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: 103

Скачиваний: 0

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

А к т и в н ая с о с т а в л я ю щ а я вносимого сопротивления мо­

ж е т

использоваться д л я управления потоком

высокочас­

тотной энергии

в ключевых

устройствах.

В ы р а ж е н и е

д л я

активной составляющей

запишется так:

 

 

 

 

* - - M - 5 T +

w -

 

< 2 - 6 8 >

К а к

и д л я рассмотренной выше

реактивной

составляю­

щей,

в данном случае т а к ж е

возможны два способа рас­

положения пленки. П р о м е ж у т о ч н ы е положения

пленки

не представляют

интереса, так как абсолютная

величина

Ran при этом падает. При использовании в устройствах активной составляющей вносимого во внешнюю цепь со­ противления на частоте Ф М Р пленки существенное зна­ чение приобретает ширина резонансной кривой. Некото­

рые

аспекты этого

вопроса были

обсуждены ранее,

в гл.

1.

 

 

В

этом п а р а г р а ф е

рассмотрены

радиотехнические

устройства, которые используют включение тонкой фер­ ромагнитной пленки в качестве неоднородности полос­

ковой линии.

К ним

относятся: С В Ч

ключ

на неоднород­

ной линии,

плавный

ф а з о в р а щ а т е л ь и

запоминающий

элемент. Перейдем

к

рассмотрению

использования Т Ф П

в качестве неоднородности в полосковой линии д л я соз­ дания С В Ч ключа.

2.3.1. Ключ на неоднородной линии

В этом случае тонкая ферромагнитная пленка включена в цепь в качестве неоднородности и ее экви­ валентная схема имеет вид, показанный на рис. 2.1, е. В ключе, использующем пленку по схеме двухполюсни­

ка,

затухание в з

а к р ы т о м

состоянии целиком определя­

ется

п а р а м е т р а м и

пленки,

а ослабление в открытом со­

стоянии зависит практически только от потерь в полос­ ковой линии. Поэтому с технологической точки зрения такой ключ реализовать проще, чем рассмотренный вы­

ше ортогональный С В Ч

ключ, в

котором

пленка рабо­

тает как у п р а в л я е м ы й проходной

элемент.

 

При соответствующей

величине феноменологической

постоянной затухания а двухполюсник, представляющий эквивалентную схему магнитосвязанной пленки, обла­ дает резонансными свойствами. В ы р а ж а я компоненты

109

Хвп и Rm, полного вносимого сопротивления через пара ­ метры полосковой линии и пленки, получаем уравнение д л я коэффициента передачи в следующем виде:

* o " ( l - 4 r i ) ' ( l - - « . + * / / ? w | ) .

(2-69)

где величина RB]l определяется соотношением (2.68), а выражение для модуля функции коэффициента отра­ жения .

'

(Яви +

2Д„)г + Х2В„

 

/?н — сопротивление

нагрузки.

 

F' = ш2 /ш2

 

При выполнении

условия

резонанса

и мак­

симальном значении относительного потокосцепления

Ф - = 1

уравнение для коэффициента передачи приводится

к виду

"° =

(Яви + 2/?и )2 (/?„„ + Яы)

•

( 2 , 7 0 )

И з полученного

в ы р а ж е н и я

видно,

что для уменьше­

ния коэффициента

передачи

в

закрытом состоянии не­

обходимо уменьшать сопротивление нагрузки Ru, т. е. делать полосковую линию иизкоомной с соответствую­ щим согласованием, и увеличивать вносимое сопротив­

ление Rmt.

Соотношение д л я максимально

вносимого со­

противления,

выраженное через

характеристики пленки

и параметры

полосковой

линии, имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

R.„^flMVla,

 

 

 

 

(2.71)

где

V — объем

пленки. Несмотря

на то что в

этом

вы­

ражении коэффициент fx входит

в квадрате,

изменение

его

величины

ограничивается

различными

 

факторами .

Это

объясняется следующим.

Величину

коэффициента

fx дл я низкоомных полосковых линий с достаточной

сте­

пенью точности

можно

аппроксимировать

как

fx^l/b,

где b — ширина

полосковой линии.

 

 

 

 

Следовательно, дл я увеличения коэффициента fx не­

обходимо

уменьшить ширину

полоски, а

это

приводит

к уменьшению рабочего объема пленки V и увеличению

волнового

сопротивления

(при

одинаковой

высоте

по­

лосковой линии, так как она определяется толщиной

под­

л о ж к и пленки) . Уменьшение ширины полосковой линии

приводит к

возрастанию неоднородности высокочастот­

ного поля,

воздействующего на пленку. Это обстоятель­

н о

 

ство

т а к ж е

заставляет уменьшать геометрические раз ­

меры

пленки

в плоскости, что, в свою очередь, приводит

куменьшению объема магнитной массы.

Др у г и м параметром, за счет которого можно увели­ чить величину вносимого сопротивления и тем самым повысить эффективность управления погонными пара ­ метрами полосковой линии при воздействии внешних

магнитных полей, является объем пленки. Т а к как ши­

рина пленки определяется

шириной

полосковой

линии,

а ее толщина — потерями

в пленке,

то увеличение

объе­

ма пленки можно осуществлять за счет увеличения ее

длины и за счет создания многослойной

структуры.

Используя формулы (2.70) и (2.71), можно

рассчи­

тать длину пленки,

необходимую дл я обеспечения зату­

хания

порядка 30 д Б . Оказывается, что дл я полосковой

линии

с волновым

сопротивлением

5

Ом

длина

пленки

д о л ж н а составлять

примерно 10

см.

Низкое

волновое

сопротивление участка полосковой линии с пленкой при­

водит

к тому,

что длина согласующих переходов оказы­

вается

т а к ж е

порядка 10—12 см. Поэтому потери в пе­

реходах и низкоомном

участке

при отсутствии внешнего

магнитного поля (открытое состояние ключа)

будут в не­

сколько раз превышать допустимые.

 

Чтобыувеличить объем магнитной массы пленки, не

очень

сильно

увеличивая при этом затухание в линии

от побочных

потерь

в

пленке,

необходимо

применять

многослойные

пленочные

структуры, напыленные в ва­

кууме на подложке в несколько слоев, разделенных прослойками диэлектрика. Многослойные структуры тон­ ких ферромагнитных пленок дают не только простое увеличение объема ферромагнитного материала . Б л а г о д а ­ ря магнитному взаимодействию м е ж д у слоями пленок через р а з д е л я ю щ у ю их диэлектрическую прослойку, су­ щественно меняются свойства всей структуры по срав­ нению со свойствами одиночных пленок. Пр и этом сила взаимодействия слоев, а следовательно, и степень изме­ нения свойств структуры зависит от многих факторов . Существенную роль, например, играют условия напыле­

ния

(напыление всей системы

в одном

цикле

откачки

или

с нарушением в а к у у м а ) , выбор материалов

магнит­

ных

пленок и диэлектрических

прослоек,

геометрические

размеры

пятен

и толщина

промежуточных слоев. Влия ­

ние

всех

факторов на

свойства многослойных структур

еще

далеко не

изучено.

В

настоящее время накаплива -

111

ются экспериментальные результаты по исследованию физических свойств многослойных систем, выдвигаются различные теории, с помощью которых можно было бы объяснить природу взаимодействия слоев. Многослой­ ные пленки о б л а д а ю т гораздо большими возможностями и перспективами применения по сравнению с однослой­

ными, а

т а к ж е

по ряду параметров превосходят их

[13, 32—35].

 

Д р у г и м

путем

преодоления указанных трудностей

при увеличении величины вносимого сопротивления явля­ ется использование тонкой ферромагнитной пленки в ка­

честве неоднородности в ступенчатом

фильтре.

Ступен­

 

чатый фильтр позволяет уве­

 

личить взаимодействие плен­

 

ки с

передающей

линией

 

примерно

в Q

раз

(Q — доб­

 

ротность

р е з о н а т о р а ) .

По ­

 

добный метод находит ши­

 

рокое

применение в

тонко-

Пленка

пленочных

п а р а м е т р о н а х

[36] . Конструктивно

фильтр

А-А

выполнен в виде неоднород­

ной

полосковой

линии,

со­

Пленка

стоящей из широких и узких

 

С

участков

с одинаковым

за­

Р и с . 2.29

зором.

 

 

 

 

 

Преимуществом

такой

 

 

конструкции

является

то,

что при одинаковой полосе

пропускания

(с

переходами

длиной четверть волны) размеры всего устройства зна­ чительно сокращаются .

Р а с с м а т р и в а е м ы й

в этом п а р а г р а ф е вариант

ключа

использует пленку,

помещенную в индуктивный

участок

ступенчатого фильтра на полосковой линии. Ступенча­ тый фильтр представляет собой последовательное соеди­ нение отрезков несимметричной полосковой линии с раз­ личными волновыми сопротивлениями, имеющих разную

ширину полоски, рис. 2.29. В такой конструкции

электри­

ческое поле сосредоточено в широких отрезках

(эквива­

лентные п а р а л л е л ь н ы е емкости), а магнитное

поле — в

узком отрезке (эквивалентная последовательная индук­ тивность) . М а г н и т н а я пленка помещается в индуктивном

отрезке

полосковой линии

таким

образом,

чтобы ее

лег­

к а я ось

была направлена

или

вдоль или

поперек

про-

112

Смотрите также файлы