一种教学用微波段波谱仪谐振腔的制作方法

本实用新型涉及一种教学用波谱仪部件，特别是涉及一种教学用矩型TEmnp模开缝式一种微波段波谱仪谐振腔。

背景技术：

谐振腔是EPR波谱仪的核心部件，谐振腔的（无载）品质因数Q（Q₀）值越高，波谱仪的灵敏度越高。目前采用高频小调场技术方案的小型谱仪常用的是矩形金属腔，高频调制线圈安置在腔体的内部，但制造工艺较难，且会引起Q₀值的降低。另外一种方法是将高频调制线圈安置在腔体的外部，这种方法的优点是腔的Q₀值不受线圈的影响，但由于腔壁较厚，调制磁场不能穿透导致高频调制无法实现。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种教学用微波段波谱仪谐振腔，本实用新型根据矩形腔电流分布特点，采用在腔壁中心处开一条狭缝方法，在尽量减少无载品质因数Q₀因开缝而降低的前提下，使高频调制磁场能量有效地穿透腔壁到达样品处。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种教学用微波段波谱仪谐振腔，所述谐振腔在XYZ三维方向上对称，腔主体为矩形六面立方体，高频磁场调制线圈安装在谐振腔外磁铁的极部，在谐振腔腔体两相对的宽面中心处各开一条宽长狭缝，安插样品管的圆孔开在腔窄面的正中，直径可视样品管粗细定；腔内壁镀金或银膜；矩型TE₁₀₄模开缝式谐振腔主体为铜波导管，腔体铜管两端各银焊一个标准法兰盘，腔与波导连接。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为矩型TE_mnp模开缝谐振腔示意图。

图中标记：1、腔主体 2、狭缝 3、样品孔 4、法兰盘。

具体实施方式

如图1，本谐振腔在XYZ三维方向上对称，腔主体为矩形六面立方体，各面分别称为：截面(a×b, 左右两个；长为b，高为a.)、宽面（a×l, 前、后两个；高为a，宽为l）、窄面（b×l，上、下两个；长为b，宽为l）. 在3cm波段，腔主体可选用标准铜波导管制作，其内截面尺寸高a=22.86mm，长b=10.16mm，宽l=n×λ_g（λ_g为波导波长，对应工作频率f=9400MH_z，λ_g=44.50mm），可视磁极间隔大小及腔与波导的连接方式取n=1或2.

为避免制造工艺上的困难，将高频磁场调制线圈安装在谐振腔外磁铁的极部，即采用腔外调制方式。前述标准铜波导管壁厚1.3mm，铜对100kH_z射频的趋肤深度δ约为0.2mm，针对壁厚远大于δ的矛盾，依据矩形腔电流分布的特点，在谐振腔腔体两相对的宽面（a×l）中心处各开一条宽为0.4mm的长狭缝，这样在尽量减少Q₀因开缝降低的前提下，能使调制磁场能量有效地穿透腔壁到达样品处。为降低Q₀的损失，曾试验了在腔宽面中心处开孔的方法，试验结果表明：在孔径大至5.2mm时，调制磁场仍极少能辐射至腔内，而使用开缝腔做接收实验，调制场能有效地穿透至腔内，分析认为，这是长缝可以使多根磁感线形成闭合而不致中断于腔壁的缘故。

安插样品管的圆孔开在腔窄面（b×l）的正中，直径可视样品管粗细而定。为提高腔的Q₀值，采用电镀工艺在腔内壁镀金或银。

下面以TE₁₀₄模腔为例对本实用新型作进一步的详细描述。

如图2 所示的矩型TE₁₀₄模开缝式谐振腔主体选用标准铜波导管制作，标准铜波导管市面有售，其内截面尺寸高a=22.86mm，长b=10.16mm，宽（腔长）l=89.58mm。采用线切割加工工艺，在谐振腔腔体两相对的宽面（a×l）中心处各开一条长30mm、宽0.4mm的长狭缝，可使调制磁场能量有效地穿透腔壁到达样品处。在腔体铜管两端各银焊一个标准法兰盘，使腔方便与波导连接。为提高腔的Q₀值，采用电镀工艺在腔内壁镀金或银。

做反射式使用时，一端短路，另一端加一片黄铜材质、外形尺寸与标准法兰盘相同的耦合片，耦合孔直径取6mm左右为宜。安插样品管的圆孔开在腔窄面b×l的正中，直径4-5mm为宜。如此制成的矩形TE₁₀₄模开缝式金属腔，利用频率计法，实测空腔谐振频率为9372MH_z，腔的Q₀值达到3000以上，可以满足一般的教学中可测多种样品的波谱仪灵敏度的要求。