ФЕРРИТОВЫЙ Х-ЦИРКУЛЯТОР СВЧ ДИАПАЗОНА

Заявляемая полезная модель относится к СВЧ-технике, а именно к созданию СВЧ Х-циркуляторов и может быть использована в активных антенных решетках для маршрутизации радиочастотной энергии из модулей приема в излучающие элементы и наоборот.
Известно несколько типов Х-циркуляторов, например, циркулятор (SU, А.С. №1403149, МПК Н01Р 1/387), в состав которого входят намагниченные диски, полосковое Х-разветвление в виде круглого резонатора, к которому подключены четыре плеча со шлейфами. Его недостатком являются большие габариты, что ограничивает его применение.
Меньший размер имеют ферритовые циркуляторы. Известен ферритовый X-циркулятор поверхностного монтажа, описанный в патенте US №6822524 (МПК Н01Р 1/38, Н01Р 1/387). Достоинством известного решения являются сравнительно небольшие габариты по сравнения с предыдущим, высокие развязка, прочность. В этом циркуляторе полосковый элемент образован соединением 2-х полосковых структур Y-конфигурации, расположенных в одной плоскости, а магнитные, ферритовые элементы конструкции, между которыми зажата полосковая структура, обладают свойствами, которые обеспечивают передачу энергии от входа к выходу последовательно из канала в канал с малыми потерями, и с затуханием - в обратном. Недостатком указанного устройства являются его габариты, ограничивающие его использование в современных плоскостных конструкциях.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является Х-циркулятор СВЧ диапазона (RU, Патент №148695), который содержит полосковую структуру, включающую в себя два соединенных полосковых элемента Y-конфигурации, феррито-магнитную структуру, свойства которых обеспечивают передачу энергии от входа к выходу последовательно из канала в канал с малыми потерями в одном направлении и с затуханием - в обратном, при этом магнитно-ферритовая структура выполнена в виде двух одинаковых магнитно-ферритовых структур, центр каждой из которых совпадает с центром соответствующего полоскового элемента Y-конфигурации. Рассмотренные выше ферритовые устройства используются как навесные элементы. Основным их недостатком, ограничивающие их использование, являются большие габариты, что обусловлено его резонансной структурой. В результате габариты узлов и модулей во многом определяются именно габаритами циркуляторов, что ограничивает их использование во многих современных приборах. Их использование возможно и обосновано, например для приемопередатчиков сотовых станций, но невозможно в сотовых телефонах или Wi-Fi роутерах.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является уменьшение габаритов ферритового Х-циркулятора для интеграции его с другими элементами многослойной печатной платы.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый ферритовый X-циркулятор СВЧ диапазона, так же, как и известный, содержит блок полосковой структуры, включающий в себя два соединенных полосковых элемента Y-конфигурации, магнито-ферритовую структуру, выполненную из 2-х одинаковых магнитно-ферритовых структур, центр каждой из которых совпадает с центром соответствующего полоскового элемента Y-конфигурации, а их параметры обеспечивают передачу энергии от входа к выходу последовательно из канала в канал с малыми потерями в одном направлении и с затуханием - в обратном. Но, в отличие от известного, в нем все структуры выполнены на склеенных последовательно друг с другом слоях диэлектрического ламината, причем блок полосковой структуры включает в себя слой ламината, одна сторона которого металлизирована, и на которой сформирована полосковая структура с диэлектрическим контуром вокруг полосков, по обе стороны блока полосковой структуры расположены слой ламината с ферритами, установленными в позиционирующих их по центру каждой Y-конфигурации отверстиями, и металлизированный с двух сторон слой с магнитами, установленными с внешней его стороны, а дополнительно на одном внешнем слое сформированы разъемы, к которым подходят выводы полосков через изолированные отверстия в слоях, и через все слои проходят отверстия, образующие контур вокруг диэлектрического контура полосков.
Достигаемым техническим результатом является уменьшение габаритов ферритовых циркуляторов, что позволит уменьшить габариты устройств и модулей, в которых они используются, а также появляется возможность интегрирования их в единую схему с другими приборами при изготовлении многослойных печатных плат в процессе их изготовления.
Совокупность признаков, сформулированная в п. 2 формулы полезной модели, характеризует ферритовый циркулятор, в полосковом блоке которого металлизированная поверхность ламината, со сформированными на ней полосками, закрыта слоем ламината, толщина которого равна толщине слоя с полосками.
В этом частном случае достигается полная симметричность конструкции, при которой повышается мощность выходного сигнала.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где
фиг. 1 - конструкция ферритового Х-циркулятора в сборе;
фиг. 2 - структуры циркулятора перед сборкой.
Ферритовый циркулятор содержит полосковую структуру, которая выполнена на основе двух соединенных полосковых элементов Y-конфигурации, которые сформированы на металлизированной стороне диэлектрического слоя ламината 1. Вокруг полосков 2 часть металлизации выбрана и образован диэлектрический контур 3. В рассматриваемом примере в блоке полосковой структуры сторона с полосками закрыта вторым слоем ламината 4, толщина которого равна толщине слоя 1 с полосками. Таким образом, блок полосковой структуры представляет собой симметричную по отношению к полоскам структуру. По обе стороны получившегося «сэндвича» расположено по слою ламината 5 с двумя отверстиями, в каждом из которых установлен ферритовый элемент 6. Центры отверстий находятся на одной оси с центрами Y-конфигурации полосков. Последним слоем каждой стороны является металлизированный с двух сторон слой ламината 7, с внешней стороны каждого из них установлены магнитные элементы 8. Таким образом, сформирована симметричная относительно полосков конструкция. Дополнительно во всех слоях выполнены совмещенные сквозные отверстия, образующие контур вокруг диэлектрического контура полосков. Они предназначены для образования земляного контакта СВЧ-поля.
На одной из внешних сторон выполнены разъемы 9, соединенные с выводами полосков, проходящих через сквозные изолированные отверстия 10 в слоях.
Возможно выполнение полосковой структуры с использованием только одного слоя ламината. В этом случае возникает незначительная потеря мощности.
При изготовлении циркулятора использовались распространенные материалы, которые используются для изготовления современных печатных плат, толщиной менее 3,5 мм, в частности использовались ламинаты на основе композитных материалов PTFE серии RO300 с керамическим наполнителем, усиленные стекловолокном. Эти материалы имеют отличные высокочастотные электрические свойства, высокую термостабильность. Коэффициент теплового расширения (КТР) по осям X и Y у этих материалов близок по значению к КТР меди, из которой выполнены полоски, что дает возможность изготавливать надежные гибридные сборки. При изготовлении на каждый слой, показанный на фиг. 1, накладывается слой соединительного материала и, собранную таким образом структуру нагревают и спрессовывают с соблюдением стандартных режимов получения печатных плат, а затем выполняют сквозные отверстия, образующие контур вокруг диэлектрического контура вокруг полосков, для обеспечения земляного контакт по полю СВЧ и устанавливают клеммы для вывода полосков. Отверстия для выводов формируют предварительно перед сборкой циркулятора.
Описание циркулятора доказывает достижение технического результата - уменьшение его габаритов, которое позволяет встраивать его в многослойные печатные платы. Дополнительным результатом является увеличение срока службы прибора за счет увеличения срока службы ферритов, которые в данной конструкции изолированы от воздействия окружающей среды, в частности от влаги, насыщение которой меняет его физические свойства и приводит к разрушению.