В настоящее время большой интерес представляет использование миллиметрового диапазона электромагнитных частот, как в гражданской, так и в военной сфере. Миллиметровый диапазон (30-300ГГц) используется в медицине [1-3], метеорологии [4,5] и радиорелейной связи. В научной сфере применяется в радиоастрономии [6-8] и спектроскопии.
Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) является важным аналитическим инструментом в различных областях исследований: от химии, физики и материаловедения до биологии и медицины. Для более распространенного диапазона частот ЭПР (X-диапазон, 9,5ГГц) доступно большое разнообразие коммерческих микроволновых резонаторов, которые были оптимизированы для различных целей. Но для многих приложений, в частности для биологических систем, необходимы эксперименты в Q-диапазоне (35ГГц), W-диапазоне (94ГГц), и даже в более высоких диапазонах частот [9]. Например, в последнее время увеличивается количество спектрометров ЭПР, работающих на частотах порядка 94ГГц.
В сверхвысокочастотных (СВЧ) схемах обычно используются частотно-избирательные устройства, работающие на резонансных явлениях. К таким частотно-избирательным компонентам относятся полоснопропускающие фильтры, фильтры низких и верхних частот и другие. Основным назначением таких устройств является пропускание частоты, находящейся в определенном заданном диапазоне, а также подавление некоторых составляющих сложного сигнала. В ЭПР спектрометре в качестве такого частотно-избирательного устройства выступает резонатор.
При проведении эксперимента на ЭПР спектрометре исследуемое вещество помещают в ампулу, а ампулу в резонатор. Максимальный размер ампулы является важной характеристикой, так как накладывает ограничения на размер образцов. Существует коммерческий резонатор W-диапазона фирмы “Брукер” с внутренним диаметром ампулы менее 0.9 мм. Такие ампулы не совсем подходят для монокристаллов и вязких жидкостей, их можно использовать для мелкодисперсных образцов.
Основной задачей в данной работе было моделирование резонатора для ЭПР спектрометра с резонансной частотой около 94ГГц и внутренним диаметром около 2-3 мм.
1. В работе было смоделировано несколько резонансных систем, в том числе прямоугольный волновод, прямоугольный резонатор и цилиндрический резонатор.
2. Проанализированы и даны рекомендации о целесообразности применения тех или иных конструкций резонаторов на частотах порядка 95 ГГц.
3. Смоделированы несколько открытых резонаторов Фабри-Перо W- диапазона, рассчитана их добротность.
4. Проведен расчет зависимости резонансной частоты резонатора Фабри-Перо с плоскими внешними стенками от расстояния между зеркалами.
5. Предложен вариант конструкции системы резонатора Фабри-Перо с возможностью изменения расстояния между зеркалами.
