Управляемый генератор СВЧ Советский патент 1992 года по МПК H03B5/30 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в различной приемопередающей аппаратуре СВЧ.

Известны генераторы на магнитостатических волнах (МСВ), содержащие ферри- магнитную пленку (ФП) на которой установлены входной и выходные преобразователи, соединенные через общий усилитель.

Недостатками известного генератора являются многочастотность спектра и невозможность быстрой его перестройки на фиксированные (литерные) частоты,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является управляемый генератор СВЧ на МСВ, содержащий

диэлектрическую подложку, на которой расположены микрополосковые входной и два выходных преобразователя, поверх которых установлена ферримагнитная пленка, намагниченная перпендикулярно ее плоскости и разделенная на две прямоугольные области поперечной канавкой, два программно-переключающих элемента, через которые соответствующий выходной преобразователь подключен к входу широкополосного усилителя, направленный ответвитель, через основной канал которого выход широкополосного усилителя соединен с входным преобразователем, согласованную нагрузку, подключенную к одному из плеч вспомогательного канала направXJ

Ј

ND СЛ О

ленного ответвителя, другое плечо которого является выходом устройства.

Недостатками известного генератора являются высокий уровень фазового шума и ограничения по выбору рабочих частот гене- ратора fi и f2, приводящие к сужению диапазона рабочих частот и неравномерности выходной мощности в диапазоне перестройки,

Цель изобретения - расширение диапа- зона рабочих частот при уменьшении уровня фазовых шумов и неравномерности выходной мощности генератора.

Указанная цель достигается тем, что в управляемом генераторе СВЧ, содержащем диэлектрическую подложку, на которой расположены микрополосковые входной и два выходных преобразователя, поверх которых установлена ферримагнитная пленка, намагниченная перпендикулярно ее пло- скости и разделенная на две прямоугольные области поперечной канавкой, два программно-переключающих элемента, через которые соответствующий выходной преобразователь подключен к входу широ- кополосного усилителя, (направленный от- ветвитель), через основной канал которого выход широкополосного усилителя соединен с входным преобразователем, согласованную нагрузку, подключенную к одному из плеч вспомогательного канала направленного ответвителя, другое плечо которого является выходом устройства, микрополосковые выходные преобразователи установлены на несмежных краях соответствующих прямоугольных областей на их общей продольной оси симметрично относительно поперечной оси ферримаг- нитной пленки, микрополосковый входной преобразователь выполнен Т-образной формы, неразветвленная часть которого установлена на поперечной оси ферримагнит- ной пленки и является его входом, а разветвленная часть установлена на одной оси с микрополосковыми выходными преоб- разователями, при этом отношение ширин прямоугольных областей пропорционально отношению модулей соответствующих им волновых векторов магнитостатических волн.

На чертеже схематично изображен управляемый генератор СВЧ,

Управляемый генератор СВЧ содержит диэлектрическую подложку 1, с одной сто- роны которой расположен проводящий слой 2, а с другой стороны размещены входной микрополосковый преобразователь 3, выполненный Т-образной формы, и выходные микрополосковые преобразователи (П) 4 и 5. Поверх преобразователей 3,4 и 5 установлена намагниченная перпендикулярно ее поверхности с помощью внешнего магнитного поля Н ферримагнитная пленка (ФП) 6, имеющая две прямоугольные области равной длины и толщины с ширинами ai первой и Э2 второй областей. Отношение ширин областей обратно пропорционально отношению волновых векторов прямых объемных МСВ (ПОМСВ), распространяющихся в этих областях. Первая и вторая области ФП разделены канавкой 7, глубина и ширина которой выбраны так, что позволяет исключить взаимное влияние между каналами частот генератора. Выходные микрополосковые преобразователи 4 и 5 установлены на несмежных краях соответствующих прямоугольных областей ФП 6 на их общей продольной оси симметрично относительно поперечной оси ферримагнитной пленки 6. Неразветвленная часть входного преобразователя 3 установлена на поперечной оси ФП б, а разветвленная часть - на одной оси с микрополосковыми выходными преобразователями 4 и 5. Выходной П 4, установленный под первой прямоугольной областью ФП 6, и выходной П 5, установленный под второй прямоугольной областью ФП 6, через программно-переключающие элементы 8 и 9 соответственно подсоединены к входу широкополосного усилителя (У) СВЧ 10, выход которого подключен к первому плечу основного канала направленного ответвителя (НО) 11, второе плечо основного канала которого подключено к неразветвленной части входного П 3. Одно из плеч вспомогательного канала НО 11 соединено с согласованной нагрузкой 12, а другое плечо этого канала НО 11 является выходом генератора СВЧ. Программно-переключающие элементы 8 и 9 соединены через согласующие цепи и развязывающие фильтры с управляющим источником тока (не показаны). Вход У 10 выполнен развязанным от цепей питания элементов 8,9 по постояиному току. Однородное магнитное поле ФП 6 создается внешним электромагнитом (не показан).

Управляемый генератор работает следующим образом.

Колебания с частотой f0 существуют если на этой частоте,определяемой частотно- задающим элементом (ЧЗЭ), в нашем случае резонатором, стоящим в цепи обратной связи генератора, выполнены условия баланса фаз и амплитуд. Баланс фаз достигается, когда суммарный фазовый сдвиг в кольце, включающем входной ПЗ, выходной П 4(или 5), соединительные линии, программно-переключающий элемент 8 (или 9), широкополосный У 10 и первичный канал НО, равен 2 лп, где ,N (это условие выполняется на

собственных частотах системы). Баланс амплитуд обеспечивается выбором коэффициента усиления широкополосного У 10, компенсирующего потери в полосе пропускания ЧЗЭ, стоящего в цепи обратной связи.

Рассмотрим случай работы генератора на частоте fi.

При этом в цепь обратной связи У 10 включен НО 11, а также с помощью программно-переключающего элемента 9, управляемого внешним источником тока, подключен первый пленарный резонатор (Р), работающий на ПОМСВ, образованный участком ФП 6, расположенным над правой частью входного П 3 и перекрывающий выходной П 5. Переключающий элемент 8 в этот случае отключен (имеет большое внутреннее сопротивление), что обусловливает развязку первой и второй частот генератора. Дополнительное уменьшение связи между резонаторами достигнуто выбором глубины и ширины канавки 7, выполненной в ФП 6. Ее ширина выбирается из условия обеспечения затухания колебания с низшей частотой (в нашем случае fi на требуемую величину. Колебания рабочей частоты на выходной П 4 попадают сильно ослабленными в силу запредельности второго резонатора для частоты fi. Программно-переключающий элемент 9 работает в ключевом режиме, вносит малые потери в систему, и на его параметры слабо влияют внешние факторы.

Значение частоты генерации определяется собственной частотой резонатора, работающего на прямых объемных МСВ, зависит от величины внешнего магнитного поля Н, приложенного в области резонатора перпендикулярно плоскости ФП, ее толщины d и значения волнового вектора

fry - {Н-(Н+4х л- М)- Н4- л М (1-exp(-ki d))/(ki d)}1/2/(2 я), где at - ширина i-ro резонатора;

у - гиромагнитное отношение;

4яМ - намагниченность насыщения материала ФП.

Перестройка частоты генератора относительно частоты fi достигается изменением величины внешнего магнитного поля Н.

Внешнее поле Н создается с помощью перестраиваемого током электромагнита, в котором для уменьшения мощности управления полюсные наконечники выполнены комбинированными и содержат самарийкобальтовое основание и шайбы из магни- томягкого материала.

Быстрая перестройка генератора на частоту f2 осуществляется переключением

элементов 8 и 9 с помощью управляющего источника тока (не показан). Программно- переключающий элемент 8 открывается, а элемент 9 закрывается. С помощью элемента 8 в цепь обратной связи У 10 подключаются входной П 3, второй резонатор ПОМСВ, выходной П 4, НО 11, и через время, определяемое постоянной времени процессов релаксации, генератор начинает работать на второй литерной частоте. Работа генератора на частоте f2 аналогична его работе на частоте fi.

Формула изобретения Управляемый генератор СВЧ, содержащий диэлектрическую подложку, на которой

расположены микрополосковые входной и два выходных преобразователя, поверх которых установлена ферримагнитная пленка, намагниченная перпендикулярно ее плоскости и разделенная на две прямоугольные

области поперечной канавкой, два программно-переключающих элемента, через которые соответствующий микрополосковый выходной преобразователь подключен к входу широкополосного усилителя, направленный ответвитель, через основной канал которого выход широкополосного усилителя соединен с входным микрополосковым преобразователям, согласованную нагрузку, подключенную к одному из плеч вспомогательного канала направленного ответвителя, другое плечо которого является выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазон рабочих частот при уменьшении уровня фазовых шумов и неравномерности выходной мощности, микрополосковые выходные преобразователи установлены на несмежных краях соответствующих прямоугольных областей на их общей продольной оси симметрично относительно поперечной оси ферримагнитной пленки, микрополосковый входной преобразователь выполнен Т-образной формы, неразветвленная часть которого установлена на поперечной оси

ферримзгнитной пленки и является его входом, а разветвленная часть установлена на одной оси с микрополосковыми выходными преобразователями, при этом отношение ширин прямоугольных областей обратно

пропорционально отношению модулей соответствующих им волновых векторов маг- нитостатических волн.

X истоц :

пики улр

X UCfTIOVHU- уупр

Изобретение позволяет расширить диапазон рабочих частот при уменьшении уровня фазовых шумов и неравномерности выходной мощности при перестройке. Генератор одержит соосно расположенные микрополосковые входной 3, выполненный Т-образной формы, и с разных сторон от него два выходных преобразователя 4 и 5, поверх которых симметрично относительно их общей оси установлена ферримагнитная пленка 6, намагниченная перпендикулярно ее поверхности и разделенная поперечной канавкой 7 на две области, образующих два резонатора магнитостатических волн. Параллельное подключение через программно-переключающие элементы 8 и 9 и направленный ответвитель 11 в цепь обратной связи широкополосного усилителя 10, обеспечение развязки между резонаторами как за счет поперечной канавки 7, так и за счет выбора отношения ширин областей обратно пропорциональным отношению волновых векторов магнитостатических волн, распространяющихся в этих областях (область с колебаниями на более высокой рабочей частоте является запредельной для колебаний другой рабочей частоты), обеспечивают достижение цели изобретения. 1 ил.