ТЕРМОСТАБИЛЬНЫЙ ГЕЛИКОНОВЫЙ ВЕНТИЛЬ

April 14, 2012 by admin Комментировать »

Вунтесмери В. С., Вунтесмери Ю. В. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» Проспект Победы, 37, Киев – 03056, Украина Тел.: +38 (044) 2191824; e-mail: vladimir@vountesmery.org.ua

Аннотация – По схемным моделям исследованы зависимости обратного затухания и прямых потерь широкополосного геликонового вентиля от температуры. Результаты эксперимента подтверждают адекватность схемных моделей.

I.  Введение

В метровом и декаметровом диапазонах волн аналогами микроволновых ферритовых вентилей могут быть геликоновые вентили, выполненные на основе размерных резонансов поляризованной по кругу геликоновой волны в геликоновом резонаторе. Геликоновый резонатор представляет собой плоскопараллельную полупроводниковую пластину ограниченных поперечных размеров, помещенную в постоянное магнитное поле. Исследование характеристик геликонового вентиля в диапазоне температур проводилось для узкополосного вентиля [1]. В этом вентиле полоса рабочих частот (7… 10)% на уровне обратного затухания 15 дБ обеспечивалась в узком диапазоне температур. Резонансная частота широкополосных вентилей менее чувствительна к температуре, чем у узкополосных.

II.  Основная часть

Нами разработан широкополосный термостабильный геликоновый вентиль (рис. 1). Вентиль состоит из невзаимного трансформатора, представляющего собой геликоновый резонатор с ортогонально намотанными на него возбуждающими катушками индуктивности L-i, 1_2, и емкостей Ci Сг. За счет стоячей поляризованной по кругу геликоновой волны возникает невзаимная связь между катушками индуктивности и взаимодействие между катушками может быть описано с помощью тензора эквивалентной магнитной проницаемости резонатора [2] р = Т + х, где % – тензор эквивалентной магнитной восприимчивости резонатора. В качестве материала для геликонового резонатора используется n-lnSb, концентрация и подвижность носителей заряда в нем зависят от температуры. Температурные характеристики компонент тензора эквивалентной магнитной проницаемости геликоновых резонаторов, выполненных из антимонида индия легированного теллуром, с разной концентрацией донорной примеси исследовались в работе [3]. Температурная стабильность параметров резонатора тем больше, чем больше концентрация донорной примеси. Но, с увеличением концентрации донорной примеси, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается добротность геликонового резонатора при заданной индукции внешнего постоянного магнитного поля. Показано, что концентрация донорной примеси, при которой обеспечивается температурная стабильность параметров геликоновых резонаторов для технически используемого диапазона температур (-50…+70)° С находится в пределах Nd=( 10 … 1024) м’3

Исследование температурных характеристик потерь в прямом и затухания в обратном направлениях для широкополосного геликонового вентиля (рис. 1) выполнено по схемным моделям с использованием матрицы Y-параметров невзаимного трансформатора [2].

, где

L01, L02 – индуктивности одновитковых катушек, ni, П2

–   числа витков катушек индуктивности,

Рис. 2. Зависимость прямых потерь (S12) и обратного затухания (S21) вентиля от частоты.

Puc. 3. Зависимость полосы рабочих частот от температуры на уровне обратного затухания 15 дБ и 20 дБ (маркерами показаны результаты эксперимента).

Fig. 3. Temperature response of bandwidth on the 15dB and 20 dB levels of backward attenuation (markers shows experimental results)

I.    Заключение

Разработан широкополосный геликоновый вентиль в метровом диапазоне волн. Характеристики вентиля исследованы по схемным моделям. Температурная стабильность вентиля в диапазоне температур (-50…+50)°С обеспечивается выбором схемы включения невзаимного трансформатора и выбором материала геликонового резонатора.

II.   Список литературы

[1]  Толутис Р. Б. О свойствах полупроводниковых ВЧ- вентилей на эффекте размерного резонанса электромагнитных магнитоплазменных волн. – Радиотехника и Электроника, 1978, т.23, №3, С. 608.

[2]  Vountesmery V. S., Vountesmery У. V. Broadband Helicon Isolator For Meter and Decameter Wave Ranges, Proceedings of the XIII International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications, Poland, Wroclaw,

May 22-24, 2000.

[3]  Вунтесмери Ю. В. Температурные характеристики эквивалентных параметров геликоновых резонаторов, Электроника и связь, №5, 1998, С. 80-81.

THERMOSTABLE HELICON ISOLATOR

Vountesmery V. S, Vountesmery Y. V.

National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnic Institute”

37, Pobeda Ave., Kiev – 03056, Ukraine Tel.+38 (044) 2191824 e-mail: vladimir@vountesmery. org. ua

Abstract -The temperature responses of forward loss and backward attenuation of broadband helicon isolator are investigated using schematic model. Experimental results confirm the model adequacy.

I.  Introduction

Helicon isolators for meter and decameter wavebands are analogues of microwave ferrite isolators and have the same application. Operation of helicon isolators is based on the effect of dimensional resonance of circularly polarized helicon waves in the semiconductor (helicon) resonator. Helicon resonator is the parallel-sided plate of semiconductor placed to the static magnetic field.

II.  Main part

Characteristics of narrowband helicon isolators are strongly temperature-dependent. It makes difficult to apply such isolators. So, the broadband temperature-stable helicon isolators have been developed.

The material of the helicon resonator is n-lnSb, which has high carrier mobility. Both concentration of electrons in semiconductor and its mobility are strongly temperature dependent. Nevertheless, the helicon isolators must save their performance attributes, such as forward loss and backward attenuation for whole working temperature range. Temperature stability of isolator is first of all provided by stability of semiconductor helicon resonator.

Helicon waves in resonator for mentioned frequencies may be stimulated by two orthogonal inductors coiled above the resonator. Nonreciprocal coupling between inductors arises from the effect of standing circularly polarized helicon waves.

A temperature response of broadband helicon isolators (Fig. 1) can be analyzed using schematic model [2]. This model is acceptable for various circuits of inclusion of nonreciprocal transformer and additional elements of isolator circuit. Found Y- matrices of specific isolators may be normalized and converted to scattering matrices.

There is a family of calculated temperature responses for isolator designed in Fig. 2, according to Fig. 1 it has the donor impurity concentration Nd=4.3-1023. As figure indicates, the temperature dependency of forward losses is weak and the working temperature range also follows from the given backward attenuation in the given frequency range. A calculated response of backward attenuation on the 15 dB and 20 dB levels for this isolator in the working temperature range is shown in Fig. 3. Triangular marks show experimental results. As it follows from characteristics, this isolator save its bandwidth on the level of 40% for 15 dB of backward attenuation and 20% for 20 dB of backward attenuation for the working temperature range (-50…+50 °C).

III.  Conclusion

The broadband helicon isolator for meter wave range is developed. Responses of isolator are investigated using schematic models. Temperature stability of isolator in the range of (-50…+50)°C may be provided by the corresponding circuit of nonreciprocal transformer and optimal material of helicon resonator.

Аннотация — Предлагается способ расчета матрицы передачи отрезка нерегулярной планарной линии, у которого ширина полоска изменяется по произвольному закону вдоль длины при условии распространения в линии квази ‘t- волны. Расчетные выражения отличаются простотой программирования и обеспечивают приемлемую для практических расчетов точность.

I.  Введение

Несмотря на очевидную перспективность применения нерегулярных планарных линий (НПЛ) в широкополосных фильтрах, делителях-сумматорах СВЧ- мощности и цепях согласования активных элементов, они сравнительно редко используются при практической реализации СВЧ-устройств. В первую очередь это связано с тем, что в коммерчески реализуемых САПР обычно отсутствуют модели НПЛ с произвольным изменением ширины полоска вдоль его длины.

При электростатическом анализе НПЛ необходимо учитывать, что при изменении ширины полоска у основных типов планарных линий (микрополосковой, подвешенной, обращенной и др.) меняется не только волновое сопротивление, но и коэффициент замедления квази-Т волны. Таким образом, для их анализа не пригодны матрицы передачи нерегулярных линий

[1]     с изменяющимся волновым сопротивлением, аналитически определенные на основе решения телеграфных уравнений, в которых изменение коэффициента замедления не учитывается.

В настоящее время одним из основных методов электростатического анализа НПЛ с произвольным законом изменения ширины полоска является определение матрицы передачи НПЛ на основе каскадного соединения элементарных отрезков регулярных линий.

II.  Основная часть

Общий вид анализируемого отрезка НПЛ длиной / приведен на рис. 1. Волновое сопротивление p(z)

и эффективная диэлектрическая проницаемость еэ(г) линии зависят от линейной координаты г . Разобьем линию на элементарные участки длиной h, малой настолько, что в их пределах p(z) и еэ(г) можно полагать не зависящими от г . Допуская в пределах каждого полученного участка поперечный характер электромагнитного поля (основное допущение одноволновой теории), можно определить матрицу передачи НПЛ [я]Д71/7 как произведение матриц передачи элементарных отрезков регулярных линий (РЛ)

здесь [я] – классические ненормированные матрицы передачи.

Рис. 1. Отрезок НПЛ, включенный между двумя РЛ.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты