(57)【要約】【課題】位相を切り換えてもマイクロ波の出力レベルが変化しないようなパルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置用マイクロ波移相器を提供する。【解決手段】発振器から共振器に向けて延びるマイクロ波線路の途中に挿入されたサーキュレータを介してマイクロ波線路に接続されたスイッチと、該スイッチに入力端を接続された移相器と、該移相器の出力端に設けられた反射板とを備えた電子スピン共鳴装置のマイクロ波移相器であって、前記発振器から発振されるマイクロ波を前記サーキュレータと前記スイッチを介して前記入力端から前記移相器に導入し、前記反射板によって反射されたマイクロ波を前記入力端から前記スイッチと前記サーキュレータを介して取り出す際に、前記反射板と前記移相器との間に減衰器を設置した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振器から共振器に向けて延びるマイクロ波線路の途中に挿入されたサーキュレータを介してマイクロ波線路に接続されたスイッチと、
該スイッチに入力端を接続された移相器と、
該移相器の出力端に設けられた反射板と
を備えた電子スピン共鳴装置のマイクロ波移相器であって、
前記発振器から発振されるマイクロ波を前記サーキュレータと前記スイッチを介して前記入力端から前記移相器に導入し、前記反射板によって反射されたマイクロ波を前記入力端から前記スイッチと前記サーキュレータを介して取り出す際に、前記反射板と前記移相器との間に減衰器を設置したことを特徴とする電子スピン共鳴装置のマイクロ波移相器。
【請求項２】
前記スイッチはＳＰ４Ｔスイッチであり、前記移相器は、そのＳＰ４Ｔスイッチの３端子に別々に接続されたマイクロ波の位相を９０°移相させる移相器、１８０°移相させる移相器、２７０°移相させる移相器の３つであることを特徴とする請求項１記載の電子スピン共鳴装置のマイクロ波移相器。
【請求項３】
前記サーキュレータは２台直列に接続されており、前記スイッチはそのサーキュレータに別々に接続された２つのＳＰＤＴスイッチであり、前記移相器は、その２つのＳＰＤＴスイッチに別々に接続されたマイクロ波の位相を９０°移相させる移相器と１８０°移相させる移相器の２つであり、前記２つのＳＰＤＴスイッチのＯＮ／ＯＦＦの組み合わせにより０°、９０°、１８０°、２７０°の４位相を作ることを特徴とする請求項１記載の電子スピン共鳴装置のマイクロ波移相器。
【請求項４】
前記電子スピン共鳴装置は、パルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置であることを特徴とする請求項１、２、または３記載の電子スピン共鳴装置のマイクロ波移相器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子スピン共鳴装置、特にパルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置に用いて好適なマイクロ波の位相を変化させるマイクロ波移相器に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置においては、静磁場中に配置されたスピン系に観測用マイクロ波パルス磁場を照射し、照射後、該マイクロ波パルス磁場により励起されたスピン系から放出される応答信号（自由誘導減衰信号、ＦＩＤ信号）を検出器により検出し、得られた検出信号をデジタル信号に変換した後、フーリエ変換して電子スピン共鳴スペクトルを得ている。
【０００３】
パルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置のマイクロ波系は、一般に、図１のように構成されている。まず、発振器１から発生したマイクロ波は、方向性結合器２を介して、第１の切り替え器３に至る。マイクロ波は、そこで第１の切り替え器３を通ってパルス整形回路４に入り、所望のパルス幅、所望の位相、および、所望の振幅に整形されて、第２の切り替え器５を通ってサーキュレータ６に送られ、磁極対（Ｎ、Ｓ）の間隙に配置された共振器７に照射される。共振器７の内部には、電子スピン共鳴を測定するための試料が設置されている。
【０００４】
照射後、マイクロ波パルス磁場により励起された試料から放出される応答信号は、サーキュレータ６を通ってミキサ８に送られる。一方、方向性結合器２により分配されたマイクロ波も、位相器９を介して位相を調整された後、参照信号としてミキサ８に送られる。ミキサ８では、応答信号と参照信号を混合することにより、試料の電子スピン共鳴信号を得ている。
【０００５】
尚、説明を省略したが、当然のことながら、マイクロ波線路の途中には、必要に応じて、適宜増幅器や減衰器が設けられ、マイクロ波の出力が適切な値に調整される。
【０００６】
また、パルス波ではなく、定常波で電子スピン共鳴の測定を行ないたい場合は、第１の切り替え器３と第２の切り替え器５でパルス整形回路４をスキップさせることにより、容易に測定が可能となる。
【０００７】
このような構成において、試料に照射するマイクロ波パルスの位相を制御するために、方向性結合器２と第１の切り替え器３との間に移相器を挿入することが望まれている。図２は、このような目的のために用いられる移相器の一例を示したものである。
【０００８】
図２において、１１は例えばＰＩＮダイオードを用いたマイクロ波４方向切り替えスイッチ（ＳＰ４Ｔスイッチ）、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄはそれぞれ、ＳＰ４Ｔスイッチ１１に設けられた４つの切り替え端子である。１２ｂ、１２ｃ、１２ｄはそれぞれ、９０°、１８０°、２７０°の位相にマイクロ波を変化させるような長さに調節された可変長同軸管である。１３ｂ、１３ｃ、１３ｄはそれぞれ、可変長同軸管１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのマイクロ波の出力端に設けられた反射板である。尚、１３ａは可変長同軸管を介さず、直接ＳＰ４Ｔスイッチ１１の端子１１ａに接続される反射板である。
【０００９】
このような構成の移相器は、サーキュレータ１４を介して、発振器から共振器に向けて延びるマイクロ波線路の途中に接続される。
【００１０】
尚、図２に示した例は、ＳＰ４Ｔスイッチを用いた４つの位相の切り替えが行なえる移相器であるが、マイクロ波２方向切り替えスイッチ（ＳＰＤＴスイッチ）やマイクロ波３方向切り替えスイッチ（ＳＰ３Ｔスイッチ）を用いて、２つの位相あるいは３つの位相の切り替えが行なえる移相器を構成することも可能である。
【００１１】
【特許文献１】特開平５−６６２５２号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、従来の移相器の問題点は、マイクロ波の経路に可変長同軸管を挿入して長さを設定し、スイッチで切り換えて位相を変えているので、切り換えられる経路毎にマイクロ波の経路の長さが異なってくることである。マイクロ波の経路が長くなると、マイクロ波の通過ロスもまた大きくなる。そうすると、移相器を経由したことによってマイクロ波の出力レベルが変化して、パルスシーケンスを試料に印加する際に、意図したマイクロ波強度のパルスが印加されず、正確な測定ができなくなってしまう。
【００１３】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、位相を切り換えてもマイクロ波の出力レベルが変化しないようなパルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置用マイクロ波移相器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的を達成するため、本発明にかかる電子スピン共鳴装置のマイクロ波移相器は、
発振器から共振器に向けて延びるマイクロ波線路の途中に挿入されたサーキュレータを介してマイクロ波線路に接続されたスイッチと、
該スイッチに入力端を接続された移相器と、
該移相器の出力端に設けられた反射板と
を備えた電子スピン共鳴装置のマイクロ波移相器であって、
前記発振器から発振されるマイクロ波を前記サーキュレータと前記スイッチを介して前記入力端から前記移相器に導入し、前記反射板によって反射されたマイクロ波を前記入力端から前記スイッチと前記サーキュレータを介して取り出す際に、前記反射板と前記移相器との間に減衰器を設置したことを特徴としている。
【００１５】
また、前記スイッチはＳＰ４Ｔスイッチであり、前記移相器は、そのＳＰ４Ｔスイッチの３端子に別々に接続されたマイクロ波の位相を９０°移相させる移相器、１８０°移相させる移相器、２７０°移相させる移相器の３つであることを特徴としている。
【００１６】
また、前記サーキュレータは２台直列に接続されており、前記スイッチはそのサーキュレータに別々に接続された２つのＳＰＤＴスイッチであり、前記移相器は、その２つのＳＰＤＴスイッチに別々に接続されたマイクロ波の位相を９０°移相させる移相器と１８０°移相させる移相器の２つであり、前記２つのＳＰＤＴスイッチのＯＮ／ＯＦＦの組み合わせにより０°、９０°、１８０°、２７０°の４位相を作ることを特徴としている。
【００１７】
また、前記電子スピン共鳴装置は、パルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる電子スピン共鳴装置のマイクロ波移相器によれば、
発振器から共振器に向けて延びるマイクロ波線路の途中に挿入されたサーキュレータを介してマイクロ波線路に接続されたスイッチと、
該スイッチに入力端を接続された移相器と、
該移相器の出力端に設けられた反射板と
を備えた電子スピン共鳴装置のマイクロ波移相器であって、
前記発振器から発振されるマイクロ波を前記サーキュレータと前記スイッチを介して前記入力端から前記移相器に導入し、前記反射板によって反射されたマイクロ波を前記入力端から前記スイッチと前記サーキュレータを介して取り出す際に、前記反射板と前記移相器との間に減衰器を設置したので、
位相を切り換えてもマイクロ波の出力レベルが変化しないようなパルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置用マイクロ波移相器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２０】
図３は、本発明にかかるパルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置用マイクロ波移相器の一実施例である。図３の装置と図２で示した装置との違いは、減衰器１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが追加された点である。
【００２１】
図示しないマイクロ波発振器で発生したマイクロ波は、サーキュレータ１４を介してスイッチ１１に導入され、選択された経路をたどり、反射板（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのいずれか）で全反射して、同じ経路を戻り、再びサーキュレータ１４を介して図示しない共振器に送られる。この流れは従来と同じである。
【００２２】
例えばＳＰ４Ｔスイッチの「ｅ」と「ａ」の間がＯＮの状態のとき、Ａ→Ｂ→Ｃ→減衰器１５ａ→反射板１３ａ→減衰器１５ａ→Ｃ’→Ｂ’→Ｇという経路となり、「ｅ」と「ｂ」の間がＯＮの状態のとき、Ａ→Ｂ→Ｄ→減衰器１５ｂ→反射板１３ｂ→減衰器１５ｂ→Ｄ’→Ｂ’→Ｇという経路となる。他も同様である。
【００２３】
ところで「ｅ」と「ａ」の間がＯＮのときが最も経路が短いためマイクロ波のロスが最も小さい。逆に、「ｅ」と「ｄ」の間がＯＮのときが最も経路が長いためマイクロ波のロスが最も大きい。そこで、「ｅ」と「ｄ」の間がＯＮのときを基準にして、「ｅ」と「ａ」の間がＯＮのときのマイクロ波出力が「ｅ」と「ｄ」の間がＯＮのときのマイクロ波出力と同じ出力になるように、減衰器１５ａの減衰量を設定する。「ｅ」と「ｂ」の間がＯＮのとき、「ｅ」と「ｃ」の間がＯＮのときも、「ｅ」と「ｄ」の間がＯＮのときを基準にして、同様の方法で減衰器１５ｂ、１５ｃの減衰量を設定する。
【００２４】
このようにして減衰器１５ａ、１５ｂ、１５ｃの減衰量を設定してやれば、どの可変長同軸管が選択されても、マイクロ波の出力レベルは常に一定になる。
【００２５】
減衰器１５ｄの減衰量は、マイクロ波の出力レベルを変更したい場合に使用する。
【００２６】
尚、減衰量が最も大きいＦとＦ’の経路は基準出力レベルになるので、図３の減衰器１５ｄを省略しても良い。
【００２７】
この回路で、それぞれの減衰器の減衰量は以下の通りになる。
【００２８】
減衰器１５ａの減衰量
＝可変長同軸管１２ｄのロス＋減衰器５ｄの減衰量
減衰器１５ｂの減衰量
＝可変長同軸管１２ｄのロス＋減衰器５ｄの減衰量−可変長同軸管１２ｂのロス
減衰器１５ｃの減衰量
＝可変長同軸管１２ｄのロス＋減衰器５ｄの減衰量−可変長同軸管１２ｃのロス
【実施例２】
【００２９】
図４は、本発明にかかる別の実施例である。実施例１では、ＳＰ４Ｔスイッチで０°、９０°、１８０°、２７０°の４位相を作っていたが、これを２つのＳＰＤＴスイッチで行なわせることもできる。すなわち、本実施例では、サーキュレータ２１、２６が２台直列に接続されており、スイッチはそのサーキュレータ２１、２６に別々に接続された２つのＳＰＤＴスイッチ２２、２７であり、移相器は、その２つのＳＰＤＴスイッチ２２、２７に別々に接続されたマイクロ波の位相を９０°移相させる可変長同軸管２４ａと１８０°移相させる可変長同軸管２４ｂの２つであり、前記２つのＳＰＤＴスイッチのＯＮ／ＯＦＦの組み合わせにより０°、９０°、１８０°、２７０°の４位相を作る。図４では、ＳＰＤＴスイッチ２２側に９０°の可変長同軸管２４ａ、ＳＰＤＴスイッチ２７側に１８０°の可変長同軸管２４ｂが接続されているが、これは逆であっても良い。
【００３０】
本実施例の場合、０°の位相にするときは、ＳＰＤＴスイッチ２２をａ−１、ＳＰＤＴスイッチ２７をｂ−１に設定する。また、９０°の位相にするときは、ＳＰＤＴスイッチ２２をａ−２、ＳＰＤＴスイッチ２７をｂ−１に設定する。また、１８０°の位相にするときは、ＳＰＤＴスイッチ２２をａ−１、ＳＰＤＴスイッチ２７をｂ−２１に設定する。また、２７０°の位相にするときは、ＳＰＤＴスイッチ２２をａ−２、ＳＰＤＴスイッチ２７をｂ−２に設定する。
【００３１】
この回路の場合、最大通過ロスは２７０°に設定したときになる。マイクロ波の流れは、Ａ→Ｂ→Ｄ→反射板２３ｂ→Ｄ’→Ｂ’→Ｅ→Ｆ→Ｈ→反射板２３ｄ→Ｈ’→Ｆ’→Ｊである。そこで、減衰器２５の減衰量を可変長同軸管２４ａの通過ロス分、減衰器２８の減衰量を可変長同軸管２４ｂの通過ロス分と同じになるように設定してやれば、どの位相を選択しても、マイクロ波の出力レベルを常に一定にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
パルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置に広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のパルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置の基本構成を示す図である。
【図２】従来のパルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置用マイクロ波移相器の一例を示す図である。
【図３】本発明にかかるパルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置用マイクロ波移相器の一実施例を示す図である。
【図４】本発明にかかるパルスフーリエ変換電子スピン共鳴装置用マイクロ波移相器の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：発振器、２：方向性結合器、３：第１の切り替え器、４：パルス整形器、５：第２の切り替え器、６：サーキュレータ、７：共振器、８：ミキサ、９：位相器、１０：電子スピン共鳴信号、１１：ＳＰ４Ｔスイッチ、１１ａ：切り替え端子、１１ｂ：切り替え端子、１１ｃ：切り替え端子、１１ｄ：切り替え端子、１２ａ：可変長同軸管、１２ｂ：可変長同軸管、１２ｃ：可変長同軸管、１２ｄ：可変長同軸管、１３ａ：反射板、１３ｂ：反射板、１３ｃ：反射板、１３ｄ：反射板、１４：サーキュレータ、２１：サーキュレータ、２２：ＳＰＤＴスイッチ、２３ａ：可変長同軸管、２３ｂ：可変長同軸管、２３ｃ：可変長同軸管、２３ｄ：可変長同軸管、２４ａ：可変長同軸管、２４ｂ：可変長同軸管、２５：減衰器、２６：サーキュレータ、２７：ＳＰＤＴスイッチ、２８：減衰器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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