本发明专利技术提供了一种多功能静磁波色散与非色散延迟线的集成结构及设计方法，采用具有不同饱和磁化强度的YIG单晶薄膜以及相同外加偏置磁场的方法，使两种静磁波具有公共的激发频域，实现具有相同起始频率与截止频率的固定延时非色散静磁波延迟线器件；在此公共的激发频域内将两种静磁波色散延迟线进行抽头级联，将MSSW的色散延迟特性、MSBVW的色散延迟特性、MSSW与MSBVW级联后的非色散延迟特性都集成于同一器件上，使器件具有三个输入或者输出端口，并且通过端口之间不同的组合分别实现三种延迟功能。本发明专利技术不仅拓宽了非色散延时带宽、降低了器件的传输损耗，器件延时量可以根据实际需求在器件设计中进行调控，可重复性好。可重复性好。可重复性好。
【技术实现步骤摘要】
多功能静磁波色散与非色散延迟线的集成结构及设计方法
[0001]本专利技术属于微波延迟线器件领域，在设计方案中采用了具有不同饱和磁化强度的YIG单晶薄膜、施加相同外加偏置磁场的方法来激励静磁表面波(MSSW)和静磁反向体波(MSBVW)，使两种静磁波具有公共的激发频域，设计具有相同起始频率与截止频率的固定延时静磁波非色散延迟线器件。同时在此公共的激发频域内将两种静磁波色散延迟线进行抽头级联，构建了多功能的静磁波延迟线器件。
技术介绍
[0002]如今在微波频率下能够直接作为模拟信号处理的宽带无源器件只有静磁波器件，且由于静磁波(MSW)的传播速度一般比自由空间中的电磁波慢二到四个数量级，这种慢波特性使得它在微波系统中的主要应用之一就是延时元件。MSW延迟线是MSW延迟特性的直接应用，其中MSW色散延迟线的应用场景很多，如可在电子战里直接应用在同步脉冲分离器中以分离频率不同的时域同步信号，从而达到在宽频带上截获信息的目的，同时还在快速宽带频谱分析，压缩接收机等技术中发挥着重要的作用。MSW非色散延迟线以级联实现为主，级联色散延迟斜率符号相反的两种静磁波得到与频率无关的恒定总延迟，并且由于得到的总延迟是可控、可调的，这就使得目标信号可根据实际需要进行可变的延迟输出，所以在点火(发射)、动目标显示雷达等技术中有着巨大的应用价值。
[0003]目前而言，暂无将MSW色散与非色散延迟线集成于同一器件中的相关研究报道，本专利技术创新性地、巧妙地利用微带线的抽头级联结构设计、信号输入输出端口的不同组合分别实现正斜率色散延时、负斜率色散延时、非色散延时这三种MSW延迟特性，从而将信号处理过程中的分离截获、固定延时输出等功能集中在同一器件上实现，这对于MSW器件的集成化、多功能化有着极大的推动作用。
[0004]此外对于级联的MSW非色散延迟线而言，主要的设计方法有两种，一是级联由相同饱和磁化强度的YIG单晶薄膜，不同外加磁场强度激发的两种色散延迟斜率符号相反的MSW；二是级联由不同饱和磁化强度的YIG单晶薄膜，相同外加磁场强度激发的两种色散延迟斜率符号相反的MSW。第一种方法研究报道众多，但由于施加两种不同强度的外加磁场会使得在测试过程中磁场之间带来相互的干扰，从而影响两种类型静磁波的激发效率，这对于器件性能以及小型化的追求上带来一定的阻碍。所以本专利技术使用了未有报道的方法二，选择级联具有正斜率色散延迟特性的MSSW，以及负斜率的色散延迟特性的MSBVW以实现MSW非色散延迟线器件。
技术实现思路
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：
[0006]一种多功能静磁波色散与非色散延迟线的集成结构设计，采用具有不同饱和磁化强度的YIG单晶薄膜以及相同外加偏置磁场的方法，使静磁表面波MSSW和静磁反向体波MSBVW两种静磁波具有公共的激发频域，实现具有相同起始频率与截止频率的固定延时非
色散静磁波延迟线器件，此外在此公共的激发频域内将两种静磁波色散延迟线进行抽头级联，将静磁表面波MSSW的色散延迟特性、静磁反向体波MSBVW的色散延迟特性、静磁表面波MSSW与静磁反向体波MSBVW级联后的非色散延迟特性都集成于同一器件上，使器件具有三个输入或者输出端口，并且通过端口之间不同的组合分别实现三种延迟功能。
[0007]作为优选方式，所述设计方法包括如下步骤：
[0008](1)静磁波MSW是一种近似纯磁波，可用静磁近似来处理静磁波MSW的色散与传播问题；故而采用静磁近似的方法理论推导两种静磁波MSW的色散以及辐射电阻方程；
[0009](2)在数学建模软件中对色散方程中的角频率ω与波数k，辐射电阻方程中的辐射电阻Rm与频率f的关系进行计算，得到两种静磁波的公共激发频域；
[0010](3)设计一种将静磁表面波MSSW的色散延迟特性、静磁反向体波MSBVW的色散延迟特性、静磁表面波MSSW与静磁反向体波MSBVW级联后的非色散延迟特性都集成于同一器件上的抽头级联微带线结构，并在基板上加工得到所设计的微带线。
[0011]作为优选方式，步骤(3)中在基板上加工得到3组微带线作为静磁波换能器，每一组微带线包括50欧姆微带线、阻抗匹配微带线2和换能器3，基板最左侧的一段50欧姆微带线的端口为第一端口1，最右侧的一段50欧姆微带线的端口为第二端口4，在最右侧的50欧姆微带线下方的第三段50欧姆微带线的端口为第三端口5，三段50欧姆微带线的端口为电磁信号的输入或者输出端口。
[0012]作为优选方式，步骤(1)中推导的MSSW的色散以及辐射电阻方程为：
[0013]采用静磁近似的方法理论推导出静磁表面波MSSW的色散方程计算公式：
[0014][0015]其中l1为介质层的厚度，ω为角频率，k为波数，旋磁比γ＝2.8MHz/Gs，YIG单晶薄膜厚度为t，μ、μ
a
分别是张量磁导率的对角与非对角分量，根据边界条件并进行数值计算求解得到ω～k、群速的色散特性，从而得到群延时的色散特性；
[0016][0017]在辐射电阻方程
②
中代入方程
①
所解出的角频率ω与波数k的数值解，就可以解出辐射电阻Rm与频率f的色散关系；其中与分别为激励面上下的表面磁导率，是关于YIG单晶薄膜厚度t、饱和磁化强度Ms、频率f、基板介质厚度、外加磁场强度及边界条件的函数；其中ω为角频率，w为微带线换能器的宽度，k为波数，是关于电流的傅里叶变换。
[0018]作为优选方式，步骤(1)中推导的MSBVW的色散以及辐射电阻方程为：
[0019]同样在对MSBVW进行理论计算时，采用静磁近似的方法理论推导出静磁反向体波(MSBVW)的色散计算公式
③
：
[0020][0021]其中根据边界条件并进行数值计算求解可以得到ω～k、群速的色散特性，从而得到群延时的色散特性；
[0022]MSBVW的辐射电阻计算公式仍然为公式
②
，但因MSBVW的外加偏置磁场方向与MSSW不同，故得到的表面磁导率不同，所以可以得到与MSSW不同的MSBVW辐射电阻。
[0023]作为优选方式，步骤(2)在数学建模软件中使用二分法编程对步骤(1)理论推导的两种静磁波的色散方程中的角频率ω与波数k、以及辐射电阻方程中的辐射电阻Rm与频率f的关系进行计算。
[0024]本专利技术还提供一种所述设计方法得到的多功能静磁波色散与非色散延迟线的集成结构，其为：在静磁表面波MSSW和静磁反向体波MSBVW两种静磁波的公共的激发频域内，将两种静磁波色散延迟线进行抽头级联，将静磁表面波MSSW的色散延迟特性、静磁反向体波MSBVW的色散延迟特性、静磁表面波MSSW与静磁反向体波MSBVW级联后的非色散延迟特性都集成于同一器件上，使器件具有三个输入或者输出端口，并且通过端口之间不同的组合分别实现三种延迟功能。
[0025]本专利技术还提供一种多功能静磁波集成微带线，其为：在矩形基本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多功能静磁波色散与非色散延迟线的集成结构设计方法，其特征在于：采用具有不同饱和磁化强度的YIG单晶薄膜以及相同外加偏置磁场的方法，使静磁表面波MSSW和静磁反向体波MSBVW两种静磁波具有公共的激发频域，实现具有相同起始频率与截止频率的固定延时非色散静磁波延迟线器件，此外在此公共的激发频域内将两种静磁波色散延迟线进行抽头级联，将静磁表面波MSSW的色散延迟特性、静磁反向体波MSBVW的色散延迟特性、静磁表面波MSSW与静磁反向体波MSBVW级联后的非色散延迟特性都集成于同一器件上，使器件具有三个输入或者输出端口，并且通过端口之间不同的组合分别实现三种延迟功能。2.根据权利要求1所述的多功能静磁波色散与非色散延迟线的集成结构设计方法，其特征在于包括如下步骤：(1)静磁波MSW是一种近似纯磁波，可用静磁近似来处理静磁波MSW的色散与传播问题；故而采用静磁近似的方法理论推导两种静磁波MSW的色散以及辐射电阻方程；(2)在数学建模软件中对色散方程中的角频率ω与波数k，辐射电阻方程中的辐射电阻Rm与频率f的关系进行计算，得到两种静磁波的公共激发频域；(3)设计一种将静磁表面波MSSW的色散延迟特性、静磁反向体波MSBVW的色散延迟特性、静磁表面波MSSW与静磁反向体波MSBVW级联后的非色散延迟特性都集成于同一器件上的抽头级联微带线结构，并在基板上加工得到所设计的微带线。3.根据权利要求2所述的多功能静磁波色散与非色散延迟线的集成结构设计方法，其特征在于：步骤(3)中在基板上加工得到3组微带线作为静磁波换能器，每一组微带线包括50欧姆微带线、阻抗匹配微带线(2)和换能器(3)，基板最左侧的一段50欧姆微带线的端口为第一端口(1)，最右侧的一段50欧姆微带线的端口为第二端口(4)，在最右侧的50欧姆微带线下方的第三段50欧姆微带线的端口为第三端口(5)，三段50欧姆微带线的端口(1、4、5)为电磁信号的输入或者输出端口。4.根据权利要求2所述的多功能静磁波色散与非色散延迟线的集成结构设计方法，其特征在于：步骤(1)中推导的静磁表面波MSSW的色散以及辐射电阻方程为：采用静磁近似的方法理论推导出静磁表面波MSSW的色散方程计算公式：其中l1为介质层的厚度，ω为角频率，k为波数，旋磁比γ＝2.8MHz/Gs，YIG单晶薄膜厚度为t，μ、μ
a
分别是张量磁导率的对角与非对角分量，根据边界条件并进行数值计算求解得到ω～k、群速的色散特性，从而得到群延时的色散特性；在辐射电阻方程
②
中代入方程
①
所解出的角频率ω与波数k的数值解，就可以解出辐射电阻Rm与频率f的色散关系；其中与分别为激励面上下的表面磁导率，是关于YIG单晶薄膜厚度t、饱和磁化强度Ms、频率f、基板介质厚度、外加磁场强度及边界条件的函数；其
中ω为角频率，w为微带线换...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖力，安弟曦，王玉中，殷齐声，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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