Вентиль свч

 

Использование: обеспечение развязки сигнала в приемных и передающих радиотехнических устройствах на сверхвысоких Суш частотах.Сущность изобретения: устройство содержит отрезок запредельного прямоугольного волновода с прямоугольным ферритовым вкладышем, который установлен у узкой его стенки. На внешних поверхностях широких стенок волновода установлены постоянные магниты, на боковой поверхности магнита установлена введенная прямоугольная пластина из магнитного материала с возможностью перемещения вдоль ее поперечной оси. Внешняя боковая поверхность магнита и боковая поверхность ферритового вкладыша, обращенная к узкой стенке волновода, размещены в одной плоскости. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 Р 1/38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4873097/09 (22) 20.09.90 (46) 23.09.92. Бюл. bh 35 (71) Особое конструкторскбе бюро при Московском заводе "ЭРАо (72) Ю.А. Кирсанов, В.С. Лесин, Ю,К. Колоколов и А.Н. Соколов (56) Микаэлян А.Л, Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах, — М.:

ГЭИ, 1963, с. 555. (54) ВЕНТИЛЬ СВЧ (57) Использование; обеспечение развязки сигнала в приемных и передающих радиотехнических устройствах на сверхвысоких

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в качестве развяэывающего устройства в приемных и передающих СВЧ модулях.

Известен вентиль СВЧ, содержащий отрезок СВЧ линии передачи и поперечно намагниченный прямоугольный ферритовый вкладыш, Недостатком известного вентиля СВЧ является малая величина обратного затухания, большой уровень электромагнитных потерь и большие габаритные размеры вентиля. .Наиболее близким техническим решением к описываемому изобретению является выбранный в качестве прототипа вентиль

СВЧ, содержащий отрезок запредельйого прямоугольного волновода, внутри которого вдоль узкой стенки установлен, по крайней мере, один прямоугольный ферритовый вкладыш, и два прямоугольных магнита, расположенных на наружных широких стенчастотах. Сущность изобретения: устройство содержит отрезок запредельного прямоугольного волновода с прямоугольным ферритовым вкладышем, который установлен у узкой его стенки. На внешних поверхностях широких стенок вол новода установлены постоянные магниты, на боковой поверхности магнита установлена введенная прямоугольйая пластина из магнитного материала с возможностью перемещения вдоль ее поперечйой оси. Внешняя боковая поверхность магнита и боковая поверхность ферритового вкладыша, обращенная к узкой стенке волновода, размещены в одной плоскости. 3 ил. ках волновода и намагничивающих ферритовый вкладыш в поперечном направлении.

Недостатком известного вентиля СВЧ является сравнительно малая величина обратного затухания и узкая рабочая полоса частот. Укаэанные недостатки обусловлены слабой трансформацией основного типа волны (поверхностной ферритовой волны) в О и быстрозатухающие спиноеые волны, воз- фй буждающиеся вблизи границы феррит-ме- э талл из-за однородной магнйтлн ой ( компоненты СВЧ поля и однородной намаг- гЛ ниченности а слое феррита, прилегающего к указанной границе.

Целью изобретения яеляется уееличе- ь ние обратного затухания и снижение уровня отраженного сигнала вентиля СВЧ.

Поставленная цель достигается тем, что в вентиле СВЧ, содержащем отрезок запредельного прямоугольного волновода, внутри которого вдоль узкой стенки установлен, по крайней мере, один прямоугольный фер1764105

pMToBbIA вкладыш и два прямоугольных магнита, расположенных на наружных широких стенках волновода и намагничивающих ферритовый вкладыш в поперечном направлении, согласно изобретению, на внешней боковой поверхности магнита расположена с воэможностью перемещения вдоль поперечной оси прямоугольная пластина из магнитного материала, продольная ось которой параллельна оси волновода, при этом внешняя боковая поверхность магнита и боковая поверхность ферритового вкладыша, обращенная к узкой стенке волновода, размещены в одной плоскости, длина пластины равна длине ферритового вкладыша, а толщина d выбрана в пределах:

0.03 Яо >б> /2, где 4 — средняя длина рабочего диапазона длин волн;

4 — наибольшая длина спиновой волны

Увеличение обратного затухания и снижение уровня отраженного сигнала вентиля

СВЧ достигается путем создания условий активной трансформации электромагнитной поверхностной ферритовой волны (волны низшего типа), распространяющейся в обратном направлений, в быстро затухающие спиновые волны. Эффективное возбуждение спиновых вол н обусловлено резким увеличением градиента намагниченности ферритового слоя, прилегающего к стенкам волновода, в области концентрации СВЧ тока обратной ПФЗ, Это происходит за счет введения в магнитную систему, по крайней, мере, одной прямоугольной пластины из магнитного материала, расположенной на внешней боковой поверхности магнита, находящейся в одной плоскости с боковой поверхностью ферритового вкладыша, обращенной к узкой стенке волноводэ.

Расположение продольной оси пластины параллельно оси волновода и одинаковая длина пластины и ферритового ..: вкладыша обеспечивает одинаковый градиент намагниченности по всей длине ферритового слоя, прилегающего к стенкам волноводэ в области концентрации СВЧ тока обратной поверхностной ферритовой волны, и следовательно одинаковый эффективный отбор энергии or обратной волны спиновыми волнами по всей длине ферритового вкладыша, Градиент намагниченности обусловлен магнитным материалом пластины. Прямоугольная форма пластины позволяет обеспечить одинаковое шунтирование магнитного поля в боковом поверхностном слое прямоугольного магнита, а следовательно, и одинаковый грэдиейт нэмагничен5

10 ности поверхностного ферритового слоя по всей его длине, Обеспечение возможности перемещения пластины вдоль ее поперечной оси позволяет регулировать толщину поверхностного слоя ферритового вкладыша с одинаковым градиентом намагниченности в зависимости от рабочей длины волны.

Выбор толщины пластины равной Я /2 обусловлен границей волновых чисел "длинных" спиновых волн, т.к. для эффективного возбуждения этих волн толщина поверхностнаго ферритавого слоя, в котором обеспечивается резкое изменение угла прецессии магнитных моментов, должно быть не менее

4 /2, где i4 — длина спиновой волны.

Таким образом, при расположении продольного края пластины, толщина которой >

20 4 /2, нэ одном уровне с основанием прямоугольного магнита, обращенным к ферритовому вкладышу, обеспечивается возбужденйем "длинных" спиновых волн, наиболее сильно связанных с поверхност25 ной ферритовой волной, распространяющейся в вентиле СВЧ, С другой стороны толщина ферритового слоя, в котором происходит резкое изменение угла прецессии магнигных моментов, ограничена увеличе30 нием уровня прямого затухания из-зэ конеч- . ной составляющей СВЧ поля прямой . поверхностной ферритовой волны на границе однородная — неоднородная намагниченность феррита.

35 Экспериментальные исследования показывают, что если в известных вентилях

СВЧ изменение ширины ферритового вкладыша не превышает 0,03 i4 то величина электромагнитных потерь для прямого на40 правления сигнала практически не изменяется, В описываемом вентиле С ВЧ максимальная толщина магнитной пластины ограничена этой же величиной (0,03 2 ), так как при данной толщине не наблюдается

45 увеличение прямого затухания, а величина обратного затухания, из-за наличия слоя феррита толщиной 0,03 i4 с резким изменением угла прецессии магнитных моментов, существенно возрастает. Активное возбуж50 дение быстрозатухающих спиновых волн в области распространения доминирующей части СВЧ энергии обратной поверхностной ферритовой волны, обуславливает и существенное снижение величины

55 отраженного сигнала описываемого вентиля СВЧ.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение вентиля СВЧ с одним ферритовым вкладышем и одной пластиной; на фиг. 2—

1764105 поперечное сечение вентиля СВЧ с двумя не только в рабочей полосе частот. но и на ферритовыми вкладышами и четырьмя пла- высоком крае частотного диапазона, что стинами; на фиг. 3 — сечение вентиля СВЧ обусловлено уменьшением поперечной на-: на фиг, 2 по А — А (пунктиром показана каче- магниченности ферритового слоя, прилегаственная структура постоянного магнитно- 5 ющего к стенкам волновода, за счет го поля, а стрелками — распространение введения пластины из магнитного материаспиновых волн). ла, шунтирующей в узком слое поперечное

Вентиль СВЧ содержит отрезок запре- магнитное поле постоянного магнита. дельного прямоугольного волновода 1, Необходимо также отметить, что описывнутри которого вдоль узкой стенки уста- 10 ваемый вентиль СВЧ по сравнению с протоновлен прямоугольный ферритовый вкла- типом имеет более широкую рабочую дыш 2, два прямоугольных магнита 3, полосу частот, за счет возбуждения спинорасположенных на наружных широких стен- вых волн, играющих роль активного поглоках волновода и намагничивающих ферри- тителя СВЧ энергии:, и меньшие габариты товый вкладыш 2 в поперечном 15 магнитной системы. Последнее обусловленаправлении, На внешней боковой поверх- но тем, что для повышения велйчины обратности магнита 3 располо>кена с возможно- ного затухания не требуется увеличения стью перемещения вдоль поперечной оси внешнего магнитного поля, а достаточно прямоугольная пластина 4 из магнитного введения пластины йз"магйитногоматериаматериала, продольная ocb которой парал- 20 ла. лельна оси волновода 1. Внешняя боковая Для реализации изобретения изготовповерхность магнита 3 и боковая поверх- ленывентили СВЧ(фиг.2,3).Вентилисобраность ферритового вкладыша 2, обращен- . ны на волноводе сечением 13,5х3,25 мм и ная к узкой стенке волновода 1, размещены содержат -два прямоугольных ферритовых в одной плоскости. Длина пластины 4 равна 25 вкладыша (марка феррита 1СЧ-4), длина, длине ферритоаого вклады ша 2, ширина — ширина и толщина которых составляет соотвысоте магнита 3, а толщина составляет не ветственно10 мм, 3 мм, 2 мм; четыре прямоменее 0,5 i4 и не более 0.03 il< . угольных магнита (марка магнита КС-37), Вентиль СВЧ работает следующим об- длина,ширинаитолщинакоторыхсоставляразом. 30 ет соответственно 11 мм, 4 мм; 5 мм; четыре

При возбуждении входа сигнал распро- пластины из магнитного материала (марка страняется по границе феррит-воздух (так СТ-10), длина, ширина и толщина которых как низшим типом волны в запредельном составляет соответственно 10 мм, 5 мм, 0,5 волноводе. частично заполненном попереч- мм. Вентили СВЧ в двухсантиметровом дино намагниченным ферритом, является по- 35 апазоне длин волн имеют величину обратверхностная ферритовая волна) и из-за ного затухания не менее 65-70дБ, КСВН не сравнительно малой ширины ферритового более 1,15, прямое затухание не более 0,3слоя (0,5 4 — 0,03 C ), имеющего большой 0,35 дБ, рабочую полосу частот не менее 3 градиент намагниченности и расположен- Ггц.

\ ного вдоль узкой стенки волновода, с малы- 40 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ми электромагнитными потерями поступает " Вентиль СВЧ, содержащий отрезок зана выход вентиля, В обратном направлении предельного прямоугольного волновода, сигнал испытывает сильное затухание, По- внутри которого вдоль узкой стенки устаследнее обусловлено активным отбором . новлен по крайней мере один прямоугольСВЧ энергии от низшего типа волны быст- 45 ный ферритовый вкладыш, и два розатухающими спиновыми волнами, воз- прямоугольных магнита, расположенных на буждающимися в неоднородно наружных широких стенках волновода и нанамагниченном ферритовом слое (толщи- магничивающих ферритовый вкладыш в поной 0,5 4 — 0,03 4, ) и распространяющи- перечном направлении, о т л и ч à ю шийся мися нормально к стенка>м волновода. 50 тем, что, с целью увеличения обратного затуПовышенный отбор энергии от основного хания и снижения уровня стра>кенного сигнатипа волны спиновыми волнами позволяет ла, на внешней боковОй поверхности также снизить коэффициент отражения магнита расположена с воэможностью пе(уменьшить коэффициент стоячей волны) в ремещения вдоль поперечной оси пряморабочей полосе прибора, 55 угольная пластина из магнитного

Отличительной особенностью электри- материала, продольная ось которой паралческих характеристик описываемого венти- лельна оси волновода, при этом внешняя ля СВЧ по сравнению с прототипом боковая поверхность магнита и боковая появляется увеличение обратного затухания верхность ферритового вкладыша, обращенная к узкой стенке вол новода, !

1764105 ны.

Составитель P.Ëoâÿãèíà

Техред М.Моргентал

Корректор Н,Тупица

Редактор О.Стенина

Заказ 34S0 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 размещены в одной плоскости, длина пластины равна длине ферритового вкладыша, а толщина б выбрана в.пределах

0,03 Яр >б> Лс /2, где 2Π— средняя длина рабочего диапазона волн;

Л вЂ” наибольшая длина спиновой вол