JP4477550B2 - 多周波電力回路および同回路を備えたプローブおよびｎｍｒスペクトロメータ - Google Patents

Description

本発明は、精密電源の分野に関し、詳細には、核磁気共鳴分野に関し、また本発明の目的はコイル、特にサンプルコイルの多周波電力回路、ならびにそのような回路を備えるＮＭＲプローブおよびＮＭＲスペクトロメータを提供することである。

いくつかの用途では、特別なまたは極端な環境あるいは状況において使用される回路は、供給される電流の特性または性質の点で非常に特有の電力を使用することが必要である。

このことはＮＭＲスペクトロメータのコアに設置されたサンプル回路またはＮＭＲコイルの電力に特に当てはまる。

特に固体のＮＭＲ試験では、（１秒当たり数万回の回転に晒される）サンプルを受け取る領域において、すなわち、コイルの中心において特定的に最大の電流を用いることが必要である。

上記必要性に対処するために、種々の電力システムが既に提唱されている。

しかし、このような知られているシステムは十分に満足できるものではなく、制限がある。

多周波分析が実際には生成されるが、これは各々上記最大の電流条件を満たす（検出されるコアの種類に各々対応する）種々の所定の周波数でコイルに給電するためにいくつかの方法を有する必要があるためである。
米国特許第５８６１７４８号明細書

現在提唱されている多周波電力システム（例えば、米国特許第５８６１７４８号明細書を参照）は非常に複雑な構造（多くの場合、コイルを含んだプローブが収容される場合に、その目的のために用意された狭い円筒形空間内に容易に収容することは困難である）を有しているため、各パワーパスは他の経路の影響に対する絶縁手段を備えねばならない。

さらに、これらの知られているシステムは種々の経路の周波数変動または経路の数の変化（経路を加えるか、または経路をなくす）の観点で、非常に柔軟性がなく、加えて融通が利かない。経路に関して改変を行えば、システム内に存在する他のすべての経路に影響が及び、システム自身も再度さらに影響を受け、また特にその非対称的構造が原因で、システムに関し調整または変更が必要となる。

最終的に、特に製造の難しさおよび使用可能な空間が限られているために、現行の多周波電力システムはせいぜい３つの異なる電力周波数および一般に弱い電力に限られる。

本発明の目的は上記欠点の少なくとも一部を克服できるようにする簡単な解決策を提案することにある。

この目的のために、本発明の目的は、多周波電力回路が主ライン区間と呼ばれる２つの電力ライン区間または伝送ライン区間を含み、このような主ライン区間は各々、コイルの端部または端子の一方に取り付けられた導体の区間を少なくとも含み、これによりこのような取り付けられた導体区間は前記コイルと共に発振回路または所定の共振周波数を呈する第１の発振回路を形成する、コイル、特にＮＭＲコイルまたはサンプルコイルの多周波電力回路であって、主電力ライン区間または主伝送ライン区間がインピーダンス制御マルチ導体ライン区間から構成されており、該ライン区間の各々は、コイルに取り付けられておらず、それぞれ対応する取り付けられた導体区間の傍の前記主ライン区間内まで延び、かつ前記導体の傍または反対に位置する区間に沿って分配された静電結合を取り付けられた導体区間と共に呈する少なくとも１つの他方の導体区間を含んでいることと、前記取り付けられていない導体区間は、コイルおよび取り付けられた導体区間および取り付けられていない導体区間と共に、および任意には取り付けられていない導体区間に接続された追加の電力ライン区間と共に、第１の発振回路の共振周波数とは異なる共振周波数を有する少なくとも１つの追加の発振回路を形成することと、前記発振回路の各々は個々に調整可能な同調回路または構成部品に対して閉回路を形成し、かつ２つの取り付けられた導体区間の少なくとも１つ、２つの取り付けられていない導体区間の少なくとも１つ、または該当する追加の発振回路の一部である追加のライン区間の少なくとも１つの各々との該当する前記一次電力回路の電磁結合、静電結合、または電磁−静電結合によるエネルギーの移送によって、それぞれ対応する一次電力回路を用いて給電されることとを特徴とする多周波電力回路を提供することである。

本発明は非限定的な例として示し、かつ添付の概略図に関して説明した好適な実施形態に関連する以下の説明からよりよく理解されよう。

図１〜図５は各々、コイル２の、特にＮＭＲコイルまたはサンプルコイルの多周波電力回路１を示しており、これは主ライン区間と呼ばれる２つの電力ライン区間または伝送ライン区間３および３’を含み、これによりこのような主ライン区間３、３’は各々前記コイル２の端部または端子の一方に取り付けられた少なくとも１つの導体区間４、４’を含み、かつ、これによりこのような接続された導体区間４、４’は前記コイル２とともに発振回路または所定の共振周波数を有する第１の発振回路を構成する。

本発明によれば、主電力ライン区間または主伝送ライン区間３、３’は、コイル２に取り付けられておらず、対応する個々に取り付けられた導体区間４、４’の傍の前記主ライン区間３、３’まで延びており、かつ取り付けられた導体区間４、４’と共に前記区間４、４’および６、６’の傍または反対に位置する区間に沿って分配された静電結合を呈する少なくとも１つの他の導体区間６、６’を各々含んだインピーダンス制御マルチ導体ライン区間から構成される。さらに、前記取り付けられていない導体区間６、６’は、コイル２と、取り付けられた導体区間４、４’および取り付けられていない導体区間６、６’と、任意には前記取り付けられていない導体区間６、６’に接続された追加の電力回路７、７’；８、８’と共に、少なくとも１つの、第１の発振回路５の共振周波数とは異なる共振周波数を有する追加の発振回路９、１０を形成する。また、前記発振回路５、９、１０はそれぞれ、個々の調整可能な同調回路または構成部品１１、１１’、１１”に対して閉回路を形成しており、対応する個々の一次電力回路１２、１２’、１２”を用いて、該当する一次電力回路１２、１２’、１２”と、それぞれ２つの取り付けられた導体区間４、４’の少なくとも１つ、取り付けられていない導体区間６、６’の少なくとも１つ、または対象となる追加の発振回路９、１０の一部である追加のライン区間７、７’；８、８’の少なくとも１つとの電磁結合、静電結合、または電磁−静電結合によるエネルギーの移送を介して給電される。

取り付けられた導体４、４’と、取り付けられていない導体区間６、６’に接続されかつそれを構成する追加の回路または複数の回路９、１０に組み込まれた取り付けられていない導体６、６’との間の静電結合によって、コンデンサは、相応した（最小の値の同調コンデンサの必要性／性能レベルの低減およびそれ故にスペースの要件およびコストの低減）寸法になり得るこの回路またはこれらの回路９、１０の各々の同調回路または構成部品１１’、１１”を提供する。

本発明の重要な特徴によれば、また図１〜図５に明白であるように、各発振回路５、９、１０は、取り付けられた導体区間４、４’および任意には取り付けられていない導体区間６、６’ならびにそれぞれ２つずつ同じタイプで同じ長さの追加のライン区間７、７’；８、８’を組み込んだ、対称的構造および構成を有しており、これにより２つの取り付けられた導体４、４’は、第１の発振回路５の共振波長の半分の倍数（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｆ ｈａｌｆ）である長さを有する第１の発振回路５の一部となっている。

電力回路１の一部である発振回路に適用される「対称的な構造および構成」という表現によって、ここで各発信回路は、電気的に、また物理的にもコイル２の中心に対して対称的構造であることを理解する必要がある。各発振回路は２つの同じ分岐を含むことによって、一方ではこのコイル２に対して、他方ではこの回路に固有の調整可能な対称的同調回路または構成部品１１、１１’、１１”に対して、閉回路にされている。

追加の発振回路または複数の発振回路９、１０は好適には、第１の発振回路５の共振周波数よりも高い１つまたは複数の共振周波数を有し、これにより、２つの主ライン区間３、３’の相互に対向する各々取り付けられた導体区間４、４’および取り付けられていない導体区間６、６’の区間の長さは、前記ライン区間に沿って分配されたライン容量の結果得られる結合のレベルの程度が、前記追加の発振回路９、１０の共振周波数または複数の共振周波数にとって十分であるエネルギーの移送を確実にするように適したものになる。

主ライン区間３および３’に関連する何らかの外的な干渉または妨害を回避するように、主ライン区間は、取り付けられていない導体区間と外部との間の取り付けられた導体区間および取り付けられていない導体区間の周囲に遮蔽を形成する少なくとも１つのコーティングまたは絶縁導体１３を含む。

添付図面の図１２に示した伝送ライン区間または電力ライン区間３および３’の第１の実施形態によれば、このようなライン区間３、３’の導体４、４’；６、６’は、好適には柔軟性の組成を有する、成層構造体と並んでいるかまたはサンドイッチ形態の、誘電材料が挿置された、組みたてられたバンド導体から構成され得、これにより、追加の電力ライン区間７、７’；８、８’は好適には同軸ラインから形成される。

このようなバンド導体は、性質および厚さがそのバンド導体間の静電結合の程度を決定する誘電材料層によって分離されている。

添付図面の図１１に示した、前記主ライン区間３および３’の第２の好適な実施形態によれば、前記主電力ライン区間または主伝送区間３、３’の導体４、４’；６、６’は、同心または同軸の導体から構成され、中心ワイヤ導体および該ワイヤ導体を囲繞する１つまたは複数の同心管状導体を備え、誘電体層が挿入されており、これにより追加の電力ライン区間７、７’；８、８’は好適には同軸ラインから構成される。

この同心導体も異なる性質および／または厚さの誘電体層によって分離されている。

このように、第１の同心管状導体から中心ワイヤ導体を分離する層は、例えば、高分子（ポリテトラフルオロエチレン）から構成され得、第２の同心管状導体からこの第１の管状導体を分離する層は別の高分子または空気から構成され得る。

添付図面の図３、図４、および図５の非常に有利な第１の実施形態によれば、電力回路１は、第１の発振回路５および追加の第１の発振回路９に加えて、対称的構造であり、上記発振回路５および９の共振周波数とは異なる共振周波数を有し、かつＮＭＲコイル２、主ライン区間３、３’の取り付けられた導体区間４、４’の部分、および他の発振回路１０に固有の追加の伝送ライン区間８、８’によって構成された少なくとも１つの他方の追加の発振回路１０を含む。このような２つのセット（別個のライン区間８、８’／連続する取り付けられた導体区間部分４、４’）は、同じ累積的長さを有し、この（これらの）他の回路（複数の回路）１０の共振波長の１／２倍に等しく、このような適したライン区間８、８’は、その端部の１つにおいて対称的構造であり、かつそれらの他の端部によって、該当する取り付けられた導体区間（４または４’）の干渉しない冷点（ｃｏｌｄ ｐｏｉｎｔ）１４または１４’において主ライン区間３、３’の取り付けられた導体４、４’の１つに各々接続された調整可能な同調回路または構成部品１１”に対して、閉回路を形成する。

本発明の非常に有利な第２の実施形態によれば、電力回路は、第１の発振回路５および追加の第１の発振回路９に加えて、対称的構造であり、かつ上記発振回路５および９の共振周波数とは異なる共振周波数を有した少なくとも１つの他方の追加の発振回路１０を含む。次に、このまたはこれらの発振回路１０は第一に、前記適したライン区間８、８’の各々の端部の一方において対称的構造であり、かつそれらの他の端部によって、主伝送ライン区間または主電力ライン区間３、３’の取り付けられていない導体区間６、６’の一方に取り付けられたであろう調整可能な同調回路または構成部品１１”に対して閉回路を形成する前記他方の回路１０に固有の伝送ライン区間８、８’から構成される。

このようにして、構成を変える必要も、または既にこの電力回路の一部である発振回路のパラメータを調整する必要もないとともに、電力回路によって提供された電力経路も本装置の構造および挙動も変更せずに（コイル２の中心において最大の電流を保証する）、電力回路１の一部である発振回路を増やすことが可能となる。

本発明はこのようにして、追加の発振回路（すなわち、電力経路）を加えるときに、特に主ライン区間３および３’に直面するときに既存の回路構造を改変しないマルチステージタイプのマルチパス電力回路を製造する可能性を提供する（これによって主ライン区間およびコイル２は発振回路５、９、１０の各々の一部となる）。

一般に、分光分析は、３種類のコアを検出するために３つの異なる励起周波数を提供することを必要とする。このような３つの周波数チャネルは一般に、Ｈ核（陽子−すなわちチャネルＨ）の共振に相当する高周波数およびより低い周波数帯の共鳴核をカバーする他の２つのチャネルを含んでいる。このより低い周波数帯は２つのサブバンドに分割され、これによりサブバンドＹは低いサブバンドに相当し、サブバンドＸは高いサブバンドに相当する（それぞれチャネルＹおよびチャネルＸと呼ぶ）。

添付図面の図においては、（参照番号に加え）いくつかのさらなる示唆によって、このような３つのチャネルの電力経路に属するか、またはそれに関与する回路構成部品またはパーツを識別することが可能となる。

有利には、および単純な実施形態に関連して、主電力ライン区間および主伝送ライン区間を構成する多導体ライン区間３、３’は各々、コーティングまたは遮蔽導体１３に加え、コイル２に取り付けられた第１の導体区間４、４’、およびコイル２に取り付けられておらず、かつ静電的に前記第１の導体区間４、４’に結合された第２の導体区間６、６’を含む。

好適には、また図２〜図５から概略的に明白なように、かつ実施形態として図１１により具体的に示したように、マルチ導体ライン区間３および３’は、３軸のライン区間から、または３つの同心導体４、６、１３；４’、６’、１３’を用いて構成され得、これにより少なくとも第１の発振回路５は前記３軸のライン３、３’のコイル２に直接接続された導体区間４、４’を組み込み、かつ前記少なくとも１つの追加の発振回路９は前記３軸のライン３、３’の追加の取り付けられていない同心導体区間６、６’を組み込み、これにより、前記３軸のライン３、３’のライン容量が分配されるのでエネルギーの移送はこのような個々に関連する同心導体間で実行される。

図１１に示すように、ライン区間３、３’の各々は、例えば、金属管または直径が最大の同軸ケーブルの中心導体の適所のいずれかに設置された同軸ケーブルから構成され得る。

第１の変形例によれば、３軸のライン３、３’のコイル２に直接接続された導体区間４、４’は、３軸のラインの中間導体から構成され、前記少なくとも１つの追加の発振回路９はコイル２に取り付けられていない中心導体区間６、６’を含み、これにより、中心導体と中間導体との間に分配されるライン容量が、該当する前記少なくとも１つの追加の発振回路９がコイル２に取り付けられた中間導体４、４’を介して、コイル２に対して閉回路を形成できるようにする結合によって接続を提供する（図３）。

この場合、中間導体区間４、４’の各々は個々の干渉しない冷点においてカットオフまたは物理的不連続１５、１５’を呈し、かつ前記少なくとも１つの他の追加の発振回路１０の追加のライン区間８、８’は前記冷点でコイル２に接続された前記中間導体区間４、４’に接続され、これにより、前記カットオフまたは物理的不連続１５、１５’において相互に向き合う前記中間導体区間４、４’の２つの部分は、周波数選択性のエネルギー伝達回路１６、１６’、例えば、第１の発振回路５の共振周波数に集められかつこの周波数に対して最大のエネルギーを伝達する帯域フィルタによって共に接続されることが仮定され得る。

第２の変形例によれば、３軸のラインのコイル２に直接接続された導体区間４、４’は３軸のラインの中心導体区間から構成され、かつ前記少なくとも１つの追加の発振回路９はコイル２に接続されていない中間導体区間６、６’を組み込み、これによりこのような中心導体と中間導体の間に分配されるライン容量は、該当する前記少なくとも１つの追加の発振回路９がコイル２に接続された中心導体４、４’を介してコイル２に対して閉回路を形成できるようにする結合によって接続を提供する（図４および図５）。

後者の場合、前記少なくとも１つの他の追加の発振回路１０の追加のライン区間８、８’の導体はこのような導体の干渉しない冷点１４、１４’で中心導体４、４’に接続され、阻止フィルタ１７、１７’が中心導体４、４’の間で、第１の発振回路５および追加のライン区間８、８’が前記中心導体に接続された他の追加の発振回路１０を絶縁することが仮定され得る。このような発振回路５、１０も、適した阻止フィルタ１８、１８’；１９、１９’によって、コイルに接続されていない中間導体を組み込む前記少なくとも１つの追加の発振回路９から絶縁されている。

異なる発振回路５、９、１０は直接的（ガルバニック接続による）または間接的（カップリングによる）のいずれかで給電され得る。

したがって、図１に示した第１の可能な実施形態によれば、少なくとも１つの発振回路５、９、１０の一次電力回路１２、１２’、１２”は、共通の回路２０をこの発振回路と一体にすることによってこの発振回路に部分的にマージされ、前記一次電力回路１２、１２’、１２”は、一方では関連する発振回路５、９、１０の所定の共振周波数に同調され、かつ結合コンデンサ２２を介して対応する調整可能な対称的同調回路または構成部品１１、１１’、１１”のある端子において前記発振回路に取り付けられた無線周波数発生器２１と、他方では前記調整可能な対称的同調回路または構成部品の他方の端子に取り付けられた適合化回路または構成部品２３とを備え、これにより適合化構成部品２３および調整可能な対称的同調部品１１、１１’、１１”は、連続的、断続的、またはサージで動作し得るコンデンサおよび発生器２１から構成された２つの回路１２、１２’、１２”および５、９、１０の一部となる。

図２〜図６から明白である第２の可能な実施形態によれば、少なくとも１つの発振回路５、９、１０の一次電力回路１２、１２’、１２”は別個の回路から構成され、該当する発振回路の所定の共振周波数に同調され、かつコイル２および１つまたは複数の主ライン区間３、３’および同調回路または構成部品１１、１１’、１１”に接続された２つの導体区間４、４’の少なくとも一方との結合に関与する一部または複数の部分である無線周波数発生器２１に加えて、結合を最適化するとともに前記一次電力回路に関連するその作用のいくらかを制限することが意図された適合化回路または構成部品２３も含む。

この第２の可能性に関し、結合または各々の結合（一次電力回路１２、１２’、１２”／該当の対応する発振回路５、９、１０）は事実上実質的に磁気的な結合であり、適合化回路または構成部品２３は該当する一次電力回路における誘導リアクタンスを取り消すことが意図された調整可能なコンデンサである。

有利には、また本ユニットの対象性を保持するために、一次電力回路２、１２’、１２”と関連する発振回路５、９、１０との間の結合によるエネルギーの移送は二重結合から構成され、対称的かつ等価に、該当する２つの伝送ライン区間３、３’；８、８’；７、７’の同様の導体区間（４、４’；６、６’）を割り当てる。

図２、図３、および図５に示したように、また結合５、９、１０／１２、１２’、１２”の第１の実施形態の変形例によれば、このような２つの回路間でエネルギーの移送を実行する結合または２つの結合の各々（一次電力回路１２、１２’、１２”／該当の対応する発振回路５、９、１０）は、該当する発振回路５、９、１０のライン区間３、３’；７、７’；８、８’のうちの１つのある導体区間の部分区間２４、２４’、２４”と、関連する一次電力回路１２、１２’、１２”内の適合化回路２３に発生器２１を接続するラインの反対側の部分区間２５、２５’、２５”との間の一次電磁結合から構成され得、これにより相互に２４、２５；２４’、２５’；２４”、２５”に関連する部分区間のこのような対の各々のうち２つの部分区間が所定の長さを有し、レッヘル（Ｌｅｃｈｅｒ）ラインを形成するように平行にかつ近接して設置される。

図４〜図６に示したように、また結合５、９、１０／１２、１２’、１２”の第２の実施形態の変形例によれば、エネルギー伝達との結合または各結合の各々（一次電力回路１２、１２’、１２”／該当の対応する発振回路５、９、１０）は、前記一次電力回路１２、１２’、１２”内に直列に設置されたソレノイド２６と、該当の関連する発振回路５、９、１０内に直列に設置されたコンデンサ／インダクタンスユニットとの間の対称的または非対称的な電磁−静電結合から構成され得、これにより前記コンデンサは同調構成部品１１、１１’、１１”に対応でき、インダクタンス２７および２７’は任意にはＬＣ回路の一部である各々によって、前記同調コンデンサの両側に直列に設置された２つの等価なインダクタンスからなることができる。

１つまたは複数の他の経路によって妨害され易い経路を絶縁するために、第１の発振回路５および／または前記少なくとも１つの追加の発振回路９、１０は、必要に応じてそのうちの各々が他方の発振回路の１つまたは他方の共振周波数に同調される１つまたは複数の帯域阻止絶縁フィルタ１７、１７’；１８、１８’；１９、１９’を組み込むことが有利には仮定される。

絶縁フィルタは好適には該当する発振回路内に対称的に設置されたフィルタの対（複数の対）の形態を取り、これによりフィルタの所与の対の各々のフィルタは、該当する前記発振回路の一部である導体区間の１つと直列に接続されるか、または直列に設置される。

添付図面の図５および図７が示すように、また第１の発振回路５および２つの追加の発振回路９および１０の存在下では、前記発振回路の少なくとも１つの発振回路１０は２組の絶縁フィルタ対１７、１７’；１８、１８’；１９、１９’を組み込み、これによりフィルタの各対は他の２つの発振回路５および９の１つの共振周波数に同調され、フィルタの対の１つ１９、１９’は周波数で、好適には連続的に調整可能である。

後者の場合、このようなフィルタはＬＣ回路の対から構成され得、フィルタ１９、１９’の対または複数の対は任意には周波数で調整可能であり、かつそれら（２９）を同調させるための相互に機械的な制御とともに可変コンデンサ２８、２８’を連続的に組み込む。

可変コンデンサ２８は、例えば、コンデンサの端子の一方と一体になった可動部分および他方の端子と一体になった静止部分から構成され得、これにより２つのコンデンサ２８の可動部分は同じ振幅の動きから同時に移動されるように物理的および／または動力学的に相互に接続される。静止部分に対する可動部分の相対移動は可変コンデンサ２８の容量の値を変動させる。

前記動きは並進運動（図７）から構成され得、これにより、このようにして静止部分によって形成された中空円柱内に延びる可動プランジャを形成し、２つのプランジャは可動部分と一体である剛性のある連結棒（例えば、ミリねじ）によって機械的に接続される。この動きは回転（図８Ａ、図８Ｂ、および図９）からも構成され得、次に２つの可動分は制御棒と一体になっている駆動歯車によって連結的に駆動される歯車を備えた回転軸上に設置される。

したがって、本発明のおかげで、該当する励起周波数に関わらず、コイル２の中心に常に正確に位置する最大の強度の電力を提供することが可能となる。

また、対応する共振周波数に関連する（対称的構造の）追加の発振回路を加えることによって、電力回路の既に一部である発振回路には実質的に影響が及ばず、特にこのような既存の回路に非対称をもたらさない。

さらに、すべての（かつ少なくとも部分的に後者と共通する）発振回路５、９、１０によって使用される伝送ライン区間３および３’は、新しい発振回路を加える際においても、変形されず、同調オペレーションの対象ではない。

本発明の目的はまた多周波ＮＭＲ３０プローブであり、少なくとも一部には、上記の特徴の少なくとも一部を呈するサンプルコイル２の電力回路１を備えていることを特徴とする（図１０Ａ、１０Ｂ、および１０Ｃ）。

最終的に、本発明は特に固相分光測定用のＮＭＲスペクトロメータもカバーし、その特徴は上記のサンプルコイル２の電力回路１および上記タイプのプローブを備えていることにある。

当然、本発明は添付図面に記載し、示した実施形態に限定されるものではない。特に種々の要素の構成の点で、あるいは同等の技術に代えることによって、本発明の保護の範囲から逸脱することなく変形が可能である。

本発明による２つの異なる周波数を有する電力回路の第１の変形例を記号および機能で示した回路図である。 本発明による２つの異なる周波数を有する電力回路の第２の変形例を部分的に記号で示した概略図である。 本発明による３つの異なる周波数を有する電力回路の一変形例を部分的に記号で示した概略図である。 本発明による３つの異なる周波数を有する電力回路の一変形例を部分的に記号で示した概略図である。 本発明による３つの異なる周波数を有する電力回路の一変形例を部分的に記号で示した概略図である。 発振回路と本発明の電力回路の一部である対応する一次電力回路との間の可変電磁結合の一実施形態を示す概略図である。 図５に示した多周波電力回路の一部である阻止フィルタユニットの一実施形態を示す概略図である。 図５に示した電力回路の一部である阻止フィルタの対の可変コンデンサの別の実施形態を示す斜視図である。 図５に示した電力回路の一部である阻止フィルタの対の可変コンデンサの別の実施形態を示す斜視図である。 本発明による多周波ＮＭＲプローブの一部に組み込まれた図８Ａおよび図８Ｂのコンデンサの対を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の電力回路を備えた多周波ＮＭＲプローブを異なる縮尺で示す側面立面図である。 本発明の一実施形態の電力回路を備えた多周波ＮＭＲプローブを異なる縮尺で示す側面立面図である。 本発明の一実施形態の電力回路を備えた多周波ＮＭＲプローブを異なる縮尺で示す斜視図である。 本発明による多周波電力回路の一部であり得る、３軸のライン区間の形態または３つの同心導体を備える主電力ライン区間または主伝送ライン区間を示す部分的長手方向断面略図である。 本発明の多周波電力回路の一部であり得る（帯状の導体区間と共に）層状または階層状のライン区間形態の主電力ライン区間または主伝送ライン区間を示す断面略図である。

符号の説明

２ コイル
３、３’ 主電力ライン区間または主伝送ライン区間
４、４’；６、６’ 導体区間
５、９、１０ 発振回路
７、７’；８、８’ 電力ライン区間
１１、１１’、１１” 調整可能な同調回路または構成部品
１２、１２’、１２” 一次電力回路
１３ コーティングまたは絶縁導体
１５、１５’ カットオフまたは物理的不連続
１６、１６’ 周波数選択性のエネルギー伝達回路
１４、１４’ 干渉しない冷点
１７、１７’、１８、１８’、１９、１９’ 阻止フィルタ
２３ 適合化回路または構成部品
２６ ソレノイド
２７、２７’ インダクタンス
２８、２８’ 可変コンデンサ

Claims (26)

1. 主ライン区間と呼ばれる２つの電力ライン区間または伝送ライン区間を含み、このような主ライン区間は各々コイルの端部または端子の一方に取り付けられた導体の区間を少なくとも含み、これによりこのような取り付けられた導体区間は前記コイルと共に前記所定の共振周波数を呈する発振回路または第１の発振回路を構成する、ＮＭＲコイルまたはサンプルコイルであるコイルの多周波電力回路であって、主電力ライン区間または主伝送ライン区間（３、３’）がインピーダンス制御マルチ導体ライン区間から構成されており、前記インピーダンス制御マルチ導体ライン区間はそれぞれ、導体区間（４、４’）と少なくとも１つの他方の導体区間（６、６’）から構成され、
   前記導体区間（４、４’）は、前記コイル（２）に取り付けられており、
   前記少なくとも１つの他方の導体区間（６、６’）は、コイル（２）に取り付けられておらず、それぞれ対応する前記コイル（２）に取り付けられた導体区間（４、４’）に並んで前記主ライン区間（３、３’）内へ延び、かつ前記導体区間（４、４’）と、前記導体区間（４、４’）に並んでまたは対向して配置された前記少なくとも１つの他方の導体区間（６、６’）に沿って分配された静電結合を示し、
   前記コイル（２）に取り付けられていない前記少なくとも１つの他方の導体区間（６、６’）、コイル（２）、前記コイル（２）に取り付けられた前記導体区間（４、４’）、および任意には前記コイル（２）に取り付けられていない前記少なくとも１つの他方の導体区間（６、６’）に接続された追加の電力ライン区間（７、７’；８、８’）は、第１の発振回路（５）の共振周波数とは異なる共振周波数を有する少なくとも１つの追加の発振回路（９、１０）を形成することと、
   前記発振回路（５、９、１０）の各々は個々に調整可能な同調回路または構成部品（１１、１１’、１１”）に対して閉回路を形成し、かつ２つの取り付けられた導体区間（４、４’）の少なくとも１つ、２つの取り付けられていない導体区間（６、６’）の少なくとも１つ、または該当する追加の発振回路（９、１０）の一部である追加のライン区間（７、７’；８、８’）の少なくとも１つの各々との該当する一次電力回路（１２、１２’、１２”）の電磁結合、静電結合、または電磁−静電結合によるエネルギーの移送によって、それぞれ対応する前記一次電力回路（１２、１２’、１２”）を用いて給電されることとを特徴とする多周波電力回路（１）。
2. 各発振回路（５、９、１０）は、取り付けられた導体区間（４、４’）および任意には取り付けられていない導体区間（６、６’）、ならびにそれぞれ２つずつ同じタイプで同じ長さの追加のライン区間（７、７’；８、８’）を組み込んだ、対称的構造および構成を有しており、これにより２つの取り付けられた導体（４、４’）は第１の発振回路（５）の共振波長の半分の倍数である長さを有する第１の発振回路（５）の一部となっている請求項１に記載の電力回路。
3. 追加の発振回路または複数の発振回路（９、１０）は、第１の発振回路（５）の共振周波数よりも高い１つまたは複数の共振周波数を有し、これにより、２つの主ライン区間（３、３’）の相互に対向する各々取り付けられた導体区間（４、４’）および取り付けられていない導体区間（６、６’）の区間の長さは、前記ライン区間に沿って分配されたライン容量の結果得られる結合のレベルまたは程度が、前記追加の発振回路（９、１０）の共振周波数または複数の共振周波数にとって十分であるエネルギーの移送を確実にするように適したものになる請求項１および２のいずれかに記載の電力回路。
4. ２つの主電力ライン区間又は主伝送ライン区間（３および３’）は、取り付けられていない導体区間と外部との間の取り付けられた導体区間および取り付けられていない導体区間の周囲に遮蔽を形成する少なくとも１つのコーティングまたは絶縁導体（１３）を形成する請求項１から３のいずれかに記載の電力回路。
5. 前記主電力ライン区間または主伝送区間（３、３’）の導体（４、６’；６、６’）は、柔軟性の組成を有する、成層構造体と並んでいるかまたはサンドイッチ形態の、誘電材料が挿置された、組みたてられたバンド導体から構成され、これにより追加の電力ライン区間（７、７’；８、８’）は同軸ラインから形成される請求項１から４のいずれか一項に記載の電力回路。
6. 主電力ライン区間または主伝送区間（３、３’）の導体（４、４’；６、６’）は、同心または同軸の導体から構成され、中心ワイヤ導体および該ワイヤ導体を囲繞する１つまたは複数の同心管状導体を備え、誘電体層が挿入されており、これにより追加の電力ライン区間（７、７’；８、８’）は同軸ラインから構成される請求項１から４のいずれかに記載の電力回路。
7. 第１の発振回路（５）および追加の第１の発振回路（９）に加えて、対称的構造であり、前記第１の発振回路（５）および前記追加の第１の発振回路（９）の共振周波数とは異なる共振周波数を有し、かつＮＭＲコイル（２）、主ライン区間（３、３’）の取り付けられた導体区間（４、４’）の部分、および他の発振回路（１０）に固有の追加の伝送ライン区間（８、８’）によって構成された少なくとも１つの他方の追加の発振回路（１０）を含み、このような２つのセット（別個のライン区間（８、８’）／連続する取り付けられた導体区間部分（４、４’））は、同じ累積的長さを有し、この（これらの）他の回路（複数の回路）（１０）の共振波長の半分の倍数に等しく、このような適したライン区間（８、８’）は、その端部の１つにおいて対称的構造であり、かつそれらの他の端部によって、該当する取り付けられた導体区間（４または４’）の干渉しない冷点（１４または１４’）において主ライン区間（３、３’）の取り付けられた導体区間（４、４’）の１つに各々接続された調整可能な同調回路または構成部品（１１”）に対して閉回路を形成する請求項１から６のいずれかに記載の電力回路。
8. 第１の発振回路（５）および追加の第１の発振回路（９）に加えて、対称的構造であり、かつ上記発振回路（５および９）の共振周波数とは異なる共振周波数を有した少なくとも１つの他方の追加の発振回路（１０）を含み、このまたはこれらの発振回路（１０）は第一に、前記適したライン区間（８、８’）の各々の端部の一方において対称的構造であり、かつそれらの他の端部によって、主伝送ライン区間または主電力ライン区間（３、３’）の取り付けられていない導体区間（６、６’）の一方に各々取り付けられた調整可能な同調回路または構成部品（１１”）に対して閉回路を形成する前記他方の回路（１０）に固有の伝送ライン区間（８、８’）から構成される請求項１から６のいずれかに記載の電力回路。
9. 前記主電力ライン区間又は主伝送ライン区間を構成する多導体ライン区間（３、３’）は各々、コーティングまたは遮蔽導体（１３）に加えて、コイル２に取り付けられた第１の導体区間（４、４’）、およびコイル２に取り付けられておらず、かつ静電的に前記第１の導体区間（４、４’）に結合された第２の導体区間６、６’を含む請求項１から８のいずれかに記載の電力回路。
10. マルチ導体ライン区間（３、３’）は、３軸のライン区間から、または３つの同心導体（４、６、１３；４’、６’、１３’）を用いて構成され、これにより少なくとも第１の発振回路（５）は前記３軸のライン（３、３’）のコイル（２）に直接取り付けられた導体区間（４、４’）を組み込み、かつ前記少なくとも１つの追加の発振回路（９）は前記３軸のライン（３、３’）の取り付けられていない追加の同心導体区間（６、６’）を組み込み、これにより、前記３軸のライン（３、３’）のライン容量が分配されるのでエネルギーの移送はこのような個々に関連する同心導体の間で実行される請求項１から９のいずれかに記載の電力回路。
11. 前記３軸のライン（３、３’）のコイル（２）に直接取り付けられた導体区間（４、４’）は３軸のラインの中間導体から構成され、かつ前記少なくとも１つの追加の発振回路（９）はコイル（２）に取り付けられていない中心導体区間（６、６’）を含み、これにより、中心導体と中間導体との間に分配されるライン容量が、該当する前記少なくとも１つの追加の発振回路（９）がコイル（２）に取り付けられた前記中間導体（４、４’）を介して、コイル（２）に対して閉回路を形成できるようにする結合によって接続を提供する請求項１０に記載の電力回路。
12. 中間導体区間（４、４’）の各々は個々の干渉しない冷点においてカットオフまたは物理的不連続（１５、１５’）を呈し、かつ前記少なくとも１つの他の追加の発振回路（１０）の追加のライン区間（８、８’）は前記冷点でコイル（２）に接続された前記中間導体区間（４、４’）に接続され、これにより、前記カットオフまたは物理的不連続（１５、１５’）において相互に向き合う前記中間導体区間（４、４’）の２つの部分は、周波数選択性のエネルギー伝達回路（１６、１６’）、例えば、第１の発振回路（５）の共振周波数を中心としかつこの周波数に対して最大のエネルギーを伝達する帯域フィルタによって共に接続される請求項１１に記載の電力回路。
13. 前記３軸のラインのコイル（２）に直接接続された導体区間（４、４’）は３軸のラインの中心導体区間から構成され、かつ前記少なくとも１つの追加の発振回路（９）はコイル（２）に接続されていない中間導体区間（６、６’）を組み込み、これによりこのような中心導体と中間導体の間に分配されるライン容量は、該当する前記少なくとも１つの追加の発振回路（９）がコイル２に接続された中心導体（４、４’）を介してコイル（２）に対して閉ループを形成できるようにする結合によって接続を提供する請求項１０に記載の電力回路。
14. 前記少なくとも１つの他の追加の発振回路（１０）の追加のライン区間（８、８’）の導体は、このような導体の干渉しない冷点（１４、１４’）で中心導体（４、４’）に接続され、阻止フィルタ（１７、１７’）が中心導体（４、４’）の間で、第１の発振回路（５）および追加のライン区間（８、８’）が前記中心導体に接続された他の追加の発振回路（１０）を絶縁し、このような発振回路（５、１０）も、適した阻止フィルタ（１８、１８’；１９、１９’）によって、前記コイルに接続されていない中間導体を組み込む前記少なくとも１つの追加の発振回路（９）から絶縁された請求項１３に記載の電力回路。
15. 少なくとも１つの発振回路（５、９、１０）の一次電力回路（１２、１２’、１２”）は、共通の回路（２０）の一部をこの発振回路と一体にすることによってこの発振回路に部分的にマージされ、前記一次電力回路（１２、１２’、１２”）は、一方では関連する発振回路（５、９、１０）の所定の共振周波数に同調され、かつ結合コンデンサ（２２）を介して対応する調整可能な対称的同調回路または構成部品（１１、１１’、１１”）のある端子において前記発振回路に取り付けられた無線周波数発生器（２１）と、他方では前記調整可能な対称的同調回路または構成部品の他方の端子に取り付けられた適合化回路または構成部品（２３）とを備え、これにより適合化構成部品（２３）および調整可能な対称的同調部品（１１、１１’、１１”）は、連続的、断続的、またはサージで動作し得るコンデンサおよび発生器（２１）から構成された２つの回路（１２、１２’、１２”および５、９、１０）の一部となっている請求項１から１４のいずれかに記載の電力回路。
16. 少なくとも１つの発振回路（５、９、１０）の一次電力回路（１２、１２’、１２”）は別個の回路から構成され、該当する発振回路の所定の共振周波数に同調される無線周波数発生器（２１）と１つまたは複数の主ライン区間（３、３’）のコイル（２）および同調回路または構成部品（１１、１１’、１１”）に接続された２つの導体区間（４、４’）の少なくとも一方との結合に関与する一部または複数の部分に加えて、結合を最適化するとともに前記一次電力回路に関連するその作用のいくらかを制限することが意図された適合化回路または構成部品（２３）も含む請求項１から１４のいずれかに記載の電力回路。
17. 結合または各々の結合（一次電力回路（１２、１２’、１２”）／該当の対応する発振回路（５、９、１０））は事実上本質的に磁気的な結合であり、適合化回路または構成部品（２３）は該当する一次電力回路における誘導リアクタンスを相殺することが意図された調整可能なコンデンサである請求項１６に記載の電力回路。
18. 一次電力回路（１２、１２’、１２”）と関連する発振回路（５、９、１０）との間の結合によるエネルギーの移送は二重結合から構成され、対称的かつ等価に、該当する２つの伝送ライン区間（３、３’；８、８’；７、７’）の同様の導体区間（４、４’；６、６’）を割り当てる請求項１６および１７のいずれかに記載の電力回路。
19. ２つの回路間でエネルギーの移送を実行する結合または２つの結合の各々（一次電力回路（１２、１２’、１２”）／該当の対応する発振回路（５、９、１０））は、該当する発振回路（５、９、１０）のライン区間（３、３’；７、７’；８、８’）のうちの１つのある導体区間の部分区間（２４、２４’、２４”）と、関連する一次電力回路（１２、１２’、１２”）内の適合化回路（２３）に発生器（２１）を接続するラインの反対側の部分区間（２５、２５’、２５”）との間の一次電磁結合から構成され得、これにより相互に（２４、２５；２４’、２５’；２４”、２５”）に関連する部分区間のこのような対の各々のうち２つの部分区間が所定の長さを有し、レッヘルラインを形成するように平行にかつ互いに近接して設置される請求項１７および１８のいずれかに記載の電力回路。
20. エネルギー伝達との結合または各結合（一次電力回路（１２、１２’、１２”）／該当の対応する発振回路（５、９、１０））は、前記一次電力回路（１２、１２’、１２”）内に直列に設置されたソレノイド（２６）と、該当の関連する発振回路（５、９、１０）内に直列に設置されたコンデンサ／インダクタンスユニットとの間の対称的または非対称的な電磁−静電結合から構成され得、これにより前記コンデンサは同調構成部品（１１、１１’、１１”）に対応でき、インダクタンス（２７および２７’）は任意にはＬＣ回路の一部である各々によって、前記同調コンデンサの両側に直列に設置された２つの等価なインダクタンスからなることができる請求項１７および１８のいずれかに記載の電力回路。
21. 第１の発振回路（５）および／または前記少なくとも１つの追加の発振回路（９、１０）は、必要に応じてそのうちの各々が他方の発振回路の１つまたは他方の共振周波数に同調される１つまたは複数の帯域阻止絶縁フィルタ（１７、１７’；１８、１８’；１９、１９’）を組み込む請求項１から２０のいずれかに記載の電力回路。
22. 前記絶縁フィルタは該当する発振回路内に対称的に設置されたフィルタの対（複数の対）の形態を取り、これによりフィルタの所与の対の各々のフィルタは、該当する前記発振回路の一部である導体区間の１つと直列に接続されるか、または直列に設置される請求項２１に記載の絶縁回路。
23. 第１の発振回路（５）および２つの追加の発振回路（９および１０）の存在下では、前記発振回路の少なくとも１つの発振回路（１０）は２組の絶縁フィルタ対（１７、１７’；１８、１８’；１９、１９’）を組み込み、これによりフィルタの各対は他の２つの発振回路（５および９）の１つの共振周波数に同調され、フィルタの対の１つ（１９、１９’）は少なくとも、周波数で、連続的に調整可能である請求項２１または２２のいずれかに記載の電力回路。
24. 前記絶縁フィルタはＬＣ回路の対から構成され、フィルタ（１９、１９’）の対または複数の対は任意には周波数で調整可能であり、かつ２つの可変コンデンサ（２８、２８’）と前記２つの可変コンデンサ（２８、２８’）を連続的に同調させるための相互の機械的な制御（２９）を組み込む請求項１６および１７に記載の電力回路。
25. 請求項１から２４のいずれかに記載のサンプルコイル（２）の電力回路（１）を備えた多周波ＮＭＲプローブ。
26. 請求項１から２４のいずれかに記載のサンプルコイル（２）の電力回路（１）を備えた固相分光測定用のＮＭＲスペクトロメータ。

Images