ВОЛНОВОДНЫЙ ФЕРРИТОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ С МАГНИТНОЙ ПАМЯТЬЮ
WAVEGUIDE FERRITE SWITCH WITH MAGNETIC MEMORY

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к развязывающим устройствам миллиметрового диапазона длин волн и может быть использовано в качестве функционального узла в приемо-передающих трактах радиотехнических систем как коммутирующее устройство, а также, для развязки источника сигнала от нагрузки.
Известна конструкция переключателя с магнитной памятью (В.Н. Боголюбов, А.В. Ескин, С.Б. Карбовский. Управляемые ферритовые устройства СВЧ. Изд-во: «Советское радио», 1982 г., стр. 48-49, рис. 30), содержащие симметричное волноводное Y-разветвление в Н-плоскости, Y-образный ферритовый вкладыш, управляющие провода, проложенные в каналах ферритового вкладыша, диэлектрические вкладыши в центре Y-разветвления и в каждом плече устройства. Недостатками данного устройства являются - низкая технологичность, вследствие сложности изготовления и контроля при изготовлении геометрических размеров центральной части Y-образного ферритового вкладыша, что приводит к повышенным затратам трудовых ресурсов на регулировку подобных устройств и необходимости введения в конструкцию переключателя дополнительных согласующих элементов.
Известен также М-плечий переключатель (патент SU №1775768 А1, МКИ: Н01Р 1/38, опубликован 15.11.1992) с М-разветвлением прямоугольных волноводов, выполненное в виде запредельных волноводов, содержащий магнитную систему и М ферритовых элементов. Магнитная система выполнена из постоянного магнита и М катушек перемагничивания с магнитными сердечниками памяти, каждая из которых управляет одним ферритовым элементом. Недостатками данного устройства являются конструктивная сложность из-за необходимости размещения с высокой точностью ферритовых элементов относительно друг друга на расстоянии кратном четверти длины волны и симметрично относительно центра М-разветвления волновода, сложная магнитная система с постоянным магнитом и катушками с раздельным управлением, каждая из которых связана с соответствующим ферритовым элементом, а также ограниченные возможности передачи сигналов между плечами. В переключателе передача сигнала из одного плеча в другое, например, из плеча 1 в плечо 2, осуществляется за счет создания одинаковой намагниченности ферритовых элементов импульсом тока определенной полярности в катушках при одновременном намагничивании магнитных сердечников памяти, которые необходимы для создания магнитного потока из-за разомкнутых магнитных цепей, вокруг которых расположены катушки, что требует значительной мощности импульса перемагничивания и снижает время переключения. При этом необходимо одновременно также подавать импульсы тока обратной полярности на остальные катушки для запирания других каналов, что тоже требует расхода энергии и применения сложной электрической схемы управления. Кроме того, постоянное поле смещения от магнита, определяющее начальное нерабочее состояние ферритовых элементов, не позволяет осуществить намагничивание ферритового элемента таким образом, чтобы осуществить обратную передачу сигнала, например, из плеча 2 в плечо 1.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности является Y-циркулятор (патент RU №2601278, МКИ: Н01Р 1/38, опубликован 27.10.2016) с симметричным трехплечным волноводным Y-разветвлением в Н-плоскости, три ферритовых вкладыша, состоящих из двух ферритовых призм каждый, и магнитную систему. Недостатками данного устройства являются низкая технологичность из-за необходимости размещения с высокой точностью нескольких ферритовых призм относительно друг друга и центра Y-разветвления одновременно на двух широких сторонах волновода; необходимости обеспечения однородного намагничивания всех ферритовых призм, расположенных на некотором расстоянии друг от друга; применения шести ферритовых призм. В процессе размерной обработки ферритовых призм имеется высокая вероятность возникновения сколов на острых кромках, что в конечном итоге приводит к ухудшению электрических характеристик устройства. Описанное устройство принято за прототип изобретения.
Техническим результатом изобретения является упрощение и повышение технологичности конструкции ферритового волноводного переключателя с магнитной памятью, в котором применяется ферритовый вкладыш, за счет упрощения магнитной системы, реализуемой с помощью единой управляющей обмотки, снижения затрат на изготовление ферритового вкладыша и на регулировку вследствие относительно простой конфигурации ферритовых элементов, составляющих ферритовый вкладыш, и высокой повторяемости их размеров.
Технический результат достигается тем, что в ферритовом волноводном переключателе с магнитной памятью, содержащем волноводное разветвление, в центре которого между диэлектрическими прокладками расположен ферритовый вкладыш с управляющей обмоткой, ферритовый вкладыш состоит из примыкающих вплотную друг другу одинаковых ферритовых элементов, число которых соответствует числу плеч устройства и в каждом из которых имеется отверстие для управляющей обмотки, представляющих собой в плане выпуклый пятиугольник, образованный из прямоугольника, в котором одна из коротких сторон заменена на ломаную линию из двух равных отрезков.
На фиг. 1 изображен ферритовый элемент: на фиг. 1 (а) - сечение элемента, на фиг. 1 (б) - вид сбоку.
На фиг. 2 представлены конструкции Y - (фиг. 2 (а)) и Х - (фиг. 2 (б)) ферритовых волноводных переключателей с магнитной памятью, где 1 - волноводное разветвление, 2 - ферритовые элементы, 3 - диэлектрические прокладки, 4 - управляющая обмотка.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в ферритовом волноводном переключателе с магнитной памятью, содержащем Y - (фиг. 2 (а)) или Х - (фиг. 2 (б)) волноводное разветвление 1, диэлектрические прокладки 3, между которых установлен ферритовый вкладыш, состоящий из трех (фиг. 2 (а)) или четырех (фиг. 2 (а)) одинаковых ферритовых элементов (фиг. 1). Управляющая обмотка 4, которая может быть выполнена в виде одиночного витка, проложена сквозь отверстия в ферритовых элементах 2. Величина угла а зависит от типа волноводного разветвления 1 и составляет для Y-разветвления 120°, а для Х-разветвления 90°. Ферритовый вкладыш, состоящий из одинаковых ферритовых элементов, позволяет существенно повысить технологичность изготовления переключателя благодаря повышению процента выхода годных ферритовых элементов, так как у ферритового элемента имеется только одна острая грань и брак при изготовлении одного элемента не влечет отбраковку других элементов, при реализации принципа группового изготовления стыкуемых частей. Поскольку элементы, образующие в дальнейшем ферритовый элемент переключателя, одинаковы в плане, возможно изготовление стержня требуемого профиля, выполнение в нем требуемых отверстий с последующей резкой стержня на равные части. Конструкция ферритового элемента (фиг. 1) реализует замкнутую магнитную цепь постоянного сечения, что положительно сказывается на электрических параметрах переключателя из-за равномерного намагничивания ферритового элемента. Кроме того, составной ферритовый вкладыш, состоящий из примыкающих вплотную друг другу одинаковых ферритовых элементов, существенно проще разместить с высокой точностью в центре волноводного разветвления по сравнению с симметричным размещением нескольких ферритовых элементов на некотором удалении от центра.
Работает волноводный ферритовый переключатель с магнитной памятью следующим образом. В случае намагничивания ферритового элемента импульсом тока определенной полярности передача входных электромагнитных волн в полосе рабочих частот переключателя будет осуществлена, например, из плеча 1 в плечо 2, при этом плечо 3 будет «развязано». Передача входных электромагнитных волн в полосе рабочих частот будет осуществлена из плеча 2 в плечо 3, при этом в плечо 1 электромагнитная волна не поступает, из плеча 3 в плечо 1, при этом в плечо 2 электромагнитная волна не поступает. При намагничивании ферритового элемента импульсом тока обратной полярности передача входных электромагнитных волн в полосе рабочих частот будет осуществлена из плеча 1 в плечо 3, из плеча 3 в плечо 2, из плеча 2 в плечо 1, при этом плечи 2, 1, 3 будут, соответственно, развязаны.
Экспериментальные исследования показали, что волноводный ферритовый переключатель с магнитной памятью с ферритовым вкладышем, состоящим из нескольких одинаковых ферритовых элементов, полностью работоспособен и имеет электрические параметры не хуже, чем у известных переключателей с ферритовыми Y-образными ферритовыми элементами. Применение составного ферритового элемента в ферритовых волноводных переключателях с магнитной памятью позволяет существенно снизить затраты на изготовление переключателей за счет упрощения технологии изготовления ферритовых элементов, упростить их регулировку за счет обеспечения более высокой точности размеров ферритовых элементов при их изготовлении.
Для промышленной реализации предлагаемого ферритового волноводного переключателя с магнитной памятью могут быть использованы известные средства и методы, применяемые для изготовления ферритовых волноводных переключателей.