Оглавление.
Аннотация………………….……………………………………………….……3
I. Введение………………………………………………………………………..4
II. Физические основы создания ферритовых развязывающих
приборов, использующихся при построении феррито-
-полупроводниковых функциональных модулей (ФПФМ)……………..7
III. Рекомендации по выбору оптимальных параметров настройки
ферритовых приборов, использующихся в ФПФМ…………..……..…14
IV. Исследование широкополосности СВЧ линии передачи,
использующейся при создании развязывающих приборов для
ФПФМ…………………………………………………………………….…..20
V. Конструкция, методика настройки и электрические параметры
ферритового прибора для ФПФМ………………………………….……..22
VI. Практические приложения:………………………………………………24
1.Ферритовый циркулятор с вырожденным плечом, работающий на
поверхностной ферритовой волне (ПФВ)…………………………… 24
2. Пример расчета однонаправленной линии передачи 3-х см.
диапазона длин волн………………………………………………………26
3. Однонаправленные линии передачи с гигантским невзаимным
эффектом………………………………………………………………….28
VII. Об устойчивости ПФВ в однонаправленной линии передачи…….44
VIII. Экспериментальное определение волнового сопротивления
однонаправленных линий передачи с ПФВ…………………………..47
1. Методика измерения волнового сопротивления
однонаправленных линии передачи…………………………..…….47
2. Результаты экспериментального измерения волнового
сопротивления однонаправленных линий передачи………….….49
IX. Исследование входного импеданса и согласующих цепей для
однонаправленной линии передачи с ПФВ. ……………………..……54
X. Конструктивная схема и результаты экспериментального
исследования ФПФМ с функцией электрически управляемого
аттенюатора СВЧ ……………………………………………………….….61
XI. Конструктивная схема и результаты экспериментального
исследования ФПФМ с функцией малошумящего усилителя на
туннельных диодах ……………………………………………………..….65
XII. Конструктивная схема и результаты экспериментального
исследования ФПФМ с функцией малошумящего
параметрического усилителя ……………………………………….……68
XIII. Конструктивная схема и результаты экспериментального
исследования ФПФМ с функцией усилителя СВЧ-мощности……..70
XIV. Заключение……………………………………………………………….73
Литература……………………………………………………………….……74
Аннотация.
В работе описаны принцип работы и методика настройки высоко однонаправленных микрополосковых и волноводных СВЧ линий передачи, предназначенных для встраивания в них активных модулей. Рассмотрены также физические принципы, позволяющие реализовать на однонаправленных СВЧ линиях передачи с поверхностной ферритовой волной (ПФВ) электрически управляемые СВЧ аттенюаторы, отражательные схемы малошумящих СВЧ усилителей и усилителей СВЧ мощности. Исследования активных феррито-полупроводниковых функциональных модулей (ФПФМ) проводились в дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн. Описанные конструкции ФПФМ, по сравнению с широко известными СВЧ устройствами отражательного типа (использующими отдельные У- или Х- образные циркуляторы), имеют меньшие габариты, а топология их в некоторой степени может быть произвольной.
I. Введение.
В настоящее время в схемах с усилителями отражательного типа находят применение различные типы ферритовых циркуляторов: фазовые, фарадеевские, мостовые (У-, Т-, Х- образные), циркуляторы на поверхностных ферритовых волнах.
Фазовые циркуляторы и циркуляторы, использующие эффект Фарадея, имеют хорошие электрические параметры, но довольно громоздки. Поэтому в технике СВЧ они используются только когда применение других типов развязывающих устройств затруднительно (высокий уровень СВЧ мощности, быстродействующие управляемые устройства).
При построении малошумящих усилителей и усилителей малого уровня мощности широкое применение нашли циркуляторы мостового типа (У-, Т-, и Х-образные). Трёхплечные мостовые циркуляторы имеют хорошие электрические параметры, довольно компактны и реализуются как в волноводном, так и коаксиальном, полосковом и микрополосковом исполнениях. Циркуляторы на ферритовых поверхностных волнах так же, как и мостовые циркуляторы имеют хорошие электрические параметры и малые габариты. Отличительной особенностью последнего типа приборов является то, что они могут иметь незамкнутую схему циркуляции т.е. совмещать работу двух различных развязывающих устройств (вентиля и циркулятора) в одном приборе. Кроме того, циркуляторы на ПФВ, при сравнительно малых габаритах, могут иметь произвольное число плеч и произвольную топологию схемы, что особенно важно при построении многокаскадных усилительных СВЧ схем. Более того, этот тип развязывающих приборов позволяет встраивать в саму конструкцию циркулятора активные СВЧ-элементы, создавая таким образом феррито-полупроводниковые функциональные модули (ФПФМ). Такое направление по созданию комплексированных модулей является сравнительно новым и пока ещё недостаточно хорошо исследованным. Однако сейчас оно является серьёзным конкурентом широко распространенного способа создания так называемых комплексированных модулей, получаемых путём простого каскадного соединения мостовых циркуляторов с активными элементами. В работе рассмотрены физические принципы, позволяющие реализовать на однонаправленных СВЧ линиях передачи с поверхностной ферритовой волной (ПФВ) электрически управляемые СВЧ аттенюаторы, отражательные схемы малошумящих СВЧ усилителей и усилителей СВЧ мощности. Ниже качественно описывается принцип действия активного СВЧ модуля встроенного в ферритовое развязывающее устройство, работающее на ПФВ.
Для реализации усилителя отражательного типа обычно активный элемент подключают к одному из плеч У- или Х- циркулятора, т.е. невзаимному прибору [1].
В нашем случае активный элемент включается в вырожденное плечо вентиля – циркулятора [2].
Здесь надо отметить, что «физический эффект циркуляции» в однонаправленных линиях с ПФВ заложен в каждой погонной точке границы «феррит – воздух», вдоль которой распространяется ПФВ в прямом направлении. Этот далеко неочевидный факт, подтверждается характеристиками коэффициента шума малошумящих СВЧ усилителей. собранных по предлагаемой автором схеме. Эти усилители работают не «на проход», а «на отражение».
До настоящего времени ни в зарубежной, ни в отечественной литературе подобных конструкторских решений построения активных СВЧ-модулей практически не встречается.
По сути, предлагаемое конструкторское решение позволяет создавать поистине комплексированные СВЧ устройства, т.е. устройства, совмещающие функции различных приборов в одном устройстве. В настоящее время комплексированными СВЧ устройствами ошибочно называют приборы, полученные не путём функционального совмещения различных СВЧ-устройств, а приборы, полученные путём простого каскадного соединения отдельных устройств, выполненных по единой интегральной технологии.
На рис.1 изображена упрощенная схема вентиля-циркулятора с вырожденным плечом, под которым подразумевается любая точка границы «феррит-воздух», вдоль которой распространяется ПФВ в прямом направлении. (Вырожденным плечом условно называем точку подключения активного элемента.)
При подключении к ферритовому вкладышу согласованного отвода (см. пунктир на рис.1) или видоизменении формы ферритового вкладыша (кольцевая форма феррита, см.[2]) сигнал из плеча I будет поступать в плечо II. Благодаря выбранной полярности внешнего подмагничивающего поля, сигнал из плеча II будет распространяться только в плечо III. Таким образом, в рассматриваемом случае сигнал циркулирует по схеме: I → II → III. Необходимо отметить, что расположения плеча II (место включения активного элемента) в некоторой степени произвольно и определяется только требуемыми от развязывающего прибора электрическими параметрами (вносимым затуханием и величиной обратных потерь). При создании отражательных усилительных схем, работающих на ПФВ, нет необходимости трансформировать ПФВ в волноводный тип волны. Активный элемент подключается непосредственно к внутреннему краю ферритового вкладыша, т.е. в место расположения плеча II. Усилитель при этом работает так же, как и в известных схемах с использованием отдельных У- или Х- циркуляторов.
