Свч-резонатор на прямых объемных магнитостатических волнах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 Н 01 Р 7 ТО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТПРИ ГКНТ СССР ЕТЫТИ ОГ 1 ИСАН К АВТОРСКОМУ Е ИЗОБРЕТЕНИЯСВИДЕТЕЛЬСТВУ л 1. ч- ",Й1lизобретения - увеличение затухания вне полосы пропускания, снижение вносимых потерь и увеличение добротности. СВЧ-резонатор содержит ферритовую пленку 7, установленную через второй диэлектрический слой 6 на два преобразователя 5 и 3, которые выполнены в виде соосных отрезков копланарной линии. Выбор (в соответствии с приведенными в формуле уравнениями) расстояния между заземленными проводниками копланарной линии и толщины второго диэлектрического слоя 6 обеспечивает(при многократных отражениях) передачу сигнала навыход на основном колебании и распространении второй и других более высоких мод прямых магнитостатических волн в ферритовой пленке 7 в области над заземленными проводниками копланарной линиипрактически беэ отражения, 2 ил,М,Г, Балинский, И.Н,нов, С.Н. Кущ и В.В.ельство СССР Известен резонатор, в котором использовано явление полного внутреннего отражения (ПВО) при наклонном падениипрямой объемной магнитостатической волны (ПОМСВ) на границу раздела металл -ферритовая пленка из области, где ПОМСВраспространяется с меньшей фазовой скоростью.Недостатками этого резонатора являются отсутствие подавления внеполосныхколебаний и невозможность селекции рабочей моды (он предназначен для измеренияпараметров ферритовых пленок),Наиболее близким к предлагаемому является СВЧ-резонатор на прямых объемныхмагнитостатических волнах, содержащийпервый диэлектрический слой, одна сторо-,(21) 4721674/09(71) Киевский политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(56) Авторское свидетМ 1559384, кл, Н 01 Р 1/219, 1984,Балинский М.ГЕрещенко Е.Н., Монголов Б.Д, Высоко добротные МСВ - элементыдля управляемых СВЧ-генераторов, Киев;Знание, 1989, с. 12 - 13, рис. 1 б,(54) СВЧ.-РЕЗОНАТОР НА ПРЯМЫХ ОБЪЕМНЫХ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ(57) Изобретение предназначено для приемопередающей аппаратуры СВЧ. Цель Изобре;ение относится к радиотехнике и может быть использовано в различной приемопередающей аппаратуре СВЧ,Известен СВЧ-резонатор, в котором для повышения развязки между входом и выходом и сужения полосы пропускания входной и выходной преобразователи, выполненные совместно со входной и выходной резонансными полостями, установлены на феррито- вой пленке ортогонально, а элементом связи между ними является наклонная под углом 45 к каждому преобразователю отражающая решетка - "зеркало".Недостатками такого резонатора являются повышенные значения потерь (15-20 дБ) и слабое подавление уровней внейолосных колебаний (12 - 15 дБ). 1755344 А 1на которого металлизирован, а на другойсоосно и с зазором установлены два преоб-разователя, ферритовую пленку и магнитную систему,Недостатками известного резонатора 5являются слабое затухание вне полосы пропускания, значительный уровень вносимыхпотерь, низкая добротность,Целью изобретения является увеличение затухания вне полосы пропускания, 10снижение вносимых потерь и увеличениедобротности.Указанная цель достигается тем; что вСВЧ-резонаторе на ПОМСВ, содержащемпервый диэлектрический слой, одна сторона которого металлизирована, а на другойсоосно и с зазором установлены два преобразователя, ферритовую пленку и магнитную систему, ферритовая пленкаустановлена одной стороной на преобразователи через введенный второй диэлектри-.ческий слой, а на другую сторону которойнанесен введенный проводящий слой, преобразователи выполнены в виде отрезковкопланарной линии передачи с общими эаземленными проводниками, расстояние вмежду которыми выбрано равным Ь = л/К 1,а толщина б 2 второго диэлектрического слояопределяется из решения системы транс.цендентных уравнений 30+ дг )тд(кЯ)сЬЕК 2(о 1 - о 2)Д = 0при выполнении условияй Я й, 40где Й 1 и Я - нормированные частоты первой и второй мод резонатора;Й и Й - нижние нормированныечастоть границы существования ПОМСВ вферритовой пленке в свободном пространстве в области над заземленными проводниками отрезков копланарной линиипередачи, соответственно;К 1 и К 2 - волновые числа соответственнона частотах Й 1 и Й;. 50о 1 и Я - толщины первого диэлектрического слоя и ферритовой пленки соответственнод 1=Я,/И- ЯР)-1)"Ч =- дКь 1 = 1, 2, 55.Предлагаемый резонатор отличаетсясовместным введением второго диэлектрического и проводящего слоев предлагаемойформы и размеров, выполнением входного и выходного преобразователей в виде отрезков копланарных линий, а также соотношением геометрических размеров первого и второго диэлектрических слоев и ферритовой пленки, Указанные конструктивные отличия приводят к новому качеству - ПВО при нормальном падении ПОМСВ на границу раздела комбинированных сред, что позволяет улучшить согласование в системе, исключить потери на излучение от граней пленки, значительно подавить внеполосные колебания.Кроме того, не требуется тщательной шлифовки боковых граней резонатора, Предлагаемый резонатор выполняется в едином технологическом цикле методом фо- толитографии и при повышенных рабочих характеристиках резонатора существенно уменьшаются требования к точности выполнения его частей, что позволяет снизить стоимость изготовления предлагаемого резонатора.Существенный эффект от применения такого резонатора определяется еще с тем, что он заменяет несколько резонаторов в фильтрующих системах, а использование его в цепях обратной связи генераторов позволяет расширить диапазон их одномодовой перестройки.На фиг, 1 и 2 изображен СВЧ-резонатор на прямых объемных магнитостатических вол н ах (ПОМ СВ),СВЧ-резонатор на ПОМСВ содержит первый диэлектрический слой 1 толщиной О 1, на одной стороне которого нанесено проводящее основание 2, а на другой стороне установлены входной 3 и выходной 4 преобразователи, выполненные в виде отрезков копланарных линий, центральные проводники которых установлены симметрично на продольной оси симметрии резонатора, Эти отрезкИ копланарных линий имеют общие заземленные проводники, расстояние между которыми выбрано равным Ь, Между торцами центральных полосков отрезков копланарных линий имеется зазор 5, являющийся элементом связи между входом и выходом СВЧ-резонатора.Поверх преобразователей 3 и 4 установлен второй диэлектрический слой 6 толщиной б 2, на котором размещена ферритовая пленка 7 толщиной Я, Ферритовуо пленку 7 сверху полностью покрывает второй проводящий слой 8.СВЧ-резонатор на ПОМСВ находится во внешнем магнитном поле Й 0, создаваемом с помощью комбинированного электромагнита (не показан). Внешнее магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости ферритовсй пленки 7, что обуславливает работу СВЧ-резонатора на ПОМСВ,Рассмотрим работу СВЧ-резонатора на ПОМСВ.Работа СВЧ-резонатора основана на явлении полного внутреннего отражения (ПВО) ПОМСВ, распространяющейся в области между заземленными провбднйками отрезков копланарных линий, т,е, ферритовая пленка 7 - второй диэлектрический слой б - проводящий слой 8 (Ф - Д - П), от границы раздела с областью, образованной структурой, проводящий слой 8 - ферритовая пленка 7 - второй диэлектрический слой 6 - общий заземленный проводник отрезков кбплэнэрных линий - диэлектрический слой 1 - проводящий слой 2 (П - Ф - Д - П - Д-П).ПОМСВ падает на границу раздела областей под углом, близким к нормальному.Резонатор работает следующим образом.Пусть на вход входного преобразователя 3 поступает многохроматическая волна с нормированной частотой й = в/(у 47 г Ме), где м 1 - круговая частота; у- гидромагнитное отношение; 4 лМо - намагниченность насыщения материала ферритовой пленки.Входной преобразователь 3 возбуждает в области Ф - Д - П. ограниченной внешними проводниками отрезка копланарной линии 3, ПОМСВ, Частота й выбирается выше нормированной нижней граничной частоты Й ПОМСВ в области Ф - Д - П. Так как при ЙЯсвыполняются условия распространения ПОМСВ в области Ф - Д - П, магнитостатическая волна распространяется по обе стороны от центрального полоска входного преобразователя 3 в направлениях, перпендикулярных его продольной оси, и падает на границу раздела с областью П - Ф - Д - П - Д - П. Для выполнения. условий ПВО от границы раз- дела необходимо, чтобы область П - Ф - Д - П - Д - П была запредельной для ПОМСВ с й, Это условие будет выполнено, если й будет лежать ниже нормированной нижней граничной частоты Я ПОМСВ в области П- Ф - Д - П - Д - П. Экспериментально установлено, что при выполнении этого условия коэффициент отражения ПОМСВ практически равен единице. Угол падения ПОМСВ на границу раздела сред несколько отличается от 90 за счет замедления и наличия потерь в системе, что. приводит к небольшому наклону волнового фронта относительно продольной оси резонатора. При выполнении на границе раздела условия ПВО (ЙЯ ) ПОМСВ отражается от нее в сторону центрального полоскавходного преобразователя 3. Условие ПВО 5 ПОМСВ от границы раздела областей является необходимым условием работы резонатора, но не достаточным. Для того, чтобы СВЧ-резонатор работал на И 1 также необходимо, чтобы парциальные волны, распро страняющиеся по - обе стороны отцентрального полоска преобразователя 3, после отражения синфаэно складывались на нем, Отсюда следует, что расстояние междузаземленными проводниками копла нэрной линии Ь должно определяться иэусловия размерного резонатора для рабочей (первой) моды резонатора Ь = л/К(й), где К 1(Р) - значение волнового числа ПОМСВ в области Ф - Д, - П при частоте й.20 -.: После входного преобразователя 3 через зазор 5 ПОМСВ поступает на выходной преобразователь 4 и на выходе резонаторапоявляется .СВЧ-сигнал, частота которого совпадает с собственной частотой резона тора, Тэк как в областях зазора 5 и преобразователя 4 также выполняются условия. размерного резонанса, эа счет многократных отражений в системе (углы падения близки к нормальным) в резонаторе форми руется структура поля высокодобротногоосновного колебания.При поступлении нэ вход СВЧ-резонатора сигналов с частотами; отличающимися от рабочей, парциальные волны, для кото рых не выполняются условия размерногорезонанса, на преобразователях 3 и 4 не складываются в фазе, затухают в зазоре 5 и на выход резонатора поступают ослЭбленные на величину, определяемую избира тельностью и развязкой между входом ивыходом резонатора.Ослабление СВЧ-сигналов, частоты которых совпадают с собственными частотами 45 высших мод резонатора (для которых выполняется условие размерного резонанса Ь = (2 п - 1) л/К 4 Й), и = 2, й), обеспечивается выбором таких параметров области П - Ф - Д - П - Д - П, чтобы вторая и последу ющие высшие моды СВЧ-резонатора непретерпевали отражения от границы раздела, т,е, должно выполняться условие, чтобы нормированная частота второй моды резонатора ЯЯ(".55Такая селекция высших мод достигается при определении толщины б 2 второго диэлектрического слоя иэ решения системы трансцендентных уравнений+ д 2 )19(ЙЗ)с ЬК 2(б 1 - 02)при выполнении условияй й"Р,где д Ц,( Р) 1 Пк дКь 1= 1, 2,а Я, - нормированная нижняя частота границы существования ПОМСВ в ферритовойпленке в свободном пространстве, Учитывая, что в силу симметрии относительнопродольной оси входного 3 и выходного 4преобразователей четные моды в резонаторе не возбуждаются, достигается дополнительное очищение спектра резонатора.Перестройка СВЧ-резонатора наПОМСВ по частоте осуществляется изменением величины внешнего магнитного поля,Формула изобретенияСВЧ-резонатор на прямых объемныхмагнитостатических волнах (ПОМСВ), содержащий первый диэлектрический слой,одна сторона которого металлиэирована, ана другой соосно и с зазором установленыдва преобразователя, ферритовую пленку имагнитную систему, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения затухания внеполосы пропускания, снижения вносимыхпотерь и увеличения добротности, ферритовая пленка установлена одной стороной на преобразователи через введенный второйдиэлектрический слой,а на другую еесторону нанесен введенный проводящий слой,преобразователи выполнены в виде отрез 5 ков копланарной линии передачи с общимизаземленными проводниками, расстояние Ьмежду которыми выбрано равным Ь - ЮУК 1,а толщина д 2 второго диэлектрического слояопределяется из системы трансцендентных10 уравнений+ д 2 )9( А;гЯ) е СЬК 2(о 1 - д 2) = 0при выполненииусловия й Й01,20 где д( = Я /(Я 2 Й ) - 1к= дКь1=1,2Й и Й-нормированныечастоты первойи второй мод резонатора;й и Я" - нижние нормированныечастоты границ существования ПОМСВ вферритовой пленке в свободном пространстве и в области над заземленными проводниками отрезков копланарных линийЭО передачи соответственно;К 1 и К 2- волновые числа соответственнона частотах й и й;о 1 и 3 - толщины первого диэлектрического слоя и ферритовой пленки соответстЗ 5 венно,. Тираж арственного комите 113035, МоскваПодписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ СС