Управляемый генератор свч

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСКИ ПУБЛИ 03 В 5/3 Ия РЕТЕ СВИДЕТЕЛЬСТ К 7869 А О+ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ЛИСАНИЕ ИЗО(71) Киевский политехнический институт им,50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР СВЧ(57) Изобретение может быть использованов системах преобразования и обработкиСВЧ-сигналов. Цель изобретения - уменьшение габаритов, уровня фазовых шумов инеравномерности выходной мощности врасширенном диапазоне частот, Устройствосодержит широкополосный усилитель СВЧ11, в цепь обратной связи которого через Ы 17482 блок 10 коммутации и управления и программно-переключаемые элементы 9 подключается один из И резонаторов на магнитостатических волнах, Каждый иэ резонаторов образован полосковыми входными и одним иэ М 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 целиизобретения, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в специальных устройствах преобразования и обработки СВЧ сигналов.Известны генераторы с многоотводными устройствами на магнитостатических волнах (МСВ) (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 СВЧ на 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 на согласованную нагрузку, а второе плечо является выходом устройства., широкополосный усилитель СВЧ, выход которого через первичный канал направленного ответвителя подключенк полосковому входному преобразователю, а вход соединен с каждым иэ й выходнь 1 х 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 его 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 й выходных преобразователей, установленных параллельно на одной стороне диэлектрической подложки, другая сторона которой металлизирована, направленныйответвитель (НО), одно из плеч вторичного канала которого нагружено на согласованную нагрузку, а второе плечо является выходом устройства, широкополосный усилитель СВЧ, выход которого через первичный канал направленного ответвителя подключен к полосковому входному преобразователю, а вход соединен с каждым из й,выходных преобразователей через программно-переключаемый элемент, ферри- магнитная пленка выполнена в виде двух частей, которые разделены зазором вдоль ее продольной оси.и на каждой из которых 10 дополнительно нанесены поперечные канавки, причем ширина каждой прямоугольной области ферримагнитной пленки, заключенной между соседними канавками больше или меньше ширины каждой соседней прямоугольной области, й полосковь 1 х выходных преобразователей установлены у противоположного от зазора торца соответствующей прямоугольной области, полосковый входной преобразователь размещен в зазоре, нагружен на введенную вторуюсогласованнуюнагрузку и одновременно является первичным каналом направленного 20 25 ответвителя, введен. диэлектрический слой,который установлен на ферримагнитную пленку и на котором параллельно полоскопрямоугольной области с шириной, большей ширины соседних прямоугольных областей, на внешней поверхности диэлектрического слоя над прямоугольными областями с шири 35 ной, меньшей ширины соседних прямоугольных областей составляет ( 0,15 - 0,35 ) толщины соседсних прямоугольных областей, нанесено проводящее покрытие 40 Предлагаемый генератор отличаетсяналичием дополнительного участка ферри- магнитной пленки, введением М -2 канавок,разделяющих прямоугольные резонаторы в каждой части пленки, дополнительного диэ 45 лектрического слоя с частичным проводящим покрытием, обьединением функций входного преобразователя и первичного канала НО, формой выполнения каждой части ферримагнитной пленки, толщиной пленки в местах выступов гребенки, взаимным расположением канавок и преобразователей, а также связями между входным и выходными преобразователями (что позволяет исключить зависимость 1-й частоты генератора от расстояния между первым и 1-м выходными преобразователями),Изобретение обеспечивает уменьшение потерь в цепи обратной связи ипродольных размеров при увеличении числа рабочих частот генератора (а следователь 50 55 ЗО вому входному преобразователю размещен вторичный канал, причем толщина каждойно, 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 1 - 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 = Яул/2), а продольный размер резонаторов 64 а, где Ям - длина МСВ 1-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 стоэанц 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. Са сторон резонаторов 6, противоположных входному преобразователю 3, параллельно ему установлены короткозамкнутые полосковые выходные преобразователи 8, к каждому из которцх подключены концы программноуправляемых элементов 9, вторые концы которых объединены попарно между собой и подсоединены к устройству 10 коммутациии управления, содержащему управляемыйисточник тока, Выход устройства 10 соеди 5 нен с входом широкополосного усилителяСВЧ 11, выход которого подсоединенвходному преобразователю 3, одновременно являющемуся первичным каналом НО.10 Поверх обеих частей ФП 5 установлен дополнительный диэлектрический слой 12, накотором в области над входным преобразователем 3 установлен полосковый проводник 13, являющийся вторичным каналом НО15 с лицевой связью. одной из плеч которогосоединено с согласованной нагрузкой 14, авторое является выходом генератора, Толщина ФП 5 в областях выступов каждойгребенки составляет (0,15 - 0,35) толщина20 ФП в области впадин гребенки, над которыми на диэлектрическом слое 12 нанесеныпроводящие покрытия 15, совпадающие попоперечным размерам с областями впадингребенки25 ФП 5 перпендикулярно ее плоскости намагничена внешним магнитньм полем Н,изменение величины которого приводит кизменению частот резонаторов, а следовательно, и управляемого генератора СВЧ.30 Внешнее поле Н создается с помощьюперестраиваемого током электромагнита, вкотором дляуменьшения мощности управления палюсные наконечники выполненыкомбинированными и содержат сомарийко 35 бальтавое основание и шайбы из магнито-.мягкого материала.Управляемый генератор работает следующим образом,Рассмотрим работу управляемого гене 40 ратара СВЧ обобщенно, представив его со. держащим две части - широкополосныйусилитель СВЧ и цепь обратной связи, состоящую из частотно-селективного элемента (одного из резонаторов) и45 вспомогательных элементов НО: программно-управляемых элементов и соединительных линий, Остановимся на случаеподключения в цепь обратной связи генератора 1-го резонатора с помощью программ 50 на-управляемого элемента 9, к которомуподключен -й выходной преобразователь 8и к которому подводится управляющее напряжение), Генерация на частоте б возникает при выполнении в системе. в55 стационарном режиме) баланса амплитуд ифаз, Баланс амплитуд обеспечивается выборам необходимого коэффициента усиленияширокополосного усилителя СВЧ 11, компенсирующего потери в цепи обратной связи, а баланс фаз -тем, чта суммарный набегфазы в кольце генератора на частоте б равен2 ли, где и = 1 й. Значение частоты генера5 10 20 30 35 40 50 ции определяется собственной частотой резонатора, работающего на прямых объемных МСВ (ПОМСВ), которая зависит от величины внешнего магнитного поля Н, приложенного в области резонатора 6 перпендикулярно плоскости ФП 5, ее толщины Ф и значения волнового вектора Ь = /7 га:б = у (Н (Н + 4 л М) - (Н 4 л М (1 - ехр(-к 1 б/(М сП 1/2/(2 д), (1) где Е - ширина 1-го резонатора;у - гиромагнитное отношение;4 дМ - намагниченность насыщения материала ФП.Для уменьшения связи между резонаторэми 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 Е 1, 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 эа 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 в 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 плечосоединено с нагрузкой 14, от степени согласования которой с трактом зависит эффективность устранения влияния отражений в системе на работу генератора. Перестройка частоты генератора относительно частоты б достигается изменением величины внешнего магнитного поля Н,Переключение генератора на частоту б осуществляется подачей управляющего на( пряжения, открывающего программно-уп-равляемый элемент 9, связанный с выходным преобразователем 8 )-го резонатора, При этом остальные управляемые элементы 9 закрыты, т.е. каналы других частот отключены от усилителя, Стационарный режим генератора на частоте А устанавливается через несколько десятков наносекунд, Переход на любую другую заданную частоту по вшитой программе работы генератора, реализуемой источником 10, осуществляется аналогично. Фар мула и зо брете н и я1. 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 тличающийс ятем, что, сцельюуменьшения 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 10 Составитель С.КущТехред М,Моргентал Корректор М.Шар едактор А,ЛежниЗаказ 2509 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1011 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. Генераторпоп,1,отлича ющийс 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,