Вентиль свч

(21) 4873097/09 (22) 20.09.90 (46) 23.09.92. Бюл, (71) Особое констр ковском заводе "Э (72) Ю,А. Кирсано колов и А.Н, Сокол (56) Микаэлян А.Л ферритов на свер ГЭИ, 1963, с. 555. 3 Ф 35укторское бюроРА"в, В.С, Лесин, Юов, Теория и прихвысоких частот ри Мос. Кодо не ечение развязки еда ющих радио- а сверхвысоких С ь Ъ О ОЧ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 54) ВЕНТИЛЬ СВЧ57) Использование; обесигнала в приемных и итехнических устройствах 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 поверхнрсть 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 быстрозатухающие спиновые волны, возбуждающиеся вблизи границы феррит-металл из-за однородной магнйтной компоненты СВЧ поля и однородной намагниченности в слое феррита, прилегающего к укаэанной границе,Целью изобретения является увеличение 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 ферритовый 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 б выбрана в пределах:0,03 4 с 3 Лс /2где Я - средняя длина рабочего диапазона длин волн;4 - наибольшая длина спиновой волныУвеличение 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 волн 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 измагнитного материала, расположенной на внешней боковой поверхности магнита, находящейся в одной плоскости с боковой поверхностью ферритового вкладыша, обращенной к узкой стенке волновода.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 волновода в области концентрации СВЧ тока обратной поверхностной ферритовой волны, и следовательно одинаковый эффективный отбор энергии от 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 градиейт намагничен 5 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 Ж, /2обусловлен границей волновых чисел "длинных" спиновых волн, т.к. для эффективного возбуждения этих волн толщина поверхностнОго ферритавого слоя, в котором обеспечивается резкое изменение угла прецессии магнитных моментов, должно быть не менее4 /2, где 4 - длина спиновой волны.Таким образом, при расположении продольного края пластины, толщина которой )20 Я /2, на одном уровне с основанием прямоугольного магнита, обращенным к ферритовому вкладышу, обеспечиваетсявозбужденйем "длинных" спиновых волн,наиболее сильно связанных с поверхност 25 ной ферритовой волной, распространяющейся в вентиле СВЧ, С другой сторонытолщина ферритового слоя, в котором происходит резкое изменение угла прецессиимагнигных моментов, ограничена увеличе 30 нием уровня прямого затухания из-за конеч- .ной составляющей СВЧ поля прямой,поверхностной ферритовой волны на границеоднородная -неоднородная намагниченность феррита,35 Экспериментальные исследования показывают, что если в известных вентиляхСВЧ изменение ширины ферритового вкладыша не превышает 0,03 Л, то величинаэлектромагнитных потерь для прямого на 40 правления сигнала практически не изменяется, В описываемом вентиле СВЧмаксимальная толщина магнитной пластины ограничена этой же величиной 0,034 ),так как при данной толщине не наблюдается45 увеличение прямого затухания, а величинаобратного затухания, из-за наличия слояферрита толщиной 0,03 4 с резким изменением угла прецессии магнитных моментов,существенно возрастает. Активное возбуж 0 дение быстрозатухающих спиновых волн вобласти распространения доминирующейчастиСВЧ энергии обратной поверхностной ферритовой волны, обуславливает и существенное снижение величины55 отраженного сигнала описываемого вентиля СВЧ.На фиг, 1 представлено поперечное сечение вентиля СВЧ с одним ферритовымвкладышем и одной пластиной; на фиг. 2 -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 ющего к стенкам волновода, за счет го поля, а стрелками - распространение введения пластиныиз магнитного материаспиновых волн). ла, шунтирующей в узком слое поперечноеВентиль СВЧ содержит отрезок запре- магнитное поле постоянного магнита.дельного прямоугольного волновода 1, Необходимо также отметить, что описывнутри которого вдоль узкой стенки уста 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, играющихроль активного поглоках волновода и намагничивающих ферри- тителя СВЧ энергии:, и меньшие габариты то в ы й вкладыш 2 в поперечном 15 магнитной системы. Последнее обусловленаправлении, На внешней боковой поверх- но тем, что для повышениявелйчины обрат- ности магнита 3 располокена с возможно- ного затухания нетребуется увеличения стью перемещения вдоль поперечной оси внешнего магнитного поля, а достаточно прямоугольная пластина 4 из магнитного введения пластины йз"магйитногоматериаматериала, продольная ось которой парал ла.лельна оси волновода 1, Внешняя боковая Для реализации изобретения изготов- поверхность магнита 3 и боковая поверх- ленывентили СВЧ(фиг.2,3),Вентилисобраность ферритового вкладыша 2, обращен- . ны на волноводе сечением 13,5 х 3,25 мм и ная к узкой стенке волновода 1, размещены содержат два прямоугольных ферритовых водной плоскости. Длина пластины 4 равна 25 вкладыша (марка феррита 1 СЧ), длина, длине ферритового вкладыша 2, ширина - ширина и толщина которых составляет соотвысоте магнита 3, а толщина составляет не ветственно 10 мм, 3 мм,2 мм; четыре прямо- менее 0,5 4 и не более 0.03 Л, угольных магнита (марка магнита КС),Вентиль СВЧ работает следующим об- длина,ширинаитолщинакоторыхсоставляразом, 30 ет соответственно 11 мм, 4 мм;5 мм; четыреПри возбуждении входа сигнал распро- пластины из магнитного материала (марка страняется по границе феррит-воздух (так СТ), 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 апазоне длин волн имеют величину обратверхностная ферритовая волна) и из-за ного затухания не менее 65-70 дБ, КСВН не сравнительно малой ширины ферритового более 1,15, прямое затухание не более 0,3- слоя (0,5 Л - 0,03 Л ), имеющего большой 0,35 дБ, рабочую полосу частот не менее 3 градиент намагниченности и расположен- Ггц.ного вдоль узкой стенки волновода, с малы Ф о р м у л а и з о б р е т е н и ями электромагнитными потерями поступаетВентиль 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 прямоуголь- СВЧ энергии от низшего типа волны быст 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 - 0,034 ) и распространяющи- перечном направлении, отл ич а ю щи йс я мися нормально к стенкам волновода. 50 тем,что,с цельюувеличенияобратногозатуПовышенный отбор энергии от основного хания и снижения уровняотракенного сигна- типа 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 прямо- рабочей полосе прибора, 55 угольная пластина из магнитногоОтличительной особенностью электри- материала, продольная ось которой паралческих характеристик описываемого венти- лельна оси волновода, при этом внешняя ля СВЧ по сравнению с прототипом боковаяповерхность магнита и боковая появляется увеличение обратного затухания верхность ферритового вкладыша, обращенная к узкой стенке волновода,1764105 ны,А 8 Составитель Р.ЛовягиРедактор О.Стенина Техред М.Моргентал Корректор Н,Тупица Заказ 3460 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 НТ ССС жгород, ул, Гагарина, 10 роизводственно-издательский комбинат "Патен размещены в одной плоскости, длина пластины равна длине ферритового вкладыша,а толщина б выбрана в.пределах0,03 Яо сЬ Лс /2,где Ло - средняя длина рабочего диапазонаволн;Я - наибольшая длина спиновой вол