Полоснопропускающие фильтры на поверхностных магнитостатических волнах Дубовой, Владимир Анатольевич

Введение к работе

Актуальность работы: Развитие СВЧ устройств аналоговой обработки сигналов требует разработки нового класса ферритовых приборов, работа которых основана на возбуждении и распространении магнитоста-гических волн (МСВ) в ферритовых элигаксиальных структурах [I] . Интерес к устройствам на МСВ обусловлен широким разнообразием физических эффектов, реализуемых в различных по назначению приборах. Использование в устройствах на МСВ ферритовых пленок, преобразователей и малогабаритных магнитных систем в сочетании с применением методов интегральной технологии служит основой для миниатюризации СВЧ узлов обработки сигналов.

Наиболее перспективными для создания СВЧ устройств являются поверхностные МСВ, которые обладают высокой невзаимностью І2І и существуют при небольшом постоянном магнитном поле. Фильтры на поверхностных магнитостатических волнах (ШСВ) имеют"малые потери, высокую избирательность. Однако, недостаточный уровень внеполосного затухания Еедет к прохождению паразитных сигналов вне полосы^ пропускания. В известных разработках фильтров на МСВ не достигается уровень требуемого внеполосного затухания 80-90 дБ или для достижения такого уровня применяются сложные конструкторские решения, при использовании которых ухудшаются другие электрические характеристики фильтров. Учитывая требования, предъявляемые к современным устройствам обработки сигналов, задача увеличения внеполосного затухаяия в сочетании с улучшением характеристик фильтров, на ШСВ в полосе пропускания является актуальной.

Для решения задачи улучшения комплекса электрических характеристик требуется детальный теоретический анализ различных расчетных моделей фильтров. При вычислении электрических характеристик фильтров на ШСВ требуется учитывать электродинамические выражения для собственных электрического и магнитных полей, создаваемых многоэлементным преобразователем. Учет электродинамических выражений позволяет уточнить методы вычисления АЧХ фильтров на МСВ с многоэлеменгными преобразователями. Теоретическая разработка методов вычисления электрических характеристик фильтров представляет интерес для анализа работы устройств на МСВ, создания программ расчета рабочих характеристик. В результате применения расчетных методов и внедрения их результатов достигается улучшение комплекса электрических характеристик, в том числе увеличение внеполосного затухания.

Увеличение выполненного затухания в фильтрах на ПМСВ может быть достигнуто различными методами. Наибольший интерес представляют методы, которые технологичны и не ухудшают электрических характеристик в полосе пропускания.

Препятствием широкому внедрению устройств обработки сигналов на поверхностных МСВ является недостаточный уровень термостабкльности. Однако, интерес к фильтрам на поверхностных МСЗ сохраняется, так как они слукат новой элементной базой в устройствах аналоговой обработки СБЧ сигналов [3] и сочетают в одном приборе несколько функциональных свойств. Одно и то же устройство может иметь свойства фильтра, линии задерхки, вентиля и ограничителя мощности.

Цель работы- состояла в теоретическом и экспериментальном исследовании характеристик полосноцропускащих фильтров на поверхностных. нагнигостатических волнах.

В соответствии с поставленной целью основными задачами диссертационной работы являются:

1. Теоретическое исследование входных характеристик и коэффициента передачи фильтров на ПМСЗ, в которых использованы многоэлеменг-ше преобразователи в виде решетки параллельных проводов.

2. Экспериментальное исследование преобразователей МСВ, характеристик фильтров и разработка методов увеличения внеполосного затухания.

3. Исследование фильтров на поверхностных МСВ, в том числе с быстрой перестройкой.

4. Исследование методов стабилизации температурных характеристик фильтров на КЛСВ.

Научная новизна:

5. Репена задача по вычислению погонной емкости провода, расположенного в четырехсложной феррит-диэлектрической структуре диэлект-рЕк-фвррит-диэлектрик-диэлектрик (Д5ДД). Получены аналитические выражения для погонной емкости преобразователя линии задержки в вида провода для случаев его расположения в двух, трех или четырех-слойвдх структурах.

6. Теоретически исследованы зависимости погонного сопротивления провода к входного сопротивления линии задержки на ШСВ от внешнего постоянного магнитного поля и частоты. Б расчетах использованы выра-2

ження для собственных электрического и магнитного полей провода, по-, лученнце из ресения электродинамической задачи.

3. Проведен теоретический анализ входного сопротивления преобразователя фильтра на Пї.'СВ, состоящего из параллельно соеданонных проводов в виде регаотки.

4. Вычислен коэффициент передачи фильтра на Ш1СЗ, входной преобразователь которого образован параллельно соадкноинімі просолами в виде решетки, а вихонноіі представляет собой одиночный провод.

5. Экспериментально исследованы и разработаны методы увеличения внеполосного затухания в фільтрах ка IL'.iCB с преобразователями в виде отрезков несимметричных копланарных линий.

6. Исследованы и разработаны фильтры на 1ЫСВ, сочотаккд:е характеристики быстрей перестройки центрально'і частоты и высокий уровень внеполосного затухания.

7. Исследованы способы повышения терноегабилькости і; уменьшения времени выхода на рабочий рекнм в термостатированных фильтрах на ІІМСЗ.

Основные науччие полоурния ;і пояультатч. т»'Нпскігно нз pi^ity;

1. Амплитудно-частотная характеристика фильтра вблизи основного лепестка имеет область уменьшения внеполосного затухания, связанную с влиянием однородной прецессии намагниченности в ферритовой плонке.

2. Високій уровень внеполосного затухания > 80 дБ в иіогоок-тавном диапазоне частот достигается »>фильтрах на ГОЛСЗ, в которых использованы следующие, способы поБШшгая однородности линий передачи: плавное изменение геометрических размеров линий передачи; компенсация неоднородностей з отрезках линий с помощью "заземленного" торцаш на основание подиикп металлического полувнтка, расположенного над ферритовой пленкой и преобразователями в виде отрезков несимметричных копланарных линий.

3. В фильтре с неоднородным! линиями передачи, состоящими из отрезков микрополосковнх и несимметричных копланарных линий, существует полоса поваленного внеполосного затухания, положение которой в частотном диапазоне зависит от размеров и диэлектрической проницаемости накладок и экрана, расположенных над подложкой кекду преобразователями .

4. Повышение однородности линий без использования экранирующих элементов, охватывающих феррптозуто пленку, увеличивает внеполосное затухание при сохранении высокой скорости перестройки фильтра на по-

верхностных ШЗ.

Практической ценность работы:

5. Разработана методика и получены аналитические выражения для расчета основних амплитудно-частотных характеристик фильтров с много-элементнык: преобразователями. Создана программа расчета входного оо^ противления, КСВ_Н, коэффициента передачи фильтра. Результаты вычисле-. ний использованы для исследования и разработки устройств на МСВ.

6. Разработаны новые методы увеличения внеполосного затухания, что позволило существенно улучшить селективность фильтров на МСВ.

7. Созданы полоснопропускавдие фильтры и другие устройства на ГШСВ, залашенные авторскими свидетельствами. Перестраиваемые фильтры и фильтры на фиксированные частоты использованы в системах обработки сигналов на СВЧ.

8. Невзапмные фильтры на МСВ включены в каталог фирм FERRITE

IMTEMATWAL/DORADO CORP.

Апробация работы: основные результаты диссертационной работы до кладывались на следующих всесоюзных и международных конференциях:

Всесоюзных научных конференциях "Производство и применение ферритов" CI983, 1987, 1989 г.г., Ленинград);

Всесоюзной научной конференции "Ферритовые СВЧ приборы и мате, риалы" (1990 г., Ленинград);

10 Международной конференции по электромагнитной совместимости (1990 г., Вроцлав, Польша);

Всесоюзной научной конференции "Оксидные магнитные материалы. Элементы, устройства и применение" (1992 г., Санкт-Петербург);

6 международной школе-семпнаре "Сшшволновая электроника СШ" (1993 г., Саратов).

Публикации:

Матераали диссертации опубликованы в 15 печатных работах и заіщі цены 5 авторскими свидетельствами.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст работы содержит 128 страниц і.-депноігясного текста, одну таблицу, 59 рисунков, список литературы из 58 наименований.