JPS62123343A - 電子スピン共鳴装置のル−プギヤツプ共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子スピン共鳴装置に用いられるループギャッ
プ共振器に関するものである。

［従来技術］ 近時、電子スピン共鳴装置で用いる共振器としてループ
ギャップ共振器が注目されている。

ループギャップ共振器は、第１３図に斜視図。

第１４図に横断面図を夫々示すように、導電材料により
形成される円筒型のループ１と、該ループを一定幅で中
心軸Ｏの方向に切り欠くことにより形成されるスリット
２とから成り、試料は中心軸に沿ってループ内に挿入さ
れる。３は全体をシールドするための金属円筒、４は共
振器を外部回路と接続するためのループアンテナ、５は
同軸線路である。

従来用いられ来た空胴共振器では、電場との相互作用を
最小とし、誘電損失によるＱの低下を防ぐため、空胴の
中心部のマイクロ波磁界の最も強い位置に試料を挿入す
るので、空調内のマイクロ波磁界の一部しか利用できな
いのに比べ、このループギャップ共振器ではマイクロ波
磁界が共振器内全域に存在するので、これをすべて利用
でき、感度的に有利であるという特徴がある。

［発明が解決しようとする問題点１ ところが、このように優れた特徴を持つループギャップ
共振器であるが、例えば生体関連試料のように水分の多
い試料を共振器内部に挿入すると、共振周波数が大幅に
変化し、共振器のＱも大幅に低下してしまうという問題
点があった。そのため、水分の多い試料については高い
感度の測定は望めなかった。

本発明は、水分の多い試料を挿入しても共振周波数の変
化が少なく、Ｑの低下も少なくし得るループギャップ共
振器を提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ この目的達成のため、本発明は、導電材料により形成さ
れる円筒型のループと、該ループの中心軸の方向に形成
されるスリットとを有するループギャップ共振器におい
て、前記スリン１−を前記ループの内側から覆うように
該スリットよりも幅広の誘電体板を配置しＩ５−ことを
特徴としている。以下、図面を用いて本発明の実施例を
詳述する。

［実施例１］ 第１図は本発明を実施したループギャップ共振器の一例
を示す断面図であり、第１４図と同一の構成要素には同
一番号が付されている。第１図において６はスリット部
２よりも幅広で、ループ１の内側から該スリット部を覆
うように配置される誘電体板である。この誘電体板の材
料としては、テフロンやアルミナのように低損失の誘電
体が用いられる。

ところで、ループギャップ共！５は等両回路として基本
的に第２図＜ａ）のように表わされる。

スリット部２が容ｆｆ１ｃのコンデンサに対応し、ルー
プ部１がインダクタンスＬのフィルと抵抗に対応する。

高周波回路では、コイルはインダクタンスのみを生じる
のではなく、浮遊容量も生じる。従って、ループギャッ
プ共振器のループ部にも第３図（ａ）に示づような電気
力線が生じており、そのため、同図（ｂ）のようにスリ
ット部のコンデンサＣにループ部のコンデンサを並列接
続したものと等価になる。等両回路的にも第２図（ｂ）
のように浮遊容ＩＣ’　が付加されたかたちで表わされ
る。

このループの内部に水分の多！り試料を挿入すると、挿
入された試料による影響で浮遊容量が増し、そのため共
振周波数が低下するのである。試料によるマイクロ波の
吸収もあって、Ｑも低下でるのである。

ところが、本発明のようにスリット部分を内側から誘電
体板で覆うと、ループ部に生じる電気力線は第３図（ａ
′　）のように誘電体内を集中的に通るようになり、ル
ープ中心部を通る電気力線の数は減少し、ループ部の浮
遊容量も第３図（ｂ′　）のように誘電体部分に集中す
ることになる。その結果、試料をループ内部に挿入して
も、挿入された試料が切る電気力線の数が減少するため
、試料挿入による影響は少なくなり、共振周波数の変化
が抑制されると共に、Ｑの低下も抑制される。

第１図に示す各部の寸法は、例えばｒｏ＝１４．５ｍｍ
、　ｒｌ　＝４０．Ｏｎ＋ｎ＋、　ｔ　＝　５．０ｍｍ
、　ｗ＝　０．５ｍｍ、ループ１の軸方向の長さＱ　＝
　２８．０ｍｍである。

第４図は生理食塩水を満たした同一長さで径の異なる４
種の試料管を順次この寸法の共振器内へ挿入し、共振器
内への試料挿入■と共振周波数の関係を測定した結果を
示す。試料伍のパラメータとしては、共振器内への試料
充填率η−Ｙ／Ｙ。

（ここで、ＹＯはループ内断面積、Ｙは試料が占める断
面積）を用い、測定はマイクロ波掃引発娠器と共振器と
の間にネットワークアナライザを接続して行った。

第４図においてΔ印が第１図の共振器の場合で、Ｘ印は
誘電体６を抜き出した無）！ｉｆｆの場合（即ち従来通
りの構成）である。第４図から、変化率（直線の傾き）
は誘電体板６を装着した本発明の共振器の方が無５Ａ着
の場合よりも緩やかになり、試料挿入Ｍの変化による共
振周波数の変化債が小さくなっていることが分る。

第５図は共振器内への試料挿入量とＱの関係を第４図の
場合と同様にして測定した結果を示す。

Δ印が第１図の共振器の場合で、Ｘ印は誘電体６を抜き
出した無装着の場合（即ち従来通りの構成）である。第
５図から、誘電体板６を装着することによりＱの低下が
改善されていることが分る。

上述の如く、誘電体板６によりスリット部をループ内側
から覆うことにより、共振周波数の変化及びＱの低下を
少なくできるが、第６図に示す本発明の他の実施例のよ
うに、誘電体板６の表面に導電材料により形成されるシ
ールド板７を重ねることにより、共振周波数の変化及び
Ｑの低下を更に少なくすることができる。

このような構成となせば、シールド板７が加わったこと
により、ループ１内の電気力線は第３図（ａ″）に示す
ようにスリット部とシールド板７との間に更に集中する
ので、ループ内の残留電気力線は極めて少なくなる。そ
のため、共振器内に試料を挿入しても、共振周波数の変
化もＱの低下も更に少なくなる。

第４図及び第５図におけるＯ印が誘電体としてテフロン
（誘電率２．０）を用いた場合、・印が誘電体としてア
ルミナ〈誘電率１０．３）を用いた場合の測定結果であ
る。シールド板と誘電体板を併用することにより、共振
周波数の変化率は更に緩やかになり、Ｑの低下も著しく
改善されていることが分る。又、両図から高い誘電率を
持つ材料を誘電体板として用いる程効果があることも分
る。

尚、上記実施例ではスリットが１つのループギャップ共
振器に本発明を適用したが、複数のスリットを持つルー
プギャップ共振器の場合には、各スリットを誘電体で覆
うようにすれば良い。

又、上述した実施例ではループ内に誘電体板あるいは誘
電体板とシールド板による段差が出来ており、試料をル
ープ内へ挿脱する際に邪魔になったり、試料との接触に
より誘電体板やシールド板が破損するようなことも考え
られる。そこで、ループ１の厚みに余裕がある場合には
、第７図に示すように、ループ１内面の誘電体板及びシ
ールド板を配置すべき部分にそれらの厚み及び大きさに
合わせて溝を掘り、そこに誘電体板あるいは誘電体板と
シールド板を収容するようにすれば、ループ内面に段差
がなくなり、上述した不都合をなく１ことが可能である
。

上述の如く、本発明によれば、試料を挿入した場合の共
振周波数の変化が小さいループギャップ共振器が実現さ
れるが、共振周波数の変化を完全になくすことは不可能
である。第８図はその点を考慮し、共振周波数の変化を
補正することのできる手段を備えた実施例を示す。第９
図はそのループの部分を外側から見た斜視図である。

本実施例では、スリット２を外側から覆うように導電材
料で形成されるシールド板８を配置し、このシールド板
８とループ１との間に誘電体板９を介挿すると共に、シ
ールド板８と誘電体９を一体としてスリット２を横切る
方向に移動可能に設けている。上記誘電体板９としては
、例えばテフロンの薄板が用いられ、その表面にシール
ド板８として例えばアルミ箔が取付けられる。

上記シールド板８及び誘電体板９の形状を、第９図のよ
うな長方形ではなく、第１０図のような台形とし、その
斜辺がスリット２を横切るようにしても良い。

このような構成となせば、第３図（Ｃ）に示すようにル
ープ部の外側にコンデンサＣＩ　、Ｃ２が形成され、そ
の結果等価回路的にも第２図（Ｃ）に示すようにコンデ
ンサＣＩ　、Ｃ２を直列接続した合成コンデンサＣｒｔ
がループの外側に付加されるかたちで表わされる。

そして、シールド板８及び誘電体板９をスリット２を横
切るように移動させれば、スリット２との重なり具合が
変化するため、上記ＣＩ　、０２が変化し、従って共振
器の共振周波数を変化させることができる。

第１１図（ａ）、（ｂ）は、第９図及び第１０図の例に
ついて夫々第１１図（ａ）、（ｂ）に示すような寸法と
、スリットとの重なりΔ込を設定した時、Δ之によって
共振周波数がどのように変化するかを測定した結果を示
し、・印が誘電体板９の厚さ　ＬＯｍｍ、■印が同じく
厚さ０．５ｍｍ、ム印が同じく厚さ０１．ｍ＋ｎの場合
である。

第１１図（ａ）、（ｂ）から、Δりが大きくなるにつれ
てＣＩ　、Ｃ２の合成容Ｉ　Ｃ″が増加し、それにより
共振周波数が低下することが分る。又、その共振周波数
の変化は、第１１図（ｂ）の方が緩やかであり、従って
、台形状のものを用いた方が共振周波数の微調整に適し
ている。

［効果コ 以上詳述した如く、本発明によれば、試料の挿入機によ
る共振周波数の変化及びＱの低下が少ないループギャッ
プ共振器が実現される。

更に、第８図の実施例のようにスリットの外側に誘電体
板とシールド板を移動可能に配置すれば、共振周波数を
可変でき、試料挿入による共振周波数の変化を補正する
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したループギャップ共振器の一例
を示す断面図、第２図はループギャップ共振器の等両回
路を示す図、第３図はループ部にＪ３　Ｇ）る電気力線
の状態と浮遊容量の分布を説明するための図、第４図は
共振器内への試料挿入値と共振周波数との関係を測定し
た結果を示ず図、第５図は共振器内への試料挿入量とＱ
との関係を測定した結果を示す図、第６図は本発明の他
の実施例を示す断面図、第７図はループ内に段差をなく
した実施例を示づ図、第８図は共振周波数を変化させる
手段を備えた実施例を示す図、第９図及び第１０図は第
８図に示した実施例においてルー１１０部分を外側から
見た斜視図、第１１図はへ込と共振周波数の関係を測定
した結果を示す図、第１２図は第１１図の測定の際の寸
法及びΔ２を示す図、第１３図及び第１４図はループギ
ャップ共振器を説明するための斜視図及び横断面図であ
る。 １：ループ　　　　２ニスリツト ３：金属円筒　　　４：ルーブアンテナ６：誘電体板　
　　７：シールド板 （α＞　　　　　　　　Ｃｂ）　　　　　　　　（Ｃ）
才２１！ （（１＞　　　　Ｘ′３図　　（シ） （（１’）　　　　　　　　　　＜Ｖ＞（ｃＬ”）　　
　　　　　　　　（Ｃ）′Ａ−７０ 第１１図こり ：ｆＮ四Ｃｂう

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電材料により形成される円筒型のループと、該
   ループの中心軸の方向に形成されるスリットとを有する
   ループギャップ共振器において、前記スリットを前記ル
   ープの内側から覆うように該スリットよりも幅広の誘電
   体板を配置したことを特徴とするループギャップ共振器
   。
2. （２）前記誘電体板の上に導電材料により形成されるシ
   ールド板を重ねたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のループギャップ共振器。
3. （３）前記スリットを前記ループの外側から覆うように
   導電材料から形成される第２のシールド板を配置し、該
   第２のシールド板と前記ループとの間に誘電体スペーサ
   を介挿すると共に、該第２のシールド板及び誘電体スペ
   ーサを前記スリットを横切る方向に移動可能に設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のループギャ
   ップ共振器。