低场DNP谱仪的EPR功能扩展研究与实现

发布时间：2024-02-14 11:55

　　在自主研制的动态核极化(Dynamic Nuclear Polarization, DNP)谱仪的基础上,为产生DNP实验中用于饱和电子跃迁的微波信号以及获取电子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance, EPR)信号,加入微波桥组件,实现集核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance NMR)、电子顺磁共振、动态核极化于一体的多功能谱仪。通过微波桥的引入,既实现了DNP微波发射机的集成化,同时也实现了DNP谱仪的EPR功能扩展。微波桥包括微波发射和接收两个部分,发射部分既能产生具有高频谱纯度,高动态范围的微波连续波,也能产生频率、相位、幅度快速可调的微波脉冲序列。接收部分包括脉冲和连续波两个通道。脉冲通道采用超外差数字中频接收方式,该结构设计较简单,信噪比高。连续波通道采用传统的相敏检波结构。本文通过结构设计、电路仿真以及系统测试,设计了能够产生高频谱纯度,高动态范围、高隔离度的微波发射机以及低噪声系数的检测系统。并通过DNP增强实验以及连续波EPR实验对微波桥的性能进行了验证。本文的研究重点是微波桥的研制,主要工作包括以下几个方面：...

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【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 研究进展
    1.3 论文主要研究内容
2 多功能谱仪原理及硬件系统
    2.1 磁共振原理
        2.1.1 电子-核系统哈密顿量
        2.1.2 电子-核系统共振跃迁
    2.2 多功能谱仪硬件系统
        2.2.1 磁体
        2.2.2 探头
        2.2.3 微波桥系统
        2.2.4 射频系统
        2.2.5 控制系统
3 X波段微波桥整体设计
    3.1 传输线理论
        3.1.1 微带线
        3.1.2 史密斯圆
        3.1.3 λ/4线
        3.1.4 S参数
    3.2 微波桥设计
        3.2.1 微波桥整体设计方案
        3.2.2 微波桥电磁兼容设计
4 微波发射机设计
    4.1 发射机整体设计
    4.2 锁相环
        4.2.1 锁相环原理及应用
        4.2.2 基于锁相环的微波频率合成
    4.3 本振放大功分电路
        4.3.1 威尔金森功分器设计
        4.3.2 功分器测试结果
        4.3.3 本振功分放大模块设计
    4.4 平行耦合微带滤波器
    4.5 正交混频电路
    4.6 功率调整电路
    4.7 微波开关
    4.8 微波发射机电性能测试
5 微波前置放大器设计
    5.1 微波前置放大器性能参数介绍
        5.1.1 灵敏度
        5.1.2 噪声系数
        5.1.3 线性度和动态范围
    5.2 前放设计方案介绍
    5.3 低噪声放大器设计
        5.3.1 器件选择
        5.3.2 偏置网络
        5.3.3 匹配网络
        5.3.4 设计与仿真
        5.3.5 LNA测试与调试
    5.4 正交下变频
    5.5 保护电路
    5.6 检波和锁相放大电路
        5.6.1 检波二极管
        5.6.2 锁相放大器
    5.7 微波前放脉冲通道电性能测试
6 系统联机测试
    6.1 DNP增强实验
    6.2 连续波电子顺磁共振实验(CW-EPR)
7 总结与展望
参考文献
附录A 文中使用缩略词一览表
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3898063