Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время ведутся интенсивные работы в области сшшволновой электроники СВЧ, целью которых является создание устройств обработки сигналов в диалазоне СВЧ в реальном масштабе времени. Показано, что на основе магнитостатических волн (МСВ), распространяющихся в намагниченной феррнтовой пленке, возможно создание линий задержки, электрически перестраиваемых полос-но-пропускающих и полосно-заграждающнх фильтров, фильтров с переменной полосой, перестраиваемых генераторов [1].
Указанные устройства могут быть использованы для обработки сигналов в спутниковом телевидении, фазированных антенных решетках для СВЧ контроля состояния природной среды и т.п. Использование спин-волновых приборов в подобных радиоэлектронных системах весьма перспективно в отношении качественного совершенствования их функциональных возможностей.
Применение спинволновых приборов СВЧ выдвигает на первое место такие к ним требования, как их дешевизна, высокая технологичность, легкая воспроизводимость. Для решения этих задач необходима разработка методов машинного проектирования основных элементов любого спинволнового устройства - преобразователей МСВ, представляющих собой отрезки различных линий (мнкрополосковые (МПЛ), копла-нарные (КПЛ), решетки, меандр и различные их сочетания), расположенные на намагниченной феррнтовой пленке. Преобразователи МСВ являются неотъемлемой частью любого спинволнового устройства и в большинстве случаев определяют его основные характеристики (например, амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и вносимые потерн фильтров).
Наиболее перспективными в настоящее время являются преобразователи поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ), которые, в от-
личие от преобразователей объемных магнитостатических волн (ОМСВ), не требуют дополнительных конструктивных элементов, подавляющих высшие толщинные типы возбуждаемых ОМСВ, и для которых решена проблема термостабильности.
Однако, при разработке сшшволновых устройств на ПМСВ возникают проблемы, связанные с формированием заданных АЧХ н фазо-частотных характеристик (ФЧХ).
В настоящее время наиболее изучены закономерности возбуждения ПМСВ МПЛ [2-6], отрезки которой наиболее часто и применяются в качестве преобразователей спинволновых устройств. Однако, такие преобразователи широкополосны, и формирование АЧХ с высокой крутизной скатов и малым изменением потерь в полосе пропускания такими преобразователями затруднено.
Использование же для задач частотно-селективного возбуждения многополосковых (многоэлементных) преобразователей сталкивается с трудностями иного рода [7-8]. Потери в таких преобразователях резко возрастают, а синтез требуемой АЧХ затруднен из-за того, что имеющаяся расчетная модель [9] предполагает однородное распределение тока по ширине полоска, отсутствие взаимодействия токов в соседних проводниках и не учитывает влияние намагниченной ферритовой пленки на распределение тока в проводниках.
Поэтому появился компромиссный вариант решения проблемы -использование в преобразователях ПМСВ несимметричных КПП и двух-полосковых линий (ДПЛ) [10-12].
Обращение к КПЛ было вызвано также еще двумя дополнительными причинами. Во-первых, общий металлический экран входного и выходного копланарных преобразователей позволял обеспечить высокий уровень внеполосного затухания из-за отсутствия электромагнитной связи между преобразователями, в то время как при использовании МПЛ-пре-образователей для достижения этой же цели необходимо было вводить
дополнительные металлические "экраны" и диафрагмы. Во-вторых, возникла потребность в широкополосных безднсперсионных ЛИНИЯХ 33-держки с малым временем задержки, которые можно реализовать с использованием ГШСВ в металлизированной пленке железо-нпрпезого граната (ЖИГ), которую легко возбудить КПЛ. Именно этими причинами было вызвано появление работ [10-12], посвященных исследованию возбуждения ГШСВ несимметричными КПЛ (НКПЛ).
Однако, метод расчета копланарных и двухполосковых преобразователей, который можно было бы использовать при конструировании устройств на ПМСВ, в настоящее время отсутствует.
Целью работы является исследование возбуждения ПМСВ НКПЛ и симметричными ДПЛ (СДПЛ), а также разработка метода расчета и эквивалентных схем устройств, содержащих отрезки этих линий.
Научная новизна и значимость работы определяется тем, что в ней впервые на основании теоретического исследования и расчетов на ЭВМ объясняется ряд основных закономерностей, лежащих в основе возбуждения ПМСВ с помощью НКПЛ и СДПЛ.
-
В результате решения интегрального уравнения получены аналитические выражения для плотности токз, н проведен расчет ее распределения по поперечному сечению НКПЛ и СДПЛ.
-
Рассчитаны сопротивления излучения, характеризующие мощность ПМСВ, распространяющихся в ферритовон подложке, и проанализированы закономерности возбуждения ПМСВ НКПЛ и СДПЛ.
-
Теоретически исследовано влияние на сопротивление излучения дополнительного экрана, помещенного на стороне намагниченной ферритовон подложки, противолежащей проводникам НКПЛ и СДПЛ.
-
Предложена эквивалентная схема преобразователей МСВ, позволяющая рассчитывать различные типы преобразователей без ограничения на их длину и требующая меньшего объема вычислений.
-
Получены выражения для погонной индуктивности НКПЛ на феррнтовой подложке, и проведен их расчет.
-
С помощью предложенной эквивалентной схемы преобразователен, найденных сопротивлений излучения и погонных индуктивностеи исследованных линий проведен расчет устройств, содержащих преобразователи ПМСВ, показавший соответствие эксперименту.
Практическая пенность результатов работы заключается в получении новых представлений о возбуждении ПМСВ НКПЛ и СДПЛ, применяемыми при разработке спинволновых устройств. Разработан метод расчета фильтров, позволяющий проектировать устройства с заданными АЧХ. Созданные программы расчета преобразователей ПМСВ и полученные результаты могут быть использованы при разработке и оптимизации параметров приборов спинволновой электроники СВЧ.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы при проведении научно-исследовательской работы на одном из предприятий МЭП.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на IY Всесоюзной школе семинаре "Спинволновая электроника СВЧ" (Львов, 1989 г.), YI школе по спинволновой электронике СВЧ (Саратов, 1993 г.), Первой Объединенной конференции по магнитоэлектро-нике (Москва, 1995 г.).
Публикации. Научные положения и основные результаты диссертации опубликованы в 10 работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, изложена на 114 страницах, содержит 26 рисунков и список литературы, включающий 72 наименования.
