SU1734187A1

SU1734187A1 - Returnable ultra-high frequency generator

Info

Publication number: SU1734187A1
Application number: SU904849226A
Authority: SU
Inventors: Александр Сергеевич Берегов; Игорь Николаевич Ерещенко; Борис Иванович Игнатьев; Евгений Васильевич Кудинов; Сергей Николаевич Кущ
Original assignee: Киевский политехнический институт
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1992-05-15

Abstract

Использование: устройства преобразовани и обработки сверхвысокочастотных сигналов. Сущность изобретени : генератор содержит линию задержки, выходной преобразователь которой соединен с входом широкополосного усилител , выход которого подключен к первому плечу направленного ответвител , второе плечо которого соединено с согласованной нагрузкой , третье - с входным преобразователем линии задержки, а четвертое плечо вл етс выходом генератора. Лини задержки содержит ферритовую пленку, расположенную на двух узкополосных преобразовател х, которые размещены на диэлектрической подложке с провод щим основанием, в котором выполнена поперечна щель на одинаковом рассто нии от каждого преобразовател . В щели на диэлектрической подложке размещена дополнительна плоска управл юща катушка . 2 ил. ч ЁUsage: devices for converting and processing microwave signals. SUMMARY OF THE INVENTION: The generator comprises a delay line, the output converter of which is connected to the input of a wideband amplifier, the output of which is connected to the first arm of a directional coupler, the second shoulder of which is connected to a matched load, the third to the input converter of the delay line, and the fourth arm is the output of the generator. The delay line contains a ferrite film located on two narrowband transducers, which are placed on a dielectric substrate with a conductive base, in which a transverse slit is made at the same distance from each transducer. An additional plane control coil is placed in the slit on the dielectric substrate. 2 Il. h y

Description

Изобретение относитс к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в устройствах преобразовани и обработки СВЧ-сиг- налов.The invention relates to microwave radio technology and can be used in devices for converting and processing microwave signals.

Известны генераторы на магнитостати- ческих волнах, содержащие широкополосный усилитель, в цепи обратной св зи которого установлены направленный ответ- витель (НО), многоотводна лини задержки , широкополосные выходные преобразователи ко чэрой соединены с входом сумматора, выход которого св зан с входом усилител , а выход усилител через первичный канал НО подключен к входному широкополосному преобразователю линии задержки.Magnetostatic wave generators are known that contain a broadband amplifier, in the feedback circuit of which a directional coupler (BUT) is installed, a multi-tap delay line, and broadband output converters are connected to the input of the adder, the output of which is connected to the amplifier input, and the amplifier output through the primary channel BUT is connected to the input wideband delay line converter.

Недостатками известного генератора вл ютс многочастотность, перескоки частоты , сложность настройки и сужение диапазона перестройки генератора по частоте из-за введени сумматора, внос щего дополнительный фазовый сдвиг в кольце генератора .The disadvantages of the known oscillator are multi-frequency, frequency hopping, tuning complexity, and narrowing the oscillator tuning range in frequency due to the introduction of an adder, which introduces an additional phase shift in the oscillator ring.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс перестраиваемый генератор СВЧ на магнитостатических волнах (МСВ), содержащий линию задержки, выполненную на фер- ритовой пленке, котора установлена во внешнем однородном поле электромагнита и расположена на двух идентичных многоэлементных узкополосных входном и выходном преобразовател х, размещенных на диэлектрической подложке, с провод щим основанием, при этом входной преобразователь соединен с входом широкополосногоThe closest in technical essence to the present invention is a tunable microwave generator based on magnetostatic waves (MSV), which contains a delay line made on a ferrite film, which is installed in an external homogeneous field of an electromagnet and is located on two identical multi-element narrow-band input and output converters, placed on a dielectric substrate, with a conductive base, with the input transducer connected to the input of a broadband

VI СА) VI SA)

0000

VJVj

усилител , выход которого подключен к первому плечу направленного ответвител , второе плечо которого соединено с согласованной нагрузкой, третье - с входным преобразователем, а четвертое вл етс выходным.an amplifier whose output is connected to the first arm of the directional coupler, the second arm of which is connected to the matched load, the third to the input transducer, and the fourth to the output.

Недостатком данного генератора вл етс узкий диапазон перестройки его частоты , обусловленный срывами генерации в точках рабочего диапазона, где одновременно не выполн ютс услови баланса фаз и амплитуд, а также скачки частоты.The disadvantage of this generator is the narrow range of tuning its frequency, due to generation failures at the points of the operating range, where the phase and amplitude balances and frequency jumps are not fulfilled simultaneously.

Цель изобретени - расширение диапазона перестройки без срывов и скачков частоты генерации.The purpose of the invention is to expand the tuning range without interruptions and jumps in the generation frequency.

Указанна цель достигаетс тем, что в перестраиваемом генераторе СВЧ, содержащем линию задержки, выполненную на ферритовой пленке, котора установлена во внешнем однородном по е электромагнита и расположена на идентичных многоэлементных узкополосных входном и выходном преобразовател х, оазмещенных на диэлектрической подложке с провод щим основанием, при этом выходной преобразователь соединен с входом микрополосного усилител , выход которого подключен к первому плечу направленного ответвител , второе плечо которого соединено с согласованной нагрузкой, третье - с входным преобразователем, а четвертое вл етс выходным, в провод щем основании диэлектрической подложки линии задержки выполнена поперечна щель, стороны которой расположены на одинаковом рассто нии от входного и выходного преобразователей, в щели симметрично относительно ферритовой пленки установлена дополнительно введенна плоска управл юща катушка, подключенна к источнику управл ющего тока, при этом рассто ние между преобразовател ми L, период многоэлементных преобразователей р и внешние размеры сторон плоской управл ющей катушки D и I удовлетвор ют соотношени м:This goal is achieved by the fact that in a tunable microwave generator containing a delay line made on a ferrite film that is installed in an external uniform electromagnet and is located on identical multi-element narrow-band input and output converters placed on a dielectric substrate with a conductive base, This output converter is connected to the input of the microband amplifier, the output of which is connected to the first arm of the directional coupler, the second arm of which is connected to matched load, the third - with the input converter, and the fourth is output, in the conductive base of the dielectric substrate of the delay line there is a transverse slit, the sides of which are located at the same distance from the input and output converters; the control coil connected to the source of the control current, with the distance between the transducers L, the period of the multi-element transducers p and beyond The overall dimensions of the sides of the flat control coil D and I satisfy the following relations:

2 р I 0,5 L;2 p I 0.5 L;

D 4I;D 4I;

D 2 а,D 2 a

где а - апертура преобразователей; D - максимальный линейный размер стороны катушки , в направлении, перпендикул рном распространению магнитостатической волны .where a is the aperture of the transducer; D is the maximum linear dimension of the coil side, in the direction perpendicular to the propagation of the magnetostatic wave.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый генератор отличаетс наличием дополнительно введенной в поперечную щель, выполненную в провод щем основании диэлектрической подложки плоской управл ющейA comparative analysis with the prototype shows that the proposed generator is distinguished by the presence of a planar control plate that is additionally inserted into a transverse slit made in the conductive base of the dielectric substrate.

катушки, подключенной к источнику тока, позвол ющей, при предлагаемых расположении и соотношени х размеров конструкции за счет создани локального магнитногоcoil, connected to a current source, which allows, with the proposed arrangement and ratios of the dimensions of the structure due to the creation of a local magnetic

пол в области ферритовой пленки, одинаково удаленного от входного и выходного преобразователей, объединить в одном элементе функции линии задержки и фазокор- ректирующей цепочки, что позвол етfield in the area of the ferrite film, equally distant from the input and output converters, combine in one element the functions of the delay line and the phase-correcting chain, which allows

0 достигнуть поставленную цель.0 to achieve the goal.

Кроме того, обеспечиваетс упрощение настройки на центральную частоту полосы пропускани , повышение линейности перестройки и равномерности выходной мощно5 сти при сохранении высокой стабильности частоты, минимальных затратах энергии и габаритах генератора, без усложени его конструкции. Предложенное техническое решение позвол ет использовать в широ0 кой полосе частот один генератор вместо нескольких генераторов с узкой полосой перестройки . Все это свидетельствует о получении существенного экономического эффекта.In addition, it provides simplified tuning to the center frequency of the passband, increasing the linearity of tuning and uniformity of the output power while maintaining high frequency stability, minimal energy expenditure and generator dimensions, without complicating its design. The proposed technical solution allows one generator to be used in a wide frequency band instead of several generators with a narrow tuning band. All this indicates a significant economic effect.

5На фиг.1 схематично показан перестраиваемый генератор СВЧ; на фиг.2 - то же, вид снизу.5Ha 1 schematically shows a tunable microwave generator; figure 2 - the same, bottom view.

Перестраиваемый генератор СВЧ содержит линию задержки, выполненную наThe tunable microwave generator contains a delay line made on

0 ферритовой пленке (ФП) 1, котора однородно намагничена по всей поверхности внешним магнитным полем и установлена на диэлектрической подложке (ДП)2. На поверхности диэлектрической подложки 2,0 ferrite film (FP) 1, which is uniformly magnetized over the entire surface by an external magnetic field and installed on a dielectric substrate (DP) 2. On the surface of the dielectric substrate 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 провод щее основание 5, в котором в среднем сечении выполнена поперечна щель шириной h. В этой щели симметрично относительно вертикальной оси установлена5 adjacent to the ferrite film 1, identical multi-element narrow-band input 3 and output 4 converters (for example, meander) with period p and aperture a are made. A conductive base 5 is deposited on the opposite surface of the DP 2, in which, in its middle section, there is a transverse slit of width h. In this slot, symmetrically about the vertical axis is set

5 планарна пр моугольна управл юща катушка с максимальными линейными размерами внешних проводников D и I, где D - размер проводника катушки, перпендикул рный направлению распространени 5 is a planar rectangular control coil with maximum linear dimensions of the outer conductors D and I, where D is the size of the coil conductor, perpendicular to the direction of propagation

0 МСВ (проводник с размером D установлен параллельно полоскам входного и выходного преобразователей).0 MCB (conductor with size D is installed parallel to the strips of the input and output converters).

Управл юща катушка установлена симметрично относительно ферритовойThe control coil is installed symmetrically with respect to the ferrite

5 пленки. Дл работы перестраиваемого генератора в широком диапазоне частот без срывов генерации размеры управл ющей катушки, рассто ние между преобразовател ми L и их апертура удовлетвор ют соотношени м 2 р I 0,5 L; D 4 I; D 2 а.5 films. For operation of a tunable generator in a wide frequency range without generational interruptions, the dimensions of the control coil, the distance between the transducers L and their aperture satisfy the relations 2 p I 0.5 L; D 4 I; D 2 a.

Выводы управл ющей катушки 6 соединены с управл ющим источником тока (на фигурах не показан). Выходной преобразователь 4 соединен с входом широкополосного усилител 7, выход которого подключен к первому плечу направленного ответвител (НО) 8, второе плечо НО 8 соединено с согласованной нагрузкой 9, третье плечо - с входным преобразователем 3, а четвертое плечо НО 8 вл етс выходом перестраиваемого генератора СВЧ, Однородное магнитное поле во всей ферритовой пленке 1 создаетс с помощью внешнего электромагнита (на фигурах не показан), поперечные размеры полюсов которого превышают поперечные размеры ферритовой пленки. Ло- кальное магнитное поле в ФП 1 обеспечиваетс управл ющей катушкой 6. Перестройка генератора по частоте достигаетс соответствующим изменением магнитных полей электромагнита и управл ющей катушки 6. Эти внешние магнитные пол направлены нормально плоскости ФП 1, что обеспечивает работу Л 3 на пр мых объемных (ПО)МСВ.The terminals of the control coil 6 are connected to the control current source (not shown in the figures). Output converter 4 is connected to the input of a broadband amplifier 7, the output of which is connected to the first arm of the directional coupler (BUT) 8, the second arm of the HO 8 is connected to the matched load 9, the third arm is connected to the input converter 3, and the fourth arm of the HO 8 is a tunable output microwave generator, a uniform magnetic field in the entire ferrite film 1 is created using an external electromagnet (not shown in the figures), the transverse dimensions of the poles of which exceed the transverse dimensions of the ferrite film. The local magnetic field in the FP 1 is provided by the control coil 6. The generator frequency tuning is achieved by a corresponding change in the magnetic fields of the electromagnet and the control coil 6. These external magnetic fields are directed normally to the FP 1 plane, which ensures the operation of L 3 on straight bulk ( ON) MSV.

Внешнее магнитное однородное поле Н0 создано с помощью управл емого током электромагнита, в котором дл уменьшени мощности управлени полюсные наконечники выполнены комбинированными и содержат самарий-кобальтовое основание и шайбы из магнито-м гкого материала.An external magnetic uniform field H0 is created by means of a current-controlled electromagnet, in which, to reduce the power of control, the pole pieces are made combined and contain a samarium-cobalt base and washers of a soft magnetic material.

Перестраиваемый генератор СВЧ работает следующим образом.Tunable microwave generator works as follows.

Колебани на выходе генератора с частотой fo существуют, если на этой частоте в замкнутом кольце генератора выполнены услови баланса амплитуд и фаз.Oscillations at the generator output with the frequency fo exist if at this frequency in the closed ring of the generator the conditions of the amplitude and phase balance are met.

Баланс амплитуд обеспечиваетс выбором необходимого коэффициента усилени широкополосного усилител СВЧ 7, компенсирующего потери в цепи обратной св зи (дл -избежани чрезмерного усилени в усилителе генераторы конструируютс так, чтобы генераци происходила на частоте, лежащей в полосе, ограниченной уровнем 3 ДБ).The amplitude balance is provided by selecting the necessary gain of the wideband microwave amplifier 7, compensating for the loss in the feedback circuit (to avoid over amplification in the amplifier, the generators are designed so that generation occurs at a frequency lying in the band limited by the level of 3 dB).

Баланс фаз достигаетс , когда суммарный фазовый набегPhase balance is achieved when the total phase shift

р( n 1,N, где , , рэ - представл ют собой фазовые набеги соответственно в линии задержки (рпз ), работающей на ПО МСВ; усилителе ()м Других элементах (рэ ) , включенных в иепь обратной св - зи (направленном ответвителе 8, соединительных лини х и т.д).p (n 1, N, where,, re - are phase raids, respectively, in the delay line (RPZ) operating on the MCB; amplifier () m Other elements (re) included in the feedback circuit (the directional coupler) 8, connecting lines, etc.).

Узкополосный входной преобразователь 3 в рабочем диапазоне частот формирует в ФП1 МСВ с посто нным значением волнового числа, что обусловливает посто нство фазового набега в ЛЗ.The narrowband input transducer 3 in the working frequency range forms in FP1 MSV with a constant value of the wave number, which determines the constancy of the phase shift in LZ.

Фазовые набеги в усилителе 7 и вспомогательных элементах практически линейно растут с повышением частоты генерации, в результате чего измен етс суммарный фазовый набег при перестройке.The phase incursions in the amplifier 7 and the auxiliary elements increase almost linearly with increasing generation frequency, as a result of which the total phase incursion during restructuring changes.

Изменение суммарного фазового набе0 га приводит к тому, что в полосе пропускани ЛЗ перестают выполн тьс услови баланса фаз и генераци срываетс .A change in the total phase shift leads to the fact that in the LZ passband the phase balance conditions no longer hold and the generation is interrupted.

Введение управл ющей катушки 6, создающей локальное поперечно-однородноеThe introduction of the control coil 6, creating a local transversely uniform

5 магнитное поле, позвол ет 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 баланса5, the magnetic field, in the FP1 part, equidistant from transducers 3 and 4, allows changing the value of the wave number, and hence the total phase shift in LZ, so that the additional phase run in the amplifier 7 and auxiliary elements at an arbitrary frequency in the tuning range the generator was compensated, which ensures simultaneous fulfillment of the balance conditions

5 фаз и амплитуд, т.е. часть ЛЗ, где установлена управл юща катушка 6 выполн ет роль управл емого фазовращател , который вл етс неминимально-фазовой цепью, так как в нем при указанных соотно0 шени х размеров конструкции устранено вли ние на модуль коэффициента передачи ЛЗ. Дл обеспечени требуемой компенсации фазового набега в цепи обратной св зи генератора на заданной частоте управл ю5 ща катушка 6 подключена к источнику тока, ток которого определ етс величиной внешнего пол (значением тока) электромагнита, создающего однородное поле во всей ФП 1, и измен етс по закону, получаемому в ре0 зультате измерений ФЧХ усилител 7 и дополнительных элементов кольца обратной св зи.5 phases and amplitudes, i.e. the part of the LZ where the control coil 6 is installed plays the role of a controlled phase shifter, which is a non-minimum phase circuit, since the influence of the LZ transfer coefficient modulus is eliminated at the indicated construction size ratios. To provide the required compensation of the phase shift in the generator feedback circuit at a given frequency, the control coil 6 is connected to a current source, the current of which is determined by the external field (current value) of the electromagnet creating a uniform field in the entire OP 1, the law obtained as a result of measurements of the phase response of the amplifier 7 and additional elements of the feedback ring.

Дл исключени вли ни управл ющей катушки 6 на процессы распространени To eliminate the influence of the control coil 6 on the propagation processes

5 МСВ ее шаг выбираетс отличающимс от периода преобразователей. Рассто ние от боковых сторон катушки 6 до соответствующих торцов щели в провод щем основании 5 должно превышать величину, равную п ти5 MCB, its pitch is chosen different from the period of the transducers. The distance from the sides of the coil 6 to the corresponding end faces of the slit in the conductive base 5 must exceed a value of five.

0 шагам управл ющей катушки 6.0 steps of control coil 6.

Claims

Claims of the Invention A tunable microwave generator comprising a delay line formed on a ferrite film which is mounted

5 in an external uniform field of an electromagnet and is located on two identical multi-element narrow-band input and output converters placed on a dielectric substrate with a conductive base, the output converter connected to the input of a broadband amplifier whose output is connected to the first shoulder of a directional coupler, the second shoulder of which connected to a matched load, the third to an input converter, and the fourth is output, characterized in that, in order to extend the range erestroyki smoothly and the generation frequency jumps in conductive dielectric substrate based delay line is formed transverse slot sides of which are arranged at the same distance from the input and output transducers and in which symmetrically to the ferrite film on the dielectric substrate mounted dopol5

five

The entered control coil, which is connected to the control current source, the distance between the transducers L, the period of the multi-element transducers p and the external dimensions of the sides of the control coil D and I satisfy the ratios

2 p I 0,5 L,,

where a is the aperture of each transducer, D is the size of the side of the planar control coil in the direction perpendicular to the propagation of the magnetostatic wave.

H

®