УСТРОЙСТВО НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

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.
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.
Однако данные устройства обладают ограниченными функциональными возможностями, так как используют в качестве частотно-селективного элемента прямоугольный ферритовый резонатор.
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 равен
где, Р - период многоштырьковых преобразователей,
W - ширина пленки,
N - число штырей.
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.
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.
Однако приведенное устройство нетехнологично в изготовлении и настройке, так как использование трехсекционного отрезка волновода усложняет конструкцию устройства, увеличивает габариты и массу устройства.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Это дает основания утверждать о соответствии предлагаемого устройства критерию патентоспособности «новизна» для полезной модели.
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.
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.
На фиг. изображен вариант исполнения устройства на магнитостатических волнах: а)- вид сверху, б)-вид сбоку.
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.
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.
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.
Выполнение емкостного элемента 7 в виде сосредоточенной емкости может быть перспективным при переходе на групповую технологию интеграции микрополосковых устройств с устройствами на магнитостатических волнах.
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.
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.