ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ Российский патент 1995 года по МПК H01P9/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быт использовано в различной приемо-передающей аппаратуре и аппаратуре СВЧ.

Известны линии задержки (ЛЗ), на магнитостатических волнах (МСВ), содержащие входной и выходной преобразователи (П), выполненные в виде закороченных отрезков параллельных микрополосковых линий, размещенных на общей диэлектрической подложке и намагниченную внешним магнитным полем ферритовую пленку (ФП) сложной формы, перекрывающую входной и выходной преобразователи. Недостатком такой линии задержки являются широкая полоса частот, изрезанность АЧХ, из-за переотражений в поперечно-неоднородной системе, и низкая термостабильность.

Известны ЛЗ на МСВ, в которых для улучшения согласования предложено выполнение хотя бы одного преобразователя встречно-штыревым с запиткой через внешние фазовращатели.

Недостатком такой конструкции является широкая полоса частот, сложность настройки и низкая термостабильность.

Наиболее близкой по конструкции и выполнению к предлагаемой ЛЗ является выбранная в качестве прототипа ЛЗ, содержащая прямоугольную диэлектрическую подложку, размещенную на проводящем основании, входной и выходной полосковые преобразователи, установленные на диэлектрической подложке параллельно ее торцевым граням, дополнительную диэлектрическую подложку, на которую нанесено ферритовые покрытия и которая размещена на полосковых преобразователях параллельно диэлектрической подложке.

Недостатком такой конструкции является низкая термостабильность ее параметров.

Целью изобретения является повышение термостабильности параметров ЛЗ.

Указанная цель достигается тем, что в ЛЗ, содержащей прямоугольную диэлектрическую подложку, размещенную на проводящем основании, входной и выходной полосковые преобразователи, установленные на диэлектрической подложке параллельно ее торцевым граням, дополнительную диэлектрическую подложку, на которую нанесено ферритовое покрытие и которая размещена на полосковых преобразователях параллельно диэлектрической подложке, ферритовое покрытие выполнено в виде решетки из параллельных полос, ориентированных перпендикулярно продольным осям преобразователей, при этом ширина полосок и шаг решетки выбирают из соотношений
b/S = 6,375 + 0,25*X₁ + 0,8125*X₂ -
- 0,1875*X₃ - 0,5625*X₁*X₂ -
- 0,4375*X₁*X₃* + 0,125*X₂*X₃ -
- 0,375*X₁*X₂*X₃; (1)
p > 2,5 b; (2) где b - ширина полоски;
р - период чередования полосок;
S - толщина ферритового покрытия;
Х₁ = (Х - 1600)/400);
Х = 4 π М_о - намагниченность насыщения материала, Гс;
Х₂ = (а-0,1)/0,02;
а - период выходного преобразователя, см;
Х₃ = (f_o-1,575)/0,275;
f_o - центральная частота полосы пропускания линии задержки на нижнем краю рабочего диапазона, ГГц.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая линия задерки имеет следующие оптимальные существенные признаки: выполнение ферритовой пленки в виде периодической решетки и выбор поперечных размеров решетки и ее элементов в предложенных соотношениях.

Линия задержки схематично изображена на фиг. 1 и 2.

Линия задержки содержит диэлектрическую подложку 1 с проводящим основанием 2. Поверх диэлектрической подложки 1 установлены входной широкополосный одноэлементный преобразователь 3 и выходной узкополосный решетчатый преобразователь 4. Одни концы входной широкополосный одноэлементный преобразователь 3 и выходной узкополосный решетчатый преобразователь 4. Одни концы преобразователей 3 и 4 выполнены короткозамкнутыми на проводящее основание 2, а другие концы соединены соответственно со входной 5 и выходной 6 полосковыми линиями передачи. Поверх преобразователей расположено ферритовое покрытие 7, выполненное в виде ферритовой пленки из иттриевого феррограната, выращенной на диэлектрическом основании 8.

Ферритовая пленка 7 помещена в касательное поперечное внешнее магнитное поле Н_о, создаваемое с помощью внешнего несимметричного электромагнита (не показан), полюсный наконечник которого выполнен из самарий кобальта. При таком направлении внешнего магнитного поля ЛЗ работает на поверхностных магнитоэлектрических волнах (ПМСВ).

Линия задержки работает следующим образом.

При подаче через входную линию передачи 5 на входной преобразователь 3 СВЧ сигнала на несущей частоте f_o, лежащей в полосе пропускания ЛЗ, определяемой параметрами ФП 7, конструкцией и геометрическими размерами преобразователей 3 и 4 и степенью их связи с ФП 7, входной преобразователь 3 возбуждает в каждом элементе периодической решетки, образованной в ФП 7, "медленную" ПМСВ, имеющую скорость распространения много меньше скорости распространения электромагнитной волны в пространстве. Через конечное время (время задержки), определяемое параметрами системы, ПМСВ достигает выходного преобразователя 4, с которого через выходную линию передачи 6 снимается задержанный СВЧ сигнал. Помимо задержанного сигнала на выходную линию передачу 6 поступает незадержанный сигнал, обусловленный конечным затуханием СВЧ сигнала, возбуждаемого полосковым проводником входной линии передачи 5. Для уменьшения электромагнитной связи между входом и выходом в ЛЗ применяются специальные меры.

Перестройка ЛЗ по диапазону осуществляется изменением величины приложенного внешнего магнитного поля Н_о, создаваемого с помощью электромагнита.

Термостабилизация линии задержки (ЛЗ) на заданной частоте f_o, равной, например, центральной частоте полосы пропускания ЛЗ, выбираемой обычно в нижней части диапазона перестройки, обеспечивается следующим образом:
При изменении температуры, например, ее увеличении, значение намагниченности насыщения Х материала ферритовой пленки уменьшается, что при постоянном значении волнового числа k (которое задается постоянным значением периода выходного преобразователя a) приводит к уменьшению частоты f_o. Н_о, с другой стороны уменьшение Х приводит к увеличению внутреннего поля Н_i в ФП Н_i = H_o - X*F(b), где Н_о - величина внешнего магнитного поля, прикладываемого к ФП, F(b) - функция, зависящая от ширины элемента периодической решетки b, образованной в ФП. Увеличение величины H_i приводит к увеличению частоты f_o. Компенсация ухода частоты f_o происходит тогда, когда уходы частоты от значения f_o, обусловленные вышеперечисленными явлениями, будут равны по модулю, что достигается выбором ширины b в соответствии с предлагаемыми соотношениями (1) и (2).

Данные соотношения получены в результате аппроксимации строгого решения системы уравнений, полученной из совместного решения уравнения движения намагниченности во внутреннем постоянном магнитном поле Н_i, уравнений Максвелла с граничными условиями, определяемыми параметрами и геометрией системы, и рассмотрения поля Н_i с учетом тензора размагничивающих факторов. При строгом решении ширина полосок и период решения р, образованной в ферритовом покрытии определяются из соотношений
b = S/ α, p > 2,5*b, где α = Z/(1-Z), a Z определено из решения системы уравнений
Аe ^-κS - B e ^κS = 0,
· 1 - + A·S·k_mn/e^-κs+
+ · 1 - + B·S·k_mn/e
× (H_i-Z·X)c-2·Z·X·H/c² - _
× (c-2·Z·X·H_i)²=0,
k_n* a = 2 π˙n, где n = ; m= ;i₊= , d = μ·ζ²+1;
β = 1+ζ², c = - H2i

, k_mn= ,
A = (μ₊-1)/i₊, B = (μ_--1)/i,
μ_±= μ₁₂ζ/β± ,,
κ = k , ζ = ,
μ = 1 - X*H_i/c; μ₁₂ = w*X/( γ˙ c),
w - круговая частота,
а - период многоштыревого преобразователя поверхностной волны (ПМСВ),
k_n - продольное волновое число n-й рабочей моды преобразователя,
m - номер рабочей моды ПМСВ;
γ - гиромагнитное отношение,
4 π М_о - намагниченность насыщения материала ФП.

Отметим, что для эффективного возбуждения ПМСВ и обеспечения малых потерь в ЛЗ необходимо выполнить следующие требования:
а) рабочая длина волны ПМСВ - λ_мсв в ЛЗ, определяемая периодом узкополосного преобразователя должна быть, во-первых, согласована с диапазоном эффективно возбуждаемых длин волн входным широкополосным преобразователем (который определяется шириной его полоски), а во-вторых ( λ_мсв/2) < (b/m) (при невыполнении последнего условия элемент периодической решетки, образованной в ФП 7 становится запредельным для ПМСВ);
б) количество элементов решетки N должно определяться из условия согласования по входу и выходу и обеспечения малых потерь.

Высокая крутизна фазочастотной характеристики данной ЛЗ и узкая полоса пропускания позволяет разрабатывать на ее основе генераторы с повышенной чистотой спектра.

Сущность изобретения: на диэлектрической подложке с проводящим основанием размещены входной и выходной преобразователи, связанные соответственно со входной и выходной полосковыми линиями передачи. Поверх преобразователей размещена ферритовая пленка, выполненная в виде периодической решетки на диэлектрическом основании. 2 ил.

ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ, содержащая прямоугольную диэлектрическую подложку, размещенную на проводящем основании, входной и выходной полосковые преобразователи, установленные на диэлектрической подложке параллельно ее торцевым граням, дополнительную диэлектрическую подложку, на которую нанесено ферритовое покрытие и которая размещена на полосковых преобразователях параллельно диэлектрической подложке, отличающаяся тем, что с целью повышения термостабильности, ферритовое покрытие выполнено в виде решетки из параллельных полос, ориентированных перпендикулярно продольным осям преобразователей, при этом ширина b полосок и шаг p решетки выбирают из соотношения
b/s = 6,375 + 0,25·X₁ + 0,8125·X₂ - 0,1875·X₃ - 0,5625·X₁·X₂ - 0,4375·X₁·X₃ + 0,125·X₂·X₃ - 0,375·X₁·X₂·X₃;
p ≥ 2,5b,
где s - толщина ферритового покрытия;
X₁ = (X-1600) /400;
X = 4M_о - намагниченность насыщения материала, Гс;
X₂ = (a - 0,1)/0,02,
a - период выходного преобразователя, см;
x₃ = (f₀ - 1,575)/0,275,
f₀ - центральная частота полосы пропускания линии задержки на нижнем краю рабочего диапазона, ГГц.