RU136578U1 - Coherent superheterodyne spectrometer of electron paramagnetic resonance - Google Patents
Coherent superheterodyne spectrometer of electron paramagnetic resonance Download PDFInfo
- Publication number
- RU136578U1 RU136578U1 RU2013116612/28U RU2013116612U RU136578U1 RU 136578 U1 RU136578 U1 RU 136578U1 RU 2013116612/28 U RU2013116612/28 U RU 2013116612/28U RU 2013116612 U RU2013116612 U RU 2013116612U RU 136578 U1 RU136578 U1 RU 136578U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- signal
- frequency
- phase
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
Когерентный супергетеродинный спектрометр электронного парамагнитного резонанса, включающий сигнальный и гетеродинный генераторы СВЧ, два делителя мощности СВЧ, смесители опорного и сигнального каналов, циркулятор с измерительным резонатором и элементом перестройки резонансной частоты измерительного резонатора, измерительный аттенюатор, усилители промежуточной частоты (УПЧ) опорного и сигнального каналов, два фазочастотных дискриминатора с фильтрами на выходах, два синхронных детектора, два фазовращателя ПЧ, опорный генератор и переключатель режимов работ, причем выход измерительного аттенюатора соединен со входом первого делителя мощности СВЧ, один из выходов которого соединен с первым плечом циркулятора, а второй - с сигнальным входом смесителя опорного канала, выход гетеродинного генератора соединен со входом второго делителя мощности, один из выходов которого соединен с гетеродинным входом смесителя опорного канала, а второй - с гетеродинным входом смесителя сигнального канала, второе плечо циркулятора соединено с измерительным резонатором, снабженным элементом перестройки его резонансной частоты, третье плечо циркулятора соединено со входом смесителя сигнального канала, а его выход - со входом УПЧ сигнального канала, выход которого соединен с сигнальными входами первого и второго синхронных детекторов, выход первого фазовращателя соединен с опорным входом одного из синхронных детекторов и со входом второго фазовращателя, выход которого соединен с опорным входом второго синхронного детектора, выход второго фазочастотного дискриминатора соединен с управляющим электродом гетеродинно�Coherent superheterodyne electron paramagnetic resonance spectrometer, including microwave signal and heterodyne generators, two microwave power dividers, reference and signal channel mixers, a circulator with a measuring resonator and an element for tuning the resonant frequency of the measuring resonator, a measuring attenuator, intermediate frequency amplifiers (IF) of the reference and signal channels , two phase-frequency discriminators with filters at the outputs, two synchronous detectors, two IF phase shifters, a reference oscillator, and an operating mode switch, the output of the measuring attenuator connected to the input of the first microwave power divider, one of the outputs of which is connected to the first arm of the circulator, and the second to the signal input of the reference channel mixer, the output of the local oscillator is connected to the input of the second power divider, one of the outputs of which connected to the heterodyne input of the mixer of the reference channel, and the second to the heterodyne input of the mixer of the signal channel, the second arm of the circulator is connected to a measuring resonator equipped with an electric by tuning its resonant frequency, the third arm of the circulator is connected to the input of the signal channel mixer, and its output is connected to the input of the IF signal channel, the output of which is connected to the signal inputs of the first and second synchronous detectors, the output of the first phase shifter is connected to the reference input of one of the synchronous detectors and with the input of the second phase shifter, the output of which is connected to the reference input of the second synchronous detector, the output of the second phase-frequency discriminator is connected to the control electrode heterodyne
Description
Полезная модель относится к технической физике и может быть использована при изготовлении спектрометров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).The utility model relates to technical physics and can be used in the manufacture of electron paramagnetic resonance (EPR) spectrometers.
Известен спектрометр ЭПР (Guy Rogeret al. Use of a digital PLL in an ESR heterodyne spectrometer // T. Phys R: Sci Instrum, 1981, v.14, р.335-338.), содержащий гетеродинный и сигнальный генераторы СВЧ, смесители опорного и сигнального каналов, циркулятор с измерительным резонатором, измерительный аттенюатор. СВЧ-фазовращатель, частотный дискриминатор на основе эталонного высокодобротного резонатора, модуляционную систему автоподстройки частоты сигнального генератора СВЧ, усилители промежуточной частоты (УПЧ) опорного и сигнального каналов, синхронный детектор промежуточной частоты, систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) гетеродинного генератора с высокостабильным опорным источником промежуточной частоты и переключатель режимов работы, причем выход гетеродинного генератора соединен с гетеродинным входом смесителя опорного канала и с фазовращателем, выход которого соединен с гетеродинным входом смесителя сигнального канала, выход сигнального генератора соединен с сигнальным входом смесителя опорного сигнала, входом частотного дискриминатора и входом измерительного аттенюатора, первое плечо циркулятора соединено с выходом измерительного аттенюатора, второе с измерительным резонатором, а третье с сигнальным входом смесителя сигнального канала, выход смесителя сигнального канала соединен с входом УПЧ сигнального канала, а его выход с сигнальным входом синхронного детектора промежуточной частоты, выход смесителя опорного канала соединен с входом системы фазовой автоподстройки гетеродинного генератора СВЧ и с входом УПЧ опорного канала, выход УПЧ опорного канала соединен с опорным входом синхронного детектора промежуточной частоты, вход модуляционной системы автоподстройки частоты через переключатель режимов работы соединен либо с выходом частотного дискриминатора, либо с выходом синхронного детектора промежуточной частоты, а ее выход соединен с управляющим электродом сигнального генератора, выход системы фазовой автоподстройки гетеродинного генератора СВЧ соединен с его управляющим электродом.Known EPR spectrometer (Guy Rogeret al. Use of a digital PLL in an ESR heterodyne spectrometer // T. Phys R: Sci Instrum, 1981, v.14, p. 335-338.), Containing microwave heterodyne and signal generators, mixers reference and signal channels, a circulator with a measuring resonator, a measuring attenuator. A microwave phase shifter, a frequency discriminator based on a reference high-Q resonator, a modulation system for auto-tuning the frequency of the microwave signal generator, intermediate frequency amplifiers (IFA) of the reference and signal channels, a synchronous intermediate frequency detector, a phase-locked loop (PLL) of a heterodyne generator with a highly stable reference source of intermediate frequency and an operating mode switch, wherein the output of the local oscillator is connected to the local oscillator input of the reference mixer ala and with a phase shifter, the output of which is connected to the heterodyne input of the signal channel mixer, the output of the signal generator is connected to the signal input of the reference signal mixer, the input of the frequency discriminator and the input of the measuring attenuator, the first arm of the circulator is connected to the output of the measuring attenuator, the second to the measuring resonator, and the third with the signal input of the signal channel mixer, the output of the signal channel mixer is connected to the input of the IF signal channel, and its output with the signal input syn intermediate frequency detector, the output of the reference channel mixer is connected to the input of the phase-locked loop system of the heterodyne microwave generator and to the input of the IF amplifier of the reference channel, the output of the IF amplifier of the reference channel is connected to the reference input of the intermediate frequency synchronous detector, the input of the frequency-modulation system via the mode switch is connected to either the output of the frequency discriminator, or with the output of a synchronous detector of an intermediate frequency, and its output is connected to the control electrode of the signal generator of yield heterodyne phase locked microwave generator system is connected to its control electrode.
Однако, этот спектрометр сложен в настройке, что связано с необходимостью подбора нужных фазовых соотношений при помощи регулируемого СВЧ-фазовращателя для каждой установки измерительного аттенюатора, обладает недостаточной стабильностью, связанной с независимостью настройки потенциально нестабильных СВЧ-фазовращателя и измерительного аттенюатора; недостаточной разрешающей способностью, что связано с использованием модуляционной системы автоподстройки частоты, снижающей спектральную чистоту СВЧ сигнала, но необходимой при непостоянных фазовых соотношениях, в устройстве для различных установок измерительного аттенюатораHowever, this spectrometer is difficult to configure, which is associated with the need to select the necessary phase relations using an adjustable microwave phase shifter for each installation of the measuring attenuator; it has insufficient stability due to the independence of the tuning of potentially unstable microwave phase shifter and measuring attenuator; insufficient resolution, which is associated with the use of a modulation system of automatic frequency control, which reduces the spectral purity of the microwave signal, but necessary with variable phase ratios, in a device for various settings of the measuring attenuator
Наиболее близким к полезной модели является спектрометр ЭПР (Патент №1739751, МПК6 G01N 24/10, опубл. 10.10.1995), содержащий сигнальный и гетеродинный генераторы СВЧ, измерительный резонатор, смесители опорного и сигнального каналов, циркулятор, измерительный резонатор, УПЧ опорного и сигнального каналов, два фазовых дискриминатора, высокостабильный опорный генератор, два синхронных детектора, два фазовращателя, третий смеситель, третий УПЧ, генератор гармоник, переключатель режимов работы и элемент перестройки резонансной частоты измерительного резонатора, причем УПЧ опорного канала выполнен как нормирующий усилитель- формирователь, фазовращатели имеют фиксированный фазовый сдвиг, выход измерительного аттенюатора соединен со входом первого делителя мощности СВЧ, один из выходов которого соединен с первым плечом циркулятора, а второй - с сигнальным входом смесителя опорного канала, выход гетеродинного генератора соединен со входом второго делителя мощности, один из выходов которого соединен с гетеродинным входом смесителя опорного канала, а второй - с гетеродинным входом смесителя сигнального канала, второе плечо циркулятора соединено с измерительным резонатором, снабженным элементом перестройки его резонансной частоты, третье плечо циркулятора соединено со входом смесителя сигнального канала, а его выход - со входом УПЧ сигнального канала, выход которого соединен с сигнальными входами первого и второго синхронных детекторов, выход первого фазовращателя соединен с опорным входом одного из синхронных детекторов и со входом второго фазовращателя, выход которого соединен с опорным входом второго синхронного детектора, выход второго фазочастотного дискриминатора соединен с управляющим электродом гетеродинного генератора, а переключатель режимов работы выполнен трехпозиционным, в первом и втором положении обеспечивающим соединение управляющего частотой электрода сигнального генератора с выходом первого фазочастотного дискриминатора, а в третьем - с выходом первого синхронного детектора, во втором положении обеспечивающим дополнительное соединение выхода первого синхронного детектора с элементом перестройки резонансной частоты измерительного резонатора, а УПЧ опорного канала выполнен в виде нормирующего усилителя формирователя напряжения, при этом первый и второй фазовращатели ПЧ выполнены с фиксированным фазовым сдвигом и фазовый сдвиг второго составляет ±π/2.Closest to the utility model is an EPR spectrometer (Patent No. 1739751, MPK6 G01N 24/10, publ. 10.10.1995), containing microwave signal and local oscillators, measuring resonator, reference and signal channel mixers, circulator, measuring resonator, reference and signal channels, two phase discriminators, a highly stable reference oscillator, two synchronous detectors, two phase shifters, a third mixer, a third IF amplifier, a harmonic generator, an operating mode switch and an element for tuning the resonant frequency of the measuring a tenator, and the OPC of the reference channel is made as a normalizing amplifier-driver, the phase shifters have a fixed phase shift, the output of the measuring attenuator is connected to the input of the first microwave power divider, one of the outputs of which is connected to the first arm of the circulator, and the second to the signal input of the mixer of the reference channel, the output of the heterodyne generator is connected to the input of the second power divider, one of the outputs of which is connected to the heterodyne input of the mixer of the reference channel, and the second to the heterodyne input of the mixture of the signal channel, the second arm of the circulator is connected to a measuring resonator equipped with an element for tuning its resonant frequency, the third arm of the circulator is connected to the input of the mixer of the signal channel, and its output is connected to the input of the signal amplifier channel, the output of which is connected to the signal inputs of the first and second synchronous detectors , the output of the first phase shifter is connected to the reference input of one of the synchronous detectors and to the input of the second phase shifter, the output of which is connected to the reference input of the second synchronous detector, the output of the second phase-frequency discriminator is connected to the control electrode of the heterodyne generator, and the operating mode switch is made three-position, in the first and second position provides the connection of the frequency control electrode of the signal generator with the output of the first phase-frequency discriminator, and in the third - with the output of the first synchronous detector, in the second position providing an additional connection of the output of the first synchronous detector with the tuning element of the resonant frequency resonator cavity, and the OPC of the reference channel is made in the form of a normalizing amplifier of a voltage driver, while the first and second IF phase shifters are made with a fixed phase shift and the phase shift of the second is ± π / 2.
Недостатки устройства заключаются в том, что в режиме стабилизации частоты сигнального генератора по внешнему (абсолютному) эталону петля ФАПЧ работает с использованием сигнала, полученного смешением сигнала стабилизируемого генератора с одним из сигналов сетки частот, полученных умножением частоты опорного высокостабильного генератора, последующего выделения и усиления разностного сигнала специальным селективным усилителем. Такое решение обладает схемотехнической и конструктивной сложностью, имеет значительные габариты, потребляет заметную мощность и является источником дополнительных фазовых шумов стабилизируемого генератора.The disadvantages of the device are that in the stabilization mode of the signal generator frequency according to an external (absolute) standard, the PLL loop operates using the signal obtained by mixing the signal of the stabilized generator with one of the frequency grid signals obtained by multiplying the frequency of the highly stable reference generator, then isolating and amplifying the difference signal special selective amplifier. Such a solution has circuit and structural complexity, has significant dimensions, consumes noticeable power and is a source of additional phase noise of a stabilized generator.
Другим недостатком устройства является использование как для формирования сетки опорных частот, так и в качестве опорных сигналов в фазовых дискриминаторах и фазочувствительных (синхронных) детекторах сигнала фиксированной частоты опорного высокостабильного генератора, что затрудняет построение петель ФАПЧ с использованием интегрированных микроэлектронных решений.Another disadvantage of the device is the use of both a reference frequency generator and a reference signal in phase discriminators and phase-sensitive (synchronous) signal detectors of a fixed frequency reference highly stable generator, which complicates the construction of PLL loops using integrated microelectronic solutions.
Задачей полезной модели является упрощение устройства, уменьшение его габаритов, потребляемой мощности и стоимости, уменьшение фазовых шумов генератора СВЧ, реализация необходимой функциональности на типовых, серийно выпускаемых микроэлектронных компонентах.The objective of the utility model is to simplify the device, reduce its dimensions, power consumption and cost, reduce the phase noise of the microwave generator, implement the necessary functionality on standard, commercially available microelectronic components.
Поставленная задача достигается за счет того, что когерентный супергетеродинный спектрометр электронного парамагнитного резонанса, включающий сигнальный и гетеродинный генераторы СВЧ, два делителя мощности СВЧ, смесители опорного и сигнального каналов, циркулятор с измерительным резонатором и элементом перестройки резонансной частоты измерительного резонатора, измерительный аттенюатор, усилители промежуточной частоты (УПЧ) опорного и сигнального каналов, два фазочастотных дискриминатора с фильтрами на выходах, два синхронных детектора, два фазовращателя ПЧ, опорный генератор и переключатель режимов работ, причем выход измерительного аттенюатора соединен со входом первого делителя мощности СВЧ, один из выходов которого соединен с первым плечом циркулятора, а второй - с сигнальным входом смесителя опорного канала, выход гетеродинного генератора соединен со входом второго делителя мощности, один из выходов которого соединен с гетеродинным входом смесителя опорного канала, а второй - с гетеродинным входом смесителя сигнального канала, второе плечо циркулятора соединено с измерительным резонатором, снабженным элементом перестройки его резонансной частоты, третье плечо циркулятора соединено со входом смесителя сигнального канала, а его выход - со входом УПЧ сигнального канала, выход которого соединен с сигнальными входами первого и второго синхронных детекторов, выход первого фазовращателя соединен с опорным входом одного из синхронных детекторов и со входом второго фазовращателя, выход которого соединен с опорным входом второго синхронного детектора, выход второго фазочастотного дискриминатора соединен с управляющим электродом гетеродинного генератора, а переключатель режимов работы выполнен трехпозиционным, в первом и втором положении обеспечивающим соединение управляющего частотой электрода сигнального генератора с выходом первого фазочастотного дискриминатора, а в третьем - с выходом первого синхронного детектора, во втором положении обеспечивающим дополнительное соединение выхода первого синхронного детектора с элементом перестройки резонансной частоты измерительного резонатора, а УПЧ опорного канала выполнен в виде нормирующего усилителя формирователя напряжения, при этом первый и второй фазовращатели ПЧ выполнены с фиксированным фазовым сдвигом и фазовый сдвиг второго составляет ±π/2, дополнительно содержит два делителя частоты, устройство синтеза опорных частот, а сигнальный генератор оснащен дополнительным выходом, причем выход опорного генератора соединен со входом устройства синтеза опорных частот, один из выходов которого соединен с опорным входом первого фазочастотного дискриминатора, второй - с опорным входом второго фазочастотного дискриминатора, а третий - со входом первого фазовращателя, а вспомогательный выход сигнального генератора через первый делитель частоты соединен с сигнальным входом первого фазочастотного дискриминатора, вход второго делителя частоты соединен с выходом УПЧ опорного канала, а его выход с опорным входом второго фазочастотного дискриминатора.The problem is achieved due to the fact that the coherent superheterodyne spectrometer of electron paramagnetic resonance, including signal and heterodyne microwave generators, two microwave power dividers, reference and signal channel mixers, a circulator with a measuring resonator and an element for tuning the resonant frequency of the measuring resonator, measuring attenuator, intermediate amplifiers frequency (UPCH) of the reference and signal channels, two phase-frequency discriminators with filters at the outputs, two synchronous det one, two IF phase shifters, a reference generator and a mode switch, the output of the measuring attenuator connected to the input of the first microwave power divider, one of the outputs of which is connected to the first arm of the circulator, and the second to the signal input of the mixer of the reference channel, the output of the local oscillator is connected to the input of the second power divider, one of the outputs of which is connected to the heterodyne input of the mixer of the reference channel, and the second to the heterodyne input of the mixer of the signal channel, the second arm of the circulator ineno with a measuring resonator equipped with an element for tuning its resonant frequency, the third arm of the circulator is connected to the input of the signal channel mixer, and its output is connected to the input of the signal converter channel, the output of which is connected to the signal inputs of the first and second synchronous detectors, the output of the first phase shifter is connected to the reference the input of one of the synchronous detectors and with the input of the second phase shifter, the output of which is connected to the reference input of the second synchronous detector, the output of the second phase-frequency discriminant pa is connected to the control electrode of the local oscillator, and the operating mode switch is three-position, in the first and second position it provides the connection of the frequency control electrode of the signal generator with the output of the first phase-frequency discriminator, and in the third - with the output of the first synchronous detector, in the second position provides an additional output connection the first synchronous detector with the tuning element of the resonant frequency of the measuring resonator, and the OPC reference channel is made in the form of a normalizing voltage driver amplifier, with the first and second IF phase shifters made with a fixed phase shift and the second phase shift of ± π / 2, additionally contains two frequency dividers, a reference frequency synthesis device, and a signal generator equipped with an additional output, and the output of the reference generator connected to the input of the reference frequency synthesis device, one of the outputs of which is connected to the reference input of the first phase-frequency discriminator, the second to the reference input of the second phase-frequency of the first discriminator, and the third with the input of the first phase shifter, and the auxiliary output of the signal generator through the first frequency divider is connected to the signal input of the first phase-frequency discriminator, the input of the second frequency divider is connected to the output of the IF amplifier of the reference channel, and its output with the reference input of the second phase-frequency discriminator.
На чертеже представлена блок-схема когерентного супергетеродинного спектрометра ЭПР.The drawing shows a block diagram of a coherent superheterodyne EPR spectrometer.
Спектрометр содержит сигнальный 1 и гетеродинный 2 генераторы СВЧ, измерительный аттенюатор 3, смеситель 4 опорного и смеситель 5 сигнального каналов, циркулятор 6 с измерительным резонатором 7, УПЧ 8 опорного и УПЧ 9 сигнального каналов, фазочастотные дискриминаторы 10 и 11, делители частоты 12 и 13, синхронные детекторы 14 и 15, фазовращатели 16 и 17, элемент перестройки резонансной частоты измерительного резонатора 18, делители СВЧ мощности 19 и 20, трехпозиционный переключатель 21 режимов работы, устройство синтеза опорных частот 22, опорный генератор 23.The spectrometer contains a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Сигнал с основного выхода сигнального генератора СВЧ 1, электрические колебания которого описываются функцией COS(ωMt), через измерительный аттенюатор 3, дающий набег фазы α, поступает на вход делителя мощности 19. Часть мощности ответвляется на сигнальный вход смесителя 4 опорного канала, достигая его с дополнительным набегом фазы φ1. На опорный вход этого смесителя через делитель мощности 20 подается сигнал гетеродинного СВЧ генератора 2, имеющий вид COS(ωLt+λ+β1), где λ - фаза колебаний на выходе гетеродинного генератора, а β1 -набег фазы на делителе мощности и соединительной линии. Разностный сигнал с выхода смесителя 4 усиливается УПЧ 8 опорного канала, характеризующимся широким динамическим диапазоном и малой зависимостью задержки (набега фазы) от величины входного сигнала и подвергается делению частоты в N2 раз соответствующим делителем частоты 12. Сигнал с выхода делителя частоты 12 подается на сигнальный вход фазочастотного дискриминатора 10,The signal from the main output of the
в виде ,as ,
где δ описывает фазовый набег на пути от выхода смесителя 4 до входа 10.where δ describes the phase incursion from the output of
Петля ФАПЧ по промежуточной частоте замыкается подачей выходного сигнала фазочастотного дискриминатора 10 через фильтр (на схеме не показан для упрощения) на вход гетеродинного генератора 2, управляющий его частотой. На опорный вход фазочастотного дискриминатора 10 подается высокостабильный сигналThe PLL loop at the intermediate frequency is closed by supplying the output signal of the phase-
, ,
где Ω -промежуточная частота (ПЧ), аwhere Ω is the intermediate frequency (IF), and
γ - произвольная начальная фаза, с одного из выходов устройства синтеза опорных частот 22.γ is an arbitrary initial phase, from one of the outputs of the reference
При захвате петли ФАПЧ выполняется условие равенства на входах частотWhen capturing the PLL loop, the equality condition at the frequency inputs
и фазand phases
Основная часть СВЧ мощности сигнального генератора 1 через делитель мощности 19 поступает на первое плечо СВЧ циркулятора 6 и далее на измерительный резонатор 7, присоединенный к плечу 2 циркулятора. Отраженный от резонатора 7 сигнал возвращается в плечо 2 циркулятора и далее поступает в его плечо 3, соединенное с сигнальным входом смесителя 5 сигнального канала. Сигнал на этом входе описывается функциейThe main part of the microwave power of the
Г'cos(ωMt+α+φ2)+Г''sin(ωMt+α+φ2),Г'cos (ω M t + α + φ2) + Г''sin (ω M t + α + φ2),
где Г' - вещественная часть комплексного коэффициента отражения резонатора 7, зависящая от сигнала поглощения ЭПР,where G 'is the real part of the complex reflection coefficient of the
Г" - мнимая часть, зависящая от сигнала дисперсии ЭПР и расстройки резонатора относительно частоты падающей волны,G "- the imaginary part, depending on the dispersion signal of the EPR and the detuning of the resonator relative to the frequency of the incident wave,
φ2 - набег фазы СВЧ волны от входа делителя мощности 19 до входа смесителя 5.φ2 is the phase advance of the microwave wave from the input of the
С выхода смесителя 5 разностный сигнал поступает на вход УПЧ 9 сигнального канала и далее - на сигнальные входы синхронных детекторов 14 и 15 в видеFrom the output of the
где 77 означает набег фазы от выхода смесителя 5 до входов синхронных детекторов 14 и 15.where 77 means the phase advance from the output of the
В условиях захвата петли ФАПЧ по промежуточной частоте действуют соотношения (1) и (2) для частот и фаз, что приводит к тому, что сигнал (3) приобретает видUnder conditions of capturing the PLL loop at an intermediate frequency, relations (1) and (2) apply for frequencies and phases, which leads to the fact that signal (3) takes the form
Таким образом, полученный сигнал на промежуточной частоте Ω содержит две квадратурные компоненты, одна из которых пропорциональнаThus, the received signal at the intermediate frequency Ω contains two quadrature components, one of which is proportional
Г', т.е.- сигналу поглощения ЭПР, а вторая Г", т.е. - сигналу дисперсии и расстройки измерительного резонатора.G ', i.e., the EPR absorption signal, and the second Г ", i.e., the dispersion and detuning signal of the measuring resonator.
Высокостабильный опорный сигнал cos(Ωt)с одного из выходов устройства синтеза опорных частот 22 подается на вход фазовращателя 17, дающего фазовый набег в. Сигнал с выхода фазовращателя 17 cos(Ωt+θ) поступает на опорный вход смесителя 14 и на второй фазовращатель 16, поворачивающий фазу на ±π/2. Так, взяв, для определенности, сдвиг -π/2, получим на выходе фазовращателя 16, соединенного с опорным входом смесителя 15, sin(Ωt+θ). В результате смешения и выделения разностной частоты получим на выходе 15A highly stable reference signal cos (Ωt) from one of the outputs of the reference
и на выходе 14and
Фазовый угол, входящий в тригонометрические функции (5) и (6), не содержит существенно переменной величины а, зависящей от установки измерительного аттенюатора 3, а определяется только постоянными фазовыми сдвигами в различных цепях устройства. Таким образом, задав сдвиг фазы в фазовращателя 17 так, чтобы фазовый угол (γ-δ)N2-β1+φ1+β2-β2+η-θ был равен π/2 или 3π/2, получаем на выходе 15 чистый сигнал поглощения, а на выходе 14 - сигнал, пропорциональный дисперсии и расстройке измерительного резонатора независимо от частоты измерительного генератора 1, его расстройки относительно резонансной частоты измерительного резонатора 7 и уровня мощности. Опорным сигналом для работы устройства синтеза опорных частот 22 является выходной сигнал высокостабильного опорного генератора 23 на удобной для работы 22 частоте.The phase angle included in the trigonometric functions (5) and (6) does not contain a substantially variable quantity a, depending on the installation of the
В устройстве предусмотрены три режима стабилизации частоты измерительного генератора 1 и резонансной частоты измерительного резонатора 7. Для абсолютной стабилизации (стабилизации по высокостабильному эталону) частоты сигнального генератора используется вспомогательный выход частоты сигнального генератора 1. В случае его отсутствия он без труда может быть создан путем включения направленного ответвителя на основной (единственный) выход генератора. Сигнал СВЧ со вспомогательного выхода подвергается делению делителем частоты 13 в N1 раз до частоты, удобной для сравнения на фазочастотном дискриминаторе 11 и поступает на его сигнальный вход в виде . На опорный вход этого дискриминатора подается высокостабильный сигнал с одного из выходов устройства синтеза опорных частот 22 вида , где ωM0- номинальная частота измерительного генератора. В положении «1» переключателя рода работ 21 петля ФАПЧ по частоте сигнального генератора замыкается путем подачи сигнала отработки с выхода 11 через соответствующий фильтр (для простоты не показан) на электрод, управляющий частотой 1. Частота сигнального генератора 1 стабилизируется на значении ωM0, что позволяет провести подстройку резонансной частотыThe device has three modes for stabilizing the frequency of the
измерительного резонатора 7 до совпадения с ωM0. В положении «2» переключателя рода работ 21 сигнал с выхода синхронного детектора 14 в соответствующей фазе подается на элемент перестройки резонансной частоты 18 измерительного резонатора 7 для автоматической подстройки его резонансной частоты под стабилизированный сигнальный генератор 1. Наконец, в третьем положении 21 сигнал с выхода синхронного детектора 14 используется для подстройки частоты генерации 1 под мгновенное значение резонансной частоты измерительного резонатора 7, для чего он в соответствующей фазе подается на управляющий частотой электрод 1.measuring
Таким образом, функционирование спектрометра, в том числе, выделение чистых сигналов поглощения и дисперсии обеспечивается при использовании стандартной, коммерчески доступной элементной базы (делители частоты, синтезаторы частоты с фазочастотными дискриминаторами), что обеспечивает уменьшение габаритов, потребляемой мощности и цены устройства, повышает его технологичность и надежность, уменьшает фазовый шум.Thus, the operation of the spectrometer, including the isolation of pure absorption and dispersion signals, is ensured by using a standard, commercially available element base (frequency dividers, frequency synthesizers with phase-frequency discriminators), which reduces the dimensions, power consumption and price of the device, increases its manufacturability and reliability, reduces phase noise.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013116612/28U RU136578U1 (en) | 2013-04-11 | 2013-04-11 | Coherent superheterodyne spectrometer of electron paramagnetic resonance |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013116612/28U RU136578U1 (en) | 2013-04-11 | 2013-04-11 | Coherent superheterodyne spectrometer of electron paramagnetic resonance |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU136578U1 true RU136578U1 (en) | 2014-01-10 |
Family
ID=49885826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013116612/28U RU136578U1 (en) | 2013-04-11 | 2013-04-11 | Coherent superheterodyne spectrometer of electron paramagnetic resonance |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU136578U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2579766C1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Coherent superheterodyne electron paramagnetic resonance spectrometer |
RU2756168C1 (en) * | 2020-12-29 | 2021-09-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук (НИОХ СО РАН) | Bridge of x - and q - band pulsed epr spectrometer based on digital microwave synthesizer and semiconductor power amplifier |
-
2013
- 2013-04-11 RU RU2013116612/28U patent/RU136578U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2579766C1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Coherent superheterodyne electron paramagnetic resonance spectrometer |
EA028361B1 (en) * | 2014-11-25 | 2017-11-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Coherent superheterodyne electron paramagnetic resonance spectrometer |
RU2756168C1 (en) * | 2020-12-29 | 2021-09-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук (НИОХ СО РАН) | Bridge of x - and q - band pulsed epr spectrometer based on digital microwave synthesizer and semiconductor power amplifier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105187059B (en) | A kind of broadband Low phase noise local frequency combiner circuit and method | |
JP3030598B2 (en) | Jitter detector | |
US8258877B2 (en) | Feed-back and feed-forward systems and methods to reduce oscillator phase-noise | |
Chambon et al. | Design and realization of a flywheel oscillator for advanced time and frequency metrology | |
CN103684611B (en) | The millimeter wave of a kind of phase stabilization generates system | |
CN108768539B (en) | Photon type microwave frequency-halving method and photon type microwave frequency-halving device | |
CN106067815B (en) | Frequency synthesizer based on DDS and fractional frequency division phase-locked loop | |
François et al. | Simple-design ultra-low phase noise microwave frequency synthesizers for high-performing Cs and Rb vapor-cell atomic clocks | |
JP2004522145A (en) | Method and apparatus for frequency synthesis in rangefinder and rangefinder | |
Francois et al. | A low phase noise microwave frequency synthesis for a high-performance cesium vapor cell atomic clock | |
RU136578U1 (en) | Coherent superheterodyne spectrometer of electron paramagnetic resonance | |
RU2548293C2 (en) | Coherent superheterodyne electron paramagnetic resonance spectrometer | |
CN114371582A (en) | Optical phase-locked loop device | |
Fancher et al. | A self-locking Rydberg atom electric field sensor | |
US6519305B1 (en) | Frequency converter arrangement | |
De Sousa et al. | A reconfigurable high-frequency phase-locked loop | |
CN110061406B (en) | Photon type microwave frequency divider with multiple frequency division modes and frequency division method thereof | |
RU2554551C2 (en) | Method for flexible broadband frequency conversion and corresponding satellite remote control receiver | |
RU2569485C2 (en) | Coherent superheterodyne electron paramagnetic resonance spectrometer | |
KR101298621B1 (en) | Fmcw synthesizer and control method thereof | |
RU2579766C1 (en) | Coherent superheterodyne electron paramagnetic resonance spectrometer | |
JPS5994076A (en) | Spectrum analyser | |
US2632865A (en) | Circular sweep circuit | |
Khudchenko et al. | Cryogenic phase detector for superconducting integrated receiver | |
RU152736U1 (en) | Coherent superheterodyne spectrometer of electron paramagnetic resonance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MG1K | Anticipatory lapse of a utility model patent in case of granting an identical utility model |
Ref document number: 2013116713 Country of ref document: RU Effective date: 20150420 |