Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Пузырев В.А. Тонкие ферромагнитные пленки в радиотехнических цепях

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

6.97 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1710 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

•Осуществляя подстановку (2.27) в (2.33), с учетом соотношения

ап

cos /гт cos 2-е -f- bn sin w cos 2т

{cos [(/г -

2) г] +

cos [(я + 2) *])

{sin [(/г -

2) т] +

sin [(п +

2) x]}

= 4 " ( a " - 2 + Л „ + 2 ) + - i - ( £ „ _ 2

+ b n + 2 )

будем

иметь

°" =

( l b ~ / ? - 5 u , 2 C t ) a » + Я ш С ? Л

+ 7~ ( a « + 2 + а п - г ) .

( 2 - 3 4 )

— действительные

величины для всех

//., а~х = ах

= -

для апсп-\-

b„dn

к andп

— bnc„,

ные

Выражения

получен

из системы

(2.34),

запишутся

как

ancn

b„dn

Al ( ±

nWCT)

- f

Г-

И д + зА, COS (<p„+ 2 -

<p„) - f Л „ - 2 И Я COS (cp„-2

tpj] ,

M »

bncn

= -

Л„/гшОт

+ ~

[АП+2АП

X s i n ( 9

| + а -

<p„) +

Л „ _ 2 Л „ sin (<p„_2 -

? „)J,

(2.35)

где

A^l

= A1

и cp_j =

— ? 1 .

В ы р а ж е н и я

(2.35)

позволяют

получить

окончательное

решение

системы

(2.26)

(2.33), которая

характеризует

совместное поведение пленки, отраженное ее эквивалент

ной схемой, и внешней цепи. П о д с т а в л я я полученные вы
р а ж е н и я	(2.35)	в уравнения, характеризующие поведение
внешней	цепи	(2.32), и р е ш а я полученную систему отно

сительно величины Р, находим условие стабильных коле баний:

Р2 = ( ^ ) 2	{iF	- - л W C T L 0 r	+ ip +
+	[С? (я<о) +	nuQTL0r]2}.	(2.36)

Э то в ы р а ж е н и е может быть использовано для получения приближенных значений гармоник потокосцепления. Д л я п = 1 из уравнения (2.36) имеем приближенное значение амплитуды поля подкачки и значение фазового угла ерь

р«- = [F (ш) - ш * С т £ 0 т +	I ] 2 + [О Н + ш О т / . 0 т ] 2 ,	(2.37)
G (ш) + toGT L0		(2.38)
tg2<p,=	— < * * C T i e T + 1	(2.38)
	— < * * C T i e T + 1
В ы р а ж е н и е (2.36) может	быть использовано для	оценки

величины поля подкачки, необходимой для возбуждения параметрических колебаний в сигнальном контуре.

0,7	0,74	0,78	0,82	0,85		0,90	0,91	0,98	1,02
									о
			Р и с .		2.16
На рис. 2.16		приведены			зоны		генерации параметрона,
полученные	на	основании			в ы р а ж е н и я			(2.36). Зависимо
сти построены дл я т = 0,4 — к р и в а я 1 и									т — 0,1 — кри
вая 2 н t, =	0,2.	Н а этом ж е рисунке дл я сравнения нане

сена экспериментально снятая зависимость — кривая 3 —

д л я t = 0,2 и #ол =		2Я К .	Л и н е й н а я аппроксимация						не
дает зон затягивания, ограничения сверху							зоны генера
ции, а т а к ж е	гистерезиса.
Экспериментальное исследование параметроиов в низ - ,
кочастотном	диапазоне		(работающих			с частотой			поля
подкачки порядка 10 МГц )				показало,		что	амплитудно-
частотные характеристики при					определенных			значениях
смещающего	поля	Я о л имеют			гистерезисные			зоны	как
в низкочастотной, так и в высокочастотной							областях ха
рактеристики	р и с ' 2.17.		На	этом рисунке				приведены

амплитудно-частотные характеристики при увеличиваю щемся поле Яол-

0,71	0.73	0.87 S-L	0,71	0,79	0,87 0J_
	a	"°			u).
	a	"°

0,71	0,79	0,87 ш_
		"о

0,6
0,2
0,71	0 79	0,87 J±L
		u,0

РИС. 2.17

Учет при аппроксимации уравнения (2.24) нелиней ных компонент при помощи двух дополнительных членов степенного ряда

(1 - ф2 )-> ^	1 + Ф1 + Ф'>,
(1 _ ф 2 т ) - 1 / 2 ~ 1 +	4 - ф ? + 4 ф -

(1 — Ф ? ) - 2 ^ 1 + 2 Ф ? + з ф :

позволяет получить более точное решение рассматривае мой з а д а ч и — решение системы уравнений (2.24), (2.26). П р и м е н я я для расчета метод гармонического баланса,

будем иметь амплитудную и фазовую характеристики, записанные д л я п = 1 в следующем виде:

Р-	= [F Н	+	S + Br2		+ «PYrz -	c , 2 C T Z 0 T r 0 ] V . r 2	-f
		+	[О (ш) +		ш О ^ о . г ^ / у 2 ,		(2.39)
где r0 ,	r i , r2,	/'з,	Г4, r 5	— функциональные зависимости,
представленные в			виде	трех членов		степенного разложе
ния по отношению /Ь/Ч'от.
Следует отметить,				что	полученные результаты		спра

ведливы для однодоменного состояния пленки. При уве личении амплитудного значения поля подкачки увели

чивается	влияние факторов, обусловленных нелинейно
сти ми, а	т а к ж е иеоднородностями пленки. Поэтому учет

дополнительных членов в степенном разложении с увели

чением амплитуд, действующих на пленку полей,											может
не привести к уточнению решения						системы (2.24),					(2.26).
Результаты проведенного анализа позволяют оценить
для основной частоты ток, протекающий									по	сигнальному
контуру	iT,	напряжение			па емкости		С	(рис.		2.14)	и дру
гие параметры. Учитывая, что i\						=	BfiK		+		оконча
тельно	имеем
		^ - [ / " И			+ О ' Н М ? / ^ -						(2.41)
Выражение			для	напряжения на			емкости			С б у д е т вы
г л я д е т ь	так:
Средняя величина мощности Рс						в	сигнальном				контуре
может быть		представлена в форме
	Я	с =	^ \					•	0 ( Ш ) .		(2.43)
			- я /2		~		о 7	От
Д л я	определения			эффективности			работы			параметрона
необходимо		определить			мощность,	рассеиваемую					в плен
ке на основной			частоте,
		*/2						^2
р п = ± [			( ч у Р		+ d t = 4 - Ч - ° -						( 2 - 4 4 )

г де / р = Hjfx

— ток подкачки; W2 — э. д . с. на уча

стке взаимодействия пленки с системой подкачки. Обозначая эффективность работы параметроиа как

отношение мощности на выходе к полной подводимой к цепи подкачки мощности, получаем

11 =	Ра	+ \ =	1 +	uZ 0 T G T /G («) •		( 2 - 4 5 )
Н а резонансной		частоте	со =	о)0	эффективность	будет
определяться	так
		М^о-	г + о т Р » / / г •			( 2 - 4 6 )
Д л я увеличения эффективности					параметроиа	необхо
димо уменьшать второе слагаемое знаменателя,						которое
определяется	в основном		потерями		в пленке GT [29J. Как

и при определении эффективности модулятора, получен ное в ы р а ж е н и е характеризует касательную зависимости

r\ = f(Pc	+ PTm)	в начальной точке, т. е. справедливо толь
ко для	малых	полей подкачки.

2.2.3. Ортогональный СВЧ ключ

Такие физические свойства пленок, как высокая скорость изменения намагниченности под воздействием быстроизменяющихся внешних полей и наличие анизо тропных свойств, позволяют использовать пх для по

строения	ключевых устройств. Н и ж е	будет рассмотрено
ключевое	устройство, использующее	включение пленки

во внешнюю цепь по схеме четырехполюсника. Ключ со стоит из входной и выходной полосковых линий, закоро ченных на концах и расположенных ортогонально (рис. 2.18). В месте пересечения полосковых линий рас полагается тонкая ферромагнитная пленка. Ось легкого

намагничивания	пленки направлена			вдоль	нормали к
входной линии	[30].
Принцип работы		ортогонального		С В Ч ключа, подоб
но рассмотренному		выше	модуляторному		устройству,
состоит в управлении связи			по высокой частоте м е ж д у
д в у м я (входной	и выходной)		полосковыми линиями . Уп

равление осуществляется внешним у п р а в л я ю щ и м полем,

изменяющим намагниченность Т Ф П ,	м а г и	и т о с в я з а н н о й с
л и н и я м и . У п р а в л я ю щ е е магнитное	поле	формируется

при помощи специальной у п р а в л я ю щ е й обмотки или по лосковой линии. Рабочие частоты ключа л е ж а т вблизи частоты ферромагнитного резонанса пленки. Согласова ние низкоомиых входной и выходной полосковых линий с передающим трактом может быть осуществлено путем


использования		плавных		или	четвертьволновых		транс
форматоров .
Д л я	ортогонального			ключа	характерны	два	состоя
ния: открытое,		при	котором		С В Ч сигнал	из	входной
линии д о л ж е н проходить в нагрузку без						существенных
потерь,	и закрытое,		при котором в нагрузку С В Ч сиг-
пал практически		не д о л ж е н проходить. Д л я				обеспечения

оли

Р и с . 2.18

открытого состояния, что д о л ж н о			соответствовать макси
мальной	передаче	мощности, к	пленке прикладывается
внешнее	у п р а в л я ю щ е е поле. К а к		и в случае	рассмотрен
ного ранее модулятора, управляющее поле				подается под
некоторым углом		к трудной оси	пленки.

М а к с и м а л ь н о е значение коммутируемой тонкопленоч-

иым ключем	высокочастотной мощности ограничивается
в основном	следующими факторами: пробоем внешней

цепи; недопустимым разогревом пленки, при котором те

ряются ее	магнитные	свойства,	а т а к ж е релаксационны
ми явлениями, обусловленными			нелинейными	э ф ф е к т а м и
изменения	намагниченности Т Ф П . Б л а г о д а р я			большому
отношению	площади	поверхности пленки к		ее объему,,

перегрев наблюдается при более высоком уровне высо кочастотной мощности, чем уровень мощности пробоя внешней цепи. К а к показали исследования, при исполь зовании многослойных пленок нелинейные свойства про являются при мощности высокочастотного электромаг нитного поля порядка нескольких десятков ватт. В связи

9 95

с незначительным зазором м е ж д у полосковыми провод


никами	м а к с и м а л ь н а я мощность в ключевых устройствах
на основе Т Ф П		ограничивается пробоем		внешней	цепи
и не превышает		нескольких	ватт.
Основными		п а р а м е т р а м и	ключевого	устройства	яв
л я ю т с я :	рабочее затухание		в открытом	и закрытом	со

стояниях, значение управляющего поля и его направле ние, входное сопротивление ключа, ослабление и коэффи

циент	отражения	в	открытом состоянии и другие пара
метры. Д л я того		чтобы		найти	аналитические		соотноше
ния, характеризующие				основные		параметры	тонкопле
ночного ключевого			устройства,		воспользуемся		получен
ной в	первой главе		эквивалентной			схемой магинтосвя-
.занной	пленки.

Р и с . 2.19

Эквивалентная схема пленки, включенной по схеме

•четырехполюсника, имеет	вид, показанный па рис. 2.1,6.
П о л н а я эквивалентная	схема ортогонального СВЧ

ключа

имеет вид, приведенный на рис. 2.19. Так как дли

на закороченных

участков

обычно

много

меньше

Х/4

(порядка 5—6

м м ) ,

то индуктивностями

L B . T и L B T

(рис. 2.1,6) можно пренебречь.

идеальном

случае,

когда

у п р а в л я ю щ е е

поле

не

п р и к л а д ы в а е т с я

пленочному

элементу

Я у

0, связь

м е ж д у

входной

выходной цепями

д о л ж н а

отсутство

вать.

Однако

из-за

наличия

паразитной

емкости

С п

между полосковыми проводниками в закрытом состоя

нии	( Я у = 0)	па выход ключа	проходит некоторый сиг
нал.	Величину	этого сигнала в	значительной мере можно

уменьшить, если развернуть выходную полосковую ли нию на некоторый угол (1—3°). При этом параллельно паразитной емкости С п будет подсоединена индуктивная

компонента L n				. Таким образом, на рабочей частоте эти
ми элементами				образуется	режекторный контур. Ка к по
к а з ы в а ю т экспериментальные						исследования,		ослабление
в этом случае в закрытом					состоянии		можно		получить
более 40 д Б .
Если у п р а в л я ю щ е е поле						не воздействует		на пленку
( Я у =	0),	то	из уравнения		(1.29) видно, что взаимоин
дукция	Мп	в	этом случае		равна нулю.		Связь		между

входной и выходной цепями через пленку отсутствует —


закрытое	состояние. П о д действием			управляющего			поля
намагниченность пленки отклоняется				на	некоторый		угол
от оси легкого намагничивания,			что соответствует конеч
ному значению Мл.		В выходной	цепи	появляется		сигнал,
так ка к	значение	взаимоиндукции		Мт	т а к ж е	конечно.
Пленка,	связанная	с входной и	выходной полосковыми

линиями, выполняет роль согласующего четырехполюс

ника. Ка к и в случае рассмотренного ранее					модуляторно
го устройства,		в зависимости от величины и 'направления
у п р а в л я ю щ е г о		поля могут быть		реализованы р е ж и м ы ,
обеспечивающие			балансную и	фазоимпульсную		моду
ляцию .
Д л я анализа			ключевого устройства используем			мат
рицы	передачи		[37]. Представив эквивалентную			схему
(рис.	2.19) в виде каскадного			соединения	простейших

четырехполюсников, после перемножения матриц пере

дачи д л я		отдельных			простейших четырехполюсников				по
лучим	суммарную			матрицу передачи в виде
[а]			1 л	2		°
	'МЖг G			^	+ J a ' C ^ - ^ r )	Z T J	I "		- 4 7 )
								( 2
С учетом		обычного			условия pi = р 2 =	RH	выражение
д л я нормированной матрицы будет иметь вид
[А]	=	Liu	1*2				0

		мпм.

Рабочее затухание может быть определено из соотно шения

Г ( А п + А12 + А.п + А22)

(2.48)

где Ап, А12, А21, А22 — элементы нормированной матрицы передачи. Подставляя значения элементов нормированной

4 Заказ № 247

матрицы		передачи,			будем	иметь
					( 1	л 2 + ^ т 2 + 7 ? „ О т 1 т 1 ) 2			+
				4M{Mi
				+ a > * / ? 2 „ ( C T Z T l - - J r ) 2 ] .					(2.49)
И з в ы р а ж е н и я					(2.49)	видно,	что	рабочее	затухание
зависит		от	частоты		коммутируемого			электромагнитного
поля;	от	произведения проводимости						С?т, характеризую
щей	потери		в	магнитосвязанной			пленке, на		величину
сопротивления				нагрузки		а т а к ж е		от величины и на
правления управляющего						поля. Н а рис. 2.20			приведены

о,в 1,6 гл	3,2 w лт
Р и с .	2.20
теоретические	и экспериментальные зависимости	i6v от
у п р а в л я ю щ и х	полей. И з рисунка видно, что при	неко

торых значениях компонент управляющего поля ослаб ление в открытом состоянии минимально.

Д л я определения		оптимальных значений		компонент
управляющего	поля	можн о	воспользоваться в ы р а ж е н и е м
д л я входного	сопротивления		ключа. И м п о л ь з у я	матрицы
передачи, дл я схемы		рис. 2.19 получаем

у	_	Дц^н ~Ь а\г	о	\|	• у
^"вх —		„ D _!_/»_.	^вх	Т~ J-Л вх>
где		«21#Н + Я22
где
	">2 £Л 2^Н (^Т2 + £Т 1#нОТ )				.
Я 2	(2 -	о>2 /.л 1 Ст )Ч " 2	(LrlGTR„+		I T 2 ) 2 '
Rl (2 - Ш а 1 л 1 С т ) 2 + <o2 (LTlGTRa					+ L T 2 ) *

(2.50)

(2.51)

(2.52)

Н а	рис.	2.21 показаны теоретические и эксперименталь
ные	зависимости		активной	и реактивной составляющих
полного		входного	сопротивления		от управляющих полей.
Д л я		передачи	мощности	без	отражений в открытом

состоянии ключа необходимо подавать такое у п р а в л я ю щее поле, чтобы реактивная составляющая входного со противления была равна нулю, а активная совпадала с сопротивлением нагрузки (условие согласования) . При

равняв	правую	часть	в ы р а ж е н и я (2.52)		нулю, получаем
			to2 =	со2 F',	(2.53)
т а к как	L T i =	2LTJF',	F'	определяется	соотношением

(1.23). Уравнение (2.53) является условием для опреде ления частоты ферромагнитного резонанса в пленке. При выполнении условия (2.53) соотношение (2.51) для активной составляющей входного сопротивления будет иметь вид

т г»

или, выраженное через относительное потокосцепление»

К а к можно видеть, величина		входного сопротивления за
висит от связи пленки с полосковой			линией,		от	величины
и направления	управляющего	поля,	а т а к ж е		от	парамет
ров пленки и нагрузки, определяемых				произведением
эквивалентной	проводимости	магнитосвязанной					пленки
па сопротивление нагрузки		GTRn.					(2.54)
Из условия	согласования	Rs^ =	RH	с учетом
имеем

Находим удовлетворяющую этому условию величину от носительного потокосцепления:

Так к а к	величина Ф 2	не	может	превышать единицы,
получаем	неравенство	д л я	выбора	коэффициента пере
счета k:
		&>GTRK.		(2.57)

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1710 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ