Способ управления фазой СВЧ-волны Советский патент 1992 года по МПК H01P1/18 

Изобретение относится к электродинамике и может быть использовано в технике СВЧ для изменения фазы электромагнитной волны в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин

ВОЛН.0

Известны способы управления фазой СВЧ-волны путем воздействия на пассивный элемент, размещенный в линии передачи, постоянным током.

Недостатками этих способов являются узкий диапазон частот и малая крутизна фазовой характеристики, ограничивающая область их использования .

Ближайшим к изобретению является способ управления фазой СВЧ-волны,

заключающийся в воздействии на размещенную в линии передачи сверхпроводящую пленку, охлажденную до температуры ниже критической, постоянным током. При этом используется в миллиметровом диапазоне зависимость кинетической индуктивности от тока или магнитного поля, обусловленная инерционными свойствами сверхпроводящего тока, что позволяет управлять фазовой скоростью р.

Недостатком этого способа является малая крутизна фазовой характеристики, ограничивающая область его использования. Изменение кинетической индуктивности приводит к иэме нению резонансной частоты на 6%, При

1

со

4 pi

si

1Јь

этом никаких ограничений на диапазон тока в этой работе не приведено.

Целью данного изобретения является увеличение крутизны Лазовой характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в преложенном способе управления фазой СВЧ-волны воздействуют

плотности тока, протекающего по сверхпроводящей пленке, в диапазоне

Je-J-J6 ри этом эффективность данного способа увеличивается с ростом частоты, что позволяет использовать его в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн. На фиг. 1 представлена зависи-

Изобретение относится к радиотехнике, и может быть использовано в технике СВЧ. Целью изобретения является увеличение крутизны фазовой характеристики. Способ управления Аазой СВЧ-волны заключается в воздействии на размещенную в линии передл- чи сверхпроводящую пленку, охлажденную до температуры ниже критической, постоянным током, а также определении величины плотности тока начала и конца скачка мнимой части поверхностного импеданса сверхпроводниковой пленки и регулировании величины плотности постоянного тока в этом интервале. Кроме того, в качестве сверхпроводящей пленки используют соединение YBa2Cu307. Увеличение крутизны фазовой характеристики обеспечивается оптимальным выбором интервала регулирования плотности постоянного тока, пропускаемого через сверхпроводящую пленку. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. Q Ј /

на размещенную в линии передачи сверх- JQ мость мнимой части поверхностного

импеданса сверхпроводника Хе (в ка честве сверхпроводника используетс соединение ) от плотности тока для частоты f 2ЧОИ Гц.

проводящую пленку, охлажденную до температуры ниже критической, постоянным током, согласно изобретению, определяют величину плотности тока начала и конца скачка мнимой части поверхностного импеданса сверхпроводящей пленки и регулируют величину плотности тока в этом интервале.

Кроме того, в качестве сверхпроводящего соединения может использоваться высокотемпературное сверхпроводящее соединение типа .

Авторами была вычислена зависимость мнимой части поверхностного импеданса сверхпроводника от плотности постоянного тока, протекающего по нему, в диапазоне

jftЈ J Ј3

с

где j g - плотность тока начала скачка мнимой части поверхностного импеданса СП-пленки j - плотность токи конца скачка мнимой части поверхностного импеданса СП-пленки, соответствующая плотности критического тока.

Эта зависимость для высокотемпературного соединения показана на фиг.1. В диапазоне токов 1 Ј1Ј1С или в диапазоне плотносте токов joЈ,j 6JC происходит резкое увеличение крутизны фазовой характеристики. Зто позволяет изменять фазу волны по формуле До « с-Л.} где fttf- приращениа фазы, Рад Aj - приращение плотности тока, А/см2, с - константа, зависящая от конструкции волновода, свойств сверхпроводника, частоты волны. Таким образом, существенной особенностью является использование постоянного тока в диапазоне jQЈ j6Jt чт° позволяет достичь no- ложительного эффекта.

Отличие заявляемого способе от прототипа выражается в том, что благодаря резкому увеличению крутизны фазовой характеристики фаза волны изменяется регулированием величины

мость мнимой части поверхностного

5

0

5

0

5

0

5

O

S

импеданса сверхпроводника Хе (в качестве сверхпроводника используется соединение ) от плотности тока для частоты f 2ЧОИ Гц.

На фиг. 2 показано изменение фазы волны Atf, по сравнению с фазой волны при нулевом тока, в зависимости от плотности тока в сверхпроводящей пленке, для прямогоульного волновода длиной 5 см и частоты волны f 2-Ю14 Гц.

На Фиг. 3 представлена схема устройства , реализующего предложенный способ.

Устройство для осуществления заявляемого способа (сЬиг.З) состоит из отрезка волновода 1, в котором размещена сверхпроводящая пленка 2 толщиной больше скин-слоя ( 10 мкм). Волновод 1 одним концом coe/шнен с СВЧ-генератором 3 и находится в азотном криостате 4. Сверхпроводящая пленка 2 соединена с источником 5 постоянного тока.

Устройство работает следующим об- разом. В волноводе 1 распространяется СВЧ-волна, которая подается от генератора 3. С помощью азотного кр.иостата k волновод 1 и сверхпроводящая пленка 2 охлаждаются до температуры кипения жидкого азота. Регулируя плотность тока источником постоянного тока 5, воздействуют на фазу СВЧ-волны.

Последовательность операций при выполнении способа:

-воздействуют на размещенную в линии передачи (в волноводе) сверх- проводящую (СП) пленку постоянным током,

-охлаждают волновод с СП-пленкой до температуры ниже критичЈ- ской,

-определяют величину плотности тока j0 и jc соответственно начала и конца скачка мнимой части поверхностного импеданса СП-пленки,

-регулируют величину плотности тока в этом интервале.

5

Пример конкретной реализации.

СП-пленка из толщиной 10 мм, предварительно напыленная на соответствующую подложку, наносится вместе с подложкой на стенки двух отрезков прямоугольного металлического волновода. На поверхность пленки одного из волноводов напыляют металлические контакты, к которым присоединен регулируемый источник постоянного тока. Волноводы помещены в азотный криостат, где охлаждаются до температуры 77 Ку лежащей ниже критической температуры этой пленки. При этом, источник тока выведен наружу, а концы волноводов изогнуты и также выведены наружу. С одной стороны к ним подключен СВЧ-ге нератор (через 3 дБ ответвитель), с другой - фазометр. От СВЧ-генератора подавалась волна с частотой 200 ГГЦ. Ток регулировался от 0 до 25мА, при этом плотность тока в пленке менялась от 0 до Ю А/см г. На выходе изме-. рялась разность фаз СВЧ-волны. Калибровочная зависимость фазы от тока показана на фиг.2, В области 1 (фиг.1 зависимость приращения фазы от тока слабая. При токе 20 мА (плотность тока А/см2) приращение фазы равно 0,05 Рад. В области II (фиг.1) разность фаз, снятых при токах 20 и

е |0

7/0

-з

Фиг.1

3757

25 мА (плотностях токов и 103 А/смг) составляет 2 Рад, В области III (фиг.1) дальнейшего изменения . фазы не наблюдается.

Таким образом, целесообразно изменять плотность тока в диапазоне области II фиг.1, где крутизна Фазовой характеристики максимальна и Ю составляет 0,5 Рад/мА, что больше по сравнению с прототипом.

Формул.а изобретения

поверхностного импеданса сверхпроводящей пленки и регулируют величину . плотности постоянного тока в этом интервале.

0,6

Рад

0,0$

0,8

Фиг.2

j/h