RU2440645C1 - Microstrip protective device - Google Patents
Microstrip protective device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2440645C1 RU2440645C1 RU2010144740/07A RU2010144740A RU2440645C1 RU 2440645 C1 RU2440645 C1 RU 2440645C1 RU 2010144740/07 A RU2010144740/07 A RU 2010144740/07A RU 2010144740 A RU2010144740 A RU 2010144740A RU 2440645 C1 RU2440645 C1 RU 2440645C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonators
- conductors
- frequency
- strip
- microstrip
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для защиты радиоприемных устройств, в частности приемников радиолокационных станций от воздействия электромагнитных колебаний большой мощности.The invention relates to techniques for microwave frequencies and is intended to protect radio receivers, in particular radar receivers from exposure to electromagnetic waves of high power.
Известно микрополосковое защитное устройство [А.Б.Козырев. Эффект быстрого переключения сверхпроводниковых пленок и возможности его использования в СВЧ-микроэлектронике. Соросовский образовательный журнал, т.8, №1, 2004, с.93-100], содержащее диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесена пленка из материала, обладающего высокотемпературной сверхпроводимостью (ВТСП), являющаяся заземляемым основанием, а на вторую нанесены полосковые проводники, также из ВТСП материала, образующие микрополосковые резонаторы, связанные между собой электромагнитно. Так как потери СВЧ-сигнала в таких пленках, находящихся в сверхпроводящем состоянии, очень малы, то коэффициент передачи в полосе пропускания устройства близок к единице. Под действием мощного электромагнитного импульса ВТСП пленки переходят из сверхпроводящего состояния в нормальное, с высоким сопротивлением, в результате амплитудно-частотная характеристика устройства изменяется, обеспечивая ослабление выходного сигнала по сравнению с входным.Known microstrip protective device [ABKozyrev. The effect of fast switching of superconducting films and the possibility of its use in microwave microelectronics. Soros Educational Journal, vol. 8, No. 1, 2004, pp. 93-100], containing a dielectric substrate, on one side of which a film of a material having high-temperature superconductivity (HTSC) is applied, which is a grounded base, and strip conductors are applied to the second , also from HTSC material, forming microstrip resonators, interconnected electromagnetically. Since the loss of the microwave signal in such films in the superconducting state is very small, the transmission coefficient in the passband of the device is close to unity. Under the influence of a powerful electromagnetic pulse, HTSC films change from a superconducting state to a normal state with a high resistance, as a result, the amplitude-frequency characteristic of the device changes, providing a weakening of the output signal compared to the input.
Недостатком данного защитного устройства является малая предельно допустимая мощность СВЧ-колебаний, с которой оно может работать без выхода из строя. Это связано с недостаточно большим значением поверхностного сопротивления пленки из материала, обладающего высокотемпературной сверхпроводимостью, в нормальном состоянии. Что приводит, как показывают расчеты, к практически полному поглощению микрополосковыми резонаторами и выделению в виде тепла энергии принимаемой электромагнитной волны, что является причиной разрушения полосковых проводников резонаторов при мощности на входе устройства, превышающей предельно допустимую.The disadvantage of this protective device is the low maximum permissible power of microwave oscillations, with which it can work without failure. This is due to the insufficiently large value of the surface resistance of a film of a material having high-temperature superconductivity in the normal state. As a result of calculations, this leads to almost complete absorption of the energy of the received electromagnetic wave in the form of heat by the microstrip resonators, which causes the destruction of the strip conductors of the resonators when the input power of the device exceeds the maximum permissible.
Известно также микрополосковое защитное устройство [Б.А.Беляев, Н.А.Дрокин., А.А.Лексиков, A.M.Сержантов, М.А.Конов, В.Н.Хахалкин, Ю.В.Шапотковский, патент РФ №2340046, опубл. 27.11.2008, Бюл. №33], содержащее диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесен металлический слой, являющийся заземляемым основанием, а на вторую сторону нанесены металлические полосковые проводники двух резонаторов, связанных между собой электромагнитно, между полосковыми проводниками резонаторов на поверхности подложки или над этими проводниками без гальванического контакта с ними расположена пленка из материала, обладающего высокотемпературной сверхпроводимостью, при этом резонаторы выполнены так, что электрическая и магнитная связи между ними взаимно скомпенсированы на центральной частоте рабочей полосы устройства при нормальном состоянии указанной пленки. В этом устройстве полоса пропускания формируется благодаря нарушению взаимной компенсации электрической и магнитной связи резонаторов пленкой из высокотемпературного сверхпроводника. Под действием мощного электромагнитного импульса пленка переходит в нормальное состояние, вследствие чего восстанавливается взаимная компенсация упомянутых связей, и устройство переходит в «запертое» состояние, характеризующееся более высоким, по сравнению с первым аналогом, уровнем отражения СВЧ-мощности от его входа, что повышает предельно допустимую мощность СВЧ-колебаний, с которой оно может работать без выхода из строя.A microstrip protective device is also known [B.A. Belyaev, N.A. Drokin., A.A. Lexikov, AM Sergeants, M. A. Konov, V. N. Khakhalkin, Yu. V. Shapotkovsky, RF patent No. 2340046 publ. 11/27/2008, Bull. No. 33], containing a dielectric substrate, on one side of which a metal layer is applied, which is a grounding base, and on the second side are metal strip conductors of two resonators, electromagnetically interconnected, between the strip conductors of the resonators on the surface of the substrate or above these conductors without galvanic contact a film of material having high-temperature superconductivity is located with them, while the resonators are made so that the electric and magnetic bonds and between mutually compensated at the central frequency of the working band device at a normal state of said film. In this device, the passband is formed due to the violation of the mutual compensation of the electrical and magnetic coupling of the resonators with a film of a high-temperature superconductor. Under the action of a powerful electromagnetic pulse, the film goes into a normal state, as a result of which mutual compensation of the mentioned bonds is restored, and the device goes into a “locked” state, which is characterized by a higher level of reflection of microwave power from its input compared to the first analogue, which increases permissible microwave power, with which it can work without failure.
Недостатком данного защитного устройства является то, что для обеспечения в нем широких, более 1%, относительных полос рабочих частот необходимо применять сравнительно большую по площади пленку из высокотемпературного сверхпроводника, и, как следствие, для понижения порога срабатывания требуются большие по величине смещающие токи в этой пленке.The disadvantage of this protective device is that to ensure that it has wide, more than 1%, relative operating frequency bands, it is necessary to use a relatively large area film of a high-temperature superconductor, and, as a result, lower bias currents are required to lower the threshold for this film.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является микрополосковое защитное устройство [Б.А.Беляев, А.А.Лексиков, A.M.Сержантов, И.В.Говорун, патент РФ №2395872, опубл. 27.07.2010, Бюл. №21], отличающееся от вышеописанного тем, что пленка из материала, обладающего высокотемпературной сверхпроводимостью, выполнена в виде замкнутого полоскового проводника, например, в форме рамки, посредством которого осуществляется электромагнитная связь между резонаторами, формирующая полосу пропускания устройства. Под действием мощного электромагнитного импульса сверхпроводник переходит в нормальное состояние с высоким сопротивлением, благодаря чему коэффициент передачи устройства резко падает, и оно переходит в «запертое» состояние. Это устройство имеет более низкий, по сравнению со вторым аналогом, порог срабатывания, который зависит от ширины полоскового проводника, образующего рамку: чем он уже, тем ниже порог срабатывания. Однако при уменьшении ширины этого полоскового проводника падает и связь между резонаторами, что ведет к сужению полосы пропускания устройства. Кроме того, относительная ширина полосы пропускания такого устройства уменьшается с ростом его рабочей частоты, так как поверхностное сопротивление ВТСП пленок растет с частотой.The closest in combination of essential features is a microstrip protective device [B.A. Belyaev, A.A. Lexikov, A.M. Serzhantov, I.V. Govorun, RF patent No. 2395872, publ. 07/27/2010, Bull. No. 21], characterized in that the film of a material having high-temperature superconductivity is made in the form of a closed strip conductor, for example, in the form of a frame, through which electromagnetic coupling between the resonators is carried out, which forms the passband of the device. Under the influence of a powerful electromagnetic pulse, the superconductor goes into a normal state with high resistance, so that the transmission coefficient of the device drops sharply, and it goes into a "locked" state. This device has a lower threshold in comparison with the second analogue, which depends on the width of the strip conductor forming the frame: the narrower it is, the lower the threshold. However, with a decrease in the width of this strip conductor, the coupling between the resonators also decreases, which leads to a narrowing of the passband of the device. In addition, the relative bandwidth of such a device decreases with an increase in its operating frequency, since the surface resistance of HTSC films increases with frequency.
Техническим результатом при использовании изобретения является увеличение относительной ширины полосы рабочих частот устройства и снижение порога срабатывания.The technical result when using the invention is to increase the relative bandwidth of the operating frequencies of the device and lower the threshold.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом микрополосковом защитном устройстве, содержащем диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесен металлический слой, являющийся заземляемым основанием, а на вторую нанесены металлические полосковые проводники двух резонаторов, связанных между собой электромагнитно, на поверхности подложки или над ней без гальванического контакта с проводниками резонаторов расположен полосковый проводник из материала, обладающего высокотемпературной сверхпроводимостью, и упомянутые резонаторы выполнены так, что электрическая и магнитная связи между ними взаимно скомпенсированы на центральной частоте рабочей полосы устройства при нормальном состоянии указанного полоскового проводника, новым является то, что полосковый проводник из высокотемпературного сверхпроводника соединен с полосковыми проводниками, выполненными из нормального металла. Причем суммарная электрическая длина линии, образованной указанными проводниками, является резонансной на рабочей частоте устройства или близкой к ней.The specified technical result is achieved by the fact that in the inventive microstrip protective device containing a dielectric substrate, on one side of which a metal layer is applied, which is a grounding base, and on the second there are metal strip conductors of two resonators, connected electromagnetically between each other, on or above the surface of the substrate without galvanic contact with the conductors of the resonators is a strip conductor of a material having high temperature superconductivity, and the aforementioned resonators are configured such that the electrical and magnetic connection therebetween mutually compensated at the central frequency of the working band device at a normal state of said strip conductor, new is that the strip conductor of the high temperature superconductor is connected to the strip conductors made of a normal metal. Moreover, the total electrical length of the line formed by these conductors is resonant at or close to the operating frequency of the device.
Отличия от наиболее близкого аналога заключаются в том, что связь между двумя резонаторами, электрическое и магнитное взаимодействие между которыми взаимно скомпенсировано, осуществляется фактически с помощью третьего резонатора, в состав которого входит полосковый проводник из высокотемпературного сверхпроводника, а его собственная частота равна или близка к рабочей частоте устройства.Differences from the closest analogue are that the connection between two resonators, the electrical and magnetic interaction between which are mutually compensated, is actually carried out using the third resonator, which includes a strip conductor from a high-temperature superconductor, and its natural frequency is equal to or close to the working device frequency.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:
- Фиг.1, 2 и 3 - варианты конструкции защитного устройства;- Fig.1, 2 and 3 - design options for a protective device;
- Фиг.4 - частотные характеристики коэффициента передачи конкретной реализации устройства, демонстрирующие его работоспособность, для двух состояний пленочного полоскового проводника из ВТСП - сверхпроводящего и нормального.- Figure 4 - frequency characteristics of the transmission coefficient of a particular implementation of the device, demonstrating its operability, for two states of a film strip conductor from HTSC - superconducting and normal.
Предлагаемое защитное устройство содержит диэлектрическую подложку 1 (Фиг.1, 2, 3), на одну сторону которой нанесен металлический слой 2, являющийся заземляемым основанием, а на вторую нанесены полосковые металлические проводники двух резонаторов 3, имеющих конфигурацию, обеспечивающую взаимную компенсацию магнитной и электрической связи между ними на рабочей частоте устройства [Б.А.Беляев, A.M.Сержантов. Исследование коэффициентов связи шпильковых резонаторов. «Радиотехника и электроника», т.49, №1, 2004, с.1-9]. Иначе говоря, непосредственная связь между входным и выходным резонаторами отсутствует. Также на этой же стороне подложки нанесена линия, состоящая из отрезков, выполненных из высокотемпературного сверхпроводника 4 и нормального металла 5, 6, причем суммарная электрическая длина линии (отрезков 4, 5 и 6) выбирается из того условия, чтобы на рабочей частоте устройства в ней возбуждался резонанс, а положение ее участка 4 таким, чтобы он находился в максимуме высокочастотного тока на резонансной частоте. Таким образом, полосковые проводники 4, 5 и 6 образуют составной резонатор, а по своей структуре заявляемое устройство представляет собой трехзвенный микрополосковый фильтр. При этом конфигурация полосковых проводников 4, 5 и 6 и зазор между ними и полосковыми проводниками резонаторов 3 выбираются из условий требуемой ширины полосы пропускания устройства в открытом состоянии и уровня подавления сигнала в «запертом». Указанный составной резонатор (линия) может быть выполнен на отдельной подложке и подвешен над резонаторами 3, его конфигурация и положение относительно резонаторов 3 выбираются из тех же условий.The proposed protective device comprises a dielectric substrate 1 (Figs. 1, 2, 3), on one side of which a
Устройство имеет два режима работы. В первом из них, режиме пропускания, когда полосковый проводник 4 находится в сверхпроводящем состоянии и его сопротивление мало, высокочастотные электромагнитные поля входного резонатора наводят в составном резонаторе высокочастотные токи, которые, в свою очередь генерируют высокочастотные электромагнитные поля, индуцирующие высокочастотные токи в выходном резонаторе. Благодаря этому осуществляется связь между резонаторами 3, и формируется полоса пропускания устройства. В результате устройство в этом режиме работает как 3-звенный полосно-пропускающий фильтр с малыми вносимыми потерями, ширина полосы пропускания которого определяется величиной связи резонаторов 3 с составным резонатором. Во втором режиме, запертом, когда полосковый проводник 4 находится в нормальном состоянии, его сопротивление велико, а добротность резонатора, в состав которого он входит, снижается настолько, что он теряет свои резонансные свойства, благодаря чему связь через него между резонаторами 3 нарушается. Поскольку непосредственное взаимодействие между этими резонаторами отсутствует (их конфигурация и расстояние между ними таково, что имеет место взаимная компенсация электрического и магнитного взаимодействий), то, очевидно, что в этом случае практически вся мощность отражается от входа устройства.The device has two operating modes. In the first of them, the transmission mode, when the
Устройство работает следующим образом. При температурах ниже фазового перехода ВТСП материала в сверхпроводящее состояние и невысоких уровнях мощности сигнала на входе устройства плотность тока, индуцируемого в полосковом проводнике 4, не превышает критического значения, и его сопротивление мало. В этом случае составной резонатор обеспечивает достаточную величину связи между резонаторами 3, благодаря чему устройство работает в режиме полосно-пропускающего фильтра с малыми вносимыми потерями. При увеличении мощности на входе устройства до пороговой плотность высокочастотного тока, индуцируемого в составном резонаторе и протекающего по полосковому проводнику 4, превышает критическое для ВТСП значение, сопротивление полоскового проводника 4 возрастает скачком на несколько порядков вследствие перехода его в нормальное состояние, соответственно падает и добротность резонатора. Вследствие этого на несколько порядков уменьшается коэффициент передачи устройства в полосе рабочих частот, причем в основном благодаря тому, что практически вся СВЧ-мощность отражается от входа.The device operates as follows. At temperatures below the phase transition of the HTSC material to the superconducting state and low signal power levels at the input of the device, the current density induced in the
На Фиг.4 приведены амплитудно-частотные характеристики макета устройства для двух режимов работы: полосно-пропускающего фильтра (сплошная линия) и запертого (точки), изготовленного в соответствии с Фиг.3. Устройство было изготовлено на подложке из сапфира толщиной 0.5 мм. Полосковые проводники резонаторов 3 имели ширину 1.6 мм, а образованные ими «шпильки» - размеры 11.3×8 мм. Расстояние между резонаторами 3 составляло 3.2 мм. Полосковые проводники 5 и 6 имели ширину 0.2 мм, длину 12.3 мм. Полосковый проводник 4 имел ширину 0.5 мм и длину 6.6 мм.Figure 4 shows the amplitude-frequency characteristics of the layout of the device for two modes of operation: a band-pass filter (solid line) and locked (dots) made in accordance with Figure 3. The device was made on a sapphire substrate 0.5 mm thick. The strip conductors of the
Благодаря тому, что связь между резонаторами в режиме пропускания носит в заявленном устройстве преимущественно емкостной характер, то ее величина, а вместе с ней и относительная ширина полосы пропускания, растут, в отличие от прототипа, с рабочей частотой. Так как ВТСП полосковый проводник находится в области максимума высокочастотного тока резонатора, он переходит в нормальное состояние, а вместе с этим устройство переключается в «запертый» режим, при меньших, по сравнению с прототипом, значениях мощности, поступающей на вход устройства защиты. Кроме того, при уменьшении ширины этого проводника в нем увеличивается плотность тока на рабочих частотах: используя это обстоятельство, можно задавать порог срабатывания устройства без применения смещающего тока или магнитного поля. При этом не будет происходить уменьшения величины связи между резонаторами, определяющей относительную ширину полосы пропускания устройства.Due to the fact that the connection between the resonators in the transmission mode is mainly capacitive in the claimed device, its value, and with it the relative bandwidth, grow, in contrast to the prototype, with an operating frequency. Since the HTSC strip conductor is located in the region of the maximum high-frequency resonator current, it goes into a normal state, and at the same time the device switches to the “locked” mode, with lower, compared with the prototype, values of the power supplied to the input of the protection device. In addition, with a decrease in the width of this conductor, the current density at the operating frequencies increases in it: using this circumstance, you can set the threshold of the device without the use of bias current or magnetic field. In this case, there will be no decrease in the magnitude of the coupling between the resonators, which determines the relative bandwidth of the device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010144740/07A RU2440645C1 (en) | 2010-11-01 | 2010-11-01 | Microstrip protective device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010144740/07A RU2440645C1 (en) | 2010-11-01 | 2010-11-01 | Microstrip protective device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2440645C1 true RU2440645C1 (en) | 2012-01-20 |
Family
ID=45785797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010144740/07A RU2440645C1 (en) | 2010-11-01 | 2010-11-01 | Microstrip protective device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2440645C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475900C1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Microstrip pass-band filter |
RU2815624C1 (en) * | 2024-01-25 | 2024-03-19 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Microwave power limiter with two operating bands |
-
2010
- 2010-11-01 RU RU2010144740/07A patent/RU2440645C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475900C1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Microstrip pass-band filter |
RU2815624C1 (en) * | 2024-01-25 | 2024-03-19 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Microwave power limiter with two operating bands |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2295773A1 (en) | High temperature superconducting structures and methods for high q, reduced intermodulation structures | |
US9300028B2 (en) | Frequency selective limiter | |
EP3403293A1 (en) | Frequency selective limiter | |
Subramanyam et al. | A K-band-frequency agile microstrip bandpass filter using a thin-film HTS/ferroelectric/dielectric multilayer configuration | |
US9711839B2 (en) | Frequency selective limiter | |
Sisó et al. | Applications of resonant‐type metamaterial transmission lines to the design of enhanced bandwidth components with compact dimensions | |
KR100867129B1 (en) | RF switch | |
US8143972B2 (en) | Resonator and filter | |
RU2440645C1 (en) | Microstrip protective device | |
RU2395872C1 (en) | Microstrip protective device | |
Kuroda et al. | Design and Fabrication of Compact HTS Duplexers Using a CQ Structure With a High $ Q_ {u} $ Resonator | |
Zhu et al. | Coupling behaviors of quarter-wavelength impedance transformers for wideband CPW bandpass filters | |
Yoshitake et al. | Intermodulation distortion measurements of a microstrip band‐pass filter made from double‐sided YBa2Cu3O x films | |
Belyaev et al. | Reflective power limiter for X-band with HTSC Switching element | |
Elsaied et al. | Novel planar microstrip low pass filters using electromagnetic band gap (EBG) structures | |
RU2340046C1 (en) | Microstrip protector | |
Bonache et al. | Super compact (< 1cm2) band pass filters with wide bandwidth and high selectivity at C-band | |
Li et al. | Microstrip bandpass filters based on zeroth-order resonators with complementary split ring resonators | |
Velidi et al. | High‐rejection wide‐stopband lowpass filters using signal interference technique | |
Zhu et al. | A varactor and FMR-tuned wideband band-pass filter module with versatile frequency tunability | |
Subramanyam et al. | Performance of a K-band voltage-controlled Lange coupler using a ferroelectric tunable microstrip configuration | |
Deleniv et al. | Design of an interdigital hairpin bandpass filter utilizing a model of coupled slots | |
RU156173U1 (en) | SELECTIVE PROTECTION DEVICE ON COLLECTIVE RODS | |
RU2815624C1 (en) | Microwave power limiter with two operating bands | |
RU70412U1 (en) | MICROSTREAM PROTECTIVE DEVICE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171102 |