Файл: Пузырев В.А. Тонкие ферромагнитные пленки в радиотехнических цепях.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.07.2024

Просмотров: 111

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

г де / р = Hjfx

— ток подкачки; W2 — э. д . с. на уча­

стке взаимодействия пленки с системой подкачки. Обозначая эффективность работы параметроиа как

отношение мощности на выходе к полной подводимой к цепи подкачки мощности, получаем

11 =

Ра

+ \ =

1 +

uZ 0 T G T /G («) •

( 2 - 4 5 )

Н а резонансной

частоте

со =

о)0

эффективность

будет

определяться

так

 

 

 

 

 

 

 

М^о-

г + о т Р » / / г •

( 2 - 4 6 )

Д л я увеличения эффективности

параметроиа

необхо­

димо уменьшать второе слагаемое знаменателя,

которое

определяется

в основном

потерями

в пленке GT [29J. Как

и при определении эффективности модулятора, получен­ ное в ы р а ж е н и е характеризует касательную зависимости

r\ = f(Pc

+ PTm)

в начальной точке, т. е. справедливо толь­

ко для

малых

полей подкачки.

2.2.3. Ортогональный СВЧ ключ

Такие физические свойства пленок, как высокая скорость изменения намагниченности под воздействием быстроизменяющихся внешних полей и наличие анизо­ тропных свойств, позволяют использовать пх для по­

строения

ключевых устройств. Н и ж е

будет рассмотрено

ключевое

устройство, использующее

включение пленки

во внешнюю цепь по схеме четырехполюсника. Ключ со­ стоит из входной и выходной полосковых линий, закоро ­ ченных на концах и расположенных ортогонально (рис. 2.18). В месте пересечения полосковых линий рас­ полагается тонкая ферромагнитная пленка. Ось легкого

намагничивания

пленки направлена

вдоль

нормали к

входной линии

[30].

 

 

 

 

Принцип работы

ортогонального

С В Ч ключа, подоб­

но рассмотренному

выше

модуляторному

устройству,

состоит в управлении связи

по высокой частоте м е ж д у

д в у м я (входной

и выходной)

полосковыми линиями . Уп­

равление осуществляется внешним у п р а в л я ю щ и м полем,

изменяющим намагниченность Т Ф П ,

м а г и

и т о с в я з а н н о й с

л и н и я м и . У п р а в л я ю щ е е магнитное

поле

формируется

при помощи специальной у п р а в л я ю щ е й обмотки или по лосковой линии. Рабочие частоты ключа л е ж а т вблизи частоты ферромагнитного резонанса пленки. Согласова ­ ние низкоомиых входной и выходной полосковых линий с передающим трактом может быть осуществлено путем

использования

плавных

или

четвертьволновых

транс ­

форматоров .

 

 

 

 

 

 

Д л я

ортогонального

ключа

характерны

два

состоя­

ния: открытое,

при

котором

С В Ч сигнал

из

входной

линии д о л ж е н проходить в нагрузку без

существенных

потерь,

и закрытое,

при котором в нагрузку С В Ч сиг-

пал практически

не д о л ж е н проходить. Д л я

обеспечения

оли

Р и с . 2.18

открытого состояния, что д о л ж н о

соответствовать макси­

мальной

передаче

мощности, к

пленке прикладывается

внешнее

у п р а в л я ю щ е е поле. К а к

и в случае

рассмотрен­

ного ранее модулятора, управляющее поле

подается под

некоторым углом

к трудной оси

пленки.

 

М а к с и м а л ь н о е значение коммутируемой тонкопленоч-

иым ключем

высокочастотной мощности ограничивается

в основном

следующими факторами: пробоем внешней

цепи; недопустимым разогревом пленки, при котором те­

ряются ее

магнитные

свойства,

а т а к ж е релаксационны ­

ми явлениями, обусловленными

нелинейными

э ф ф е к т а м и

изменения

намагниченности Т Ф П . Б л а г о д а р я

большому

отношению

площади

поверхности пленки к

ее объему,,

перегрев наблюдается при более высоком уровне высо­ кочастотной мощности, чем уровень мощности пробоя внешней цепи. К а к показали исследования, при исполь­ зовании многослойных пленок нелинейные свойства про ­ являются при мощности высокочастотного электромаг ­ нитного поля порядка нескольких десятков ватт. В связи

9 95

с незначительным зазором м е ж д у полосковыми провод­

никами

м а к с и м а л ь н а я мощность в ключевых устройствах

на основе Т Ф П

ограничивается пробоем

внешней

цепи

и не превышает

нескольких

ватт.

 

 

Основными

п а р а м е т р а м и

ключевого

устройства

яв­

л я ю т с я :

рабочее затухание

в открытом

и закрытом

со­

стояниях, значение управляющего поля и его направле ­ ние, входное сопротивление ключа, ослабление и коэффи­

циент

отражения

в

открытом состоянии и другие пара­

метры. Д л я того

чтобы

найти

аналитические

соотноше­

ния, характеризующие

основные

параметры

тонкопле­

ночного ключевого

устройства,

воспользуемся

получен­

ной в

первой главе

эквивалентной

схемой магинтосвя-

.занной

пленки.

 

 

 

 

 

 

Р и с . 2.19

Эквивалентная схема пленки, включенной по схеме

•четырехполюсника, имеет

вид, показанный па рис. 2.1,6.

П о л н а я эквивалентная

схема ортогонального СВЧ

ключа

имеет вид, приведенный на рис. 2.19. Так как дли­

на закороченных

участков

обычно

много

меньше

Х/4

(порядка 5—6

м м ) ,

то индуктивностями

L B . T и L B T

(рис. 2.1,6) можно пренебречь.

 

 

 

 

 

 

В

идеальном

случае,

когда

у п р а в л я ю щ е е

поле

не

п р и к л а д ы в а е т с я

к

пленочному

элементу

Я у

=

0, связь

м е ж д у

входной

 

и

выходной цепями

д о л ж н а

отсутство­

вать.

Однако

из-за

наличия

паразитной

емкости

С п

между полосковыми проводниками в закрытом состоя­

нии

( Я у = 0)

па выход ключа

проходит некоторый сиг­

нал.

Величину

этого сигнала в

значительной мере можно

уменьшить, если развернуть выходную полосковую ли­ нию на некоторый угол (1—3°). При этом параллельно паразитной емкости С п будет подсоединена индуктивная

96

компонента L n

. Таким образом, на рабочей частоте эти­

ми элементами

образуется

режекторный контур. Ка к по­

к а з ы в а ю т экспериментальные

исследования,

ослабление

в этом случае в закрытом

состоянии

можно

получить

более 40 д Б .

 

 

 

 

 

 

 

Если у п р а в л я ю щ е е поле

не воздействует

на пленку

( Я у =

0),

то

из уравнения

(1.29) видно, что взаимоин­

дукция

Мп

в

этом случае

равна нулю.

Связь

между

входной и выходной цепями через пленку отсутствует —

закрытое

состояние. П о д действием

управляющего

поля

намагниченность пленки отклоняется

на

некоторый

угол

от оси легкого намагничивания,

что соответствует конеч­

ному значению Мл.

В выходной

цепи

появляется

сигнал,

так ка к

значение

взаимоиндукции

Мт

т а к ж е

конечно.

Пленка,

связанная

с входной и

выходной полосковыми

линиями, выполняет роль согласующего четырехполюс­

ника. Ка к и в случае рассмотренного ранее

модуляторно ­

го устройства,

в зависимости от величины и 'направления

у п р а в л я ю щ е г о

поля могут быть

реализованы р е ж и м ы ,

обеспечивающие

балансную и

фазоимпульсную

моду­

ляцию .

 

 

 

 

 

Д л я анализа

ключевого устройства используем

мат­

рицы

передачи

 

[37]. Представив эквивалентную

схему

(рис.

2.19) в виде каскадного

соединения

простейших

четырехполюсников, после перемножения матриц пере­

дачи д л я

отдельных

простейших четырехполюсников

по­

лучим

суммарную

матрицу передачи в виде

 

 

 

[а]

 

 

1 л

2

 

°

 

 

 

'МЖг G

^

+ J a ' C ^ - ^ r )

Z T J

I "

 

- 4 7 )

 

( 2

С учетом

обычного

условия pi = р 2 =

RH

выражение

д л я нормированной матрицы будет иметь вид

 

 

 

[А]

=

Liu

1*2

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мпм.

 

 

 

 

 

 

 

Рабочее затухание может быть определено из соотно­ шения

Г ( А п + А12 + А.п + А22)

(2.48)

где Ап, А12, А21, А22 — элементы нормированной матрицы передачи. Подставляя значения элементов нормированной

4 Заказ № 247

97

матрицы

передачи,

будем

иметь

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1

л 2 + ^ т 2 + 7 ? „ О т 1 т 1 ) 2

+

 

 

 

 

4M{Mi

 

 

 

 

 

 

 

 

+ a > * / ? 2 „ ( C T Z T l - - J r ) 2 ] .

(2.49)

И з в ы р а ж е н и я

(2.49)

видно,

что

рабочее

затухание

зависит

от

частоты

коммутируемого

электромагнитного

поля;

от

произведения проводимости

С?т, характеризую ­

щей

потери

в

магнитосвязанной

пленке, на

величину

сопротивления

нагрузки

а т а к ж е

от величины и на­

правления управляющего

поля. Н а рис. 2.20

приведены

о,в 1,6 гл

3,2 w лт

 

Р и с .

2.20

 

теоретические

и экспериментальные зависимости

i6v от

у п р а в л я ю щ и х

полей. И з рисунка видно, что при

неко­

торых значениях компонент управляющего поля ослаб ­ ление в открытом состоянии минимально.

Д л я определения

оптимальных значений

компонент

управляющего

поля

можн о

воспользоваться в ы р а ж е н и е м

д л я входного

сопротивления

ключа. И м п о л ь з у я

матрицы

передачи, дл я схемы

рис. 2.19 получаем

 

у

_

Дц^н ~Ь а\г

о

|

• у

^"вх —

„ D _!_/»_.

^вх

Т~ J-Л вх>

где

 

«21#Н + Я22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

">2 £Л 2^Н (^Т2 + £Т 1#нОТ )

.

Я 2

(2 -

о>2 /.л 1 Ст )Ч " 2

(LrlGTR„+

I T 2 ) 2 '

Rl (2 - Ш а 1 л 1 С т ) 2 + <o2 (LTlGTRa

+ L T 2 ) *

(2.50)

(2.51)

(2.52)

98

Смотрите также файлы