RU113076U1

RU113076U1 - MAGNETOSTATIC WAVE DEVICE

Info

Publication number: RU113076U1
Application number: RU2011131557/07U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Петрович Иванов; Галина Александровна Николайчук
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2012-01-27

Abstract

1. Устройство на магнитостатических волнах, содержащее входной и выходной полосковые преобразователи магнитостатических волн и намагниченную до насыщения ферритовую пленку, установленную над или под преобразователями магнитостатических волн, отличающееся тем, что между полосковыми преобразователями магнитостатических волн установлен емкостной элемент, создающий между полосковыми преобразователями магнитостатических волн емкостную связь, которая совместно с индуктивной связью между полосковыми преобразователями магнитостатических волн образуют параллельный колебательный контур, при этом величина этой емкостной связи должна обеспечивать равенство частоты указанного колебательного контура средней частоте рабочего диапазона частот устройства. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкостной элемент выполнен в виде металлической полоски над преобразователями магнитостатических волн. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкостной элемент выполнен в виде конденсатора, одна обкладка которого подключена к входу входного, а другая - к выходу выходного преобразователей магнитостатических волн. 1. A device based on magnetostatic waves, containing input and output strip converters of magnetostatic waves and a ferrite film magnetized to saturation, installed above or below the converters of magnetostatic waves, characterized in that a capacitive element is installed between the strip converters of magnetostatic waves, creating a capacitive element between the strip converters of magnetostatic waves coupling, which together with the inductive coupling between the strip transducers of magnetostatic waves form a parallel oscillatory circuit, while the value of this capacitive coupling should ensure that the frequency of the said oscillatory circuit is equal to the average frequency of the operating frequency range of the device. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the capacitive element is made in the form of a metal strip above the transducers of magnetostatic waves. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the capacitive element is made in the form of a capacitor, one plate of which is connected to the input input, and the other - to the output of the output transducers of magnetostatic waves.

Description

Полезная модель относится к технике СВЧ и может быть использована как перестраиваемые магнитным полем полосовой фильтр, линия задержки и фазовращатель в приемно-передающей аппаратуре, измерительных и радиолокационных системах.The utility model relates to microwave technology and can be used as a magnetic field tunable bandpass filter, a delay line and a phase shifter in transmitting and receiving equipment, measurement and radar systems.

Известны устройства (А.с. 1510027, патент РФ 2057384) на магнитостатических волнах (МСВ), содержащие намагниченную до насыщения прямоугольную ферритовую пластину, входной и выходной преобразователи МСВ в виде лежащих на одной оси полосковых линий на диэлектрической подложке. Внеполосовое подавление электромагнитного (ЭМ) сигнала в указанных устройствах обеспечивается расположением полосковых преобразователей на одной оси.Known devices (A.S. 1510027, RF patent 2057384) on magnetostatic waves (MSW), containing a rectangular ferrite plate magnetized to saturation, input and output converters of the MSW in the form of strip lines lying on the same axis on a dielectric substrate. Out-of-band suppression of the electromagnetic (EM) signal in these devices is ensured by the arrangement of strip converters on the same axis.

Однако данные устройства обладают ограниченными функциональными возможностями, так как используют в качестве частотно-селективного элемента прямоугольный ферритовый резонатор.However, these devices have limited functionality, since they use a rectangular ferrite resonator as a frequency selective element.

Известен фильтр на магнитостатических волнах по А.С. 1385167. Устройство содержит входной и выходной многоштыревые преобразователи, диэлектрическую подложку, ферритовую пленку. Для достижения увеличения внеполосового заграждения преобразователи выполнены наклонными. Угол между входными выходным преобразователями равенA known filter on magnetostatic waves according to A.S. 1385167. The device contains input and output multi-pin converters, a dielectric substrate, a ferrite film. To achieve an increase in out-of-band fencing, the converters are made inclined. The angle between the input output converters is

где, Р - период многоштырьковых преобразователей, where, P is the period of multi-pin converters,

W - ширина пленки,W is the width of the film,

N - число штырей.N is the number of pins.

Однако данное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, так как многоштыревые преобразователи сужают полосу пропускания фильтра, и требует высокооднородного магнитного поля, что приводит к увеличению геометрических размеров устройства за счет увеличения размеров магнитной системы устройства.However, this device has limited functionality, since multi-pin converters narrow the filter passband and require a highly homogeneous magnetic field, which leads to an increase in the geometric dimensions of the device due to an increase in the size of the magnetic system of the device.

Известно устройство (А.с. 1753518) на МСВ содержащее трехсекционный отрезок прямоугольного волновода, средняя секция которого выполнена запредельной для рабочего диапазона частот устройства, ферритовую пластину установленную в ней и выходящую в крайние секции, щелевые преобразователи МСВ. Увеличение внеполосового заграждения достигается за счет подбора геометрических размеров запредельной секции волновода.A device is known (A.S. 1753518) on an MSW containing a three-section segment of a rectangular waveguide, the middle section of which is made prohibitive for the operating frequency range of the device, a ferrite plate installed in it and extending to the extreme sections, slotted MSW converters. An increase in out-of-band obstacles is achieved by selecting the geometric dimensions of the transcendent section of the waveguide.

Однако приведенное устройство нетехнологично в изготовлении и настройке, так как использование трехсекционного отрезка волновода усложняет конструкцию устройства, увеличивает габариты и массу устройства.However, the above device is not technologically advanced in manufacturing and tuning, since the use of a three-sectional length of the waveguide complicates the design of the device, increases the dimensions and weight of the device.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является частотно-избирательное устройство на магнитостатических волнах (A.C. 1631631) которое содержит диэлектрическую подложку с входным и выходным преобразователями магнитостатических волн, входным и выходным отрезками полосковых линий, которые выполнены S-образными и соединены с преобразователями, и центральные части которых параллельны преобразователям. В рабочей полосе частот связь между входным и выходным преобразователями осуществляется посредством магнитостатических волн, возбуждаемых в ферритовой пленке входным преобразователем и преобразуемых в выходной сигнал СВЧ выходным преобразователем. Уменьшение внеполосового пропускания, вызванного паразитной индуктивной связью между преобразователями достигается благодаря компенсации магнитного потока от тока в преобразователе магнитным потоком от противоположно направленного тока в центральной части S-образного отрезка.Closest to the proposed device is a frequency-selective magnetostatic wave device (AC 1631631) which contains a dielectric substrate with input and output converters of magnetostatic waves, input and output segments of strip lines, which are made S-shaped and connected to the converters, and the central parts of which parallel to the converters. In the working frequency band, the connection between the input and output converters is carried out by means of magnetostatic waves excited in the ferrite film by the input transducer and converted into the microwave output signal by the output transducer. The reduction in out-of-band transmission caused by spurious inductive coupling between the transducers is achieved by compensating the magnetic flux from the current in the transducer by magnetic flux from the oppositely directed current in the central part of the S-shaped segment.

К недостаткам устройства можно отнести ограничение верхней частоты рабочей полосы частот единицами ГГц, и большие вносимые потери из-за низкой эффективности преобразования МСВ в ЭМВ.The disadvantages of the device include the limitation of the upper frequency of the working frequency band by GHz units, and the large insertion loss due to the low conversion efficiency of the MSW to EMW.

В самом деле, для увеличения эффективности преобразования МСВ в ЭМВ необходимо чтобы центральная (по ширине) часть ферритовой пленки находилась над пучностью тока преобразователя. При разомкнутом конце преобразователя пучность тока находиться на четверти длинны волны от свободного конца преобразователя, в то время как в известном изобретении из требования условия антисимметричности токов в преобразователе и подводящем отрезке пучность тока не должна быть ближе точки подключения преобразователя к отрезку подводящей линии. То-есть с одной стороны, эффективное согласование преобразователя МСВ с ЭМ сигналом возможно в узком частотном диапазоне и, с другой, верхняя частота рабочей частоты устройства ограничена минимально возможной длинной ЭМ волны соответствующей четырем длинам преобразователя. Таким образом, длина преобразователя в 3 мм при параметре укорочения ЭМ в преобразователе и отрезке подводящей линии в 2,5 раза соответствует минимальной длине ЭМ волны в свободном пространстве 30 мм - т.е. верхней частоте в 10 ГГц.In fact, in order to increase the conversion efficiency of MSW to EMW, it is necessary that the central (in width) part of the ferrite film be above the antinode of the converter current. With the open end of the converter, the current antinode is located at a quarter of the wavelength from the free end of the converter, while in the known invention, from the requirement of the antisymmetry condition of the currents in the converter and the supply segment, the current antinode should not be closer than the connection point of the converter to the supply line segment. That is, on the one hand, effective matching of the MSW converter with an EM signal is possible in a narrow frequency range and, on the other hand, the upper frequency of the device’s operating frequency is limited by the minimum possible long EM wave corresponding to four converter lengths. Thus, the transducer length of 3 mm with the EM shortening parameter in the transducer and the supply line segment 2.5 times corresponds to the minimum EM wavelength in the free space of 30 mm - i.e. high frequency at 10 GHz.

Цель полезной модели - увеличение внеполосового затухания в рабочем диапазоне частот перестройки устройства и расширение функциональных возможностей за счет увеличении верхней граничной частоты рабочей полосы частот, уменьшения вносимых потерь, обеспечения возможности построения как широкополосных, снижения габаритов и массы, повышение технологичности устройства.The purpose of the utility model is to increase the out-of-band attenuation in the operating frequency range of the device tuning frequency and to expand the functionality by increasing the upper cut-off frequency of the operating frequency band, reducing insertion loss, providing the possibility of constructing as broadband, reducing the overall dimensions and weight, and increasing the manufacturability of the device.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве на магнитостатических волнах, содержащем входной и выходной полосковые преобразователи магнитостатических волн, намагниченную до насыщения ферритовую пленку и установленную над или под преобразователями магнитостатических волн, введен емкостной элемент создающий между полосковыми преобразователями магнитостатических волн емкостную связь, которая совместно с паразитной индуктивной связью между полосковыми преобразователями магнитостатических волн образуют параллельный колебательный контур, при этом величина этой емкостной связи должна обеспечивать равенство резонансной частоты указанного колебательного контура средней частоте рабочего диапазона частот устройства.This goal is achieved by the fact that in the device on magnetostatic waves, containing the input and output strip converters of magnetostatic waves, magnetized to saturation ferrite film and mounted above or below the converters of magnetostatic waves, a capacitive element is introduced that creates a capacitive coupling between the strip converters of magnetostatic waves, which together with parasitic inductive coupling between the strip transducers of magnetostatic waves form a parallel oscillation an active circuit, while the value of this capacitive coupling should ensure equality of the resonant frequency of the indicated oscillatory circuit to the average frequency of the operating frequency range of the device.

В одном из частных случаев изготовления устройства, емкостной элемент может быть выполнен как часть конструкции (с распределенной емкостью) устройства, например в виде металлической полоски над преобразователями магнитостатических волн, в другом емкостной элемент может быть выполнен как сосредоточенный элемент виде конденсатора, одна обкладка которого подключена к входу входного, а другая к выходу выходного преобразователей магнитостатических волн.In one of the special cases of manufacturing the device, the capacitive element can be made as part of the design (with distributed capacity) of the device, for example, in the form of a metal strip above the transducers of magnetostatic waves, in another, the capacitive element can be made as a concentrated element in the form of a capacitor, one lining of which is connected to the input input, and the other to the output of the output transducers of magnetostatic waves.

Из проведенного заявителем анализа уровня техники, включающем поиск по патентным и научно-техническим источникам информации с выявлением источников, содержащих сведения об устройствах аналогичного назначения с перечнем существенных признаков, что и у заявляемого устройства, обнаружено не было.From the analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information with the identification of sources containing information about devices of a similar purpose with a list of essential features that the claimed device was not found.

Это дает основания утверждать о соответствии предлагаемого устройства критерию патентоспособности «новизна» для полезной модели.This gives reason to argue that the proposed device meets the patentability criterion of "novelty" for a utility model.

Из анализа взаимного влияния имеющих место признаков в предлагаемой полезной модели и у известных аналогов и прототипа можно установить, что во всех выше приведенных известных случаях технический результат по увеличению внеполосового затухания достигался за счет уменьшения электромагнитной индуктивной связи между входным и выходным преобразователями на магнитостатических волнах. Это дает возможность сблизить полосковые преобразователи магнитостатических волн до расстояния меньше миллиметра, и тем самым значительно уменьшить размеры всего устройства и уменьшить потери на распространение.From the analysis of the mutual influence of the signs in the proposed utility model and the known analogues and the prototype, it can be established that in all the above known cases, the technical result of increasing the out-of-band attenuation was achieved by reducing the electromagnetic inductive coupling between the input and output converters on magnetostatic waves. This makes it possible to bring the strip converters of magnetostatic waves closer to a distance of less than a millimeter, and thereby significantly reduce the size of the entire device and reduce propagation losses.

Таким образом, можно сделать вывод, что для специалиста работающего в области техники к которому относится предлагаемое устройство, оно не следует явным образом из уровня техники и поэтому соответствует условию «изобретательский уровень» для полезной модели.Thus, we can conclude that for a specialist working in the field of technology to which the proposed device relates, it does not follow explicitly from the prior art and therefore meets the condition of "inventive step" for a utility model.

На фиг. изображен вариант исполнения устройства на магнитостатических волнах: а)- вид сверху, б)-вид сбоку.In FIG. The embodiment of the device on magnetostatic waves is shown: a) - top view, b) side view.

Устройство содержит входной - 1 и выходной - 2 полосковые преобразователи магнитостатических волн, напыленные на ферритовую пленку 3 выращенную на диэлектрической подложке 4. Обратная ферритовой пленке 3 сторона диэлектрической подложки 4 покрыта слоем металла выполняющем роль экрана - 5. Над полосковыми преобразователями 1 и 2 установлен через диэлектрическую прокладка 6 емкостной элемент 7. Противоположные СВЧ входу и выходу концы 8, 9 полосковых преобразователей 1, 2 соединены с экраном 5. Намагничивающее поле Но прикладывается в плоскости ферритовой пленки параллельно полоскам преобразователей 1, 2.The device contains an input - 1 and an output - 2 strip converters of magnetostatic waves sprayed onto a ferrite film 3 grown on a dielectric substrate 4. The reverse ferrite film 3 side of the dielectric substrate 4 is covered with a metal layer acting as a screen - 5. Above the strip converters 1 and 2 is installed through dielectric strip 6 is a capacitive element 7. The ends 8, 9 of the strip converters 1, 2 opposite to the microwave input and output are connected to the screen 5. The magnetizing field Ho is applied in the plane f rritovoy film strip parallel converters 1, 2.

Устройство работает следующим образом. СВЧ сигнал поданный на вход полоскового преобразователя 1 преобразуется в магнитостатические волны в намагниченной до насыщения ферритовой пленке 3, которые распространяются к выходному полосковому преобразователю магнитостатических волн 2, с помощью которого происходит обратное преобразование магнитостатических волн в выходной СВЧ сигнал. Таким образом, в рабочей полосе частот устройства связь между входным и выходным преобразователями магнитостатических волн 1, 2 осуществляется посредством магнитостатических волн. Помимо этого, между входным 1 и выходным 2 преобразователями магнитостатических волн существует индуктивная связь, которая без принятия дополнительных мер приводит к увеличению нежелательной электромагнитной наводки между преобразователями и ухудшению внеполосового затухания. Емкостной элемент 7 создает дополнительную емкостную связь между преобразователями 1 и 2.The device operates as follows. The microwave signal applied to the input of the strip converter 1 is converted into magnetostatic waves in a ferrite film 3 magnetized to saturation, which propagate to the output strip converter of magnetostatic waves 2, with the help of which the magnetostatic waves are inverted to the output microwave signal. Thus, in the working frequency band of the device, the connection between the input and output converters of the magnetostatic waves 1, 2 is carried out by means of magnetostatic waves. In addition, there is an inductive coupling between the input 1 and output 2 of the magnetostatic wave converters, which, without taking additional measures, leads to an increase in unwanted electromagnetic interference between the converters and a deterioration of out-of-band attenuation. The capacitive element 7 creates an additional capacitive coupling between the converters 1 and 2.

При этом емкостная и индуктивная проводимости между преобразователями 1 и 2 включены параллельно и образуют параллельный колебательный контур, который для нежелательной электромагнитной наводки на своей резонансной частоте обладает свойствами режекторного фильтра. Настройка резонансной частоты указанного колебательного контура на центральную частоту рабочей полосы частот устройства происходит за счет подбора величины емкостной связи регулировкой толщины диэлектрической прокладки 6. Для уменьшения потерь на согласование полосковых преобразователей магнитостатических волн, обратные к входу и выходу СВЧ сигнала концы 8, 9 полосковых преобразователей 1, 8 заземлены.In this case, the capacitive and inductive conductivity between the converters 1 and 2 are connected in parallel and form a parallel oscillatory circuit, which for unwanted electromagnetic interference at its resonant frequency has the properties of a notch filter. The resonance frequency of the indicated oscillatory circuit is tuned to the center frequency of the device’s working frequency band due to the selection of the capacitive coupling by adjusting the thickness of the dielectric strip 6. To reduce the loss of matching strip converters of magnetostatic waves, the ends 8, 9 of strip converters 1 opposite to the input and output of the microwave signal 8 grounded.

Выполнение емкостного элемента 7 в виде сосредоточенной емкости может быть перспективным при переходе на групповую технологию интеграции микрополосковых устройств с устройствами на магнитостатических волнах.The implementation of the capacitive element 7 in the form of a concentrated capacity can be promising when switching to a group technology for integrating microstrip devices with devices on magnetostatic waves.

Для расширения полосы подавления электромагнитной наводки в конструкцию устройства может быть также введен дополнительный элемент с активной проводимостью, который будет уменьшать добротность колебательного контура и тем самым расширять полосу подавления внеподосового пропускания. Однако введения такого элемента может быть не всегда оправдано, так, как при этом будет уменьшаться уровень подавления внеполосового пропускания.To expand the suppression band of electromagnetic interference, an additional element with active conductivity can also be introduced into the device design, which will reduce the quality factor of the oscillatory circuit and thereby expand the suppression band of off-axis transmission. However, the introduction of such an element may not always be justified, since this will decrease the level of suppression of out-of-band transmission.

Согласно предлагаемой полезной модели был изготовлен макет фильтра на магнитостатических волнах. В макете использовалась пленка железоиттриевого граната с размерами 2.5×2.3×0.006 мм, выращенная методом жидкофазной эпитаксии на монокристаллической подложке галлий гадолиниевого граната толщиной 0.6 мм. Ширина линии ферромагнитного резонанса ферритовой пленки была 0,7Э. Намагниченность насыщения ферритовой пленки была 1800 Гс. В качестве входного и выходного преобразователей магнитостатических волн использовались выполненные на поликоровой плате толщиной 0.5 мм параллельные друг другу и разнесенные на 0.5 мм отрезки несимметричных копланарных линий с шириной полосков 0.2 мм, шириной зазоров 0.15 мм и длинной полосков 2.5 мм. В качестве емкостного элемента 7 в конструкции макета фильтра был использован прямоугольник из медной фольги с размерами 2×3×0.05 мм. Измерения амплитудночастотных характеристик фильтра показали, что использование согласно предлагаемой полезной модели емкостного элемента позволило уменьшить уровень электромагнитной наводки с -25 дБ до -55 дБ для рабочего диапазона частот устройства от 3 ГГц до 4 ГГц. Потери в полосе пропускания фильтра при этом составляли 3 Дб.According to the proposed utility model, a prototype filter was made on magnetostatic waves. The model used a film of yttrium iron garnet with dimensions 2.5 × 2.3 × 0.006 mm, grown by liquid-phase epitaxy on a single-crystal 0.6 mm thick gallium gadolinium garnet substrate. The ferromagnetic resonance line width of the ferrite film was 0.7 Oe. The saturation magnetization of the ferrite film was 1800 G. As input and output transducers of magnetostatic waves, we used 0.5 mm thick parallel-to-each other sections spaced by 0.5 mm on asymmetric coplanar lines with strip width 0.2 mm, gap width 0.15 mm, and strip length 2.5 mm, made on a polycrust board 0.5 mm thick. As a capacitive element 7, a rectangle of copper foil with dimensions of 2 × 3 × 0.05 mm was used in the design of the filter layout. Measurements of the amplitude-frequency characteristics of the filter showed that the use of a capacitive element according to the proposed utility model made it possible to reduce the level of electromagnetic interference from -25 dB to -55 dB for the operating frequency range of the device from 3 GHz to 4 GHz. The loss in the passband of the filter was 3 dB.

Claims

1. A device on magnetostatic waves, comprising an input and output strip converters of magnetostatic waves and a ferrite film magnetized to saturation, mounted above or below the converters of magnetostatic waves, characterized in that a capacitive element is installed between the strip converters of magnetostatic waves, creating a capacitive element between the strip converters of magnetostatic waves coupling, which together with inductive coupling between strip converters is magnetostatic FIR waves form a parallel oscillatory circuit, wherein the magnitude of the capacitive coupling should ensure the equality of frequency of said oscillation circuit operating device center frequency band.

2. The device according to claim 1, characterized in that the capacitive element is made in the form of a metal strip above the transducers of magnetostatic waves.

3. The device according to claim 1, characterized in that the capacitive element is made in the form of a capacitor, one lining of which is connected to the input input, and the other to the output of the output transducers of magnetostatic waves.