Вентиль сверхвысокочастотный магнитоэлектрический

Полезная модель относится к области электроники СВЧ и позволяет улучшить характеристики вентиля. Применяется в качестве развязывающего устройства в активных приемно-передающих системах СВЧ, а также в пассивных фильтрующих и распределительных СВЧ устройствах, выполненных по гибридно-интегральной технологии.

Основой конструкции вентиля сверхвысокочастотного магнитоэлектрического является микрополосковая линия передачи с реактивными шлейфами на диэлектрической подложке и резонатора, состоящего из слоистого магнитострикционно-пьезоэлектрического материала, с нанесенными металлическими электродами, для подачи управляющего электрического напряжения. В объеме МЭ резонатора при помощи шлейфов 0,125 и 0,375 длины волны создается круговая поляризация магнитного поля. Постоянный магнит создает в объеме МЭ резонатора магнитное поле необходимое для выбора рабочей точки.

Предложенный вентиль сверхвысокочастотный магнитоэлектрический позволяет изменять ослабление сигнала при его прохождении через вентиль в зависимости от прикладываемого электрического поля. Кроме того, по сравнению с управляющей магнитной системой, повышается быстродействие, уменьшается мощность, потребляемая в цепи управления, устраняются наводки, неизбежно возникающие при управлении магнитным полем, осуществляется развязка цепей управления одновременно электрическим и магнитным полями.

Полезная модель относится к области электроники СВЧ и позволяет улучшить характеристики вентиля. Предлагается использование в качестве развязывающего устройства в активных приемно-передающих системах СВЧ, а также в пассивных фильтрующих и распределительных СВЧ устройствах [1], выполненных по гибридно-интегральной технологии и имеющих самое различное назначение, например, в радиорелейных линиях связи и системах самолетной радиосвязи. Также применяется с целью поглощения отраженных волн в линии передачи, улучшая тем самым согласование различных приборов цепи.

Известен резонансный микрополосковый вентиль СВЧ, содержащий поперечно намагниченную ферритовую подложку, соединение микрополосковых линий передачи и микрополосковый экран, расположенные по обеим сторонам ферритовой подложки, и преобразователь обратной электромагнитной волны в диссипативные потери (Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ, М. Сов. радио, 1976 г, с.193-195). К недостаткам вентиля относятся: малый уровень вентильного отношения, узкая рабочая полоса частот, обусловленные сравнительно узкополосной связью разветвления микрополосковых линий с преобразователем обратной электромагнитной волны в диссипативные потери, из-за выполнения преобразователя в виде трансформирующего элемента, обладающего как со стороны высоких, так и со стороны низких частот значительной частотной дисперсией.

Наиболее близким к полезной модели является ферритовый вентиль на основе полосковой линии с реактивными шлейфами, включающий пару разомкнутых шлейфов, имеющих волновые проводимости равные проводимости основной линии, ферритовый резонатор в форме диска, а также магнитную управляющую систему. Недостатками прототипа являются малая величина вентильного отношения, узкая рабочая полоса частот и ограниченные функциональные возможности. (Библиографические данные источника прототипа: Вамберский М.В., Абрамов В.П., Казанцев В.И. Конструирование ферритовых развязывающих приборов СВЧ /Под ред. М.В.Вамберского. - М: Радио и связь, 1982. - 136 с., ил. Стр. 68-72.).

Задачей полезной модели является увеличение степени быстродействия; уменьшение мощности, потребляемой в цепи управления; избавление от наводок, неизбежно возникающих при управлении магнитным полем; осуществление развязки цепей управления одновременно электрическим и магнитным полями, осуществление возможности изменять ослабление сигнала при его прохождении через вентиль в зависимости от прикладываемого электрического поля.

Для решения данной задачи предложен вентиль сверхвысокочастотный магнитоэлектрический, представляющий собой конструкцию, содержащую диэлектрическую подложку и резонатор, выполненный из слоистой магнитострикционно-пьезоэлектрической структуры с нанесенными металлическими электродами.

Отличие вентиля сверхвысокочастотного магнитоэлектрического состоит в том, что вместо ферритового резонатора он содержит резонатор, состоящий из слоистого магнитострикционно-пьезоэлектрического материала, с нанесенными металлическими электродами, к которым подводится управляющее электрическое напряжение. Основными преимуществами МЭ вентиля являются: управление параметрами вентиля электрическим полем вместо магнитного; более высокое быстродействие по сравнению с магнитной системой благодаря меньшей инерционности управляющей системы и меньшего времени релаксации в материале; меньшая мощность, потребляемая в цепи управления, поскольку при управлении электрическим полем энергия потребляется практически только в момент переключения; избавление от наводок, неизбежно возникающих при управлении магнитным полем; осуществление развязки цепей управления одновременно электрическим и магнитным полями.

Для пояснения предполагаемой полезной модели предложены чертежи. На фиг.1 представлена конструкция вентиля сверхвысокочастотного магнитоэлектрического (1 - диэлектрическая подложка; 2 - магнитоэлектрический резонатор; 3 - микрополосковые линии; 4 - реактивные шлейфы.). Основой конструкции МЭ вентиля является микрополосковая линия передачи с реактивными шлейфами на подложке из диэлектрического материала ФЛАН. На фиг.2 представлена структура МЭ резонатора состава цирконат-титанат свинца - железо-иттриевый гранат (5 - слой цирконат титанат свинца; 6 - слой железо иттриевого граната; 7 - металлические электроды.). В объеме МЭ резонатора при помощи шлейфов 0,125 и 0,375 длины волны создается круговая поляризация магнитного поля. Постоянный магнит создает в объеме МЭ резонатора магнитное поле необходимое для выбора рабочей точки, к управляющим электродам подводится управляющее напряжение.

В основе работы вентиля лежит явление микроволнового МЭ эффекта [2, 3]. Для существования ФМР к МЭ резонатору прикладывается внешнее резонансное поле. Под воздействием управляющего напряжения, прикладываемого к электродам, расположенным на МЭ резонаторе, вследствие микроволнового МЭ эффекта происходит сдвиг линии ФМР и реализуется электрическая перестройка.

Предложенная конструкция вентиля сверхвысокочастотного магнитоэлектрического дает возможность изменять ослабление сигнала при его прохождении через вентиль в зависимости от прикладываемого электрического поля.

Источники информации.

[1] M.I.Bichurin, V.M.Petrov, R.V.Petrov, G.N.Kapralov, F.I.Bukashev, A.Yu.Smirnov, A.S.Tatarenko. Magnetoelectric Microwave Devices. Ferroelectrics, 280, 213 (2002).

[2] M.I.Bichurin, I.A.Kornev, V.M.Petrov, A.S.Tatarenko, Yu.V.Kiliba and G.Srinivasan. Theory of magnetoelectric effects at microwave frequencies in a piezoelectric/magnetostrictive multilayer composite. Phys. Rev. В 64, 094409 (2001).

[3] S.Shastry and G.Srinivasan, M.I.Bichurin, V.M.Petrov, A.S.Tatarenko. Microwave magnetoelectric effects in single crystal bilayers of yttrium iron garnet and lead magnesium niobate-lead titanate. Phys. Rev. B, 70 064416 (2004).

Вентиль сверхвысокочастотный магнитоэлектрический на основе микрополосковой линии передачи с реактивными шлейфами на диэлектрической подложке, отличающийся тем, что содержит резонатор, состоящий из слоистого магнитострикционно-пьезоэлектрического материала, с нанесенными металлическими электродами для подачи управляющего электрического напряжения.