Управляемый генератор свч

 

Изобретение может быть использовано в системах преобразования и обработки СВЧ-сигналов. Цель изобретения - уменьшение габаритов, уровня фазовых шумов и неравномерности выходной мощности в расширенном диапазоне частот. Устройство содержит широкополосный усилитель СВЧ Ч, в цепь обратной связи которого через блок 10 коммутации и управления и программно-переключаемые элементы 9 подключается один из N резонаторов на магнитостатических волнах. Каждый из резонаторов образован полосковыми входными и одним из N выходных преобразователей 3 и 8 и заключенной между ними прямоугольной областью (ПО) ферримагнитной пленки (ФП). За счет поперечных канавок в ФП, соответствующего выбора ширины и толщины ПО, введения проводящего покрытия над ПО с шириной, меньшей, чем ширина соседних ПО, обеспечивается разнос частот соседних резонаторов , а совместно с совмещением полосковым входным преобразователем 3, нагруженным на вторую согласованную нагрузку 4, функции первичного плеча направленного ответвителя - достижение цели изобретения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 В 5/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ("1 1 (182.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4

Д

С) 4

14

12

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4786959/09 (22) 30.01.90 (46) 15;07,92. Бюл. N 26 (71) Киевский политехнический институт им, 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции . (72} И.H.Eðåùåíêî, E.В.Кудинов и С.Н.Кущ (53) 621.373.422(088,8) (56) Заявка Франции 2425173, кл. Н 03 В 5/30, 1980.

Авторское свидетельство СССР

М 1626312, кл. Н 03 В 5/30, 1988. (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР СВЧ (57) Изобретение может быть использовано в системах преобразования и обработки

СВЧ-сигналов. Цель изобретения — уменьшение габаритов, уровня фазовых шумов и неравномерности выходной мощности в расширенном диапазоне частот. Устройство содержит широкополосный усилитель СВЧ

11, в цепь обратной связи которого через

„„5U„„1748220 А1 блок 10 коммутации и управления и программно-переключаемые элементы 9 подключается один из N резонаторов на магнитостатических волнах, Каждый иэ резонаторов образован полосковыми входными и одним иэ N выходных преобразователей 3 и 8 и заключенной между ними прямоугольной областью (ПО) ферримагнитной пленки (ФП). За счет поперечных канавок в ФП, соответствующего выбора ширины и толщины ПО, введения проводящего покрытия над ПО с шириной, меньшей, чем ширина соседних ПО, обеспечивается разнос частот соседних резонаторов, а совместно с совмещением полосковым входным преобразователем 3, нагруженным на вторую согласованную нагрузку 4, функции первичного плеча направленного ответвителя — достижение цели изобретения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1748220

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в специальных устройствах преобразования и обработки

СВЧ сигналов.

Известны генераторы с многоотводными устройствами на магнитостатических волнах (MCB) (линиями задержки), установленными в цепи обратной связи, у которых выходные преобразователи соединены с входом широкополосного усилителя СВЧ, выход которого через первичный канал направленного ответвителя соединен с входным преобразователем элемента обратной связи.

Недостатками известных генераторов являются многочастотность и невозможность быстрой их перестройки на фиксированные (литерные) частоты, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является управляемый генератор CBV íà МСВ, содержащий ферримагнитную пленку, которая намагничена перпендикулярно ее плоскости и в которой выполнена первая поперечная канавка, полосковые входной и К выходных преобразователей, установленных параллельно на одной стороне диэлектрической подложки, другая сторона которой металлизирована, направленный ответвитель (НО), одно из плеч вторичного канала.которого нагружено нэ согласованную нагрузку, а второе плечо является выходом устройства., широкополосный усилитель СВЧ, выход которого через первичный канал направленного ответвителя подключен K полосковому входному преобразователю, а вход соединен с каждым из и выходных преобразователей через программно-переключаемый элемент.

Недостатками известного генератора являются большие продольные размеры (габариты) и высокие значения уровня фазовых шумов и неравномерности выходной мощности на крайних частотах диапазона рабочих частот генератора.

Цель изобретения — уменьшение габаритов, уровня фазовых. шумов и неравно мерности выходной мощности генератора при расширении егo рабочего диапазона частот.

Укаэанная цель достигается тем, что в управляемом генераторе СВЧ на МСВ, содержащем ферримагнитную пленку, которая намагничена перпендикулярно ее плоскости и в которой выполнена первая поперечная канавка, полосковые входной и

N выходных преобразователей, установленных параллельно на одной стороне диэлектрической подложки, другая сторона которой металлизирована, направленный ответвитель (НО), одно из плеч вторичного канала которого нагружено на согласованную нагрузку, а второе плечо является выходом устройства, широкополосный

5 усилитель СВЧ, выход которого через первичный канал направленного ответвителя подключен к полосковому входному преобразователю, а вход соединен с каждым из N, выходных преобразователей через про10 граммно-переключаемый элемент, ферримагнитная пленка выполнена в виде двух частей, которые разделены зазором вдоль ее продольной оси.и на каждой из которых дополнительно нанесены поперечные ка15 навки, причем ширина каждой прямоугольной области ферримагнитной пленки, заключенной между соседними канавками больше или меньше ширины каждой соседней прямоугольной области, N полосковых

20 выходных преобразователей установлены у противоположного от зазора торца соответствующей прямоугольной области, полосковый входной преобразователь размещен в зазоре, нагружен на введенную вторую со25 гласованную нагрузку и одновременно является первичным каналом направленного ответвителя, введен. диэлектрический слой, который установлен на ферримагнитную пленку и на котором параллельно полоско30 вому входному преобразователю размещен вторичный канал, причем толщина каждой прямоугольной области с шириной. большей ширины соседних прямоугольных областей, на внешней поверхности диэлектрического

35 слоя над прямоугольными областями с шириной, меньшей ширины соседних прямоугольных областей составляет (0,15 - 0,35 ) толщины соседсних прямоугольных областей, нанесено проводящее покрытие.

40 Предлагаемый генератор отличается наличием дополнительного участка ферримагнитной пленки, введением N -2 канавок, разделяющих прямоугольные резонаторы в каждой части пленки, дополнительного диэ45 лектрического слоя с частичным проводящим покрытием, обьединением функций входного преобразователя и первичного канала Н0, формой выполнения каждой части ферримагнитной пленки, толщиной пленки

50 в местах выступов гребенки, взаимным расположением канавок и преобразователей, а также связями между входным и выходными преобразователями (что позволяет исключить зависимость 1-й чэстоты генератора от

55 расстояния между первым и i-м выходными преобразователями).

Изобретение обеспечивает уменьшение потерь в цепи обратной связи и ripoдольных размеров при увеличении числа рабочих частот генератора (а следовэтель1748220 но, и размеров магнитной системы, что упрощает создание внешнего однородного магнитного поля при меньших затратах на питание электромагнита). Данный генератор не требует применения системы стабилизации мощности и за счет расширенного диапазона частот заменяет несколько известных генераторов, что дает существенный зкономический эффект.

На фиг, 1 схематично изображен управляемый генератор СВЧ; на фиг. 2.— разрез

А-А на фиг. 1.

Управляемый генератор СВЧ содержит диэлектрическую подложку 1. с одной стороны которой расположен проводящий слой 2, а с другой стороны вдоль продольной оси подложки " — входной преобразователь 3, нагруженный на согласованную нагрузку 4. По обе стороны от входного преобразователя 3 установлены обращенные друг к другу сторонами, образующими прямые, обе части ферримагнитной пленки (ФП) 5, которая содержит резонаторы 6 на

МСВ, разделенные канавками 7, Резонаторы 6 выполнены в виде прямоугольников, поперечные размеры а которых определяются рабочими частотами генератора (а =

kgi/2), а продольный размер резонаторов 6

L > 4ai, где Ям — длина МСВ i-го резонатора, Резонаторы 6 разделены канавками 7, глубина и ширина которых выбраны такими, что позволяют исключить взаимное влияние между каналами.

Одни боковые стороны резонаторов 6 лежат на прямой, Сами резонаторы 6 для уменьшения связи друг с другом (что особо опасно для резонаторов с близко расположенными частотами) установлены так, что частоты смежных резонаторов 6 лежат на разных концах частотного диапазона. Как следствие, противоположные боковые сто эоны резонаторов 6 образуют линию гребенчатой формы. Также для уменьшения связи между резонаторами, расположенными в одном поперечном сечении относительно входного преобразователя, их частоты выбраны максимально отличающи мися. Части ФП установлены параллельно продольной оси входного преобразователя

3 и расположены к нему сторонами, образующими прямые линии. Со сторон резонаторов 6, противоположных входному преобразователю 3, параллельно ему установлены короткозамкнутые полосковые выходные преобразователи 8, к каждому из которых подключены концы программноуправляемых элементов 9, вторые концы которых объединены попарно между собой и подсоединены к устройству 10 коммутации и управления. содержащему управляемый источник тока, Выход устройства 10 соеди5 нен с входом широкополосного усилителя

СВЧ 11, выход которого подсоединен к входному преобразователю 3, одновременно являющемуся первичным каналом НО.

10 Поверх обеих частей ФП 5 установлен дополнительный диэлектрический слой 12, на котором в области над входным преобразователем 3 установлен полосковый проводник 13, являющийся вторичным каналом НО

15 с лицевой связью. одной из плеч которого соединено с согласованной нагрузкой 14, а второе является выходом генератора. Толщина ФП 5 в областях выступов каждой гребенки составляет (0,15 — 0,35) толщина

20 ФП в области впадин гребенки, над которыми на диэлектрическом слое 12 нанесены проводящие покрытия 15, совпадающие по поперечным размерам с областями впадин гребенки.

25 ФП 5 перпендикулярно ее плоскости намагничена внешним магнитным полем Н, изменение величины которого приводит к изменению частот резонаторов, а следовательно, и управляемого генератора СВЧ.

30 Внешнее поле Н создается с помощью перестраиваемого током электромагнита, в котором для уменьшения мощности управления полюсные наконечники выполнены комбинированными и содержат сомарийко35 бальтовое основание и шайбы из магнито-. мягкого материала.

Управляемый генератор работает следующим образом.

Рассмотрим работу управляемого гене40 ратора СВЧ обобщенно, представив его со. держащим две части — широкополосный усилитель СВЧ и цепь обратной связи, состоящую из частотно-селективного элемента (одного из резонаторов) и

45 вспомогательных элементов НО: программно-управляемых элементов и соединительных линий. Остановимся на случае подключения в цепь обратной связи генератора I-го резонатора (с помощью программ50 но-управляемого элемента 9, к которому подключен i-й выходной преобразователь 8 и к которому подводится управляющее напряжение). Генерация на частоте fi возникает при выполнении в системе. (в

55 стационарном режиме) баланса амплитуд и фаз, Баланс амплитуд обеспечивается выбором необходимого коэффициента усиления широкополосного усилителя СВЧ 11, компенсирующего потери в цепи обратной связи, а баланс фаз -тем, что суммарный набег фазы в кольце генератора на частоте f равен

2 т, и, где n = 1И. Значение частоты генера.1748220

10

40

50 ции определяется собственной частотой резонатора, работающего на прямых объемных MCB (ПОМСВ), которая зависит от величины внешнего магнитного поля Н, приложенного в области резонатора 6 пер: пендикулярно плоскости ФП 5, ее толщины

dl и значения волнового вектора kt = /7га . =y(k(Н+4л M)-(Í 4 лM(1-exp(-Ь

dt))/(kI dl)}1/2/(2 л ), (1) где f< — ширина 1-ro резонатора; у — гиромагнитное отношение;

4 лМ вЂ” намагниченность насыщения материала ФП.

Для уменьшения связи между резонаторами 6 частоты соседних и смежных резонаторов в частотном диапазоне максймально разнесены, а соседние резонаторы отделены канавками 7, на границах которых имеются скачки размеров поперечного сечения

ФП 5, Размеры канавок 7 (глубина и ширина) выбраны такими, чтобы обспечивалось подавление колебаний соседнего резонатора с меньшим значением волнового числа kl, Поэтому ширина канавки прямо пропорциональна ширине этого резонатора. Колебания другого соседнего резонатора с более высокой частотой, а также высшие колебания резонаторов 6 канавками 7 подавляются более эффективно (на 25-30 дБ).

Дополнительное подавление обеспечивается за счет скачков толщин и ширин ФП 5 на границах раздела, Как видно из (1), уменьшение толщины

ФП 5 в области резонаторов 6 (выступов гребенки) приводит к понижению собственной частоты этих резонаторов, что позволяет, не увеличивая габаритов, цепи обратной связи, расширить диапазон работы управляемого генератора СВЧ в сторону низких частот. Для расширения рабочего диапазона s область более высоких частот, т.е, увеличение частот резонаторов 6, имеющих меньшие поперечные размеры, что позволяет избежать технологических трудностей йзготовления таких резонаторов, обеспечить оптимальную связь преобразователей

3 и 8 с резонаторами 6 по основному колебанию и уменьшить связь по высшим типам; использован эффект повышения частоты резонатора при приближении к поверхности

ФП 5 проводящего слоя 15. Для этого на диэлектрическом слое 12, установленном на

ФП 5, над областями резонаторов 6 с более высокими частотами (впадинами гребенки) нанесены проводящие покрытия 15. На слое

12 также установлен вторичный канал 13

НО, одно из плеч которого является выходом генератора, а второе плечо соединено с нагрузкой 14, от степени согласования которой с трактом зависит эффективность устранения влияния отра кений в системе на работу генератора. Перестройка частоты генератора относительно частоты f достигается изменением величины внешнего магнитного поля Н.

Переключение генератора на частоту fi осуществляется подачей управляющего напряжения, открывающего программно-управляемый элемент 9, связанный с выходным преобразователем 8 j-ro резонатора, При этом остальные управляемые элементы 9 закрыты, т.е. каналы других частот отключены от усилителя. Стационарный режим генератора на частоте ft устанавливается через несколько десятков наносекунд. Переход на любую другую заданную частоту по вшитой программе работы генератора, реализуемой источником 10, осуществляется аналогично.

Формула изобретения

1. Управляемый генератор СВЧ, содержащий ферримагнитную пленку, которая намагничена перпендикулярно ее плоскости и в которой выполнена первая поперечная канавка, полосковые входной и выходные преобразователи, установленные параллельно на одной стороне диэлектрической подложки, другая сторона которой металлизирована, направленный ответвитель, одно иэ плеч вторичного канала которого нагружено на первую согласованную нагрузку, а второе плечо является выходом устройства, широкополосный усилитель

СВЧ, выход которого через первичный канал направленного ответвителя подключен к полосковому входному преобразователю, каждый из полосковых выходных преобразователей подключен к соответствующему программно-переключаемому элементу; о тл и ч а ю шийся тем, что, с цельюуменьшения габаритов, уровня фазовых шумов и неравномерности выходной мощности в расширенном диапазоне частот, программно-переключаемые элементы подключены к входу широкополосного усилителя СВЧ через введенный блок коммутации управления, ферримагнитная пленка выполнена в виде двух частей, которые разделены зазором вдоль ее продольной оси и на каждой из которых дополнительно нанесены поперечные канавки, причем ширина каждой прямоугольной области ферримагнитной пленки, заключенной между соседними канавками больше или меньше ширины каждой соседней прямоугольной области, полосковые выходные преобразователи установлены у противоположного от зазора торца соответствующей прямоугольной области, полоско10

1748220

Составитель С.Кущ

Техред M.Moðãåíòàë (Редактор А,Лежнина

Корректор М.Шароши Заказ 2509 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1 вый входной преобразователь размещен в зазоре, нагружен на введенную вторую согласованную нагрузку и одновременно является первичным каналом направленного ответвителя, введен диэлектрический слой, 5 который установлен на ферримагнитную пленку и на котором параллельно полосковому входному преобразователю размещен вторичный канал.

2. Генератор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что толщине каждой прямоугольной области с шириной, большей ширины соседних прямоугольных областей составляет

0,15 — 0,35 толщины соседних прямоугольных областей, на внешней поверхности диэлектрического слоя над прямоугольными областями с шириной, меньшей ширины соседних областей, нанесено проводящее покрытие,