CN115799783B - 一种多维度指标重构的磁调谐陷波器及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多维度指标重构的磁调谐陷波器及调节方法，属于铁磁谐振器领域，磁调陷波器包括位于磁路中的上极柱、下极柱、工作气隙、谐振电路，谐振电路包括M个耦合的小球谐振子，工作气隙内的谐振电路下方，设有一分布磁场调节线圈组，所述分布磁场调节线圈组为偶数个，且分布磁场调节线圈组由中垂线分为左右两侧，同侧的线圈绕向相同，异侧线圈绕向相反，靠近中垂线的两线圈匝数相同，且从中间向分布磁场调节线圈的两端，各线圈的匝数等量递增，使各线圈产生的磁场大小从中间向两边依次等量变大。本发明能不改变陷波阻带的中心频率，不改变陷波器通带的插入损耗，且只需增加一个电流激励器就能控制阻带深度L与阻带带宽BW调节。

Description

一种多维度指标重构的磁调谐陷波器及调节方法

技术领域

本发明涉及一种陷波器，尤其涉及一种多维度指标重构的磁调谐陷波器及调节方法。

背景技术

磁调陷波器由铁磁共振原理制成，在磁场激励下阻带中心频率f ₀ 可实现多倍频范围内的调节，但是阻带带宽BW、阻带深度L指标在设计完成后是固定的。BW、L指标主要由谐振电路中小球小球谐振子的饱和磁化强度、环球耦合强度及小球谐振子级数等参数确定，其中小球小球谐振子的饱和磁化强度主要由f ₀ 下限确定，环球耦合强度与小球谐振子级数确定BW、L指标。

现有技术中，谐振电路中每一级小球谐振子均能形成一个阻带响应，为了得到实用化的BW、L指标，谐振电路中需设计多级，如8～16级小球谐振子进行阻带同频叠加以满足指标要求。谐振电路置于磁路的工作气隙中，磁路工作气隙将提供均匀一致的平行磁场作用在谐振电路各级小球谐振子上，以实现各级小球谐振子阻带同频工作，阻带叠加后形成需求的BW、L。

陷波器只有单一维度的指标重构能力，阻带中心频率f ₀ 可实现多倍频的调节，但是在每一个f ₀ 点对应的BW、L固定。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述陷波器在每一个f ₀ 点对应的BW、L固定不可调的问题的，一种多维度指标重构的磁调谐陷波器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种多维度指标重构的磁调谐陷波器，包括位于磁路中的上极柱、下极柱，上极柱和下极柱间设有工作气隙，工作气隙间设有谐振电路，所述谐振电路包括M个耦合的小球谐振子，下磁极上套有调谐线圈，所述调谐线圈连接第一电流激励器使其中流过调谐线圈电流I；

所述工作气隙内的谐振电路下方，设有一分布磁场调节线圈组，所述分布磁场调节线圈组由数个串接的线圈构成；分布磁场调节线圈组两端连接第二电流激励器，所述第二电流激励器用于在磁场调节线圈组中流过激励电流i；

当M为偶数时，所述线圈为M个，一一对应设置在M个小球谐振子下方，且线圈中心正对小球谐振子，当M为奇数时，所述线圈为M-1个，一一对应设置在除正中的小球谐振子外的M-1个小球谐振子下方，且线圈中心正对小球谐振子；

所述分布磁场调节线圈组由中垂线分为左右两侧，同侧的线圈绕向相同，异侧线圈绕向相反，靠近中垂线的两线圈匝数相同，且从中间向分布磁场调节线圈组的两端，各线圈的匝数等量递增，使各线圈产生的磁场大小从中间向两边依次等量变大。

作为优选：所述小球谐振子为8~16个，靠近中垂线的两线圈匝数为n圈，从中间向两边，每个线圈的匝数按n的倍数递增。

作为优选：将分布磁场调节线圈组中的线圈按顺序编号，其中第x个线圈产生的磁场为△H _（x）；

△H _（x） =n _（x） i/l _g

n _（x）为第x个线圈的匝数，l _g 为工作气隙高度；

则第x个线圈正上方小球谐振子的工作频率f _（x）为：

f _（x）=γ（H _e ±△H _（x））

式中，γ为旋磁比，He为工作气隙处的磁场。

一种多维度指标重构的磁调谐陷波器的调节方法，包括以下步骤；

（1）设计一种多维度指标重构的磁调谐陷波器；

（2）调谐线圈连接第一电流激励器用于流过调谐线圈电流I，分布磁场调节线圈组两端连接第二电流激励器，用于流过激励电流i；

（3）使i=0，调节I的大小，在工作气隙产生磁场H _e 使各小球谐振子满足共振条件，此时各小球谐振子的谐振频率f ₀ ，该多维度指标重构的磁调谐陷波器的阻带深度最大，标记为BW _max，阻带带宽最小，标记为L _min；

（4）增大i的值，直至示波器中所有小球谐振子的阻带频率在f ₀ 两端均匀分开并呈波浪形，此时该多维度指标重构的磁调谐陷波器的阻带深度最小，标记为BW _min，阻带带宽最大，标记为L _max，此时的i为第二电流激励器中激励电流的最大值，标记为i _max；

（5）使i在0和i _max间变化，调节多维度指标重构的磁调谐陷波器的阻带深度和阻带带宽。

本发明的工作原理为：基于控制调谐线圈的电流实现整体陷波阻带的中心频率f ₀ 调节，在谐振电路的小球谐振子的位置设计分布磁场调节线圈组，分布磁场调节线圈组通过电流产生磁场，通过磁场调节各小球谐振子的阻带工作频率，从而实现谐振电路中各小球谐振子频率在f ₀ 两边等距离排布，通过改变各小球谐振子频率距离大小实现BW、L在一定范围内重构，从而实现对BW、L的调节。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明打破了现有技术中单一的均匀一致磁场环境，实现均匀一致磁场环境到分布磁场环境电调的转换，该转换采用了分布磁场调节线圈组实现，使各谐振子在承受由磁路线圈产生的磁场H _e 的基础上叠加了分布磁场，当调节分布磁场调节线圈组中激励电流i的大小时，各谐振子叠加的分布磁场线性变化。当激励电流i为0时，各线圈无分布磁场产生，所有谐振子阻带同频，此时阻带深度L最深，但阻带带宽BW最小；当激励电流i调节至最大并使所有谐振子阻带频率均匀分开时，此时BW调节至最大，但L最浅，从而可实现BW、L在一个区间内线性的变化。

（2）本发明分布磁场调节线圈组中的线圈采用串接模式，分布磁场调节线圈组从中间均分后绕向相反，且各线圈匝数设计从中间向两边线性递增，线圈组通过单位电流后产生的分布磁场大小从中间向两边等距排布，致使谐振电路中小球谐振子谐振频率间形成等距频差。

本发明在调节BW与L时，不影响陷波器频率调节，不改变陷波阻带的f ₀ ，不改变陷波器通带的插入损耗，且只需增加一个电流激励器就能控制L与BW调节，适用于基于环球耦合结构的磁调谐陷波器的多维度指标重构。

附图说明

图1为本发明磁调谐陷波器结构示意图；

图2为图1的A局部放大图；

图3为本发明分布磁场调节线圈组的结构示意图；

图4a为本发明L与BW控制中，激励电流为0时的状态示意图；

图4b为本发明L与BW控制中，激励电流逐渐增大时的状态示意图；

图4c为本发明L与BW控制中，激励电流最大时的状态示意图；

图5为本发明小球谐振子为偶数时分布磁场调节线圈组的匝数、磁场大小、磁场方向分布示意图；

图6是本发明小球谐振子为奇数时分布磁场调节线圈组的匝数、磁场大小、磁场方向分布示意图。

图中：1、磁路；2、谐振电路；3、小球谐振子；4、调谐线圈；5、线圈；6、工作气隙；7、上极柱；8、下极柱。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1-图6，一种多维度指标重构的磁调谐陷波器，包括位于磁路1中的上极柱7、下极柱8，上极柱7和下极柱8间设有工作气隙6，工作气隙6间设有谐振电路2，所述谐振电路2包括M个耦合的小球谐振子3，下磁极上套有调谐线圈4，所述调谐线圈4连接第一电流激励器使其中流过调谐线圈4电流I；

所述工作气隙6内的谐振电路2下方，设有一分布磁场调节线圈组，所述分布磁场调节线圈组由数个串接的线圈5构成；分布磁场调节线圈组两端连接第二电流激励器，所述第二电流激励器用于在磁场调节线圈组中流过激励电流i；

当M为偶数时，所述线圈5为M个，一一对应设置在M个小球谐振子3下方，且线圈5中心正对小球谐振子3，当M为奇数时，所述线圈5为M-1个，一一对应设置在除正中的小球谐振子3外的M-1个小球谐振子3下方，且线圈5中心正对小球谐振子3；

所述分布磁场调节线圈组由中垂线分为左右两侧，同侧的线圈5绕向相同，异侧的线圈5绕向相反，靠近中垂线的两线圈5匝数相同，且从中间向分布磁场调节线圈组的两端，各线圈5的匝数等量递增，使各线圈5产生的磁场大小从中间向两边依次等量变大。

所述小球谐振子3为8~16个，靠近中垂线的两线圈5匝数为n圈，从中间向两边，每个线圈5的匝数按n的倍数递增。

将分布磁场调节线圈组中的线圈5按顺序编号，其中第x个线圈5产生的磁场为△H _（x）；

△H _（x） =n _（x） i/l _g

n _（x）为第x个线圈的匝数，l _g 为工作气隙6高度；

则第x个线圈5正上方小球谐振子3的工作频率f _（x）为：

f _（x）=γ（H _e ±△H _（x））

式中，γ为旋磁比，H _e 为工作气隙6处的磁场。

一种多维度指标重构的磁调谐陷波器的调节方法，包括以下步骤；

（1）设计一种多维度指标重构的磁调谐陷波器；

（2）调谐线圈4连接第一电流激励器用于流过调谐线圈4电流I，分布磁场调节线圈组两端连接第二电流激励器，用于流过激励电流i；

（3）使i=0，调节I的大小，在工作气隙6产生磁场H _e 使各小球谐振子3满足共振条件，此时各小球谐振子3的谐振频率f ₀ ，该多维度指标重构的磁调谐陷波器的阻带深度最大，标记为BW _max，阻带带宽最小，标记为L _min；

（4）增大i的值，直至示波器中所有小球谐振子3的阻带频率在f ₀ 两端均匀分开并呈波浪形，此时该多维度指标重构的磁调谐陷波器的阻带深度最小，标记为BW _min，阻带带宽最大，标记为L _max，此时的i为第二电流激励器中激励电流的最大值，标记为i _max；

（5）使i在0和i _max间变化，调节多维度指标重构的磁调谐陷波器的阻带深度和阻带带宽。

从图3可以看出，分布磁场调节线圈组由中垂线分为左右两侧，同侧的线圈5绕向相同，异侧的线圈5绕向相反，例如图中左侧均为顺时针，右侧均为逆时针。左侧从中间到左端，线圈5的匝数依次增多，右侧从中间到右端，线圈5的匝数依次增多。且左右两侧都是以中垂线为中心对称分布。线圈5通过电流后将产生磁场，该磁场与线圈5匝数和通过电流成正比关系，磁场方向由电流通过线圈5的方向确定。

如图4a示意图，当激励电流i为0时，各个线圈5无分布磁场产生，所有小球谐振子3阻带同频，此时阻带深度L最深，但阻带宽度BW最小；当激励电流调节至最大，也就是激励电流为i _max 时，并使所有小球谐振子3阻带频率均匀分开至图4c状态，此时BW调节至最大，但L最浅；如图4b所示，当电流在0～i _max之间线性变化时，可实现BW、L在一个区间内线性的变化。

图4a-图4c中：F为频率，A为幅度，BW为阻带宽度，L为阻带深度，BW _max、BW _min分别为最大阻带带宽与最小阻带带宽，L _max、L _min分别为最大阻带深度与最小阻带深度。

另，从图4a-图4c中可以看出，每个小球谐振子3都有各自阻带，其阻带深度与宽度趋于线性叠加，图4a是所有阻带同频示意图，图4c是小球阻带频率分开至极限时示意图，此时L最浅，BW最宽，再增减电流i就会形成与小球数量相同的独立小阻带。在图4a至图4c之间就是L与BW调节的范围。

实施例2：参见图1-图6，在实施例1的基础上，我们进行X波段多维度指标重构磁调陷波器的设计。

参见图5，若谐振电路2中小球谐振子3为8个，则分布磁场调节线圈组由8个空心的线圈5串接构成，每个线圈5中心分别正对一个小球谐振子3，分布磁场调节线圈组分为左右两组，每组4个线圈5，靠近分布磁场调节线圈组的线圈5匝数按n圈，从分布磁场调节线圈组的中间到两端，分别按3n、5n、7n线性递增设计，则通过单位电流后分布磁场调节线圈组中各个线圈5产生的分布磁场从中间向两边按±△h、±3△h、±5△h、±7△h依次排列。且分布磁场调节线圈组左右两侧的线圈5，绕向相反，例如图5中，左侧四个线圈5逆时针绕，则右侧四个线圈5顺时针绕。

由于分布磁场调节线圈组两边绕向相反，分布磁场调节线圈组两边的线圈5产生的磁场相对于H _e 有正负方向。

参见图6，若谐振电路2中小球谐振子3为9个，则分布磁场调节线圈组由8个空心的线圈5串接构成，位于正中间的小球谐振子3不安装线圈5，其余每个线圈5中心分别正对一个小球谐振子3。布设方法与图5相同。通过单位电流后线圈组产生的分布磁场从中间向两边按±△h、±2△h、±3△h、±4△h依次排列。

实施例3：参见图1到6，典型设计的8-12GHz磁调谐陷波器，采用8级谐振电路2，在8GHz频率点每级小球谐振子3阻带深度不小于10dB，8级小球阻带同频叠加将形成约80dB深度的阻带，此时有效使用阻带深度60dB的阻带带宽约为10MHz。

小球谐振频差大于5MHz后两个阻带处于分开状态，即各级小球间频差5MHz时阻带带宽最大，8级可获得不小于40MHz阻带带宽，阻带深度约10dB。

采用本发明设计的一种多维度指标重构的磁调谐陷波器，其陷波器磁路1的工作气隙6按1mm设计，分布磁场调节线圈组中8个线圈5匝数从中间分别按2匝、6匝、10匝、14匝设置。当电流i为0时，无分布磁场产生，对阻带状态无影响；当电流i为35mA时，线圈组产生±0.9Oe、±2.7Oe、±4.5Oe、±6.3Oe的分布磁场，使8个小球谐振频率按5MHz最大间距排布，实现BW最宽，阻带深度最浅；当电流i在0-35mA间调节时，阻带深度在60dB至10dB之间连续调节，阻带带宽在10MHz至40MHz之间连续调节。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多维度指标重构的磁调谐陷波器，包括位于磁路中的上极柱、下极柱，上极柱和下极柱间设有工作气隙，工作气隙间设有谐振电路，所述谐振电路包括M个耦合的小球谐振子，下极柱上套有调谐线圈，所述调谐线圈连接第一电流激励器使其中流过调谐线圈电流I，其特征在于：

所述工作气隙内的谐振电路下方，设有一分布磁场调节线圈组，所述分布磁场调节线圈组由数个串接的线圈构成；分布磁场调节线圈组两端连接第二电流激励器，所述第二电流激励器用于在磁场调节线圈组中流过激励电流i；

当M为偶数时，所述线圈为M个，一一对应设置在M个小球谐振子下方，且线圈中心正对小球谐振子，当M为奇数时，所述线圈为M-1个，一一对应设置在除正中的小球谐振子外的M-1个小球谐振子下方，且线圈中心正对小球谐振子；

所述分布磁场调节线圈组由中垂线分为左右两侧，同侧的线圈绕向相同，异侧线圈绕向相反，靠近中垂线的两线圈匝数相同，且从中间向分布磁场调节线圈组的两端，各线圈的匝数等量递增，使各线圈产生的磁场大小从中间向两边依次等量变大。

2.根据权利要求1所述的一种多维度指标重构的磁调谐陷波器，其特征在于：所述小球谐振子为8~16个，靠近中垂线的两线圈匝数为n圈，从中间向两边，每个线圈的匝数按n的倍数递增。

3.根据权利要求1所述的一种多维度指标重构的磁调谐陷波器，其特征在于：将分布磁场调节线圈组中的线圈按顺序编号，其中第x个线圈产生的磁场为△H _（x）；

△H _（x） =n _（x） i/l _g

n _（x）为第x个线圈的匝数，l _g 为工作气隙高度；

则第x个线圈正上方小球谐振子的工作频率f _（x）为：

f _（x）=γ（H _e ±△H _（x））

式中，γ为旋磁比，H _e 为工作气隙处的磁场。

4.根据权利要求1所述的一种多维度指标重构的磁调谐陷波器的调节方法，其特征在于：包括以下步骤；

（1）设计一种多维度指标重构的磁调谐陷波器；

（2）调谐线圈连接第一电流激励器用于流过调谐线圈电流I，分布磁场调节线圈组两端连接第二电流激励器，用于流过激励电流i；

（3）使i=0，调节I的大小，在工作气隙产生磁场H _e 使各小球谐振子满足共振条件，此时各小球谐振子的谐振频率f ₀，该多维度指标重构的磁调谐陷波器的阻带深度最大，标记为BW _max，阻带带宽最小，标记为L _min；

（4）增大i的值，直至示波器中所有小球谐振子的阻带频率在f ₀两端均匀分开并呈波浪形，此时该多维度指标重构的磁调谐陷波器的阻带深度最小，标记为BW _min，阻带带宽最大，标记为L _max，此时的i为第二电流激励器中激励电流的最大值，标记为i _max；

（5）使i在0和i_max间变化，调节多维度指标重构的磁调谐陷波器的阻带深度和阻带带宽。

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