Двочастотний нвч-резонатор

1. Двочастотний НВЧ-резонатор, що містить ділянку прямокутного хвилеводу з резонуючим елементом, який відрізняється тим, що резонуючий елемент виконано з можливістю його плоскопаралельного переміщення у вигляді пластинки одновісного гексафериту з створеною в ній структурою циліндричних магнітних доменів. 2. Двочастотний НВЧ-резонатор за п. 1, який відрізняється тим, що резонуючий елемент виконано у вигляді епітаксіальної плівки гексафериту товщиною менше 7 мкм та немагнітною п ід клад и нкою. Корисна модель відноситься до радіофізики, а саме, до техніки НВЧ міліметрового діапазону і може бути застосована для побудови фільтрів в приймальній або передавальній апаратурі. Відомий пристрій міліметрового діапазону [1], де в якості резонатора використовується гексаферитова сфера і електромагніт. Недоліками цього резонатора є: складність конструкції та неможливість зміни зв'язку резонатора з НВЧ полем. Відомий пристрій [2] - аналог, де в якості резонатора використовується ділянка прямокутного хвилеводу і платівка одновісного гексафериту (резонуючий елемент), закріплена посередині широкої стінки хвилеводу. Недоліками аналогу є недостатньо висока добротність і ефективність. Це обумовлено тим, що платівки гексафериту мали товщину 180 і 560мкм. При таких товщинах в платівках одновісних гексаферитів, утворюється лабіринтна доменна структура [3]. Резонансна лінія поглинання характеризується меншою інтенсивністю і добротністю, через що добротність резонатора відносно низька. Слабкий зв'язок резонатора з НВЧ полем призводить до зменшення ефективності пристрою і крім цього зв'язок не змінюється. Найближчим до корисної моделі по технічній суті є НВЧ резонатор [4] - прототип, що містить ділянку прямокутного хвилеводу з резонуючим елементом. В цьому резонаторі резонуючим елементом є монокристалічна платівка одновісного гексафериту товщиною 30-40мкм, в якій створено структуру плоскопаралельних доменів. Платівка розміщена на вузькій СТІНЦІ хвилеводу таким чином, що намагніченість в доменах направлена перпендикулярно вузькій стінці хвилеводу, і відповідно, перпендикулярно магнітній компоненті НВЧ поля. Недоліками прототипу є: неможливість роботи на двох частотах, а також, неможливість зміни робочої частоти при зміні Н о до величин, менших намагніченості насичення. Крім цього, порівняно низька добротність (-300) внаслідок того, що при товщинах платівок 30-40мкм ще спостерігається поверхнева структура клиноподібних доменів [3]. Повністю структура клиноподібних поверхневих доменів зникає при товщинах платівок фериту 7мкм і менше [3-4], але тоді суттєво зменшується ефективність взаємодії (зв'язок) резонуючого елементу з НВЧ полем, крім того немає можливості змінювати зв'язок резонатора з НВЧ полем, тому що резонуючий елемент жорстко закріплений на вузькій стінці хвилеводу. Задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, є створення двохчастотного резонатора з можливістю зміни його робочих частот, а також, зі змінним зв'язком резонатора з НВЧ полем. Поставлена задача вирішується тим що, в двохчастотному НВЧ резонаторі, що містить ділянку прямокутного хвилеводу, згідно корисної моделі, резонуючий елемент виконано з можливістю його плоскопаралельного переміщення у вигляді платівки одновісного гексафериту з створеною в ній структурою циліндричних магнітних доменів, при цьому, для оптимальної роботи пристрою резонуючий елемент виконано у вигляді епітаксіаль со о> ю 00 о> 8549 ної плівки гексафериту товщиною менше 7мкм та немагнітною підкладинкою. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де зображено: - на фіг.1 - заявлений двохчастотний НВЧ резонатор, поздовжній розріз; - на фіг.2 - його поперечний розріз; - на фіг.З - залежність коефіцієнта біжучої хвилі при переміщенні резонуючого елементу; - на фіг.4 - спектри робочих частот; Двохчастотний НВЧ резонатор складається із прямокутного хвилеводу -1 з розмірами а х Ь, платівки, або епітаксіальної плівки гексафериту товщиною І - 2; немагнітної підкладинки - 3, на якій епітаксіально вирощена плівка гексафериту - 2; пристрою для переміщення резонуючого елементу - 4; діелектричного стрижня - 5; пристрою для створення зовнішнього магнітного поля - 6. Стрілки показують напрямок намагніченості в циліндричних магнітних доменах та в матриці. Площини доменних стінок паралельні площині XOZ. Штрих пунктиром показано магнітну силову лінію поля НВЧ хвилі типу Ню - 7, яка перпендикулярна до площини доменних стінок. На фіг.З приведена виміряна залежність коефіцієнта біжучої хвилі при переміщенні резонуючого елементу від бокової стінки хвилеводу b до середини широкої а. Вибір оптимального положення резонуючого елемента у хвилеводі обумовлюється необхідним зв'язком резонатора з НВЧ полем для конкретних умов роботи пристрою. Із приведеної на фіг.З залежності видно, що максимальний зв'язок резонатора з НВЧ полем, а відповідно, і максимальна резонансна взаємодія, спостерігається тоді, коли резонуючий елемент знаходиться біля вузької стінки хвилеводу, а мінімальна, коли х=а/2 (посередині широкої стінки). На фіг.4 представлено спектри робочих частот резонатора. При відсутності зовнішнього магнітного поля резонатор працює на двох частотах 47.1 ГГц (резонанс у матриці) та 50.2ГГц (резонанс у ЦМД). Змінюючи Но від 0 до ±ЗкЕ робочі частоти в матриці не змінюються (Щ/2К = 47.1 ГГц), а в ЦМД змінюються на ±2ГГц, як показано на фіг.4. Якщо Н о співпадає з напрямком намагніченості в ЦМД, то друга частота зростає, а коли Н о має протилежний напрямок, то друга частота зменшується. Резонатор працює наступним чином. По хвилеводу 1 поширюється електромагнітна хвиля, що генерується зовнішнім джерелом. На попередньо визначених частотах с^ та а 2 , які визначаються > матеріальними параметрами резонуючого елемента (o>,/27t = YHa, та Ю2/27і = у(Н о +Н а +27сМ О ) ) де у - гіромагнітне відношення, у/2л =2.8ГГц/кЕ, Н а поле кристалографічної анізотропії, Н о - зовнішнє магнітне поле, 4лМ 0 - намагніченість насичення). При співпаданні частот електромагнітної хвилі з резонансними частотами с^ та со2 , різко зростає взаємодія електромагнітної хвилі з резонуючим елементом внаслідок феромагнітного резонансу (ФМР) в доменах та матриці. Резонансна взаємодія виникає тільки в тому випадку, коли перпендикулярна до статичної намагніченості доменів маг нітна компонента НВЧ поля h відмінна від 0, тобто повинна бути відмінна від 0 компонента h в площині YOZ (фіг. 1). Магнітна компонента h електромагнітної хвилі основного типу Ню має компоненти h x - s i n — , hуv « c o s — . І з них в площині YOZ леа а жить тільки h y . Тому зв'язок резонатора з НВЧ полем, а відповідно, і інтенсивність резонансного поглинання визначається тільки величиною h y , яка досягає максимальних значень на вузькій стінці хвилеводу -1 і мінімальних посередині хвилеводу (х=а/2), таким чином, переміщуючи резонуючий елемент - 2 від вузької стінки до центру при допомозі пристрою 4 (мікрометричний гвинт), та діелектричного стрижня 5 можна змінювати зв'язок резонатора з НВЧ полем (фіг.З), а відповідно, і величину резонансної взаємодії. Зміна робочих частот резонатора здійснюється шляхом зміни зовнішнього магнітного поля Н о при допомозі зовнішнього пристрою 6. Но прикладається перпендикулярно до площини плівки. Спектри цих частот зображені на фіг.4. Випробування проведені на пристрої, який складається з латунної хвилевідної секції 1 з поперечним перерізом 5.2х2.6мм2 і резонуючого елементу, виготовленого з платівки барієвого гексафериту розмірами 2.2х5мм2 товщиною 40мкм, або епітаксіальної плівки барієвого гексафериту (для підвищення добротності) з розмірами 2.2х5мм2 товщиною бмкм - 2 на немагнітній підкладинці товщиною 400мкм - 3. Дослідження проведені нами показали, що внаслідок взаємодії епітаксіальної плівки - 2 з немагнітною підкладинкою ефективність взаємодії епітаксіальної плівки товщиною 5-7мкм з НВЧ полем така сама як і платівок товщиною 30-40мкм. Ослаблення поза резонансним поглинанням - 1дБ, на резонансних частотах 6дБ біля вузької стінки, а посередині широкої стінки - 2дБ. Переміщення платівки, або епітаксіальної плівки барієвого гексафериту виконувалося за допомогою мікрометричного пристрою. Резонансні частоти щ та ю2 , при зовнішньому полі Но=0 мали величини - 47.1 ГГц та 50.2ГГц, відповідно, смуга на рівні ЗдБ - 200МГц, навантажена добротність -300. Добротність резонатора на епітаксіальній плівці барієвого гексафериту така сама, що і на платівці, тому що технології вирощування епітаксіальних плівок гексаферитів на відміну від монокристалічних об'ємних зразків, ще недосконалі. Тому при вдосконаленні технології вирощування плівок, добротність резонаторів буде значно підвищена. Резонатор розміщувався між полюсними наконечниками електромагніту. При зміні Н о від 0 до ±ЗкЕ одна робоча частота резонатора змінювалася від 48ГГц до 52ГГц, (ФМР в доменах), а друга частота 47.1 ГГц (ФМР в матриці) при цьому не змінювалась. Таким чином, запропонований пристрій забезпечує двохчастотний режим роботи, зміну робочих частот, а також можливість зміни зв'язку з НВЧ полем та завдяки зменшенню товщини платівки (епітаксіальної плівки товщиною бмкм), при якій зникає структура клиноподібних доменів, суттєвого підвищення його добротності. Джерела інформації 8549 1. Свешников Ю.А., Меринов Э.К., Поллак Б.П., Чепарин В.П., Черкасов А.П. Исследование полосовых гексаферритовых фильтров миллиметрового диапазона волн. // Труды МЭИ, вып. 278, 1975, с. 108-115. 2. Михайловский Л.К., Карпов В.Н., Китайцев А.А. // 7-lntemational Conference on microwave ferrites. Smolenice, CSSR, September 1984, p. 42 Фіг. 1 43. 3. Сигал М.А. Неоднородные типы колебаний намагниченности доменов кристалла магнетоплюмбита в отсутствии внешнего поля. // ФТТ, Т. 15, №5, 1973 с. 1410-1413. 7 4. А. с. № 1612895 МПК Н01Р1/218 20/06, 1988. Фіг. 2 0.8 0.6 0.4 0.2 О Фіг.З 8549 Но (кЕ) Фіг. 4 Комп'ютерна верстка А. Крулевський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601