Перестраиваемый генератор СВЧ Советский патент 1992 года по МПК H03B5/18 H01P9/00 

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в устройствах преобразования и обработки СВЧ-сиг- налов.

Известны генераторы на магнитостати- ческих волнах, содержащие широкополосный усилитель, в цепи обратной связи которого установлены направленный ответ- витель (НО), многоотводная линия задержки, широкополосные выходные преобразователи ко чэрой соединены с входом сумматора, выход которого связан с входом усилителя, а выход усилителя через первичный канал НО подключен к входному широкополосному преобразователю линии задержки.

Недостатками известного генератора являются многочастотность, перескоки частоты, сложность настройки и сужение диапазона перестройки генератора по частоте из-за введения сумматора, вносящего дополнительный фазовый сдвиг в кольце генератора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является перестраиваемый генератор СВЧ на магнитостатических волнах (МСВ), содержащий линию задержки, выполненную на фер- ритовой пленке, которая установлена во внешнем однородном поле электромагнита и расположена на двух идентичных многоэлементных узкополосных входном и выходном преобразователях, размещенных на диэлектрической подложке, с проводящим основанием, при этом входной преобразователь соединен с входом широкополосного

VI СА)

00

VJ

усилителя, выход которого подключен к первому плечу направленного ответвителя, второе плечо которого соединено с согласованной нагрузкой, третье - с входным преобразователем, а четвертое является выходным.

Недостатком данного генератора является узкий диапазон перестройки его частоты, обусловленный срывами генерации в точках рабочего диапазона, где одновременно не выполняются условия баланса фаз и амплитуд, а также скачки частоты.

Цель изобретения - расширение диапазона перестройки без срывов и скачков частоты генерации.

Указанная цель достигается тем, что в перестраиваемом генераторе СВЧ, содержащем линию задержки, выполненную на ферритовой пленке, которая установлена во внешнем однородном пояе электромагнита и расположена на идентичных многоэлементных узкополосных входном и выходном преобразователях, оазмещенных на диэлектрической подложке с проводящим основанием, при этом выходной преобразователь соединен с входом микрополосного усилителя, выход которого подключен к первому плечу направленного ответвителя, второе плечо которого соединено с согласованной нагрузкой, третье - с входным преобразователем, а четвертое является выходным, в проводящем основании диэлектрической подложки линии задержки выполнена поперечная щель, стороны которой расположены на одинаковом расстоянии от входного и выходного преобразователей, в щели симметрично относительно ферритовой пленки установлена дополнительно введенная плоская управляющая катушка, подключенная к источнику управляющего тока, при этом расстояние между преобразователями L, период многоэлементных преобразователей р и внешние размеры сторон плоской управляющей катушки D и I удовлетворяют соотношениям:

2 р I 0,5 L;

D 4I;

D 2 а,

где а - апертура преобразователей; D - максимальный линейный размер стороны катушки, в направлении, перпендикулярном распространению магнитостатической волны.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый генератор отличается наличием дополнительно введенной в поперечную щель, выполненную в проводящем основании диэлектрической подложки плоской управляющей

катушки, подключенной к источнику тока, позволяющей, при предлагаемых расположении и соотношениях размеров конструкции за счет создания локального магнитного

поля в области ферритовой пленки, одинаково удаленного от входного и выходного преобразователей, объединить в одном элементе функции линии задержки и фазокор- ректирующей цепочки, что позволяет

0 достигнуть поставленную цель.

Кроме того, обеспечивается упрощение настройки на центральную частоту полосы пропускания, повышение линейности перестройки и равномерности выходной мощно5 сти при сохранении высокой стабильности частоты, минимальных затратах энергии и габаритах генератора, без усложения его конструкции. Предложенное техническое решение позволяет использовать в широ0 кой полосе частот один генератор вместо нескольких генераторов с узкой полосой перестройки. Все это свидетельствует о получении существенного экономического эффекта.

5На фиг.1 схематично показан перестраиваемый генератор СВЧ; на фиг.2 - то же, вид снизу.

Перестраиваемый генератор СВЧ содержит линию задержки, выполненную на

0 ферритовой пленке (ФП) 1, которая однородно намагничена по всей поверхности внешним магнитным полем и установлена на диэлектрической подложке (ДП)2. На поверхности диэлектрической подложки 2,

5 прилегающей к ферритовой пленке 1, выполнены идентичные многоэлементные узкополосные входной 3 и выходной 4 преобразователи (например, меандровые) с периодом р и апертурой а. На противопо0 ложной поверхности ДП 2 нанесено проводящее основание 5, в котором в среднем сечении выполнена поперечная щель шириной h. В этой щели симметрично относительно вертикальной оси установлена

5 планарная прямоугольная управляющая катушка с максимальными линейными размерами внешних проводников D и I, где D - размер проводника катушки, перпендикулярный направлению распространения

0 МСВ (проводник с размером D установлен параллельно полоскам входного и выходного преобразователей).

Управляющая катушка установлена симметрично относительно ферритовой

5 пленки. Для работы перестраиваемого генератора в широком диапазоне частот без срывов генерации размеры управляющей катушки, расстояние между преобразователями L и их апертура удовлетворяют соотношениям 2 р I 0,5 L; D 4 I; D 2 а.

Выводы управляющей катушки 6 соединены с управляющим источником тока (на фигурах не показан). Выходной преобразователь 4 соединен с входом широкополосного усилителя 7, выход которого подключен к первому плечу направленного ответвителя (НО) 8, второе плечо НО 8 соединено с согласованной нагрузкой 9, третье плечо - с входным преобразователем 3, а четвертое плечо НО 8 является выходом перестраиваемого генератора СВЧ, Однородное магнитное поле во всей ферритовой пленке 1 создается с помощью внешнего электромагнита (на фигурах не показан), поперечные размеры полюсов которого превышают поперечные размеры ферритовой пленки. Ло- кальное магнитное поле в ФП 1 обеспечивается управляющей катушкой 6. Перестройка генератора по частоте достигается соответствующим изменением магнитных полей электромагнита и управляющей катушки 6. Эти внешние магнитные поля направлены нормально плоскости ФП 1, что обеспечивает работу Л 3 на прямых объемных (ПО)МСВ.

Внешнее магнитное однородное поле Н0 создано с помощью управляемого током электромагнита, в котором для уменьшения мощности управления полюсные наконечники выполнены комбинированными и содержат самарий-кобальтовое основание и шайбы из магнито-мягкого материала.

Перестраиваемый генератор СВЧ работает следующим образом.

Колебания на выходе генератора с частотой fo существуют, если на этой частоте в замкнутом кольце генератора выполнены условия баланса амплитуд и фаз.

Баланс амплитуд обеспечивается выбором необходимого коэффициента усиления широкополосного усилителя СВЧ 7, компенсирующего потери в цепи обратной связи (для-избежания чрезмерного усиления в усилителе генераторы конструируются так, чтобы генерация происходила на частоте, лежащей в полосе, ограниченной уровнем 3 ДБ).

Баланс фаз достигается, когда суммарный фазовый набег

р( n 1,N, где , , рэ - представляют собой фазовые набеги соответственно в линии задержки (рпз ), работающей на ПО МСВ; усилителе ()м Других элементах (рэ ) , включенных в иепь обратной свя- зи (направленном ответвителе 8, соединительных линиях и т.д).

Узкополосный входной преобразователь 3 в рабочем диапазоне частот формирует в ФП1 МСВ с постоянным значением волнового числа, что обусловливает постоянство фазового набега в ЛЗ.

Фазовые набеги в усилителе 7 и вспомогательных элементах практически линейно растут с повышением частоты генерации, в результате чего изменяется суммарный фазовый набег при перестройке.

Изменение суммарного фазового набе0 га приводит к тому, что в полосе пропускания ЛЗ перестают выполняться условия баланса фаз и генерация срывается.

Введение управляющей катушки 6, создающей локальное поперечно-однородное

5 магнитное поле, позволяет в части ФП1, равноудаленной от преобразователей 3 и 4, изменить значение волнового числа, а следовательно, и суммарный фазовый набег в ЛЗ так, чтобы дополнительный фазовый на0 бег в усилителе 7 и вспомогательных элементах на произвольной частоте в диапазоне перестройки генератора был скомпенсирован, что обеспечивает одновременное выполнение условий баланса

5 фаз и амплитуд, т.е. часть ЛЗ, где установлена управляющая катушка 6 выполняет роль управляемого фазовращателя, который является неминимально-фазовой цепью, так как в нем при указанных соотно0 шениях размеров конструкции устранено влияние на модуль коэффициента передачи ЛЗ. Для обеспечения требуемой компенсации фазового набега в цепи обратной связи генератора на заданной частоте управляю5 щая катушка 6 подключена к источнику тока, ток которого определяется величиной внешнего поля (значением тока) электромагнита, создающего однородное поле во всей ФП 1, и изменяется по закону, получаемому в ре0 зультате измерений ФЧХ усилителя 7 и дополнительных элементов кольца обратной связи.

Для исключения влияния управляющей катушки 6 на процессы распространения

5 МСВ ее шаг выбирается отличающимся от периода преобразователей. Расстояние от боковых сторон катушки 6 до соответствующих торцов щели в проводящем основании 5 должно превышать величину, равную пяти

0 шагам управляющей катушки 6.

Формула изобретения Перестраиваемый генератор СВЧ, содержащий линию задержки, выполненную на ферритовой пленке, которая установлена

5 во внешнем однородном поле электромагнита и расположена на двух идентичных многоэлементных узкополосных входном и выходном преобразователях, размещенных на диэлектрической подложке с проводящим основанием, при этом выходной преобразователь соединен с входом широкополосного усилителя, выход которого подключен к первому плечу направленного ответвителя, второе плечо которого соединено с согласованной нагрузкой, третье - с входным преобразователем, а четвертое является выходным, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки без срывов и скачков частоты генерации, в проводящем основании диэлектрической подложки линии задержки выполнена поперечная щель, стороны которой расположены на одинаковом расстоянии от входного и выходного преобразователей и в которой симметрично относительно ферритовой пленки на диэлектрической подложке установлена допол5

5

нительно введенная плоская управляющая катушка, которая подключена к источнику управляющего тока, при этом расстояние между преобразователями L, период многоэлементных преобразователей р и внешние размеры сторон плоской управляющей катушки D и I удовлетворяют соотношениям

2 р I 0,5 L, ,

где а - апертура каждого преобразователя, D - размер стороны плоской управляющей катушки в направлении, перпендикулярном распространению магнитостатической волны.

Использование: устройства преобразования и обработки сверхвысокочастотных сигналов. Сущность изобретения: генератор содержит линию задержки, выходной преобразователь которой соединен с входом широкополосного усилителя, выход которого подключен к первому плечу направленного ответвителя, второе плечо которого соединено с согласованной нагрузкой, третье - с входным преобразователем линии задержки, а четвертое плечо является выходом генератора. Линия задержки содержит ферритовую пленку, расположенную на двух узкополосных преобразователях, которые размещены на диэлектрической подложке с проводящим основанием, в котором выполнена поперечная щель на одинаковом расстоянии от каждого преобразователя. В щели на диэлектрической подложке размещена дополнительная плоская управляющая катушка. 2 ил. ч Ё

Н

®