Х-ЦИРКУЛЯТОР СВЧ ДИАПАЗОНА

Заявляемая полезная модель относится к СВЧ - технике, а именно, к созданию СВЧ Х-циркуляторов, которые могут быть использованы 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 H01P 1/387), в состав которого входят намагниченные диски, полосковое Х-разветвление в виде круглого резонатора, к которому подключены четыре плеча со шлейфами. Его недостатком является большие габариты, что ограничивает его применение.
Известен ферритовый Х-циркулятор поверхностного монтажа, описанный в патенте US №6822524 (МПК H01P 1/38, H01P 1/387). Достоинством известного решения являются небольшие габариты, высокий коэффициент развязки, прочность. В этом циркуляторе полосковый элемент образован соединением 2-х полосковых структур Y-конфигурации, расположенных в одной плоскости, а металлическое основание, магнитные, ферритовые элементы конструкции, между которыми зажата полосковая структура, имеют овальную форму и имеют параметры, которые обеспечивают передачу энергии от входа к выходу последовательно из канала в канал с малыми потерями, и с затуханием - в обратном. Недостатком указанного устройства является использование в нем нестандартных деталей, изготавливаемых только для этого вида конструкции циркуляторов и, как следствие - усложнение и удорожание их производства.
Известен ферритовый Х-циркулятор СВЧ диапазона (RU148695U1), при построении которого использованы, главным образом, стандартные детали. Он содержит магнитное основание в форме овала с выступом, на котором смонтирована поглощающая согласованная нагрузка, полосковый элемент с четырьмя выступающими концами, состоящий из двух полосковых элементов Y-конфигурации, магнитно-ферритовую структуру, параметры которых обеспечивают передачу энергии от входа к выходу последовательно из канала в канал с малыми потерями, и с затуханием - в обратном, при этом магнитно-ферритовая структура выполнена в виде двух одинаковых магнитно-ферритовых структур, расположенных на металлическом основании, центр каждой из которых совпадают с центром соответствующего полоскового элемента Y-конфигурации.
Недостатком известного устройства, так же как и всех рассмотренных выше конструкций циркуляторов является сложность обеспечения повторяемости результатов при массовом изготовлении. Причина этого в том, что в процессе монтажа циркулятора на плате, в процессе которого выступающие концы должны быть соединены с другими элементами, параметры изделия меняются.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание ферритового Х-циркулятора поверхностного монтажа СВЧ диапазона, выполненного на основе стандартных деталей с жестко закрепленными полосками.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый Х-циркулятор СВЧ диапазона, так же, как и известный, содержит магнитное основание в форме овала с выступом, на котором смонтирована поглощающая согласованная нагрузка, полосковый элемент с четырьмя выступающими концами, состоящий из двух полосковых элементов Y-конфигурации, магнитно-ферритовую структуру, параметры которых обеспечивают передачу энергии от входа к выходу последовательно из канала в канал с малыми потерями, и с затуханием - в обратном, при этом магнитно-ферритовая структура выполнена в виде двух одинаковых магнитно-ферритовых структур, расположенных на металлическом основании, центр каждой из которых совпадают с центром соответствующего полоскового элемента Y-конфигурации. Но, в отличие от известного, в предлагаемом циркуляторе магнитное основание установлено на металлизированной с обеих сторон диэлектрической пластине со сквозными металлизированными отверстиями, причем пластина имеет овальную форму, снабжена четырьмя выступами, на которых выполнены с обеих сторон металлизированные площадки со сквозными металлизированными отверстиями, и на трех из которых закреплены соответственно три выступающих конца полоскового элемента, а четвертый соединен с поглощающей согласованной нагрузкой.
Достигаемый технический результат - увеличение повторяемости характеристик циркулятора при его массовом изготовлении. Повторяемость результатов обеспечивается за счет жесткого закрепления выступающих концов полосковой структуры в самом устройстве, которое приводит к устранению влияния процесса монтажа на параметры циркулятора. Металлизация диэлектрической пластины с двух сторон и сквозных отверстий обеспечивает магнитному диску электрическую связь с металлизированной поверхностью базовой платы, на которой монтируется циркулятор.
Совокупность признаков, сформулированная в пункте 2 формулы полезной модели, характеризует Х-циркулятор, в котором каждая из двух магнитно-ферритовых структур состоит из ферритового диска, установленного на магнитном основании, диэлектрического и магнитного дисков, причем полосковый элемент зажат между ферритовым и диэлектрическим дисками, а между ферритовыми дисками помещен диэлектрический элемент.
Выполнение феррита в виде двух дисков, разделенных диэлектриком, позволяет менять направление магнитного поля и, как следствие, менять местоположение каналов распространения сигналов, используя одни и те же детали. Для устранения резкого перепада волнового сопротивления при переходе от одного циркулятора к другому между ферритами установлен диэлектрический элемент.
Заявляемую полезную модель иллюстрируют:
фиг. 1 - схематическое поэлементное изображение циркулятора;
фиг. 2 - изображение сечения циркулятора в сборе;
фиг. 3 - изображение сечения циркулятора по линии полоскового элемента с полосками разводки;
фиг 4а и 4б - схемы работы циркулятора при разнонаправленных магнитных полях. Рассмотрим пример выполнения Х-циркулятора СВЧ диапазона.
На металлизированной с обеих сторон диэлектрической пластине 1 со сквозными металлизированными отверстиями закреплено металлическое основание 2 с выступом 3, на котором смонтирована поглощающая согласованная нагрузка 4. На основании размещена пара ферритовых дисков 5, отделенных друг от друга диэлектрическим элементом 6, а на ферритовых дисках размещен полосковый элемент 7 с четырьмя свободными концами, выполненный соединением двух полосковых структур Y-конфигурации. Полосковый элемент 7 зажат между ферритовыми 5 и диэлектрическими дисками 8, которые склеены с парой магнитных дисков 9. Один свободный конец полоскового элемента соединен с согласованной нагрузкой 4 (фиг. 3). Три свободных конца полоскового элемента соединены с тремя выступами 10, которыми снабжена диэлектрическая пластина 1. На выступах сформированы с обеих сторон контактные площадки и на них выполнены металлизированные сквозные отверстия. В собранном виде структура может быть залита в пластмассовый корпус (фиг. 2). Снаружи остаются выступы металлизированной пластины и концы полосковой структуры, закрепленные на контактных площадках выступов. Также остается открытой внешняя поверхность металлизированной пластины, которая должна контактировать с площадкой на плате, на которой будет установлен циркулятор. Открытые части диэлектрической пластины предназначены для механического и электрического контактов с внешним устройством. Таким образом, получена готовая структура, которая может быть установлена на базовой плате без проведения дополнительных монтажных работ, которые могли бы изменить настройку циркулятора.
Следует отметить, что практически все элементы, которые входят в состав рассматриваемого Х-циркулятора могут использоваться и для изготовления Y-циркулятора.
Рассмотрим работу Х-циркулятора (фиг. 3, 4а и 4б)
Прямая электромагнитная волна, распространяемая по микрополосковой лини передачи 11 внешнего устройства 12, собранного на подложк, поступает на вход циркулятора через полосок 13 полоскового элемента 7 и распространяется по нему до центральной части 14 элемента Y-конфигурации, служащего резонатором, где происходит сосредоточение электромагнитной энергии. Одна часть электромагнитной волны проходит по нижнему краю центра разветвления полосков в виде краевой волны и попадает на выход 15 циркулятора. Другая часть волны может образовывать в резонаторе стоячую волну и под влиянием части ферритового диска, намагниченного магнитной системой в центре разветвления полосков в поперечном направлении, поворачивается и выходит в полосок 15, где она дальше распространяется по микрополосковой линии передачи 16 внешнего устройства. Этот процесс протекает с малыми потерями. Обратная волна поступает в полосок 15 и, в соответствии с описанным выше механизмом, под влиянием намагниченности ферритового диска направляется в полосок 17, где она поступает на вход второго циркулятора, распространяясь по нему до центральной части 18 разветвления полосков, служащего резонатором, где происходит сосредоточение электромагнитной энергии. Одна часть энергии проходит по краю центра разветвления полосков в виде краевой волны и попадает на выход циркулятора 19. Другая часть волны может образовывать в резонаторе стоячую волну и под влиянием части ферритового диска, намагниченного магнитной системой в центральной части 18 в поперечном направлении, поворачивается и выходит в полосок 19, дальше распространяется по микрополосковой линии 20 внешнего устройства. Этот процесс происходит с малыми потерями. Обратная электромагнитная волна, поступающая в микрополосок 19, в соответствии с описанным выше механизмом намагниченности ферритового диска направляется в полосок 21 и в дальнейшем поглощается нагрузкой 3.
При изменении направленности магнитного поля принцип работы остается тот же, но меняются направления распространения сигналов. Для сравнения приведены схемы распространения сигналов при противоположных направлениях магнитного поля.
Описания Х-циркулятора и его работы показывает возможность осуществления полезной модели в том виде, как она охарактеризована в двух пунктах формулы и возможность реализации указанного назначения, а также достижение технического результата - обеспечение повторяемости параметров Х-циркуляторов при их массовом изготовлении.