JPH08210999A - 周波数、特に超高周波ブリッジの周波数を設定および調整する方法と、該方法を使用する装置 - Google Patents
周波数、特に超高周波ブリッジの周波数を設定および調整する方法と、該方法を使用する装置Info
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Abstract
行える、周波数、特に超高周波ブリッジの周波数を設定
および調整する方法、並びに該方法を使用する装置を提
供する。 【解決手段】 主超高周波発生源(1)によって発せら
れる放射周波数(F)を特に含む広域周波数帯を走査す
る副超高周波発生源(10)によって発せられる放射に
共振器(3)を暴露する段階と、共振器(3)によって
反射された放射を表示する段階と、周波数スペクトルに
おいて、周波数(F)と、共振器(3)の共振周波数
(Fr)の相対位置を求める段階と、周波数(Fおよび
Fr)の相対位置に対する、主超高周波発生源(1)に
よって発せられる放射の周波数(F)を変化させること
の効果をリアルタイムにチェックしながら周波数を変化
させる段階とから成る。
Description
常磁性共鳴(EPR)分光の分野における発信機と受信
機との間の同調方法に関し、より詳細には試料の特性の
測定前の機器の調整技術および調整方法に関し、特に電
子常磁性共鳴分光における超高周波ブリッジなど、発信
機/受信機型ユニットの周波数を設定および調整する方
法と、そのような方法を使用する装置とを対象とする。
を、電磁石と測定用共振器内にある超高周波とによって
発生される静的(または永久)磁界に暴露すること、お
よびある状態すなわち試料の共振状態において共振器に
よって反射される超高周波放射を分析することから成
る。
て、共振器によって反射される超高周波放射を検出し分
析する装置は通常、超高周波ブリッジと呼ばれている。
試料を内部に取り付けることのできる永久磁界(磁石の
磁極間隙)内に配設された測定用共振器に放射するよう
に接続された超高周波発生源と、他方では放射の減衰お
よび位相シフト装置と、最後に反射放射の検出手段、同
反射の分析および/または表示手段とで構成される。
振器または試料/共振器ユニットに当て、これらによっ
て反射された放射を取込み前記検出手段に送る、サーキ
ュレータ(circulateur)と呼ばれるモジュ
ールも含む。
ける際に使用するためには、想定される超高周波ブリッ
ジの超高周波発生源を、共振器の共振周波数、すなわち
共振器が入射放射を完全に吸収する周波数(同共振現象
は「ディップ」とも呼ばれる)に合わせ、調整すること
が特に必要である。
の吸収周波数を求め調整を実施するためには、少なくと
も超高周波発生源を用いて、数十MHzの周波数範囲を
素早く走査できなければならない。
ロン・レフレックス」という名称で知られている種類の
ように、充分な周波数範囲に対し電子的に同調が可能な
形式のものであれば、同走査および調整作業は特別な困
難なしに行うことができる。
た範囲しか走査しない超高周波発生源の場合、このよう
な方法を実施することが不可能である。
うちでも、特にガンダイオード発振器などのように高い
信頼性および純度(purete)をもつものがあり、
超高周波ブリッジにおいての使用の頻度が次第に高まっ
てきている。
欠点を解消するため、無線周波数発振器の変調に基く装
置が提案された(特にドイツ特許DE-A-4125592号を参
照)。
調整することは可能であるが、得られる走査幅はあまり
大きくなく、超高周波発生源の周波数の調整時に、周波
数の増加側と減少側のどちらにまず調整を行うべきかを
知ることができない。
業がきわめて微妙できわめて煩わしくなる。
で容易な構体を利用しつつ、前記の既知の装置によって
達成される帯域よりもはるかに広い帯域の走査を実現し
て、前記の欠点を解消することと、素早く、統制がとれ
かつ制御された周波数の調整を実現することを目的とす
る。
め、特に、永久磁界内に配設され、試料を受容するため
の測定用共振器に放射が接続され得た超高周波発生源を
含む超高周波ブリッジの発信機/受信機型のユニットの
周波数設定および調整方法であって、特に主超高周波発
生源によって発生される放射周波数を含む広域周波数帯
を走査する副超高周波発生源によって発せられる放射で
あって共振器に印加する前に主高周波発生源の極度に減
衰させた放射に場合によっては混合させた副超高周波発
生源の放射に共振器を暴露する段階と、共振器によって
反射された放射と場合によっては複合放射とを検出する
段階と、周波数スペクトルにおいて、指示子またはうな
りの形態の主発生源の周波数と、共振周波数による吸収
のピークの形態の、共振器の共振周波数の相対位置を求
めることと、周波数相対位置に対する、主超高周波発生
源によって発せられる放射の周波数を変化させることの
効果をリアルタイムにチェックしながら周波数を変化さ
せる段階と、測定を行うため、共振器の共振周波数に対
する周波数の調整の後、減衰しない方法で主超高周波発
生源によって発せられる放射に、少なくとも1つの試料
/共振器ユニットを暴露する段階とから成る方法を対象
とする。
し、広域放射周波数帯をもつ副超高周波発生源と、調整
作業中、超高周波ブリッジの主超高周波発生源によって
発せられる放射を、副発生源によって発せられる放射
か、副および主発生源からの放射の混合によって形成さ
れる複合放射かに置き換えるための手段であって、主発
生源を著しく減衰する装置と、主発生源の周波数と共振
器の共振周波数の相対位置を求めることができる、共振
器によって反射された放射および場合によっては共振器
に接続された放射の検出、分析および/または表示手段
とを含む、超高周波発生機器と結果として生じる吸収ま
たは反射放射の検出および分析機器の周波数の調整のた
めの装置も対象とする。
限定的例として示した好ましい実施様態に関する以下の
説明を読むことにより、よりよく理解されよう。
的に、超高周波ブリッジは主に、強力で、分光特性に優
れ、周波数同調帯が狭い超高周波発生源1−以後本文書
中では、主発生源と呼ぶ−と、被分析試料5が取り付け
られる磁石4の磁極間隙内に配設された共振器3に超高
周波放射を送るサーキュレータと呼ばれるモジュール2
と、サーキュレータ2によって送られる反射放射を受け
取る検出手段6と、個別にまたは同時に使用され得る、
入射および/または反射放射の表示手段7および分析手
段8とから成る。
な超高周波ブリッジの超高周波発生源の周波数設定およ
び調整方法は、主超高周波発生源1によって発せられる
放射周波数Fを特に含む広域周波数帯を走査する副超高
周波発生源10によって発せられる放射であって共振器
3に印加する前に主高周波発生源1の極度に減衰させた
放射に場合によっては混合させた副超高周波発生源10
の放射に共振器3を暴露する段階と、共振器3によって
反射された放射と場合によっては複合放射とを検出する
段階と、周波数スペクトルにおいて、指示子またはうな
りBの形態の周波数Fと、共振周波数による吸収のピー
クまたは「ディップ」の形態の、前記共振器3の共振周
波数Frの相対位置を求めることと、前記周波数Fおよ
びFrの相対位置に対する、主超高周波発生源1によっ
て発せられる放射の周波数Fを変化させることの効果を
リアルタイムにチェックしながら主超高周波発生源1に
よって発せられる放射の周波数Fを変化させる段階と、
測定を行うため、共振器3の共振周波数Frに対する周
波数Fの調整の後、減衰しない方法で主超高周波発生源
1によって発せられる放射に、少なくとも1つの試料5
/共振器3のユニットを暴露する段階とから成る。
0によって走査される周波数帯の中央に常に主発生源1
の周波数Fが位置するよう、測定段階中、副発生源10
も主発生源1に周波数制御される。
るため、本方法は、共振器3のレベルにおいて反射され
るおよび/または入射する放射の表示装置7を主発生源
1に従属させ、主発生源1の放射の周波数Fが常に、表
示周波数スペクトルのある一定の位置好ましくは中央位
置を占めるようにすることが好ましい。
調整は、共振器3の「ディップ」位置の簡単な目視によ
る調整または、入射放射によって決まる周波数に応じて
共振器3によって反射される放射の出力または振幅を示
す信号を表示する表示手段7の画面上での、共振器3の
「ディップ」または吸収のピークを単に中心に合わせる
だけの操作にまで簡略化される。
Fを共振器3の周波数Frと一致させるため、したがっ
て共振器3の共振モードが種々の共振についてほぼ同一
になるよう、同モードの結合を調整するためにも利用す
ることができよう。
源1か、共振器3か(これは実施が比較的難しいことが
ある)、あるいは両者を調整することにより、影響を加
え変更することができる。
の変形または追加として実施が可能な本発明の特徴によ
れば、著しく減衰された状態で、超高周波ブリッジの主
超高周波発生源1によって発せられる放射と、副超高周
波発生源10によって発せられる放射との重畳によって
形成される複合入射放射が共振器3に印加されること、
および表示手段7において、指示子を形成し主超高周波
発生源1の周波数Fの特徴を示すうなりBであって、主
超高周波発生源1と副超高周波発生源10の周波数の値
が近いときこれら2つの発生源から出される放射の組み
合わせによる混合現象により生じ、反射放射の検出手段
6または入射放射の混合手段15において検出が可能な
うなりの位置を、調整の目的のため、表示される反射お
よび/または入射放射において求めることができる。
ペクトルの一致をみて、複合入射放射に相当する信号は
反射放射に相当する信号に重畳される。
波数が固定されている主超高周波発生源1の放射は、可
変周波数が副超高周波発生源10にとって可能な周波数
範囲であって特に周波数FおよびFrを含む周波数範囲
の全体または少なくとも一部を周期的に走査するような
放射を発生するよう制御された副超高周波発生源10に
よって発せられる減衰されていない放射と混合され、反
射放射および場合によっては入射放射の表示手段7は周
期的走査と同調して作動する。
もち、減衰した状態で主高周波発生源1によってもたら
される周波数F=9.7GHzと、9.6〜9.9GH
z間の周波数の連続走査を行うよう制御された発振器に
よってもたらされる可変周波数放射との重畳または混合
によって生じる複合放射をうける共振器3によって反射
される放射の出力Pを表す信号の例を示すである。
おいて共振器3により入射放射が吸収されていること示
す負のピーク(下向き)となって現れる。他方、主高周
波発生源1の周波数Fは、混合現象により生じ、複合放
射の印加の結果反射される放射の検出手段6(変調ダイ
オードが混合装置として機能する)において検出される
か、あるいは複合放射を構成する重畳放射がきわめて値
の近い周波数をもつとき、混合手段15(ダイオード)
において検出される指示子またはうなりBによって、位
置が決められる。
わせるためには、その後は、うなりBがピークまたは負
の凹み(「ディップ」)と一致するまで主高周波発生源
1の周波数Fを変化させるだけでよい。
15を含む結合回路11とは、特殊なハウジング内にひ
とまとめにして、調整時に取り外せるような方法で超高
周波ブリッジに取り付けることができる。
波発生源1の出力端子に接続された選択モジュール12
を用いて、主高周波発生源1によって発せられる放射
が、表示手段7および/または副高周波発生源10の制
御に使用され、さらに場合によっては、副高周波発生源
10から発せられる放射に、著しい減衰の後に重畳され
るようにするため結合回路11にもたらされるような構
成であって、副高周波発生源10の放射、あるいは場合
によっては複合放射によって生じる放射が共振器3に接
続され共振器によって反射される放射が表示される、調
整に適した第1構成から、主高周波発生源1によって発
せられ共振器3の共振周波数Frと同一の周波数Fをも
つ放射が、単独かつ減衰されることなく、試料5/共振
器3のユニットに印加され、試料5の種々の特性を判定
するため反射された放射が分析される、試料5の特性の
測定および分析に適した第2構成へ、超高周波ブリッジ
を可逆的に移行させるようにすることも可能である。
整モードへの移行および逆方向への移行を素早く行うこ
とができるので、相次いで行う試験中に繰り返し調整を
行う(共振器、試料等の交換)場合、著しく時間が節約
される。
に、前記に記載の方法を使用する装置であって、広域放
射周波数帯をもつ副超高周波発生源10と、調整作業
中、超高周波ブリッジの主超高周波発生源1によって発
生される放射を、副発生源10によって発せられる放射
か、副超高周波発生源10および主発生源1からの放射
の混合によって形成される複合放射かに置き換えるため
の手段11、12であって、主発生源1が著しく減衰さ
れる装置と、主発生源1の周波数Fと(少なくとも1つ
の)共振器3の共振周波数Frの相対位置を求めること
ができる、共振器3によって反射される放射および場合
によっては前記共振器3に接続された放射の検出、分析
および/または表示手段6、7、15とを含む、超高周
波ブリッジの周波数の調整のための装置も対象とする。
0によって走査される周波数帯の中央に常に前記主発生
源1の周波数Fが位置するよう、測定段階中、副発生源
10が主発生源1によって周波数制御され、場合によっ
て使用される表示手段も主発生源1に制御されるのが好
ましい。
よって発生しうる放射周波数の範囲の全体または一部を
周期的に走査することのできる制御手段13に接続され
た、広域帯発振器で構成され、制御手段13も、周波数
スペクトルにおける、主超高周波発生源1の周波数Fと
少なくとも現存の共振器3の共振周波数Frの相対位置
を視覚的に示すことのできる表示手段7を制御すること
ができる。
ジの調整段階においてしか使用されないので、測定およ
び分析に使用する主超高周波発生源1と同じスペクトル
純度、安定性、出力の各性能をもつ必要はなく、したが
ってより低い品質で安価なものとすることができる。
ことができ、その結果、副超高周波発生源10による均
一で周期的な周波数走査を実現することができる。
れば、代替手段は主に、複合放射または副発生源10か
ら発せられる放射を共振器3に印加し、複合放射を混合
することのできる混合手段15を場合によっては含む結
合回路11と、場合によっては、共振器3または試料5
/共振器3のユニットに印加される放射の選択モジュー
ル12とで構成される。
合、同モジュールはトランスファリレーの形態をとるの
が好ましく、共振器3が、副高周波発生源10の放射ま
たは主高周波発生源1と副高周波発生源10の放射の重
畳によって構成される放射に暴露される、超高周波ブリ
ッジの調整に適した第1状態から、試料5/共振器3の
ユニットが、減衰されない状態で、主高周波発生源1に
よって発せられる放射に暴露され、結合回路11と副高
周波発生源10は超高周波ブリッジから隔離される試料
5の特性の測定に適合された第2状態へ可逆的に切り換
えが可能である。
の破線)および測定/分析モード(点A−B/C−D間
の実線)におけるトランスファーリレー12の構成を示
す略図である。
装置は、空洞共振器内に取り付けられたガンダイオード
発振器の形態のときなど、主超高周波発生源1が狭域型
である場合、きわめて有利に使用することができる。
手段11、12(付与されている場合)とが、超高周波
ブリッジ内の超高周波発生源1とサーキュレータ2との
間に直列に取り付けることのできる独立したハウジング
14内に取り付けられるよう製作することが好ましい。
ら別のモードへの移行が単に1回の通信によって実現さ
れるという、測定のための狭域主超高周波発生源の長所
を維持しながら、存在する同調可能な発振器の最大性能
によってのみ制限される広域の周波数帯を調整モードに
おいて発生させ表示させることが可能である。
であり、使用方法も既存の超高周波ブリッジへの設置も
容易であり、空間所要寸法も小さい。
て例示した実施様態に限定されるものではない。特に諸
要素の構成あるいは同等の技術による置換により、本発
明の保護範囲を逸脱せずに様々な変更を加えることが可
能である。
の略図である。
最初における反射放射を図式化した信号例を示す図であ
る。
Claims (13)
- 【請求項1】 永久磁界内に配設され、試料を受容する
ための測定用共振器に放射できるように接続された超高
周波発生源を含む超高周波ブリッジの発信機/受信機型
のユニットの周波数を設定および調整する方法であっ
て、特に主超高周波発生源(1)によって発生される放
射周波数(F)を含む広域周波数帯を走査する副超高周
波発生源(10)によって発生される、共振器(3)に
印加する前に主高周波発生源(1)の極度に減衰させた
放射と場合によっては混合された副高周波発生源の放射
に共振器(3)を暴露する段階と、前記共振器(3)に
よって反射された放射と場合によっては前記複合放射と
を検出する段階と、周波数スペクトルにおいて、指示子
またはうなりの形態の周波数(F)と、共振周波数(F
r)による吸収のピークの形態の、前記共振器(3)の
共振周波数(Fr)の相対位置を求める段階と、前記周
波数(F、Fr)の相対位置に対する、主超高周波発生
源(1)によって発生される放射の周波数(F)を変化
させることの効果をリアルタイムにチェックしながら前
記周波数を変化させる段階と、測定を行うため、前記共
振器(3)の共振周波数(Fr)に対する周波数(F)
の調整の後、主超高周波発生源(1)によって減衰しな
い形で発生される放射に、少なくとも1つの試料(5)
/共振器(3)のユニットを暴露する段階とから成るこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記副発生源(10)によって走査され
る周波数帯の中央に常に前記主発生源(1)の周波数
(F)が位置するよう、測定段階中、前記副発生源(1
0)が前記主発生源(1)に周波数制御されることを特
徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記共振器(3)のレベルにおいて反射
されるおよび/または入射する放射の表示手段(7)を
前記主発生源(1)で制御して、前記主発生源(1)の
放射の周波数(F)が常に、表示周波数スペクトルのあ
る一定の位置、好ましくは中央位置を占めるようにする
ことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記超高周波ブリッジの主超高周波発生
源(1)によって著しく減衰されて発せられる放射と、
副超高周波発生源(10)によって発せられる放射との
重畳によって形成される複合入射放射を前記共振器
(3)に印加する段階と、指示子を形成し、表示手段
(7)において主超高周波発生源(1)の周波数(F)
の特徴を示し、主超高周波発生源(1)と副超高周波発
生源(10)の周波数の値が近いときこれら2つの発生
源から出される放射の組み合わせによる混合現象により
生じ、反射放射の検出手段(6)または入射放射の混合
手段(15)において検出が可能なうなり(B)の位置
を、調整のため、表示される反射および/または入射放
射において求める段階とから成ることを特徴とする請求
項1から3のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項5】 前記可変周波数が、副超高周波発生源
(10)によって発せられうる放射周波数範囲の全体ま
たは少なくとも一部を周期的に走査するような前記副超
高周波発生源(10)を制御することから成ることを特
徴とする方法であって、反射放射および場合によっては
入射放射の表示手段(7)が前記周期的走査と同調して
作動することを特徴とする請求項1から4のいずれか一
項に記載の方法。 - 【請求項6】 前記自己の入力端子の1つにより主高周
波発生源(1)の出力端子に接続された選択モジュール
(12)を用いて、主高周波発生源(1)によって発生
される放射が、表示手段(7)および/または副高周波
発生源(10)の制御に使用され、さらに場合によって
は、副高周波発生源(10)から発生される放射に、著
しい減衰の後に重畳されるようにするため結合回路(1
1)にもたらされるような構成であって、前記副高周波
発生源(10)の放射、あるいは場合によっては前記複
合放射によって生じる放射が共振器(3)に接続され共
振器によって反射される放射が表示される、調整に適し
た第1構成から、主高周波発生源(1)によって発せら
れ共振器(3)の共振周波数(Fr)と同一の周波数
(F)をもつ放射が、単独かつ減衰されることなく、試
料(5)/共振器(3)のユニットに印加され、試料
(5)の種々の特性を判定するため反射された放射が分
析される、試料(5)の特性の測定および分析に適した
第2構成へ、超高周波ブリッジを可逆的に移行させる段
階から成ることを特徴とする請求項1から5のいずれか
一項に記載の方法。 - 【請求項7】 前記請求項1から6のいずれか一項に記
載の方法を使用し、広域放射周波数帯をもつ副超高周波
発生源(10)と、調整作業中、超高周波ブリッジの前
記主超高周波発生源(1)によって発せられる放射を、
前記副発生源(10)によって発生される放射か、前記
副超高周波発生源(10)および前記主発生源(1)か
らの放射の混合によって形成される複合放射かに置き換
えるための手段(11、12)であって、主発生源が著
しく減衰される手段と、主発生源(1)の周波数(F)
と共振器(3)の共振周波数の相対位置を求めることが
できる、共振器(3)によって反射された放射および場
合によっては前記共振器(3)に接続された放射の検
出、分析および/または表示手段(6、7、15)とを
含むことを特徴とする超高周波発生機器と結果として生
じる吸収または反射放射の検出および分析機器の周波数
の調整のための装置。 - 【請求項8】 前記副発生源(10)によって走査され
る周波数帯の中央に常に前記主発生源(1)の周波数
(F)が位置するよう、調整段階中、前記副発生源(1
0)が前記主発生源(1)に周波数制御され、場合によ
って使用される前記表示手段(7)も同じく前記主発生
源(1)に制御されることを特徴とする請求項7に記載
の装置。 - 【請求項9】 前記副超高周波発生源10が、広域帯発
振器によって発生されうる放射周波数の範囲の全体また
は一部を周期的に走査することのできる制御手段(1
3)に接続された、広域帯発振器で構成され、前記制御
手段(13)も、周波数スペクトルにおける、前記主超
高周波発生源(1)の周波数(F)と少なくとも現存の
共振器(3)の共振周波数(Fr)の相対位置を視覚的
に示すことのできる表示手段(7)を制御できることを
特徴とする請求項7または8に記載の方法。 - 【請求項10】 前記代替手段が主に、複合放射または
前記副発生源(10)から発せられる放射を共振器
(3)に印加し、前記複合放射を混合することのできる
混合手段(15)を場合によっては含む結合回路(1
1)と、場合によっては、共振器(3)または試料
(5)/共振器(3)のユニットに印加される放射の選
択モジュール(12)とで構成されることを特徴とする
請求項7から9のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項11】 前記選択モジュール(12)が、共振
器(3)が、前記副高周波発生源(10)の放射または
前記主高周波発生源(1)とは前記副高周波発生源(1
0)の放射の重畳によって構成される放射に暴露され
る、超高周波ブリッジの調整に適した第1状態から、試
料(5)/共振器(3)のユニットが、減衰されない状
態で、前記主高周波発生源(1)によって発せられる放
射に暴露され、前記結合回路(11)と前記副高周波発
生源(10)は超高周波ブリッジから隔離される試料
(5)の特性の測定に適合された第2状態へ可逆的に切
り換えが可能な、トランスファリレーの形態をとること
を特徴とする請求項10に記載の装置。 - 【請求項12】 前記主超高周波発生源(1)が、空洞
共振器内に取り付けられたガンダイオード発振器の形態
をとることを特徴とする請求項7から11のいずれか一
項に記載の方法。 - 【請求項13】 前記副超高周波発生源(10)と代替
手段(11、12)とが、超高周波ブリッジ内に直列に
取り付けることのできる独立したハウジング(14)内
に取り付けられることを特徴とする請求項7から12の
いずれか一項に記載の方法。
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