JPH0260081B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の関連する技術分野 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に
記載の、高周波信号を空胴共振器に供給する結合
装置に関する。空胴共振器に対するこの種の結合
装置は英国特許第1028229号明細書から公知であ
る。

この公知の結合装置は、中空導体を介して供給
される高周波信号を空胴共振器に結合する。結合
装置は高周波信号を、空胴共振器のカバー部のね
じ部にねじ込み可能に保持されたねじスリーブお
よび該ねじスリーブに一端が接続されている結合
ループを用いて容量的に入力結合する。空胴共振
器および中空導体の外側から手動で空胴共振器内
に入るまたは空胴共振器の中空室から出るように
回転可能なねじスリーブによつて、ループの侵入
深度、従つて高周波信号の容量結合度が変化す
る。この形式の、中空導体を用いて高周波エネル
ギーを供給する仕方では、中空導体に既に所定の
振動モードが存在するので、例えば結合装置の場
所およびこの結合装置の位置を調整する、空胴共
振器のケーシングに対する調整装置のような、イ
ンピーダンス整合の基本設定に影響を及ぼす量お
よび構造の幾何学形状でもある、中空導体に対す
る位置は比較的簡単に予め検出および決定可能で
あるので、公知の結合装置ではインピーダンス整
合は実質的に予め決定された幾何学的構造によつ
て実現されている。

分析測定技術において、プローブの物質特性を
検出するためにプローブにおいて磁気双極遷移を
生ぜしめることが公知である。このために、磁気
共鳴という概念でまとめられかつ例えば核磁気共
鳴または電子スピン共鳴と称される方法が使用さ
れる。その際電子スピン共鳴においてプローブは
同時に高周波磁界−通例はマイクロ波領域にある
−および均一磁界−通例は数テスラの領域にある
−にさらされる。高周波磁界の周波数と均一磁界
の強度との比が相応であれば、プローブ内に磁気
双極遷移が生じ、そこから検出すべきプローブの
構造を推論することができる。

このために通例プローブは空胴共振器において
磁力線Ｈが最大の強度を有し、一方電気力線が最
小である個所に導入される。ところで上記の電子
スピン共鳴が生じると、プローブの複素サセプタ
ンスが変化することが示され、これにより同調さ
れている共振器においてＱないし固有周波数の変
化が生じる。というのは共振器の複素負荷がプロ
ーブによつて変化するからである。

異なつた基本サセプタンスを有する異なつたプ
ローブを順次、例えば一方において固体、他方に
おいて液体のプローブを測定しようとする場合、
共振器は相応に共振ないし同調し直さなければな
らない。というのはこれら異なつたプローブは、
共振器に対して非常に異なつた負荷となるからで
ある。

この変化は例えば、高周波信号の結合度を変え
ることによつて行なうことができる。高周波信号
は例えば中空導体およびアイリス絞りを介して共
振器内に案内されるので、共振器の追従共振は、
有効アイリス面積を適当な導電性のねじによつて
変えることによつて、行なうことができる。

しかし、共振器の結合を、空胴共振器において
磁力線の一部を取り囲むように配置されているル
ープを介して行なうことも公知である。例えば磁
力線が円筒空胴共振器の共振器軸線並びに周面に
沿つて軸線方向に延在しかつ共振器のカバー面を
介して半径方向に閉じる、H₀₁₁の振動モードの
円筒空胴共振器が使用されるとすれば、ループは
共振器カバー部に配置することができ、その際ル
ープは円の部分または扇形に沿つて共振器軸線と
は間隔をおいて共振器カバー部内に入つて延在
し、従つて磁力線の一部を取り囲んでいる。

冒頭に述べた結合において可変の横断面を有す
るアイリス絞りを介して種々異なつたプロープに
対する整合は比較的簡単に行なうことができる
が、上述のループ装置ではそれができない。その
理由はループは一方において供給側の中空導体ま
たは同軸ケーブルで終り、他方において共振器壁
で終つているからである。

高周波信号が同軸線路を用いて空胴共振器に供
給される、機械的に調整可能なループを有する空
胴共振器に対する結合装置が西独国特許第
1121666号明細書および米国特許第4041447号明細
書から公知である。西独国特許第1121666号明細
書から公知の結合装置では、共振器ケーシングに
接続された端部は回転可能なスリーブに固定され
ており、一方他方の端部は摺動接点を介して同軸
線路の内部導体に接続されている。スリーブの回
転によつてループの、空胴共振器、ひいては空胴
共振器内に形成される磁界に関する位置が変化可
能である。結合ループの位置を調整することによ
つて実質的に結合度の変化が生じる。これに対し
て結合度とは殆んど無関係であるインピーダンス
整合は不可能である。

米国特許第4051457号明細書から公知の結合装
置では、同軸線路の内部導体に接続されている、
結合ループの端部は軸線方向に移動可能な接続部
材内に固定されており、その際接続部材に同軸線
路の内部導体が接続可能である。この場合接続部
材の移動によつて有効なループ面積の変化の他に
ループのインダクタンスの変化も行なわれる。こ
れによりインピーダンス整合能力が改善される
が、同軸線路の接続後位置調整はもはや可能では
なく、接続部材の最適な位置が見付けられた後そ
れを拘束しなければならない。従つてこの結合装
置は作動中にもはや位置を調整することができな
い。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の結合装置
を、作動期間中同軸線路を介する高周波信号の供
給の際結合度の変化のみならず、インピーダンス
の整合も可能であるように構成することである。

この課題は特許請求の範囲第１項の特徴部分に
記載された構成によつて解決される。

特許請求の範囲第２項から第８項はそれぞれ、
特許請求の範囲第１項の有利な実施例を示してい
る。

特許請求の範囲第１項の特徴部分に記載の構成
によれば、高周波信号が同軸線路を用いて供給さ
れる、空胴共振器に対する結合装置において、
種々異なつたプローブにおける結合ループを用い
た空胴共振器の調整と同時に、空胴共振器の、作
動期間中の供給側高周波線路に対する完全な整合
も行なうことができるという利点が生じる。これ
によつて共振器は高周波源の電力が同じ場合高周
波磁界の一層高い強度で作動することができる。
容量結合の位置の調整によつて供給側線路におけ
る定在波比が著しく低減され、従つて高周波源の
出力効率が著しく高められる。

本発明の結合装置によつて可能となつた、ルー
プのインダクタンスおよび結合の容量の調整の同
方向の変化によつて、種々のプローブによる共振
器の広範囲の負荷を補償することができる。

特許請求の範囲第４項および第６項に記載の、
結合装置の、空胴共振器のケーシングに対する位
置の基本調節によつて、提案された結合装置の、
作動期間中の基本調節も行なわれるので、種々異
なつた一層の広範囲のプローブを同調することが
できる。

実施例の説明 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて
詳細に説明する。

第１図には、電子スピン共鳴測定用円筒空胴共
振器１０が図示されている。空胴共振器１０のカ
バー部に、ねじキヤツプ１１が示されており、こ
のねじキヤツプによつてプローブ１７は図示され
ていないチヤツクを介して共振器軸線に保持され
る。高周波信号は、内部導体１３を使用した同軸
ケーブル１２を介して共振器１０に供給される。
内部導体１３は、ループ１４に移行して、ループ
保持体１５にて終端している。ループ保持体１５
はねじ１６を介して軸線方向に調整移動可能に構
成されている。

第１図に図示の実施例では、空胴共振器１０は
H₀₁₁振動モードによつて励振される。この振動
モードにおいて、磁力線は共振器軸線において延
在し、そこからカバー部を介して半径方向に延
び、共振器１０の周面の近傍において再び軸線方
向において延在し、それからもう１つのカバー部
を介して半径方向において再び共振器軸線に戻つ
て閉じる。その際プローブは共振器軸線、従つて
磁力線の最大のところにある。従つて同軸ケーブ
ル１２からの高周波信号を結合するために、ルー
プ１４は共振器１０のカバー部において扇形に沿
つて配置されているので、ループは上記H₀₁₁振
動モードにおける共振器の磁力線の一部を包含す
る。従つて第１図に図示の共振器を平面で見れ
ば、同軸ケーブル１２の引出し線およびループ保
持体１５は共通の円周上にある。

第２図には、本発明の結合装置が詳しく図示さ
れている。閉鎖部材２０はその下方領域におい
て、共振器のカバー面を形成する共振器キヤツプ
２１を有する。閉鎖部材２０には、プローブ開口
２２が貫通しており、この開口に第１図に図示の
ねじキヤツプ１１がねじ締め結合可能である。閉
鎖部材２０に削成されている斜面に、締付リング
２４が配置されかつそこに例えばねじ締めによつ
て固定されている。締付リング２４の軸線を横断
する方向にねじ２５が設けられている。締付リン
グ２４の軸線において、雌ねじ２７を備えている
金属スリーブ２８が滑動する。雌ねじ２７におい
て、合成樹脂から成るねじ１６が結合されて移動
する。ねじ１６は、軸線方向の袋孔２９を備え、
この孔にも雌ねじ３１が設けられている。雌ねじ
３１に相応の雄ねじを備えたループ保持体１５が
結合されて動く。

第２図から明らかであるように、合成樹脂から
成るねじ１６によつて、共振器１０の金属性閉鎖
部材２０においてループ保持体１５の容量結合が
生じる。ループ保持体１５のねじ込み可能な部分
が合成樹脂ねじ１６ないしこのねじを取り囲む金
属スリーブ２８内に侵入している深さに応じて、
内部電極としてのループ保持体１５と外部電極と
しての金属スリーブ２８とを有するコンデンサ装
置が生じる。この際合成樹脂製ねじ１６は誘電体
として作用する。

２つの雌ねじ２７および３１は本発明の実施例
によれば異なつたピツチで形成されており、その
際有利には雌ねじ３１の方が雌ねじ２７よりも小
さいピツチを有する。ところで合成樹脂製ねじ１
６を適当な工具を用いて回動すると、ねじはスリ
ーブ２８に対して相対的に運動しかつ同時にルー
プ保持体１５とスリーブ２８との間で相対運動が
行なわれる。その理由はループ保持体１５はその
下端部において、そこまでは空間的に固定されて
いるループ１４によつて、ループ保持体１５がそ
の長手軸線を中心に回動できないように、保持さ
れているからである。従つてループ保持体１５は
軸線方向においてしか移動することができず、こ
れにより第１図および第２図から明らかなよう
に、共振器内部に侵入する、ループ１４の面積が
変化する。同時に合成樹脂製ねじ１６の位置が変
化するので、従つて同時に有効ループ面積および
ループ保持体１５とスリーブ２８との間の上記コ
ンデンサ装置のキヤパシタンスが変化する。その
際雌ねじ２７および３１は、キヤパシタンスがル
ープ１４のインダクタンスと同じ方向に変化する
ように構成されている。

第３図に図示の、この装置の等価回路におい
て、Ｚは共振器および結合装置から成る有効な終
端インピーダンスを示す。ループ保持体１５とス
リーブ２８との間のキヤパシタンスはコンデンサ
Ｃによつて図示され、一方ループのインダクタン
スは素子L_Sによつて示されている。空胴共振器１
０は、インダクタンスL_Oおよびそれに並列接続
されているキヤパシタンスC_Oによつて図示され
ている。プローブ１７による負荷によつて、等価
回路においてインピーダンスZ_Pが生じる。

ところでプローブ１７に代わつて別のインピー
ダンスZ_Pを有するプローブを使用すれば、共振器
の基本共振周波数が変化し、その結果線路を精確
に整合するために、要素Ｚおよび有効なループイ
ンダクタンスL_Sを介して相互インダクタンスＭも
変えなければならない。ただしＭはループ１４と
共振器との間の結合を示す。

要素ＣおよびL_Sを同方向に変化する際、前置共
振回路の形式に応じて同調は次のように行なわれ
る。即ち給電導体における電圧定在波比VSWR
が低減され、従つて高周波電源の出力が大部分共
振器に達する。

その際本発明の結合装置を用いた共振器の同調
は２段階において行なうことができる。ある程度
の粗同調を、金属スリーブ２８を締付リング２４
において軸線方向に移動させかつそれからねじ２
５によつて固定するようにして行なう。これによ
り実質的にループ１４の有効面積、即ちループイ
ンダクタンスL_Sのみが変化する。引続く微同調
は、ねじ１６の回動によつて行なわれ、その際既
述のようにねじ１６おびループ保持体１５の、ス
リーブ２８に対する相対運動が生じる。その際同
時にキヤパシタンスＣおよびインダクタンスL_Sが
変化するので、その結果全体として、結合度を変
化することによつて共振器を最適に同調すること
ができる。

これまでH₀₁₁モードの円筒空胴共振器１０に
おける結合について説明したが、勿論これは１例
を述べたのにすぎない。本発明の結合装置は別の
構成の共振器および別の振動モードの共振器に対
しても相応に変形して使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の結合装置の１実施例を備え
ている円筒空胴共振器を一部断面にて示す側面図
であり、第２図は、本発明の結合装置の１実施例
を、第１図に対して垂直方向に切断した断面図で
あり、第３図は本発明により使用される結合装置
に対する電気等価回路図である。 １０……空胴共振器、１２……同軸ケーブル、
１４……ループ、１５……ループ保持体、１６，
２５……ねじ、１７……プローブ、２４……締付
リング、２８……金属スリーブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空胴共振器の金属壁を介して空胴共振器内に
   入り込んだ、結合度および空胴共振器の外部で侵
   入深度に関して調整装置を用いて機械的に調整移
   動可能である、振動モードを励振するための結合
   ループを備え、該結合ループの一端は共振器ケー
   シングに電気的に結合されている、高周波信号を
   空胴共振器に供給する結合装置において、 前記結合ループ１４の他端は、前記空胴共振器
   １０に高周波信号を供給する同軸ケーブル１２の
   延長された内部導体１３であり、 前記結合ループ１４の一端は前記調整装置に接
   続されており、該調整装置は −空胴共振器１０の金属壁に電気的に接続されて
   いる、雌ねじを有する導電性のスリーブ２８を
   有しており、 −雄ねじおよび雌ねじを有する、誘電材料から成
   るねじ１６を有しており、その際ねじ１６の雄
   ねじ２７は前記スリーブ２８の雌ねじに螺合
   し、 −雄ねじを備えた導電性のループ保持体１５を有
   しており、該雄ねじは前記ねじ１６の雌ねじ３
   １にねじ込み可能に螺合し、その際結合ループ
   １４の一端はループ保持体１５に電気的に接続
   されておりかつ調整装置を介して空胴共振器の
   壁に容量結合されていることを特徴とする結合
   装置。 ２ ねじ１６の雌ねじ３１は、空胴共振器側に開
   口している軸方向の袋穴２９においてねじ１６中
   に形成されており、その際軸方向の袋穴２９はル
   ープ保持体が前記雌ねじ３１にねじ込まれると
   き、ループ保持体１５を収容する特許請求の範囲
   第１項記載の結合装置。 ３ ねじ１６の第１のねじ部および第２のねじ部
   はそれぞれ異なつたピツチを有している特許請求
   の範囲第２項記載の結合装置。 ４ 調整装置は全体として空胴共振器のケーシン
   グに対して位置に関して機械的に調整可能である
   特許請求の範囲第２項記載の結合装置。 ５ ねじ１６は第１のねじ部および第２のねじ部
   を用いてスリーブ２８およびループ保持体１５に
   関して無関係に回転可能であり、ループ保持体１
   ５は結合ループ１４の一端に固定接続されており
   かつねじ１６のねじ込み回転によつて回転され
   ず、これによりループ保持体１５はねじの回転に
   よつて空胴共振器１０内に深く侵入または空胴共
   振器から退出するように移動可能である特許請求
   の範囲第３項記載の結合装置。 ６ スリーブ２８は、空胴共振器１０を形成する
   壁に固定された締付け部材２４内に調節可能に保
   持されている特許請求の範囲第４項記載の結合装
   置。 ７ 結合ループ１４は、円筒形空胴共振器１０の
   キヤツプを形成するカバー部２０内に設けられて
   いる特許請求の範囲第１項記載の結合装置。 ８ 空胴共振器１０はH₀₁₁振動モードに励振さ
   れかつ結合ループ１４は共振器軸線を中心にした
   円弧の形で空胴共振器１０の内部に突入する特許
   請求の範囲第７項記載の結合装置。