СВЧ-модулятор Советский патент 1992 года по МПК H01P1/11 

На фиг. 1 показано устройство СВЧ-мо- дулятора, продольное сечение на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - S-образ- ная модуляционная характеристика и формирование выходного сигнала.,

СВЧ-модулятор (фиг. 1, 2) содержит магнитную систему 1, расположенный в ее зазоре прямоугольный волновод 2 с гиромагнитным резонатором 3 из монокристалла феррита, охваченным спиральной катушкой 4, установленной параллельно широким стенкам прямоугольного волновода 2 и подключенной к генератору 5 управляющего тока. В прямоугольный волновод 2 введен реактивный шунт б, установленный с возможностью регулировки в середине широкой стенки прямоугольного волновода 2 на расстоянии четверти длины волны от гиромагнитного резонатора 3. Гиромагнитный резонатор 3 установлен в области СВЧ-магнитного поля эллиптической поляризации с левым относительно направления поля магнитной системы вращением, причем коэффициент эллиптичности Ј СВЧ-магнитного поля в месте расположения гиромагнитного резонатора выбран в пределах (0,15-0,35). На средней частоте рабочего диапазона прямоугольного волновода это обеспечивается при расположении гиромагнитного резонатора на расстоянии Х0(054-0,6)а от узкой стенки прямоугольного волновода, где а - размер его широкой стенки. Коэффициент связи гиромагнитного резонатора с прямоугольным волноводом выбран в пределах /5 1-3, что достигается выбором диаметра и параметров гиромагнитного резонатора и поперечных размеров прямоугольного волновода.

СВЧ-модулятор работает следующим образом.

Проходящий по прямоугольному волноводу 2 СВЧ-сигнал взаимодейстаует с гиромагнитным резонатором 3. Это взаимодействие оказывает реакцию на прошедший СВЧ-сигнал и приводит к резонансной зависимости его амплитуды от поля подмагничивания гиромагнитного резонатора Н. При подмагничивании гиромагнитного резонатора полем (t), которое, наряду с постоянной составляющей Но, содержит переменную составляющую h(t), осуществляется модуляция прошедшего сигнала. Управляющее поле h(t) создается спиральной катушкой 4, подключенной к генератору 5 управляющего тока. Постоянное поле подмагничивания Н0 создается магнитной системой 1. Модуляционная характеристика СВЧ-модулятора совпадает с его энергетической резонансной характеристикой К(Ј), представляющей собой зависимость коэффициента передачи по мощности К от расстройки Ј (НР-Н) /ДНН поля подмагничивания Н относительно его резонансного значения НР(2ДНН - нагруженная полоса резонанса). При наличии реактивного шунта модуляционная характеристика является асимметричной функцией и имеет два экстремума: максимум Кмакс и минимум

Кмин, наблюдаемые при расстройках Јмакс и Јмин соответственно. При определенном сочетании параметров гиромагнитного резонатора и реактивного шунта реализуется S-образная модуляционная характеристика

(фиг. 3), описываемая соотношением:

К© Кс ДК-Ј/(1+ Г) ,

(1)

где Кс KЈ.Ј Ј 0,5(Кмакс+Кмин) средний уровень;

ДК Кмакс-Кмин - размах модуляционной характеристики.

Условие реализации S-обрэзной модуляционной характеристики (1) сводится к следующему соотношению для модуля /Г/

коэффициента отражения реактивного шунта и фазы у этого коэффициента в точке расположения гиромагнитного резонатора:

/Г/- (/cosy /-/sir7y + /S2ip/2cos2 у) I (/Snp/

cosV),(2)

где Snp, $21Р - резонансные значения коэффициентов отражения и передачи прямоугольного волновода с гиромагнитным резонатором без реактивного шунта, которые выражаются через коэффициент связи у8 гиромагнитного резонатора с прямоугольным волноводом и коэффициент эллиптичности Ј СВЧ-магнитного поля в месте расположения гиромагнитного резонатора.

S-образная модуляционная характеристика (1) обладает следующими особенностями (фиг. 3). В точках экстремумов отклонения К от среднего уровня Кс равны друг другу (Кмакс-Кс с-Кмин АК/2), а расстройки равны по модулю и противоположны по знаку (Јмакс - Јмин 1). Между экстремумами лежит монотонный участок с высокой крутизной и малой нелинейностью вблизи средней точки (Кс, Јс 0). Этот участок является рабочим. Увеличение среднего уровня Кс обеспе- чивает уменьшение средних потерь U 10lg/1/Kc/, а увеличение размаха модуляционной характеристики ДК позволяет расширить ее рабочий участок, близкий к

линейному, и благодаря этому уменьшить уровень нелинейных искажений при фиксированной глубине модуляции. Параметры Кс и ДК растут с увеличением коэффициента связи Д однако в области больших значений/ этот рост замедляется, Увеличение/ выше 3 не дает заметного увеличения Кс и ЛК, выбор/3 ниже 1 нецелесообразен из-за существенного снижения Кс и ДК. При фиксированном значении коэффициента связи/ наибольшие значения параметров Кс и АК достигаются в случае расположения гиромагнитного резонатора в СВЧ-магнит- ном поле эллиптической поляризации с левым относительно направления поля магнитной системы вращением, когда коэффициент эллиптичности е этого поля отрицателен и лежит в пределах (0,15-0,35). Размах ДК модуляционной характеристики зависит от фазы у коэффициента отражения реактивного шунта в точке расположения гиромагнитного резонатора и достигает максимума в области у t(40-50)°. При выборе параметров /, к, у в указанных пределах модуль /Г/ коэффициента отражения реактивного шунта, необходимый для реализации S-образной модуляционной характеристики, лежит в пределах ,55-0,9. В трехсантиметровом диапазоне радиоволн указанные значения у и /Г/ реализуются при выполнении реактивного шунта в виде металлического штыря диаметром 1 мм, вводимого на глубину 3-6 мм в прямоугольный волновод сечением 23x10 мм в центре его широкой стенки на расстоянии четверти длины волны от гиромагнитного резонатора.

Таким образом, введение реактивного шунта и выбор пара метров /3,Ј в указанных пределах обеспечивают реализацию СВЧ- модулятора с S-образной модуляционной

характеристикой при высоких значениях параметров Кс, ДК и, следовательно, при малых уровнях средних потерь и нелинейных искажений.

Формула изобретения

СВЧ-модулятор, содержащий магнитную систему, расположенный в ее зазоре прямоугольный волновод с гиромагнитным резонатором, охваченным спиральной катушкой, установленной параллельно широким стенкам прямоугольного волновода и подключенной к генератору управляющего тока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений, введен реактивный шунт, установленный с возможностью регулировки в середине широкой стенки прямоугольного волновода на расстоянии четверти длины волны от гиромагнитного резонатора, гиромагнитный резонатор установлен в области СВЧ-магнитного поля эллиптической поляризации с левым относительно направления поля магнитной системы вращением, коэффициент эллиптичности еСВЧ-магнитного поля в месте расположения гиромагнитного резонатора выбран в пределах е - (0,15-0,35), а коэффициент связи / гиромагнитного резонатора с прямоугольным волноводом выбран в пределах / 1-3.

471

d

с-

)Г of

V7 0

t

Л&0(& /Г0ЛЛрУЗ. /&&Ј&# /7W7S/ Ј/3.

wn

1741192

А- А

/

Нв

0

t

лиг

cpuz.Z

..3