(57)【要約】【課題】高速度のスイッチングが可能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ＳＰＳＴスイッチと、該ＳＰＳＴ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ＳＰＳＴ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ＳＰＳＴスイッチと前記サーキュレータを介して取り出すようにした。【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ＳＰＳＴスイッチと、
該ＳＰＳＴ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ＳＰＳＴ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ＳＰＳＴスイッチと前記サーキュレータを介して取り出す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】
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直列に挿入された複数個のサーキュレータを介してマイクロ波線路に接続された複数個のＳＰＳＴスイッチと、
該ＳＰＳＴスイッチに入力端を接続された複数個の移相器と、
該移相器の出力端に設けられた複数個の反射板と
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ＳＰＳＴ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ＳＰＳＴスイッチと前記サーキュレータを介して取り出す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３】
前記複数個の移相器は、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ＳＰＳＴ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２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、ＳＰＤＴスイッチ、ＳＰ３Ｔスイッチ、ＳＰ４Ｔスイッチなどを用いた移相器の問題点は、スイッチの動作時間が長く、位相の切り替えに１００ｎｓ以上の時間が必要になることであった。そのため、高速度でマイクロ波の経路の切り替えができないこれらのスイッチを使用する場合、切り替えの際に所定の待ち時間を設ける必要があった。
【００１３】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、切り替え時間が２０ｎｓ以下でも正常に動作するような、高速度のスイッチングが可能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ＳＰＳＴスイッチと、
該ＳＰＳＴ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ＳＰＳＴ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ＳＰＳＴスイッチと前記サーキュレータを介して取り出すことを特徴としている。
【００１５】
また、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直列に挿入された複数個のサーキュレータを介してマイクロ波線路に接続された複数個のＳＰＳＴスイッチと、
該ＳＰＳＴスイッチに入力端を接続された複数個の移相器と、
該移相器の出力端に設けられた複数個の反射板と
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ＳＰＳＴ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ＳＰＳＴスイッチと前記サーキュレータを介して取り出すことを特徴としている。
【００１６】
また、前記複数個の移相器は、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ＳＰＳＴ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ＳＰＳＴスイッチと、
該ＳＰＳＴ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ＳＰＳＴ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ＳＰＳＴスイッチと前記サーキュレータを介して取り出すようにしたので、
切り替え時間が２０ｎｓ以下でも正常に動作するような、高速度のスイッチングが可能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の装置では、図２で示したような動作速度の遅いＳＰ４Ｔスイッチを使用せず、動作速度が２０ｎｓ以下ときわめて速いＳＰＳＴスイッチを採用している。
【００２１】
図３において、２１は図示しない発振器から図示しない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、また２２はサーキュレータ２１を介してマイクロ波線路に接続された、例えばＰＩＮダイオードを用いたマイクロ波ＯＮ／ＯＦＦ切り替えスイッチ（ＳＰＳＴスイッチ）である。サーキュレータ２１の役割は、入射するマイクロ波を一定方向に回すことである。２３は所定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。２４は可変長同軸管２３のマイクロ波の出力端に設けられた反射板である。
【００２２】
マイクロ波が通過していく順序は、ＳＰＳＴスイッチがＯＦＦの状態のときは、マイクロ波がＳＰＳＴスイッチで反射されるため、Ａ→Ｂ→Ｅ→Ｆとなる。また、ＳＰＳＴスイッチがＯＮの状態のときは、マイクロ波がＳＰＳＴスイッチを通過するため、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆとなる。
【００２３】
ＳＰＳＴスイッチがＯＦＦの状態からＯＮの状態になると、Ｃ＋Ｄの経路長分だけマイクロ波の経路が長くなるので、ＳＰＳＴスイッチをＯＦＦからＯＮに切り替えることで、マイクロ波の位相を変化させることができる。
【００２４】
可変長同軸管によりＣ＋Ｄの経路長を調節すれば、Ａ→Ｂ→Ｅ→Ｆの経路のときと、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆの経路のときとで、マイクロ波の位相を０°から９０°、あるいは０°から１８０°の差をつけた状態にすることができる。
【実施例２】
【００２５】
図４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別の実施例である。図４の装置では、サーキュレータと動作速度の速いＳＰＳＴスイッチを各２個ずつ採用している。
【００２６】
図４において、３１と３２は図示しない発振器から図示しない共振器に向けて延びるマイクロ波線路に挿入されたサーキュレータ、また３３と３４はサーキュレータ３１と３２を介してマイクロ波線路に接続された、例えばＰＩＮダイオードを用いたマイクロ波ＯＮ／ＯＦＦ切り替えスイッチ（ＳＰＳＴスイッチ）である。サーキュレータ３１、３２の役割は、入射するマイクロ波を一定方向に回すことである。３５と３６は所定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。３７は可変長同軸管３５のマイクロ波の出力端に設けられた反射板、３８は可変長同軸管３６のマイクロ波の出力端に設けられた反射板である。
【００２７】
サーキュレータ３１、３２は、接続用コネクタ３９でマイクロ波線路の途中に直列に挿入されている。そして、サーキュレータ３１、３２を介してマイクロ波線路に接続されたＳＰＳＴスイッチ３３、３４は、それぞれ独立にＯＮ／ＯＦＦの切り替えができる構成になっている。
【００２８】
図５は、マイクロ波の進行方向を模式的に表わしたものである。マイクロ波が通過していく順序は、ＳＰＳＴスイッチ３３、３４がともにＯＦＦの状態のときは、マイクロ波がＳＰＳＴスイッチ３３、３４でともに反射されるため、Ａ→Ｂ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｊ→Ｋとなる。
【００２９】
また、ＳＰＳＴスイッチ３３がＯＮ、ＳＰＳＴスイッチ３４がＯＦＦの状態のときは、マイクロ波はＳＰＳＴスイッチ３３を通過するとともに、ＳＰＳＴスイッチ３４で反射されるため、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｊ→Ｋとなる。
【００３０】
また、ＳＰＳＴスイッチ３３がＯＦＦ、ＳＰＳＴスイッチ３４がＯＮの状態のときは、マイクロ波はＳＰＳＴスイッチ３３で反射されるとともに、ＳＰＳＴスイッチ３４を通過するため、Ａ→Ｂ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｈ→Ｉ→Ｊ→Ｋとなる。
【００３１】
また、ＳＰＳＴスイッチ３３、３４がともにＯＮの状態のときは、マイクロ波はＳＰＳＴスイッチ３３、３４をともに通過するため、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｈ→Ｉ→Ｊ→Ｋとなる。
【００３２】
これにより、ＳＰＳＴスイッチ３３がＯＦＦの状態からＯＮの状態になると、Ｃ＋Ｄの経路長分だけマイクロ波の経路が長くなり、ＳＰＳＴスイッチ３４がＯＦＦの状態からＯＮの状態になると、Ｈ＋Ｉの経路長分だけマイクロ波の経路が長くなるので、ＳＰＳＴスイッチ３３、３４をそれぞれ独立にＯＦＦからＯＮに切り換えることで、そのＯＮとＯＦＦの組み合わせの数（４通り）だけマイクロ波の位相を変化させることができる。
【００３３】
例えば、可変長同軸管３５によりＣ＋Ｄの経路長を９０°の位相長に、また可変長同軸管３６によりＨ＋Ｉの経路長を１８０°の位相長に調節しておけば、
ＳＰＳＴスイッチ３３      ＳＰＳＴスイッチ３４      位相シフト量
ＯＦＦ                    ＯＦＦ                    ０°
ＯＮ                      ＯＦＦ                    ９０°
ＯＦＦ                    ＯＮ                    １８０°
ＯＮ                      ＯＮ                    ２７０°
となり、従来は４個の可変長同軸管を使用することで実現させていた０°、９０°、１８０°、２７０°の４通りの位相シフトを、わずか２個の可変長同軸管の使用のみで実現させることが可能になる。しかも、ＳＰＳＴスイッチなので、２０ｎｓ以下の高速度でのスイッチングが可能である。また、本実施例によれば、ＳＰＳＴスイッチはＳＰ４Ｔスイッチよりも低価格で信頼性が高い上に、可変長同軸管の数も半減させることができるので、人による調整工数も含めて、製造にかかるコストを大幅に低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
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】
【００３５】
【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。
【図５】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動作原理を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
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：ＳＰＳＴスイッチ、２３：可変長同軸管、２４：反射板、３１：サーキュレータ、３２：サーキュレータ、３３：ＳＰＳＴスイッチ、３４：ＳＰＳＴスイッチ、３５：可変長同軸管、３６：可変長同軸管、３７：反射板、３８：反射板、３９：接続用コネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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