SU1764105A1 - Вентиль СВЧ - Google Patents

Abstract

Использование: обеспечение разв зки сигнала в приемных и передающих радиотехнических устройствах на сверхвысоких Суш частотах.Сущность изобретени : устройство содержит отрезок запредельного пр моугольного волновода с пр моугольным ферритовым вкладышем, который установлен у узкой его стенки. На внешних поверхност х широких стенок волновода установлены посто нные магниты, на боковой поверхности магнита установлена введенна  пр моугольна  пластина из магнитного материала с возможностью перемещени  вдоль ее поперечной оси. Внешн   бокова  поверхность магнита и бокова  поверхность ферритового вкладыша, обращенна  к узкой стенке волновода, размещены в одной плоскости. 3 ил.

Description

Изобретение относитс -к технике СВЧ и может быть использовано в качестве разв зывающего устройства в приемных и передающих СВЧ модул х.

Известен вентиль СВЧ, содержащий отрезок СВЧ линии передачи и поперечно намагниченный пр моугольный ферритовый вкладыш.

Недостатком известного вентил  СВЧ  вл етс  мала  величина обратного затухани , большой уровень электромагнитных потерь и большие габаритные размеры вентил .

Наиболее близким техническим решением к описываемому изобретению  вл етс  выбранный в качестве прототипа вентиль СВЧ, содержащий отрезок запредельного пр моугольного волновода, внутри которого вдоль узкой стенки установлен, по крайней мере, один пр моугольный ферритовый вкладыш, и два пр моугольных магнита, расположенных на наружных широких стенсл

ках волновода и намагничивающих ферри- f товый вкладыш в поперечном направлении, j

Недостатком известного вентил  СВЧ 5  вл етс  сравнительно мала  величина обратного затухани  и узка  рабоча  полоса частот. Указанные недостатки обусловлены слабой трансформацией основного типа м волны (поверхностной ферритовой волны) в О4 быстрозатухающие спиновые волны, воз- Јь буждающиес  вблизи границы феррит-металл из-за однородной магнитной компоненты СВЧ пол  и однородной намаг- frt ниченности в слое феррита, прилегающего « к указанной границе.

Целью изобретени   вл етс  увеличение обратного затухани  и снижение уровн  отраженного сигнала вентил  СВЧ.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в вентиле СВЧ, содержащем отрезок запредельного пр моугольного волновода, внутри которого вдоль узкой стенки установлен, по крайней мере, один пр моугольный ферритовый вкладыш и два пр моугольных магнита , расположенных на наружных широких стенках волновода и намагничивающих ферритовый вкладыш в поперечном направлении , согласно изобретению, на внешней боковой поверхности магнита расположена с возможностью перемещени  вдоль поперечной оси пр моугольна  пластина из маг; нитного материала, продольна  ось которой параллельна оси волновода, при этом внешн   бокова  поверхность магнита и бокова  поверхность ферритового вкладыша, обращенна  к узкой стенке волновода, размещены в одной плоскости, длина пластины равна длине ферритового вкладыша, а толщина d выбрана в пределах:

0,03 /2,

где АО средн   длина рабочего диапазона длин волн;

АС наибольша  длина спиновой волны .

Увеличение обратного затухани  и снижение уровн  отраженного сигнала вентил  СВЧ достигаетс  путем создани  условий активной трансформации электромагнитной поверхностной ферритовой волны (волны низшего типа), распростран ющейс  в обратном направлении, в быстро затухающие спиновые волны. Эффективное возбуждение спиновых волн обусловлено резким. увеличением градиента намагниченности ферритового сло , прилегающего к стенкам волновода, в области концентрации СВЧ тока обратной ПФЗ. Это происходит за счет введени  в магнитную систему, по крайней мере, одной пр моугольной пластины из магнитного материала, расположенной на внешней боковой поверхности магнита, наход щейс  в одной плоскости с боковой поверхностью ферритового вкладыша, обращенной к узкой стенке волновода.

Расположение продольной оси пластины параллельно оси волновода и одинакова  длина пластины и ферритового вкладыша обеспечивает одинаковый градиент намагниченности по всей длине ферритового сло , прилегающего к стенкам волновода в области концентрации СВЧ тока обратной поверхностной ферритовой волны, и следовательно одинаковый эффективный отбор энергии от обратной волны спиновыми волнами по всей длине ферритового вкладыша. Градиент намагниченности обусловлен магнитным материалом пластины . Пр моугольна  форма пластины позвол ет обеспечить одинаковое шунтирование магнитного пол  в боковом поверхностном слое пр моугольного магнита, а следовательно , и одинаковый градиент намагниченности поверхностного ферритового сло  по всей его длине.

Обеспечение возможности перемещени  пластины вдоль ее поперечной оси позвол ет регулировать толщину поверхностного сло  ферритового вкладыша с одинаковым градиентом намагниченности в зависимости от рабочей длины волны.

0 Выбор толщины пластины равной Ас /2 обусловлен границей волновых чисел длинных спиновых BOTH, т.к. дл  эффективного возбуждени  этих волн толщина поверхностного ферритового сло , в котором обеспе5 чиваетс  резкое изменение угла прецессии магнитных моментов, должно быть не менее Ас /2, где Ас -длина спиновой волны.

Таким образом, при расположении продольного кра  пластины, толщина которой

0 Ас /2, на одном уровне с основанием пр моугольного магнита, обращенным к феррито- вому вкладышу, обеспечиваетс  возбуждением длинных спиновых волн, наиболее сильно св занных с поверхност5 ной ферритовой волной, распростран ющейс  8 вентиле СВЧ, С другой стороны толщина ферритового сло , в котором происходит резкое изменение угла прецессии магнитных моментов, ограничена увеличе0 нием уровн  пр мого затухани  из-за конеч- ной составл ющей СВЧ пол  пр мой поверхностной ферритовой волны на границе однородна  - неоднородна  намагниченность феррита.

5 Экспериментальные исследовани  показывают , что если в известных вентил х СВЧ изменение ширины ферритового вкладыша не превышает 0,03 АО , то величина электромагнитных потерь дл  пр мого на0

5

правлени  сигнала практически не измен етс . В описываемом вентиле СВЧ максимальна  толщина магнитной пластины ограничена этой же величиной (0,03 АО ), так как при данной толщине не наблюдаетс 

увеличение пр мого затухани , а величина обратного затухани , из-за наличи  сло  феррита толщиной 0,03 АО с резким изменением угла прецессии магнитных моментов, существенно возрастает. Активное возбуж0 дение быстрозатухающих спиновых волн в области распространени  доминирующей части СВЧ энергии обратной поверхностной ферритовой волны, обуславливает и существенное снижение величины

5 отраженного сигнала описываемого вентил  СВЧ.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение вентил  СВЧ с одним ферритовым вкладышем и одной пластиной; на фиг. 2 поперечное сечение вентил  СВЧ с двум  ферритовыми вкладышами и четырьм  пластинами; на фиг. 3 - сечение вентил  СВЧ на фиг. 2 по А-А (пунктиром показана качественна  структура посто нного магнитного пол , а стрелками - распространение спиновых волн).

Вентиль СВЧ содержит отрезок запредельного пр моугольного волновода 1, внутри которого вдоль узкой стенки установлен пр моугольный ферритовый вкладыш 2, два пр моугольных магнита 3, расположенных на наружных широких стенках волновода и намагничивающих ферритовый вкладыш 2 в поперечном направлении. На внешней боковой поверхности магнита 3 расположена с возможностью перемещени  вдоль поперечной оси пр моугольна  пластина 4 из магнитного материала, продольна  ось которой параллельна оси волновода 1. Внешн   бокова  поверхность магнита 3 и бокова  поверхность ферритового вкладыша 2, обращенна  к узкой стенке волновода 1, размещены в одной плоскости. Длина пластины А равна длине ферритового вкладыша 2, ширина - высоте магнита 3, а толщина составл ет не менее 0,5 До и не более 0,03 А0 .

Вентиль СВЧ работает следующим образом .

При возбуждении входа сигнал распростран етс  по границе феррит-воздух (так как низшим типом волны в запредельном волноводе, частично заполненном поперечно намагниченным ферритом,  вл етс  поверхностна  ферритова  волна) и из-за сравнительно малой ширины ферритового сло  (0,5 Ас - 0,03 АО ), имеющего большой градиент намагниченности и расположенного вдоль узкой стенки волновода, с малыми электромагнитными потер ми поступает на выход вентил . В обратном направлении сигнал испытывает сильное затухание. Последнее обусловлено активным отбором СВЧ энергии от низшего типа волны быст- розатухающими спиновыми волнами, возбуждающимис  в неоднородно намагниченном ферритовом слое (толщиной 0,5 Ас - 0,03 АО ) и распростран ющимис  нормально к стенкам волновода. Повышенный отбор энергии от основного типа волны спиновыми волнами позвол ет также снизить коэффициент отражени  (уменьшить коэффициент сто чей волны) в рабочей полосе прибора.

Отличительной особенностью электрических характеристик описываемого вентил  СВЧ по сравнению с прототипом  вл етс  увеличение обратного затухани 

не только в рабочей полосе частот, но и на высоком крае частотного диапазона, что обусловлено уменьшением поперечной намагниченности ферритового сло , прилега- 5 ющего к стенкам волновода, за счет введени  пластины из магнитного материала , шунтирующей в узком слое поперечное магнитное поле посто нного магнита. -- Необходимо также отметить, что описы0 ваемый вентиль СВЧ по сравнению с прототипом имеет более широкую рабочую полосу частот, за счет возбуждени  спиновых волн, играющих роль активного поглотител  СВЧ энергии, и меньшие габариты

5 магнитной системы. Последнее обусловлено тем, что дл  повышени  величины обратного затухани  не требуетс  увеличени  внешнего магнитного пол , а достаточно введени  пластины из магнитного материа0 ла.

Дл  реализации изобретени  изготовлены вентили СВЧ (фиг. 2,3). Вентили собраны на волноводе сечением 13,5x3,25 ммг и содержат два пр моугольных ферритовых

5 вкладыша (марка феррита 1СЧ-4), длина, ширина и толщина которых составл ет соответственно 10 мм, 3 мм, 2 мм; четыре пр моугольных магнита (марка магнита КС-37), длина, ширина и толщина которых составл 0 ет соответственно 11 мм, 4 мм, 5 мм; четыре пластины из магнитного материала (марка СТ-10), длина, ширина и толщина которых составл ет соответственно 10 мм, 5 мм, 0,5 мм. Вентили СВЧ в двухсантиметровом ди5 апазоне длин волн имеют величину обратного затухани  не менее 65-70 дБ, КСВН не более 1,15, пр мое затухание не более 0,3- 0,35 дБ, рабочую полосу частот не менее 3 Ггц.

Claims (1)

1. 0 Формула изобретени 

   Вентиль СВЧ, содержащий отрезок запредельного пр моугольного волновода, внутри которого вдоль узкой стенки установлен по крайней мере один пр моуголь5 ный ферритовый вкладыш, и два пр моугольных магнита, расположенных на наружных широких стенках волновода и намагничивающих ферритовый вкладыш в поперечном направлении, отличающийс 

   0 тем, что, с целью увеличени  обратного затухани  и снижени  уровн  отраженного сигна- ла, на внешней боковой поверхности магнита расположена с возможностью перемещени  вдоль поперечной оси пр мо5 угольна  пластина из магнитного материала, продольна  ось которой параллельна оси волновода, при этом внешн   бокова  поверхность магнита и бокова  поверхность ферритового вкладыша, обращенна  к узкой стенке волновода.

   размещены в одной плоскости, длина пластины равна длине ферритового вкладыша, а толщина о выбрана в пределах 0,03 Ас /2,

   где Ло - средн   длина рабочего диапазона волн;

   Ас - наибольша  длина спиновой волны .

   г/

   v --А

   N / Д Ч /

   .f.t / I M,-

   /;

   t Ч - / | ч

   Фа г. 2

   А-А

   Фиг. 5