mit der stark abgeschwächten Strahlung der Haupt-Mikrowellenquelle 1 gemischt wird, um die vom Resonator 3 reflektierte Strahlung und gegebenenfalls die oben genannte zusammengesetzte Strahlung zu detektieren, im Frequenzspektrum die jeweiligen Positionen der Frequenz F in Form einer Markierung oder Überlagerung B und der Resonanzfrequenz(en) Fr des Resonators 3 in Form eines Absorptionspeaks oder "-dips" pro Resonanzfrequenz zu markieren, die Frequenz F der von der Haupt-Mikrowellenquelle 1 gelieferten Strahlung variieren zu lassen, wobei in Echtzeit die Wirkung dieser Variierung auf die relativen Positionen der oben genannten Frequenzen F und Fr kontrolliert wird und schließlich zum Zwecke der Messung wenigstens eine Anordnung Probe 5/Resonator 3 der von der Haupt-Mikrowellenquelle 1 gelieferten, nicht abgeschwächten Strahlung auszusetzen, dies nach Regelung der Frequenz F auf die oder bezüglich der Resonanzfrequenz(en) Fr des Resonators 3.
Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung wird die Frequenz der sekundären Quelle 10 derart auf die Hauptquelle 1 geregelt, dass, während der Regelungsphase, die Frequenz F der Hauptquelle 1 immer in der Mitte des von der sekundären Quelle 10 bestrichenen Frequenzbandes liegt.
Vorzugsweise und um die Operation der Einstellung der Frequenzen F und Fr zu erleichtern kann das Verfahren vorteilhafterweise darin bestehen, dass die Visualisierungsmittel 7 für die reflektierte und/oder einfallende Strahlung beim Resonator 3 oder den Resonatoren auf die Hauptquelle 1 so geregelt wird, dass die Frequenz F der Strahlung der Hauptquelle 1 immer eine vorbestimmte, besondere Stellung, vorzugsweise die zentrale Stellung, des visualisierten Frequenzspektrums einnimmt.
So lässt sich die Regelung der Frequenz F der Hauptquelle 1 in einer einfachen visuellen Regelung der Positionen des "Dip" der Resonatoren 3 oder in einer einfachen Zentrierung oder Absorptionspeaks oder "-dips" des Resonators 3 beim Bildschirm der Visualisierungsmittel 7 zusammenfassen, wobei das Signal angezeigt wird, das die Leistung oder Amplitude der von dem Resonator 3 reflektierten Strahlung in Abhängigkeit der Frequenz, bestimmt durch die einfallende Strahlung, darstellt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch verwendet werden um die Frequenz F der Hauptquelle 1 mit den Frequenzen Fr eines Resonators 3 übereinstimmen zu lassen, also um die Kopplung der Resonanzarten des Resonators 3 so einzustellen, dass sie im wesentlichen identisch sind für die verschiedenen Resonanzen.
Die jeweiligen Positionen der Frequenzen F und Fr können beeinflusst und modifiziert werden durch Einwirken entweder auf die Hauptquelle 1 oder auf den oder die Resonator(en) 3 (was relativ schwierig in der Durchführung sein kann) oder auch auf beide.
Wie die Fig. 1 und 2 der beiliegenden Zeichnungen zeigen und gemäß einem Merkmal der Erfindung, das als Variante oder zusätzlich zu den oben genannten Anordnungen eingesetzt werden kann, kann auch vorgesehen sein dem Resonator 3 eine zusammengesetzte, einfallende Strahlung zuzuführen, die durch das Überlagern einerseits der von der Haupt-Mikrowellenquelle 1 der Mikrowellenbrücke gelieferten Strahlung, wobei diese deutlich abgeschwächt wird, und andererseits der von der sekundären Mikrowellenquelle 10 gelieferten Strahlung gebildet wird, und, hinsichtlich der Regelung, bei der/den reflektierten und/oder visualisierten einfallenden Strahlung(en) eine Überlagerung B zu markieren, die eine Markierung bildet und die Frequenz F der Haupt-Mikrowellenquelle 1 an den Visualisierungsmitteln 7 charakterisiert, wobei die Überlagerung B aus einem Mischungsphänomen aufgrund der Kombination der von der Haupt-1 und sekundären 10 Mikrowellenquelle ausgegebenen Strahlungen resultiert, wenn die Frequenzen dieser beiden Quellen sehr nahe beieinander liegen, und bei den Mitteln zum Detektieren 6 der reflektierten Strahlung oder beim Mittel zum Mischen 15 der einfallenden Strahlung aufgenommen werden kann. In letzterem Fall wird das der zusammengesetzten, einfallenden Strahlung entsprechende Signal dem der reflektierten Strahlung entsprechenden Signal, bei den Mittel zur Visualisierung 7, mit Übereinstimmung der Frequenzspektren, überlagert.
So wird die stark abgeschwächte Strahlung der Haupt-Mikrowellenquelle, deren Frequenz fest ist, mit der nicht abgeschwächten Strahlung, von der sekundären Mikrowellenquelle gelieferten Strahlung, gemischt, die so gesteuert ist, dass sie eine Strahlung liefert, deren variable Frequenz periodisch den gesamten oder wenigstens einen Teil des Bereichs der möglichen Frequenzen für diese Quelle 10 durchläuft und insbesondere die Frequenzen F und Fr aufweist, wobei die Mittel zur Visualisierung 7 der reflektierten und gegebenenfalls einfallenden Strahlung in Abstimmung mit dem periodischen Durchlauf funktionieren.
Fig. 2 zeigt als Beispiel ein Signal, das die Leistung P der von einem Resonator 3 reflektierten Strahlung darstellt, der eine Resonanzfrequenz Fr von 9,8 GHz aufweist und der zusammengesetzten Strahlung unterworfen wird, die aus der Überlagerung oder Mischung resultiert, einerseits einer Strahlung der Frequenz F = 9,7 GHz, die abgeschwächt von der Haupt-Mikrowellenquelle 1 geliefert wird, und andererseits einer Strahlung mit variabler Frequenz, geliefert von einem Oszillator, der gesteuert wird zur Herstellung eines fortlaufenden Frequenzdurchlaufs zwischen 9,6 und 9,9 GHz.
Die Resonanzfrequenz Fr des Resonators 3 wird visualisiert durch einen negativen Peak (nach unten gerichtet), der die Absorption der einfallenden Strahlung durch den Resonator 3 für diese Frequenz zeigt, und die Frequenz F der Haupt-Mikrowellenquelle 1 wird durch eine Markierung oder Überlagerung B markiert, erzeugt durch ein Mischungsphänomen und detektiert bei den Mitteln zur Detektion 6 (Modulationsdiode, die als Mischer fungiert) der reflektierten Strahlung, aufgrund der Zuführung der obengenannten zusammengesetzten Strahlung oder beim Mittel zum Mischen 15 (Diode), wenn die überlagerten Strahlungen, die die zusammengesetzte Strahlung bilden, nahe beieinander liegende Frequenzen aufweisen.
Es genügt also die Frequenz F der Haupt-Mikrowellenquelle 1 variieren zu lassen, bis die Überlagerung B mit dem Peak oder dem negativen Einschnitt ("Dip") übereinstimmt, damit die Frequenz F auf die Resonanzfrequenz Fr des Resonators 3 eingestellt ist.
Die sekundäre Quelle 10 sowie ein Kopplungskreis 11, der gegebenenfalls ein Mittel zum Mischen 15 aufweist, können in einem spezifischen Gehäuse umgruppiert und abnehmbar auf einen Mikrowellenbrücke befestigt sein, während der Einstellungsphase.
Es kann auch vorgesehen werden mittels eines an einem seiner Eingänge mit dem Ausgang der Haupt-Mikrowellenquelle 1 verbundenen Auswahlmoduls 12, die Mikrowellenbrücke auf umkehrbare Art von einer ersten, zur Regelung geeigneten Konfiguration, bei der die von der Haupt-Mikrowellenquelle 1 gelieferte Strahlung verwendet wird, um die Visualisierungsmittel 7 und/oder die sekundäre Mikrowellenquelle 10 zu regeln und gegebenenfalls einem Koppelkreis 11 zugeführt wird, um nach einer starken Abschwächung, der von der sekundären Mikrowellenquelle 10 abgegebenen Strahlung überlagert zu werden, wobei die Strahlung der sekundären Quelle 10 oder gegebenenfalls die oben genannte, zusammengesetzte, resultierende Strahlung an den Resonator 3 gekoppelt wird und die von letzterem reflektierte Strahlung visualisiert wird, in eine zweite Konfiguration übergehen zu lassen, die geeignet ist zur Messung und Analyse der Eigenschaften einer Probe 5, bei welcher Konfiguration die Strahlung, die von der Haupt-Mikrowellenquelle 1 geliefert wird und eine zur Resonanzfrequenz Fr des Resonators 3 identische Frequenz F aufweist, allein und ohne Abschwächung auf die Anordnung Probe 5/Resonator 3 angewandt wird, wobei die reflektierte Strahlung hinsichtlich der Bestimmung von verschiedenen Eigenschaften der Probe 5 analysiert wird. Eine solche Anordnung ermöglicht einen schnellen Übergang vom Messmodus zum Regelungsmodus und umgekehrt, was einen großen Zeitgewinn im Falle von wiederholten Regelungen darstellt (Wechseln des Resonators, der Proben" usw.) im Laufe von nacheinander folgenden Experimenten.
Wie die Figu± 1 der beiliegenden Zeichnungen zeigt, hat die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Regelung der Frequenz bei Mikrowellenbrücken, zum Gegenstand, bei der das oben genannte Verfahren eingesetzt wird und die aufweist einerseits eine ein großes Strahlungsfrequenzband aufweisende, sekundäre Mikrowellenquelle 10, und andererseits Mittel 11, 12 zum Ersetzen, während der Operation der Regelung, entweder der von der sekundären Quelle 10 erzeugten Strahlung oder einer zusammengesetzten Strahlung, die durch die Mischung der von der sekundären 10 und Haupt-Mikrowellenquelle 1 ausgegebenen Strahlung gebildet wird, wobei letztere merklich abgeschwächt ist, durch die von der Haupt-Mikrowellenquelle 1 der Mikrowellenbrücke gelieferte Strahlung, und schließlich Mittel 6, 7, 15 zur Detektion, Analyse und/oder Visualisierung der vom Resonator 3 reflektierten Strahlung und gegebenenfalls der an den Resonator 3 gekoppelten Strahlung, wobei die Markierung der jeweiligen Positionen der Frequenz F der Hauptquelle 1 und der Resonanzfrequenz des Resonators 3 (wenigstens eines) ermöglicht wird.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung kann die sekundäre Quelle 10 hinsichtlich der Frequenz während der Regelungsphase auf die Hauptquelle 1 vorteilhafterweise derart geregelt werden, dass die Frequenz F der Hauptquelle 1 immer in der Mitte des von der sekundären Quelle 10 durchlaufenen Frequenzbandes liegt, wobei die eingesetzten Visualisierungsmittel eventuell auch auf die Hauptquelle 1 geregelt werden können.
Die sekundäre Mikrowellenquelle 10 kann aus einem Breitbandoszillator bestehen, der mit Steuerungsmitteln 13 verbunden ist, die die periodische Durchführung eines Durchlaufs des gesamten oder eines Teils des Bereichs der möglichen Frequenzen der Strahlung, die von dem Oszillator geliefert werden können, ermöglichen, wobei die Steuerungsmittel 13 auch die Visualisierungsmittel 7 kontrollieren können, die die visuelle Markierung der jeweiligen Positionen im Frequenzspektrum, der Frequenz F der Haupt-Mikrowellenquelle 1 und der Resonanzfrequenz Fr des Resonators 3, die mindestens vorhanden ist, ermöglichen.
Die sekundäre Mikrowellenquelle 10, die nur während der Regelungsphase der Mikrowellenbrücke eingesetzt wird, muss nicht dieselben Qualitäten in der Spektralreinheit, Stabilität, und Leistung wie die Haupt-Mikrowellenquelle 1, die zur Messung und Analyse bestimmt ist, aufweisen und kann somit von geringerer Qualität und Preis sein.
Die Mittel zur Steuerung 13 können aus einem Rampengenerator bestehen, die folglich den Erhalt eines Durchlaufs in uniformer und zyklischer Frequenz durch die sekundäre Mikrowellenquelle 10 ermöglichen.
Gemäß einer in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsart der Erfindung bestehen die Mittel zum Ersetzen im wesentlichen aus einem Koppelungskreis 11, der dazu bestimmt ist, dem Resonator 3 die zusammengesetzte Strahlung oder die von der sekundären Quelle 10 ausgegebene Strahlung zuzuführen, und weisen gegebenenfalls ein Mittel zum Mischen 15 auf, das das Mischen der zusammengesetzten Strahlung ermöglicht, und gegebenenfalls aus einem Modul zur Auswahl 12 der dem Resonator 3 oder der Anordnung Probe 5/Resonator 3 zugeführten Strahlung besteht.
In dem Falle, in dem das Auswahlmodul 12 vorgesehen ist, kann letzteres vorteilhafterweise die Form eines Transferrelais aufweisen, das auf umkehrbare Art von einem ersten Zustand, der für die Regelung der Mikrowellenbrücke geeignet ist und bei dem der Resonator 3 einer Strahlung unterworfen wird, die durch die Strahlung der sekundären Quelle 10 oder durch Überlagern der von der Haupt- 1 und sekundären 10 Mikrowellenquelle gelieferten Strahlung gebildet wird, in einen zweiten Zustand umschaltbar ist, der zur Messung der Merkmale der Probe 5 geeignet ist und bei dem die Anordnung Probe 5/Resonator 3 der von der Haupt-Mikrowellenquelle 1 gelieferten, nicht abgeschwächten Strahlung unterworfen wird, wobei der Koppler 11 und die sekundäre Mikrowellenquelle 10 dann von der Mikrowellenbrücke isoliert sind.
Fig. 1 zeigt schematisch die Konfigurationen des Transferrelais 12 im Regelungsmodus (gestrichelte Linien zwischen den Punkten A und C/B und D) und im Messungs/Analysemodus (Vollstriche zwischen den Punkten A und B/C und D).
Wie bereits oben erwähnt, kann die erfindungsgemäße Regelungsvorrichtung besonders vorteilhaft eingesetzt werden, wenn die Haupt-Mikrowellenquelle 1 schmalbandig ist, insbesondere, wenn sie in Form eines Oszillators mit in einem Hohlraumresonator angebrachter Gunn-Diode vorliegt.
Die Regelungsvorrichtung wird vorzugsweise so hergestellt, dass die sekundäre Mikrowellenquelle 10 und die Mittel zum Ersetzen 11, 12 (wenn sie vorgesehen sind) in einem unabhängigen Gehäuse 14 angebracht sind, das in Serie in einer Mikrowellenbrücke angebracht werden kann, zwischen der Mikrowellenquelle 1 von dieser und dem Zirkulatormodul 2.
Durch die Erfindung ist es somit möglich, im Regelungsmodus ein Frequenzband mit großer Breite zu erzeugen und zu visualisieren, das nur durch die maximalen Möglichkeiten der existierenden, annehmbaren Oszillatoren begrenzt ist, und dies unter Beibehaltung der Vorteile einer schmalbandigen Haupt-Mikrowellenquelle für die Messung, wobei der Übergang eines Modus zum anderen durch einfache Einzelumschaltung hergestellt wird.
Außerdem ist die eingesetzte Vorrichtung von einfacher Struktur und kostengünstig, leicht zu verwenden und zu installieren in den existierenden Mikrowellenbrücken und raumsparend.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene in den beiliegenden Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschränkt. Modifikationen sind selbstverständlich möglich, insbesondere was die Konstitution der verschiedenen Elemente anbelangt, oder durch Ersetzten mit äquivalenten Techniken, ohne jedoch den Schutzbereich der Erfindung, der durch die Ansprüche definiert ist, zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Regelung und Einstellung der Frequenz von Anordnungen des Typs Sender/Empfänger, insbesondere von Mikrowellenbrücken, die im wesentlichen eine Haupt-Mikrowellenquelle aufweisen, deren Strahlung an einen Resonator gekoppelt werden kann, der in einem permanenten magnetischen Feld angeordnet und dazu bestimmt ist, eine Probe aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, den Resonator (3) der Strahlung auszusetzen, die von einer sekundären Mikrowellenquelle (10) geliefert wird, die ein großes Frequenzband durchfährt, das insbesondere die Frequenz (F) der von der Haupt-Mikrowellenquelle (1) gelieferten Strahlung enthält, wobei die Strahlung der sekundären Mikrowellenquelle (10) gegebenenfalls vor dem Zuführen zu dem Resonator (3) mit der stark abgeschwächten Strahlung der Haupt-Mikrowellenquelle (1) gemischt wird, um die vom Resonator (3) reflektierte Strahlung und gegebenenfalls die oben genannte zusammengesetzte Strahlung zu detektieren, im Frequenzspektrum die jeweiligen Positionen der Frequenz (F) in Form einer Markierung oder Überlagerung und der Resonanzfrequenz oder der Resonanzfrequenzen (Fr) des Resonators (3) in Form eines Absorptionspeaks pro Resonanzfrequenz zu markieren, die Frequenz (F) der von der Haupt-Mikrowellenquelle (1) gelieferten Strahlung variieren zu lassen, wobei in Echtzeit die Wirkung dieser Variierung auf die relativen Positionen der oben genannten Frequenzen (F und Fr) kontrolliert wird und schließlich zum Zwecke der Messung wenigstens eine Anordnung Probe(5)/Resonator (3) der von der Haupt- Mikrowellenquelle (1) gelieferten, nicht abgeschwächten Strahlung auszusetzen, dies nach Regelung der Frequenz (F) auf die oder bezüglich der Resonanzfrequenz(en) (Fr) des Resonators (3).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Regelungsphase die Frequenz der sekundären Quelle (10) derart auf die Hauptquelle (1) geregelt wird, dass die Frequenz (F) der Hauptquelle (1) immer in der Mitte des von der sekundären Quelle (10) bestrichenen Frequenzbandes liegt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Visualisierungsmittel (7) für die reflektierte und/oder einfallende Strahlung beim Resonator (3) auf die Hauptquelle (1) derart zu regeln, dass die Frequenz (F) der Strahlung der Hauptquelle (1) immer eine vorbestimmte, besondere Stellung, vorzugsweise die zentrale Stellung, des visualisierten Frequenzspektrums einnimmt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, dem Resonator (3) eine zusammengesetzte, einfallende Strahlung zuzuführen, die durch das Überlagern einerseits der von der Haupt-Mikrowellenquelle (1) der Mikrowellenbrücke gelieferten Strahlung, wobei diese deutlich abgeschwächt wird, und andererseits der von der sekundären Mikrowellenquelle (10) gelieferten Strahlung gebildet; wird, und, hinsichtlich der Regelung, bei der/den reflektierten und/oder visualisierten einfallenden Strahlung(en) eine Überlagerung (B) zu markieren, die eine Markierung bildet und die Frequenz (F) der Haupt-Mikrowellenquelle (1) an den Visualisierungsmitteln (7) charakterisiert, wobei die Überlagerung (B) aus einem Mischungsphänomen aufgrund der Kombination der von der Haupt-(1) und sekundären (10) Mikrowellenquelle ausgegebenen Strahlungen resultiert, wenn die Frequenzen dieser beiden Quellen sehr nahe beieinander liegen, und bei den Mitteln zum Detektieren (6) der reflektierten Strahlung oder beim Mittel zum Mischen (15) der einfallenden Strahlung aufgenommen werden kann.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die sekundäre Mikrowellenquelle (10) zu steuern, um eine Strahlung zu liefern, deren variable Frequenz die Gesamtheit oder wenigstens einen Teil des Bereichs der möglichen Frequenzen der Strahlung periodisch durchläuft, die von der Quelle (10) geliefert werden kann, wobei die Visualisierungsmittel (7) der reflektierten und gegebenenfalls einfallenden Strahlung in Abstimmung mit dem periodischen Durchfahren funktionieren.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, mittels eines an einem seiner Eingänge mit dem Ausgang der Haupt-Mikrowellenquelle (1) verbundenen Auswahlmoduls (12), die Mikrowellenbrücke auf umkehrbare Art von einer ersten, zur Regelung geeigneten Konfiguration, bei der die von der Haupt-Mikrowellenquelle (1) gelieferte Strahlung verwendet wird, um die Visualisierungsmittel (7) und/oder die sekundäre Mikrowellenquelle (10) zu regeln und gegebenenfalls einem Koppelkreis (11) zugeführt wird, um nach starker Abschwächung, der von der sekundären Mikrowellenquelle (10) abgegebenen Strahlung überlagert zu werden, wobei die Strahlung der sekundären Quelle (10) oder gegebenenfalls die oben genannte, zusammengesetzte, resultierende Strahlung an den Resonator (3) gekoppelt wird und die von letzterem reflektierte Strahlung visualisiert wird, in eine zweite Konfiguration übergehen zu lassen, die geeignet ist zur Messung und Analyse der Eigenschaften einer Probe (5), bei welcher Konfiguration die Strahlung, die von der Haupt-Mikrowellenquelle (1) geliefert wird und eine zur Resonanzfrequenz (Fr) des Resonators (3) identische Frequenz (F) aufweist, allein und ohne Abschwächung auf die Anordnung Probe (5)/Resonator (3) angewandt wird, wobei die reflektierte Strahlung hinsichtlich der Bestimmung von verschiedenen Eigenschaften der Probe (5) analysiert wird. ·

7. Vorrichtung zur Regelung der Frequenz bei Geräten zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung und Detektion und Analyse der absorbierten oder reflektierten resultierenden Strahlung, insbesondere der Art Mikrowellenbrücke, das zum Einsatz des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: einerseits eine ein großes Strahlungsfrequenzband aufweisende, sekundäre Mikrowellenquelle (10), und andererseits Mittel (11, 12) zum Ersetzen, die während der Operation der Regelung entweder die von der sekundären Quelle (10) erzeugte Strahlung oder eine zusammengesetzte Strahlung, die durch die Mischung der von der sekundären (10) und Haupt-Mikrowellenquelle (1) ausgegebenen Strahlung gebildet wird, wobei letztere merklich abgeschwächt ist, durch die von der Haupt-Mikrowellenquelle (1) der Mikrowellenbrücke gelieferte Strahlung ersetzen, und schließlich Mittel (6, 7, 15) zur Detektion, Analyse und/oder Visualisierung der vom Resonator (3) reflektierten Strahlung und gegebenenfalls der an den Resonator (3) gekoppelten Strahlung, wobei die Mittel zur Detektion, Analyse und/oder Visualisierung die Resonanzfrequenz(en) (Fr) des Resonators und die Frequenz der von der Haupt-Mikrowellenquelle gelieferten Strahlung anzeigen, derart, dass man, in Echtzeit, die relativen Positionen der Frequenz (F) der Hauptquelle (1) und der Resonanzfrequenz (oder der Resonanzfrequenzen) des Resonators (3) markieren kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Quelle (10) hinsichtlich der Frequenz während der Regelungsphase auf die Hauptquelle (1) derart geregelt wird, dass die Frequenz (F) der Hauptquelle (1) immer in der Mitte des von der sekundären Quelle (10) durchlaufenen Frequenzbandes liegt, wobei die eingesetzten Visualisierungsmittel (7) eventuell auch auf die Hauptquelle (1) geregelt werden können.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Mikrowellenquelle (10) aus einem Breitbandoszillator besteht, der mit Steuerungsmitteln (13) verbunden ist, die die periodische Durchführung eines Durchlaufs des gesamten oder eines Teils des Bereichs der möglichen Frequenzen der Strahlung, die von dem Oszillator geliefert werden können, ermöglichen, wobei die Steuerungsmittel (13) auch die Visualisierungsmittel (7) kontrollieren können, die die visuelle Markierung der jeweiligen Positionen im Frequenzspektrum der Frequenz (F) der Haupt-Mikrowellenquelle (1) und der Resonanzfrequenz (Fr) des Resonators (3), die mindestens vorhanden ist, ermöglichen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ersetzen im wesentlichen aus einem Koppelungskreis (11) bestehen, der dazu bestimmt ist, dem Resonator (3) die zusammengesetzte Strahlung oder die von der sekundären Quelle (10) ausgegebene Strahlung zuzuführen, und gegebenenfalls ein Mittel zum Mischen (15) aufweist, das das Mischen der zusammengesetzten Strahlung ermöglicht, und gegebenenfalls aus einem Modul zur Auswahl (12) der auf den Resonator (3) oder die Anordnung Probe (5)/Resonator (3) angewandten Strahlung besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlmodul (12) die Form eines Transferrelais aufweist, das auf umkehrbare Art von einem ersten Zustand, der für die Regelung der Mikrowellenbrücke geeignet ist und bei dem der Resonator (3) einer Strahlung unterworfen wird, die durch die Strahlung der sekundären Quelle (10) oder durch Überlagern der von der Haupt - (1) und sekundären (1 U) Mikrowellenquelle gelieferten Strahlungen gebildet wird, in einen zweiten Zustand umschaltbar ist, der zur Messung der Merkmale der Probe (5) ge- eignet ist und bei dem die Anordnung Probe (5)/Resonator (3) Bete der von der Haupt-Mikrowellenquelle (1) gelieferten nicht abgeschwächten Strahlung unterworfen wird, wobei der Koppler (11) und die sekundäre Mikrowellenquelle (10) dann von der Mikrowellenbrücke isoliert sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Einsatz des Verfahrens geeignet ist, wenn die Haupt-Mikrowellenquelle (1) in Form eines Oszillators mit in einem Hohlraumresonator angebrachter Gunn-Diode vorliegt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Mikrowellenquelle (10) und die Mittel zum Ersetzen (11, 12) in einem unabhängigen Gehäuse (14) angebracht sind, das in Serie in einer Mikrowellenbrücke angebracht werden kann.