Расчет резонаторного фильтра на прямых объемных магнитостатических волнах

На рис. 2 и 3 представлены зависимости и от , которые были теоретически рассчитаны в случае внешнего, перпендикулярного плоскости пленки, магнитного поля Hподм = 5000 Е в предположении, что ЖИГ пленка с

вязана с микрополосками, имеющими различную ширину wm (60, 120 и 240 мкм), изготовленными на коммерческой поликоровой подложке толщиной 254 мкм в микрополосковой линии с одной заземленной плоскостью. Очевидно, что чем больше значение ширины микрополоска wm и более селективная характеристика фильтра, тем меньше максимальное значении . С другой стороны, узкие микрополоски могут быть предпочтительны, если необходима очень сильная связь ПР с ними. Ширина микрополоска wm = 240 мкм – предельный случай, соответствующий пятидесятиомной согласованной микрополосковой линии. Вертикальная линия, изображенная на рисунках, соответствует возбуждаемому значению волнового числа k в резонаторе при ФМР. В частности если возбуждаемое волновое число близко к значению при максимуме кривой Rm, но немного ниже, имеется незначительное изменение сопротивления ПР.

Рис. 2. Сопротивление излучения Rm для ЖИГ пленки, имеющей толщину t = 45 мкм, и длину lx = 0.94 мм, связанной с микрополосковой линией с шириной полоскового проводника wm = 60, 120 и 240 мкм. Внешнее постоянное магнитное поле Hподм = 5000 Е и подложка из поликора толщиной d = 254 мкм.

Рис. 3. Реактанс излучения Xm, полученный интегралом Гильберта от сопротивления излучения Rm, приведенного на рис. 2

На рис. 4 показано, что улучшение в селективности фильтра можно получить с помощью диэлектрической прокладки, распложенной между поверхностью пленки и микрополосками. В том случае существенное уменьшение Rm наблюдается из-за уменьшения связи, вызванного зазором. Так как полное электрическое сопротивление R ПР пропорционально Rm и ширине пленки ly, размеры ПР должны быть скорректированы так, чтобы избежать докритической связи, когда используется зазор.

Рис. 4. Зависимость Rm от k: явление диэлектрической распорной детали с переменной толщиной, от нуля (никакая распорная деталь) к 100 мкм.

Толщина пленки также существенно влияет на значения сопротивления излучения Rm. На рис. 5 это влияние показано для трех выбранных значений толщины. На этом рисунке, селективность немного лучше для более высоких толщин, но в частотной области это соответствует более высокой селективности для тонких пленок. С другой стороны, толстые пленки предпочтительнее для фазового контроля, чем тонкие, из-за их более слабой дисперсии.

Из кривой зависимости Rm от k получаем Rm(k=k1,1) при различных значениях внешнего подмагничивающего постоянного магнитного поля Hподм. Так же рассчитывается и реактанс излучения Xm. Оказывается, что в диапазоне значений внешнего поля Hподм, покрывающим частотный X-диапазон, значения Rm(k=k1,1) и Xm(k=k1,1) линейно изменяются с частотой f. В случае использованного в данной работе ПР, который возбуждался согласованным микрополоском, шириной 240 мкм, и пренебрегая зависимостью от частоты, можно записать следующие отношения:

(1)

Рис. 5. Зависимость Rm от k для толщины пленки ЖИГ t = 20, 45 и 60 мкм.

Глава 3. Сосредоточенные элементы и параметры матрицы рассеяния полосно-пропускающего ПР

Электрическое эквивалентное активное сопротивление R, рассчитанное по сопротивлению излучения микрополосковой линии с пленкой ЖИГ, приблизительно равно [3]

,

а реактивное сопротивление

.

В настоящем случае при частоте f = 9.23 ГГц активное сопротивление пленочного резонатора

Ом, (2)

соответствующее реактивное сопротивление

Ом.

Так как ПР является резонансной структурой, значение реактанса в резонансе должно быть нулевым, с возможными вкладами от паразитных элементов. Действительно, графики Rm, представленные на рис. 5 и предыдущих рисунках, можно рассматривать как наложение всех мод линии передачи, которые дают непрерывную АЧХ. С другой стороны ПР имеет дискретный режим и для его основного резонанса и мод высшего порядка, должно выполняться равенство X = 0 при f = f0, где f0 – резонансная частота.

Давайте представим сейчас, что непрерывно изменяется размер lx ПР: это означает, что волновое число k пробегает все возможные в пределах полосы ПОМСВ, и мы получаем непрерывную АЧХ. В этой картине, также реактанс линии передачи можно рассматривать как набор реактансов дискретных спектров мод, который превращается в непрерывный, когда планарные размеры пленочного резонатора становятся достаточно большими. Из определения добротности, относящейся к случаю связи между резонансами ПР и измеренным ФМР, следует, что:

. (3)

Уравнение (3) может быть использовано для определения частот половинной мощности по уровню 3 децибела и резонансной частоты

.

Используя

,

выведенную из ФМР, и соотношение

,

которое действительно в случае узкополосных фильтров, эти два уравнения

и

могут использоваться, чтобы вычислить эквивалентные сосредоточенные элементы ПР

Гн, (4)

и

Ф. (5)

Вычисленная ненагруженная добротность такого ПР:

.

Совпадение между двумя значениями, вычисленными по разным формулам, есть результат взаимосвязи между собственной добротностью ПР и его рассчитанными эквивалентными сосредоточенными элементами. Используя выведенные значения R, L, C, можно смоделировать эквивалентную схему для полосно-пропускающего фильтра, где ПР индуктивно связан с входом и выходом фильтра посредством индуктивностей, которые отражают связь ПР с двумя микрополосковыми линиями.

 Скачать реферат