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: 101

Скачиваний: 0

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

цепи и от волнового сопротивления (кривые I и I I соот­ ветственно).

На этом ж е рисунке приведена зависимость коэффи ­ циента отражения дл я ключа в закрытом состоянии от

волнового сопротивления

фильтра (кривая I I I ) . И з ри­

сунка видно, что при р,р >

8 Ом коэффициент о т р а ж е н и я

в открытом состоянии незначителен, и поэтому не тре ­ буются дополнительные согласующие элементы на входе

ключа. В закрытом состоянии

коэффициент

отражения

возрастает при уменьшении

волнового

сопротивления

фильтра

р ф . Ка к это следует из уравнения

(2.83), коэф­

фициент

отражения закрытого

ключа сильно

зависит от

Р и с . 2.37

величины вносимого сопротивления. Теоретическая и экс­

периментальная зависимости

коэффициента

отражения

закрытого ключа от вносимого сопротивления

п о к а з а н ы

на рис. 2.37.

 

 

 

 

 

 

 

Ф а з а

коэффициента отражения на рабочей частоте

ключа будет определяться

следующим уравнением:

 

 

cP r = a

r

c t

g

r ^ .

(2.84)

И з уравнения (2.84)

видно,

что

фаза коэффициента

от­

р а ж е н и я

в открытом

и закрытом

состояниях

ключа

д л я

рассматриваемого рабочего р е ж и м а не зависит от ствойств ТФП , а определяется п а р а м е т р а м и внешней цепи. Следовательно, стабильность фазовых характери ­ стик ключа определяется точностью изготовления эле­ ментов внешней цепи, стабильностью поля анизотропии и внешнего у п р а в л я ю щ е г о поля.

Так как ослабления в открытом и закрытом состоя­ ниях взаимосвязаны, то обычно работоспособность клю ­ чевого устройства оценивается при помощи так н а з ы в а е -

124

мого п а р а м е т р а

качества,

который в общем случае

опре ­

деляется

уравнением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

^

/ £ з - 1

 

( 2 . 85>

 

 

 

 

У J?0

- 1

 

 

 

С учетом

уравнений

(2.75)

и

(2.76)

из (2.85)

с л е д у е т :

 

 

K

= \

+

Rwlr.

 

 

(2.86)

Таким образом,

параметр

 

качества

ключа

на

основе

тонкой ферромагнитной пленки зависит от отношения

сопротивления,

вносимого

пленкой,

к

сопротивлению

потерь во внешней цепи. Величину потерь

фильтра

мож ­

но определить

по известным

ф о р м у л а м

для потерь в по-

лосковых

линиях

[37]. И з в ы р а ж е н и я

(2.85) видно,

что

параметр

качества

ключа зависит от физических свойств

пленки

и

конструктивных

размеров

 

внешней

цепи

и пленки. К а к

п о к а з а л и

исследования,

дл я

однослойной

пленки можно получить п а р а м е т р качества,

близкий к

300. Д а л ь н е й ш е е увеличение

параметра качества м о ж н о

получить

 

только

за

счет

применения

многослойных

пленок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Типичные значения ослабления в закрытом

состоянии

15—20 дБ , в открытом

состоянии

порядка

0,4—0,9

д Б ,

к. с. в. в

закрытом

состоянии

20—30,

а

в

открытом

1,04—1,1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д л я

увеличения

ослабления в

з а к р ы т о м

состоянии

в полосе

пропускания

можно

воспользоваться

последо­

вательным

соединением

нескольких ключей.

Н а и б о л е е

широкое

 

распространение в

диапазоне

дециметровых

волн получило каскадное соединение ключей, располо­

женных

на

расстоянии

порядка Х/А друг от друга . К а к

показали

исследования,

каскадное

соединение позволяет

существенно

увеличить

ослабление

в закрытом состоя­

нии при меньшем росте потерь в открытом. Пр и этом оптимальное расстояние м е ж д у ключами зависит от па ­ раметров внешней цепи.

2.3.2. П л а в н ы й

ф а з о в р а щ а т е л ь

Ф а з о в р а щ а т е л ь

основан иа использовании зависи ­

мости реактивной составляющей вносимого пленкой со­ противления в полосковую линию от внешнего поля . Получена и исследована математическая модель полоскового тонкопленочного ф а з о в р а щ а т е л я , работающего

125

в гигагерцовом диапазоне частот. Выработаны основные требования к пленкам, используемым для изменения

постоянной распространения линии с

пленкой.

В настоящее время дл я изменения

постоянной рас­

пространения широко используются

ферриты. Однако

•они о б л а д а ю т рядом недостатков, которые ограничивают

их возможности. Основными

недостатками ферритов,

применяемых

для изменения постояной распространения

п е р е д а ю щ и х

трактов, являются

их большая чувствитель­

ность к изменениям температуры о к р у ж а ю щ е й среды и значительные величины полей, необходимых для управле­ ния фазой (полосковые ф а з о в р а щ а т е л и 360°/16-103 А/м — 360772-103 А/м) . Перечисленные недостатки приводят к

температурной нестабильности

ф а з о в р а щ а т е л я

и боль­

ш о м у расходованию мощности,

идущей на

управление.

Н е м а л о в а ж н о е значение при построении электрически

у п р а в л я е м ы х ф а з о в р а щ а т е л е й

имеет т а к ж е их

микро­

миниатюризация . Последние годы вопросу

микроминиа­

тюризации СВ Ч узлов

уделяется большое

внимание.

Тонкие ферромагнитные

пленки

в значительной

степени

лишены перечисленных выше недостатков, присущих ферритам . Исследование статических и динамических характеристик пленок, позволяет сделать заключение о

том, что они могут работать в широком

температурном

д и а п а з о н е (от —100 до + 1 0 0 ° С) . Т Ф П

по сравнению

•с ферритами являются более стойкими к радиационному фону. Техника изготовления пленок позволяет создавать

микроминиатюрные,

технологичные

полосковые

конст­

рукции

фазовращателей .

 

Д л я

управления пленочным

ф а з о в р а щ а т е л е м

требуются

гораздо

меньшие

мощности

при одинаковом с ферритом

быстродействии.

 

 

Д л я

оценки

возможных

параметров

тонкоплеиочного

•фазовращателя

получим

его

математическую

модель .

Фазовая постоянная в полосковой линии может

быть

•определена

как

р =

2«/Хл ,

где Хл — длина

волны

в

линии,

д л я волны

типа

ТЕ М равная Хл = Х/}/е|л;

X — длина вол­

ны в свободном пространстве, когда магнитная пленка не взаимодействует с полосковой линией, а сама линия имеет воздушное заполнение. Фазовая постоянная равна

 

Ро = 2*/Х,

 

(2.87)

т а к как в этом случае

Хл=А..

 

 

При воздействии

на

пленку

внешнего

магнитного

тюля будет изменяться

величина

магнитной

проницае-

126

мости зазора полосковой линии в месте расположения пленки, и ка к следствие этого длина волны на этом участке будет отличаться от длины волны в свободном пространстве и ф а з о в а я постоянная а этом участке из­ менится:

?! = 2фл.

 

 

(2.88)

Н а б е г ф а з ы на участке линии с пленкой

в этом

случае

равен

 

 

 

 

 

Д«Р = I (Pi -

Ро).

 

(2-89)

где / — длина участка полосковой линии,

в которой

р а с ­

полагается пленка.

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Z D -

 

-02

•02

10-

 

 

-0Z

Р и с .

2.38

 

 

 

 

При условии /<СА, участок

полосковой

линии

с

плен­

кой может быть представлен эквивалентной схемой, при­

веденной на рис. 2.38, а,

где L 0

— распределенная

индук­

тивность

полосковой

линии,

С о — р а с п р е д е л е н н а я

ем ­

кость полосковой линии, Хт1

и Rna—реактивная

и

ак­

тивная

составляющие

вносимого

в полосковую

линию

от пленки полного сопротивления,

компоненты которого

были

определены

выше.

 

 

 

 

 

 

 

Участок полосковой линии с размещенной в ней маг ­

нитной

пленкой

(включение

в виде

неоднородности)

м о ж н о рассматривать ка к П - образный

четырехполюсник

(рис.

2.38,6). М а т р и ц а

передачи

такого

четырехполюс­

ника

имеет вид [37]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 4- yZVZ

Z

 

 

 

(2.90)

 

 

 

2у

+ y*Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где у =

у ш С у / 2 ;

Z = J<oL0l +

jXBil

+

RBn.

 

 

 

При соответствующем

коэффициенте

заполнения можно

принять,

что . Y B H

» c o Z 0 / ,

о т к у д а

Z =

jXBtl

+

RBil.

 

- Постоянная передачи gc рассматриваемого четырех­ полюсника соответствует постоянной распространения т/ участка полосковой линии с пленкой:

г / =

gc

= In {Уаиа22

+

Vai2a2l),

где а п , а 1 2 , . а 2 1 ,

а22

— элементы

матрицы ( 2 . 9 0 ) . Раскрыв

элементы матрицы,

после несложных

преобразований вы­

ражение для постоянной передачи можно привести к виду

&l

= -£-[C-QBn

+ j +

 

+ V(QB„ -

1 - 2 Q B 1 1 C ) +

2J (С - Q B U ) ] ,

(2 . 91 )

Постоянная распространения является комплексной ве­

личиной Y =

6 + / P , где

б — постоянная затухания, а

Р — ф а з о в а я

постоянная.

 

Р а з л о ж и в

по формуле

Эйлера левую часть уравнения

(2 . 91) и приравняв мнимые и действительные компо­

ненты

этого

равенства, получим в ы р а ж е н и я

дл я

компо­

нент постоянной

распространения:

 

 

 

К=

arc t g

 

/ 2

 

 

 

 

 

У

У

{Ql„-l-W™Cf+4(C-QBllY

+

(QlH-l-2QtnC)

 

 

 

 

 

 

 

( 2 . 9 2 )

 

 

 

 

 

•QB„

+

 

 

 

У ( ( ? B H - 1 ^ ( ? O H C ) 2 + 4 ( C - Q B 1 I ) = T - ( Q 2 , 1 - 1 - 2 Q L „ C )

 

1

+

 

 

 

 

 

-

l

/ ] / ( O B H - 1 ^ Q B „ C ) 2 + 4 ( C - Q ^ O M O L - 1 - 2 Q . „ C )

.-)- J/

 

 

_

 

^

 

 

 

 

 

 

 

 

(2 . 93)

В

 

начале

§

2.3 был рассмотрен вопрос влияния по­

т е р ь

на выбор

области работы с

использованием

реак-

128

Смотрите также файлы