RU195605U1

RU195605U1 - ADJUSTABLE ELECTROMAGNETIC PROTECTION DEVICE

Info

Publication number: RU195605U1
Application number: RU2019133431U
Authority: RU
Inventors: Александр Георгиевич Москаленко; Татьяна Игоревна Касаткина; Роман Николаевич Андреев; Михаил Юрьевич Чепелев
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2020-02-03

Abstract

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в целях защиты радиоприемных устройств от влияния электромагнитных колебаний большой мощности в СВЧ диапазоне. Полезная модель содержит диэлектрическую положку, сверхпроводящий элемент, электромагнитные взаимосвязанные полосковые резонаторы, при этом резонаторы расположены над сверхпроводящим элементом, и введен регулируемый источник постоянного магнитного поля, расположенный под сверхпроводящим элементом. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот, снижение порога срабатывания радиоприемного устройства. 2 ил.The utility model relates to the field of radio engineering and can be used to protect radio receivers from the influence of electromagnetic waves of high power in the microwave range. The utility model contains a dielectric position, a superconducting element, electromagnetic interconnected strip resonators, while the resonators are located above the superconducting element, and an adjustable source of constant magnetic field located under the superconducting element is introduced. The technical result is the expansion of the operating frequency range, lowering the threshold of the radio receiver. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в целях защиты радиоприемных устройств от влияния электромагнитных колебаний большой мощности в СВЧ диапазоне.The utility model relates to the field of radio engineering and can be used to protect radio receivers from the influence of electromagnetic waves of high power in the microwave range.

Известно устройство-аналог, описанное в статье: А.Б. Козырев. Эффект быстрого переключения сверхпроводящих пленок и возможности его использования в СВЧ-микроэлектронике // Соросовский образовательный журнал. 2004. - Т. 8. - №1. - С. 93-100. Данное устройство-аналог содержит диэлектрическую подложку, электромагнитные взаимосвязанные полосковые резонаторы, сверхпроводящий элемент, однако оно не позволяет осуществить регулировку порога срабатывания в процессе эксплуатации. Также недостатками устройства-аналога являются малая предельно допустимая мощность СВЧ колебания, при которой устройство способно осуществлять свою работу, без отключения и выхода из строя, что обусловлено относительно малым значением поверхностного сопротивления тонкопленочных сверхпроводящих элементов. Другим недостатком устройства-аналога являются высокие критические токи, обусловленные использованием тонкопленочного сверхпроводящего элемента.A known analog device described in the article: A.B. Kozyrev. The effect of fast switching of superconducting films and the possibility of its use in microwave microelectronics // Soros Educational Journal. 2004. - T. 8. - No. 1. - S. 93-100. This analog device contains a dielectric substrate, electromagnetic interconnected strip resonators, a superconducting element, however, it does not allow adjustment of the threshold during operation. Also, the disadvantages of the analog device are the small maximum permissible microwave power, at which the device is able to carry out its work without shutting down and failing, which is due to the relatively small surface resistance of thin-film superconducting elements. Another disadvantage of the analog device is the high critical currents due to the use of a thin-film superconducting element.

Известно устройство-аналог, наиболее близкое к технической сущности и являющееся прототипом к предлагаемой полезной модели, описанное в статье: Андреев Р.Н., Касаткина Т.И. Модель микрополоскового иттриевого высокотемпературного сверхпроводящего защитного СВЧ устройства // Вестник Воронежского института ФСИН России. 2017. - №3. - С. 6-15. Устройство-аналог содержит диэлектрическую подложку, электромагнитные взаимосвязанные полосковые резонаторы, сверхпроводящий элемент, выполненный из иттриевого монокристалла в форме круга. Недостатками устройства-аналога являются невозможность регулировки порога срабатывания при эксплуатации и невозможность варьирования размеров чувствительного элемента, в том числе в сторону его увеличения, а также небольшие значения критического тока.A device is known that is closest to the technical nature and is a prototype of the proposed utility model described in the article: Andreev R.N., Kasatkina T.I. Model of a microstrip yttrium high-temperature superconducting protective microwave device // Bulletin of the Voronezh Institute of the Federal Penitentiary Service of Russia. 2017. - No. 3. - S. 6-15. The analog device contains a dielectric substrate, electromagnetic interconnected strip resonators, a superconducting element made of a circle-shaped yttrium single crystal. The disadvantages of the analog device are the inability to adjust the response threshold during operation and the inability to vary the size of the sensitive element, including upward, as well as small critical current values.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанных недостатков, а также на обеспечение возможности регулирования порога срабатывания устройства. Технический результат достигается тем, что в устройство вводится регулируемый источник постоянного магнитного поля. А также тем, что резонаторы расположены над сверхпроводящим элементом с возможностью взаимной компенсации магнитной и электрической связи друг друга при центральной частоте рабочего диапазона частот устройства.The proposed technical solution is aimed at eliminating these shortcomings, as well as providing the ability to control the threshold of the device. The technical result is achieved by the fact that an adjustable source of constant magnetic field is introduced into the device. And also the fact that the resonators are located above the superconducting element with the possibility of mutual compensation of the magnetic and electrical coupling of each other at the center frequency of the operating frequency range of the device.

На фиг. 1 представлена схема регулируемого устройства защиты от электромагнитных помех. На фиг. 2 представлен принцип работы регулируемого устройства защиты от электромагнитных помех. Устройство содержит: диэлектрическую подложку 1; основание 2; резонаторы 3; сверхпроводящий элемент 4; регулируемый источник постоянного магнитного поля - соленоид 5.In FIG. 1 is a diagram of an adjustable EMC device. In FIG. 2 shows the principle of operation of an adjustable device for protection against electromagnetic interference. The device comprises: a dielectric substrate 1; base 2; resonators 3; superconducting element 4; adjustable source of constant magnetic field - solenoid 5.

Устройство работает следующим образом. В Мейснеровском S-состоянии значение тока в сверхпроводящем элементе 4, величина электромагнитного поля и температура меньше критических значений для данного сверхпроводящего поликристалла. В таком состоянии сверхпроводящий элемент 4 осуществляет связь между резонаторами 3, приводя к тому, что происходит нарушение компенсации индуктивного (магнитного) и емкостного (электрического) взаимодействий двух резонаторов 3. Вследствие этого между резонаторами возникает связь, с коэффициентом связи, отличным от нуля на величину, определяющуюся характеристическими параметрами сверхпроводящего элемента: геометрическими размерами и форм-фактором. В результате такого взаимодействия резонаторов 3, устройство осуществляет свою работу как полосковый пропускающий фильтр, с малыми по величине, вносимыми потерями. Регулируемый источник постоянного магнитного поля - соленоид 5 обеспечивает регулировку порога срабатывания устройства. Диапазон полосы пропускания устройства определяется взаимодействием, осуществляемом в сверхпроводящем элементе 4, которое, в свою очередь, определяется величиной индукции магнитного поля источника 5. Диэлектрическая подложка 1 устройства заземлена с одной стороны при помощи размещенного на ней основания 2. При этом сверхпроводящий элемент 4 с расположенными над ним резонаторами 3 размещен на диэлектрической подложке 1 в области с максимальным магнитным полем.The device operates as follows. In the Meissner S state, the current value in the superconducting element 4, the magnitude of the electromagnetic field, and the temperature are less than critical values for a given superconducting polycrystal. In this state, the superconducting element 4 communicates between the resonators 3, leading to a violation of the compensation of the inductive (magnetic) and capacitive (electrical) interactions of the two resonators 3. As a result, a connection arises between the resonators, with a coupling coefficient other than zero by an amount , determined by the characteristic parameters of the superconducting element: geometric dimensions and form factor. As a result of such interaction of the resonators 3, the device performs its work as a strip pass filter, with a small, introduced loss. An adjustable source of constant magnetic field - solenoid 5 provides adjustment of the threshold of the device. The bandwidth range of the device is determined by the interaction carried out in the superconducting element 4, which, in turn, is determined by the magnitude of the induction of the magnetic field of the source 5. The dielectric substrate 1 of the device is grounded on one side by means of a base 2 placed on it. In this case, the superconducting element 4 is located above it, the resonators 3 are placed on the dielectric substrate 1 in the region with a maximum magnetic field.

Форма и размеры резонаторов 3 подбираются таким образом, чтобы коэффициенты емкостной и индуктивной связи имели равные по модулю значения. Это позволяет обратить в нуль полный коэффициент связи резонаторов. С физической точки зрения соответствует отсутствию взаимодействия резонаторов на частотах первой полосы пропускания. На месте полосы пропускания в этом случае находится полюс затухания, и практический вся мощность СВЧ сигнала на данных частотах отражается от входа устройства.The shape and dimensions of the resonators 3 are selected so that the capacitive and inductive coupling coefficients have equal modulo values. This makes it possible to nullify the total coupling coefficient of the resonators. From a physical point of view, it corresponds to the absence of resonator interaction at the frequencies of the first passband. In this case, the attenuation pole is located at the place of the passband, and practically the entire power of the microwave signal at these frequencies is reflected from the input of the device.

Устройство обладает плотностью сверхпроводящего тока на входе, имеющей величину большей критического значения для иттриевого сверхпроводника при превышении порогового значения мощности сигнала. Это обеспечивает расширение диапазона рабочих частот и способствует снижению порога срабатывания радиоприемного прибора.The device has a density of superconducting current at the input, which has a value greater than the critical value for the yttrium superconductor when the threshold value of the signal power is exceeded. This provides an extension of the operating frequency range and helps to reduce the threshold of the radio receiver.

При превышении мощности входного СВЧ сигнала некоторого порогового значения, регулируемого с помощью источника постоянного магнитного поля, состояние сверхпроводимости в сверхпроводящем элементе устройство переходит в N-состояние и прекращает оказывать влияние на взаимодействие резонаторов. Это достигается тем, что обеспечивающийся сверхпроводящим элементом, коэффициент связи становится близок к нулю, вследствие чего, значение коэффициента передачи устройства в диапазоне рабочих частот также стремится к нулю, к тому же практически вся мощность принимаемого СВЧ сигнала отражается от входа устройства.If the input microwave signal exceeds a certain threshold value, controlled by a constant magnetic field source, the state of superconductivity in the superconducting element of the device goes into the N-state and ceases to affect the interaction of the resonators. This is achieved by the fact that the coupling coefficient provided by the superconducting element becomes close to zero, as a result of which, the transmission coefficient of the device in the operating frequency range also tends to zero, moreover, almost all the power of the received microwave signal is reflected from the input of the device.

Преимуществами устройства, которые отличают его от наиболее близкого аналога, являются наличие регулируемого источника постоянного магнитного поля 5, расположенного под сверхпроводящим элементом 4 и расположение резонаторов 3 резонаторы расположены над сверхпроводящим элементом 4, которое позволяет обеспечить взаимную компенсацию магнитной и электрической связи друг друга при центральной частоте рабочего диапазона частот устройства.The advantages of the device that distinguish it from the closest analogue are the presence of an adjustable source of constant magnetic field 5 located under the superconducting element 4 and the arrangement of the resonators 3, the resonators are located above the superconducting element 4, which allows mutual compensation of the magnetic and electrical coupling of each other at a central frequency operating frequency range of the device.

Claims

An adjustable device for protection against electromagnetic interference contains a dielectric position, a superconducting element, electromagnetic interconnected strip resonators located above the superconducting element, characterized in that an adjustable source of constant magnetic field is introduced - a solenoid located under the superconducting element, and the resonators themselves are mounted above the superconducting element.