Гиромагнитный фильтр

 

Изобретение относится к микроволновой технике. Цель изобретения уменьшение уровня гармонических составляющих в выходном сигнале. Гиромагнитный фильтр содержит два короткозамкнутых на одном конце отрезка 1 и 2 линии передачи, выполненные в виде прямоугольных волноводом, намагниченный гидромагнитный резонатор 3, элемент 4 связи, выполненный в виде отверстия в общем короткозамкнутом конце 5 отрезков 1 и 2. Резонатор 3 размещен в проводящем кольце 6 с заданными размерами, плоскость которого перпендикулярна направлению поля намагничивания. ВЧ сигнал, поступая на отрезок 1, взаимодействует с резонатором 3, который осуществляет передачу сигнала в отрезок 2. Ширина полосы пропускания фильтра определяется степенью связи резонатора 3 с отрезками 1 и 2. Величина степени связи регулируется выбором взаимных соотношений радиуса элемента 4 связи и радиуса резонатора 3 при его фиксированных параметрах: намагниченности насыщения и ширины линии гиромагнитного резонанса. 9 ил.

Изобpетение относится к микроволновой технике, а именно к полоснопропускающим перестраиваемым гиромагнитным фильтрам. Целью изобретения является уменьшение уровня гармонических составляющих в выходном сигнале. На фиг.1 представлена упрощенная конструкция однозвенного гиромагнитного фильтра в волноводном исполнении; на фиг.2 двухзвенный гиромагнитный фильтр в волноводном исполнении; на фиг.3 то же, в полосковом исполнении; на фиг.4 однозвенный гиромагнитный фильтр в коаксиальном исполнении (изопроекция); на фиг.5 то же, вид сверху; на фиг. 6 -9 показаны примеры крепления гиромагнитных резонаторов в гиромагнитных фильтрах. Гиромагнитный фильтр (фиг.1) содержит два короткозамкнутых на одном конце отрезка 1 и 2 линии передачи, выполненные в виде прямоугольных волноводов, намагниченный гиромагнитный резонатор 3, элемент 4 связи, выполненный в виде отверстия в общем короткозамкнутом конце 5 отрезков 1 и 2 линии передачи, гиромагнитный резонатор 3 размещен в проводящем кольце 6, плоскость которого перпендикулярна направлению пола намагничивания (на фиг.1 условно показано стрелкой Н). Гиромагнитный фильтр (фиг.2) дополнительно содержит второй гиромагнитный резонатор 3', размещенный во втором проводящем кольце 6', плоскость которого также перпендикулярна направлению поля намагничивания. Гиромагнитный фильтр (фиг.3) содержит те же элементы, что и гиромагнитный фильтр согласно фиг.2, но отрезки 1 и 2 линии передачи выполнены в виде отрезков полосковых линий. Гиромагнитный фильтр (фиг. 4 и 5) содержит два короткозамкнутых (через элементы 4 и 4' связи) на одном конце отрезка 1 и 2 коаксиальной линии передачи. Элементы 4 и 4' связи являются взаимно ортогональными проволочными витками связи, одни концы которых замкнуты на общий конец 5. Радиус проводящего кольца 6 меньше радиусов элементов 4 и 4' связи. На фиг.6 показано крепление намагниченного гиромагнитного резонатора 3 в углублении диэлектрической кассеты 7. При этом замкнутое проводящее кольцо 6, охватывающее гиромагнитный резонатор 3 в плоскости, перпендикулярной направлению поля намагничивания, расположено на поверхности кассеты вблизи края углубления. Крепеж резонатора и проводника к кассете может быть осуществлен клеем. Проводник может быть также изготовлен непосредственно на кассете методом интегральной технологии. На фиг.7 представлен случай закрепления замкнутого проводящего кольца 6 и гиромагнитного резонатора 3 с помощью клея на одном и том же диэлектрическом стержневом держателе 8. Оба случая на фиг.6 и 7 исключают возможность вращения гиромагнитного резонатора 3 в фильтре при его настройке. На фиг. 8 и 9 представлены случаи, когда возможно вращение гиромагнитного резонатора 3, приклеенного к стержневому диэлектрическому держателю 8, в намагничивающем поле Н. Замкнутое проводящее кольцо 6 при этом остается неподвижным и закреплено на дополнительном диэлектрическом держателе 9. На фиг.8 проводящее кольцо 6 установлено по экватору гиромагнитного резонатора 3 и имеет незначительное дополнительное разветвление 10 вокруг заостренного конца держателя 8. На фиг.9 замкнутое проводящее кольцо 6 смещено от центра гиромагнитного резонатора 3 (от экватора) и поэтому имеет форму недеформированного кольца. Гиромагнитный резонатор может быть выполнен не только в виде сферы, но и в виде, например, диск, намагниченного перпендикулярно его основаниям. При использовании дисковых гиромагнитных резонаторов настройку фильтров осуществляют без вращения этих резонаторов в намагничивающем поле Н, поэтому возможно использование в этом случае примеров фиг. 6 и фиг.7. В целом при изготовлении и настройке многозвенных фильтров (на сферах или дисках) для получения заметного положительного эффекта и в целях упрощения достаточно окружить замкнутым проводящим кольцом один гиромагнитный резонатор, устанавливаемый на выходе фильтра. Гиромагнитный фильтр (фиг.1) работает следующим образом. Высокочастотный сигнал, поступая на короткозамкнутый на одном конце отрезок 1 линии передачи, взаимодействует с намагниченным гиромагнитным резонатором 3, если частота этого сигнала определяется выражением: f H (1) где гиромагнитное отношение, равное 2,8 Э/МГц; Н напряженность намагничивающего поля, Э. Благодаря процессии вектора намагниченности в гиромагнитном резонаторе 3 последний осуществляет передачу сигнала в короткозамкнутый на одном конце отрезок 2 линии передачи. Ширина полосы пропускания фильтра, в которой наблюдается передача сигнала с входами на выход с незначительными потерями, определяется степенью связи гиромагнитного резонатора 3 с короткозамкнутыми на одном конце отрезками 1, 2 линии передачи. Величина степени связи регулируется выбором взаимных соотношений радиуса элемента 4 связи и радиуса гиромагнитного резонатора 3 при фиксированных параметрах последнего 4 Ms и 2 Н, где 4 Ms намагниченность насыщения; 2 Н ширина линии гиромагнитного резонанса. Высокочастотный сигнал, частота которого f не удовлетворяет условию (1), не взаимодействует с гиромагнитным резонатором 3 и, отражаясь от общего короткозамкнутого конца 5, поступает обратно на вход фильтра. Закон, по которому происходит прецессия вектора намагниченности и гиромагнитном резонаторе, определяется уравнением Ландау-Лифшица (2) Уравнение (2) является нелинейным при любой сколь угодно малой амплитуде входного сигнала, когда на гиромагнитный резонатор действует линейно поляризованное высокочастотное поле. В результате этой нелинейности движение вектора намагниченности относительно направления намагничивающего поля происходит не по идеальному, а по возмущенному кругу, приближенному к эллипсу. Это эквивалентно тому, что переменная намагниченность имеет как составляющие с частотой сигнала f, перпендикулярные направлению намагничивающего поля Н, так и составляющие с частотой, кратной частоте сигнала f, направленные параллельно намагничивающему полю Н. При этом первые составляющие обуславливают круговое движение вектора намагниченности, а вторые, значительно уступающие по амплитуде первым, обуславливают эллиптичность этого движения. Переменная намагниченность в резонаторе 3 с частотой, кратной f, создает переменный магнитный поток, пересекающий проводящее кольцо 6, расположенное в плоскости, перпендикулярной полю намагничивания. При этом в замкнутом проводнике 6 согласно закону электромагнитной индукции Фарадея находится высокочастотный индукционный ток, магнитное поле которого в соответствии с правилом Ленца препятствует причине, вызвавшей его появление. В данном случае магнитное поле замкнутого проводящего кольца 6 препятствует отклонению движения вектора намагниченности от круговой прецессии в гиромагнитном резонаторе 3. Благодаря этому в спектре выходного сигнала уровень паразитных гармонических составляющих уменьшается. Гиромагнитные фильтры (фиг.2-5) работают аналогично, за исключением лишь достигаемой частотной избирательности, которая увеличивается в двухзвенных гиромагнитных фильтрах (фиг.2, 3). Радиус окружности, по которому гиромагнитный резонатор 3 охвачен проводящим кольцом 6, определяет степень связи последнего с паразитными гармоническими составляющими. Максимальная связь и наибольшее влияние проводящего кольца 6 на уровень этих составляющих наблюдаются тогда, когда гиромагнитный резонатор 3 в виде сферы охвачен проводником по экватору и внутренний радиус кольца R₂ равен радиусу резонатора R_р. При приближении радиусов R₁, R₂ проводящего кольца к радиусу отверстия связи влияние проводящего кольца 6 уменьшается и практически исчезает, когда радиус R₁ кольца равен или больше радиуса R отверстия связи. Поперечный размер d проводящего кольца 6 должен быть по крайней мере в пять раз меньше максимального поперечного размера D гиромагнитного резонатора в направлении поля намагничивания, в противном случае проводящее кольцо 6 будет экранировать гиромагнитный резонатор 3 от высокочастотных полей, что в конечном итоге приведет к увеличению потерь пропускания и появлению паразитных резонансов.

Формула изобретения

ГИРОМАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий два короткозамкнутых на одном конце отрезка линии передачи, по крайней мере один намагниченный гидромагнитный резонатор и элемент связи, отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня гармонических составляющих в выходном сигнале, в него введено проводящее кольцо, внутри которого размещен намагниченный гиромагнитный резонатор, при этом плоскость проводящего кольца перпендикулярна направлению поля намагничивания, а размеры проводящего кольца выбраны согласно соотношениям: R₁< R_э; R₂ R_p; R₁-R₂ R₂, d < 0,2D, где R₁ и R₂ внешний и внутренний радиусы проводящего кольца соответственно; R_э, R_р радиусы элемента связи и намагниченного гиромагнитного резонатора; d, D поперечный размер проводящего кольца и максимальный поперечный размер гиромагнитного резонатора в направлении поля намагничивания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9