Гришин С. В., Шараєвський Ю. П.

Саратовський державний університет ім. Н. Г. Чернишевського Саратов – 410012, Росія Тел.: (8452) 516947; e-mail: sharaevskyyp@info.sgu.ru Гришин В. С.

ЗАТ “НВЦ” Алмаз-Фазотрон “

Саратов – 410033, Росія Тел.: (8452) 372727; e-mail: grishfam@sgu.ru

Анотація – У роботі проведено експериментальне і теоретичне дослідження частотних характеристик нелінійних ліній передачі на магнітостатичних хвилях при впливі на них одного і декількох сигналів.

I. Вступ

Відомо, що микрополосковая лінія передачі з феромагнітної плівкою, в якій порушується магнітостатичних хвиль (МСВ), являє собою нелінійне частотно-виборче пристрій, що одержав в літературі назву «підсилювач відносини сигнал-шум» [1] або «шумоглушник» [2]. Сигнал з рівнем потужності нижче деякого порогового значення, проходячи через таку лінію передачі на частотах збудження МСВ, послаблюється сильніше, ніж сигнал з рівнем потужності вище порогового значення. В двухсігнальном режимі розглянута лінія передачі для малого сигналу має характеристики смугово-загороджувальному фільтра з вузькою смугою пропускання в смузі загородження, самонастраивающейся на частоту великого сигналу. Інтерес до використання такого пристрою в прикладних цілях не слабшає і є актуальним на сьогоднішній день [3]. Однак відсутність досить простий нелінійної моделі для лінії передачі на МСВ не дозволяє проводити теоретичний аналіз її характеристик при проходженні через неї складних сигналів різного рівня потужності.

В роботі на основі експериментальних даних зроблена спроба побудови нелінійної моделі для резонансної лінії передачі на зворотному об’ємної МСВ (ООМСВ), що описує її частотні характеристики в односігнальномрежимі і двухсігнальном режимах.

II. односігнальномрежимі

Експериментально досліджувалась лінія передачі на МСВ у вигляді микрополосковой напівхвильового резонатора, в пучності ВЧ струму якого розміщувалася плівка залізо-иттриевой граната (ЖИГ). Зовнішнє постійне магнітне поле прикладалося так, що в плівці збуджувалася ООМСВ. Експериментально досліджувались АЧХ такої лінії передачі від рівня потужності вхідного сигналу (рис.1). З порівняння значень модуля коефіцієнта передачі, отриманих при малому і великому сигналах, випливає, що дана лінія передачі на ООМСВ характеризується наявністю двох областей: область, в якій відбувається обмеження великого сигналу – режим роботи обмежувача потужності і область, в якій відбувається придушення малого сигналу – режим роботи шумоглушника.

Рис. 1. АЧХ системи микрополосковой резонатор – плівка ЖИГ при порушенні ООМСВ: розрахунок – суцільні лінії, експеримент – значки.

Fig. 1. AFC of resonance system at the BVMSW excitation: calculation – firm lines, experiment – signs

Для опису частотних характеристик резонансної лінії на МСВ використовувалася схема заміщення у вигляді двох зв’язаних контурів. Параметри схеми визначалися шляхом мінімізації функції якості, що представляє собою середньоквадратичне відхилення розрахованої за моделлю величини комплексного коефіцієнта передачі від його виміряного значення. Передбачалося, що від рівня вхідного сигналу залежать три параметри схеми: активний опір R2 і індуктивність другого контуру, а також коефіцієнт зв’язку між контурами. Залежність R2 від рівня потужності вхідного сигналу, отримана на основі даної методики, приведена в [4].

III. Двухсігнальний режим

При розгляді проходження через лінію передачі на МСВ двох сигналів різного рівня потужності вводиться поняття частотної вибірковості, що характеризується мінімальною розладом по частоті між двома сигналами (Afmin), при якій великий сигнал не робить впливу на малий. Експериментально досліджувалося проходження двох сигналів (великого – Р-| = 128 мВт і малого – Р2= 0,5 мВт) через резонансну лінію передачі на ООМСВ в області частот, де спостерігається пригнічення малого сигналу щодо великого. Частота великого сигналу була фіксованою (fi = 2060 МГц), а частота малого сигналу f2 перебудовувалася поблизу fi. Результати цього дослідження наведені на рис.2. При Af> Afmi„ (Afmin ~ +13 МГц) малий сигнал проходить через лінію передачі, ослабляючись відносного великого сигналу на величину -13 дБ. При Af mjn великий сигнал починає впливати на амплітуду малого сигналу, збільшуючи її по величині, і ослаблення малого сигналу зменшується.

LOG 10dB/div

Рис. 2. Спектрограми двох сигналів, що пройшли через резонансну лінію передачі на ООМСВ. Огинають амплітуди малого сигналу: а-за відсутності великого сигналу; b – у присутності великого сигналу.

Fig. 2. Spectrograms of two signals passing through the resonance transmission line on BVMSW.

Envelops of small signal amplitude: a – in absence of a large signal, b – in the presence of a large signal

Побудова моделі для досліджуваної лінії передачі в разі проходження через неї двочастотного сигналу з потужністю Pm грунтується на вже наявній нелінійної моделі для односігнальномрежимі [4]. В випадку двох сигналів передбачається, що Я? 2, крім нелінійної залежності від рп, Має резонансну залежність від частоти. Нижче приведена залежність Я? 2 від Pm і частот ft і у вигляді емпіричної формули:

Значення Q визначається виходячи із значення добротності резонансного максимуму, який утворює огинає амплітуди малого сигналу в присутності великого сигналу (див. рис. 2).

IV. Висновок

Запропонована нелінійна модель для резонансної лінії передачі на ООМСВ дозволяє провести постановку чисельних експериментів по виявленню особливостей, пов’язаних з проходженням через неї складних сигналів (Модульованих, імпульсних, шумових та ін.)

Робота виконана в рамках програм Міносвіти РФ “Університети Росії – фундаментальні дослідження” (грант № УР.01.01.052), Міносвіти РФ і CRDF (BRHE, REC-006), а також за підтримки РФФД (грант № 04-02-16296).

V. Список літератури

[1 ] Adam J. D„ Stitzer S. N. J. Appl. Phys. Lett., 1980,

V.                  36, No 6, p.485-487.

[2] Шараєвський Ю. П., Гоішін В. С., Гурзо В. В. та ін Ріє, 1995, Т.40, № 7, С. 1064-1068.

[3] Kuki Т., Nomoto Т. IEICE Trans. Electron., 1999, v. Е82-С, No 4, p. 654.

[4] Гоішін С. В., Шараєвський Ю. П., Гоішін В. С. Матеріали конференції КриМіКо’2003, С. 489-490.

RESEARCH OF COMPLEX SIGNAL PASSING THROUGH NONLINEAR TRANSMISSION LINE ON MAGNETOSTATIC WAVES

Grishin S. V., Sharaevsky Yu. P.

Saratov State University, Saratov – 410012, Russia Tel.: (8452) 516947, e-mail: sharaevskyyp@info. sgu. ru Grishin V. S.

Closed joint-stock company "SIC "Almaz-Fazotron", Saratov – 410033, Russia Tel.: (8452) 372727; e-mail: grishfam@sgu.ru

Abstract-The theoretical and experimental research of frequency characteristics of magnetostatic wave transmission lines is carried out in the case of one and two signal regime.

I.  Introduction

It is well known that a microstrip line with ferromagnetic film at the magnetostatic wave (MSW) excitation is a nonlinear device referred to as a signal-to-noise enhancer [1,2]. In the frequency range of MSW excitation a signal with the power level below the some threshold value passing through such transmission line is more attenuated than a signal with the power level higher than the threshold value. The interest in the use of such device in practice is still actual [3]. However, the absence of a simple nonlinear model of MSW transmission line does not allow carrying out the numerical research of its characteristics in the case of passing through line complex signals.

In this work, on the base of experimental data, an attempt is made to construct a nonlinear model of backward volume MSW (BVMSW) transmission line. This model describes frequency characteristics of such line in the case of one and two signal regime.

II.  One signal regime

The MSW transmission line as a microstrip half-wave resonator with yttrium iron garnet (YIG) film at the BVMSW excitation was experimentally investigated. The AFC of such a transmission line for two input signal power levels are presented on fig.1. Based on the comparison of obtained results it is possible to conclude that the BVMSW transmission line has two regions: a region with the limitation of a large signal, and a region with the suppression of a small signal.

The model of two coupled circuits was used to describe the frequency characteristics of investigated BVMSW transmission line. The parameters of this model were determined on the base of optimization methods. The dependence of a second circuit active resistance R2 from signal value is shown in [4].

III.  Two signal regime

In the case of two signal propagation the term of frequency selectivity is used. The frequency selectivity is determined as the minimal detuning between the signal (Afmin) at which the large signal does not influence the small one. Two signal propagation (large signal-P^^e mW and small signal -P2=0,5 mW) through resonance transmission line was experimentally investigated. The research was carried out in the frequency range where the small signal was suppressed in comparison with the large signal. The large signal frequency was fixed (^=2050 MHz), and the small signal frequency was tuned. The results of this research are presented on Fig. 2.

The one signal model [4] was used to construct the nonlinear model in the case of two signals. In the case of two signals R2 has resonance dependence from frequency presented as empirical formula. Q-factor in formula is determined on the base of Q-factor value of resonance maximum (Fig. 2).

IV.  Conclusion

The suggested nonlinear model of the microstrip resonator- ferromagnetic film system at the BVMSW excitation allows to carry out the numerical experiments with the complex signals (modulated signal, impulse signal, noise etc.).

Анотація – Розроблено електродинамічний метод розрахунку смугового гіромагнітного фільтра в многочастотном режимі з урахуванням впливу вищих типів прецесії намагніченості на їх характеристики. Проведено аналіз реальних конструкцій.

I. Вступ

гіромагнітних СВЧ фільтри, перебудовувані в широкому діапазоні частот, за допомогою магнітного поля, є невід’ємною частиною багатьох СВЧ приймачів [1].

Такі приймачі працюють в складній електромагнітній обстановці, коли на вхід преселектора можуть надходити як корисні сигнали, так і сигнали навмисних і ненавмисних перешкод, що призводить до спотворення корисних сигналів.

гіромагнітних фільтри працюють на основному типі прецесії намагніченості (ТПН), проте, в них по ряду причин виникають вищі ТПН, які за певних умов можуть суттєво погіршувати характеристики фільтра, утворюючи додаткові канали прийому.

Мета роботи – отримати аналітичні вирази, що дозволяють вести розрахунок гіромагнітних фільтрів з урахуванням впливу вищих ТПН в багато-частотному режимі.

II. Основна частина

Конструкції гіромагнітних фільтрів являють собою складну дифракційну систему, розрахунок якої пов’язаний з великими математичними труднощами. Вирішити таку дифракційну задачу в загальному вигляді вкрай складно. Однак якщо взяти деякі наближення, то рішення може бути знайдене. Основним наближенням є припущення про малість гіромагнітних резонаторів (ГР) і отвори зв’язку в порівнянні з довжиною електромагнітної хвилі.

Задача розрахунку гіромагнітного фільтра розпадається на два завдання:

про знаходження амплітуд електромагнітних полів, порушених всередині і поза ГР; про визначення амплітуд електромагнітних полів, порушених ГР в прямокутному хвилеводі. Запишемо електромагнітні поля, що діють на ГР першого хвилеводу:

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»