ФЕРРИТОВЫЙ ЦИРКУЛЯТОР СВЧ ДИАПАЗОНА

Заявляемая полезная модель относится к СВЧ-технике и может найти применение в качестве развязывающего устройства в связной аппаратуре.
Известен ферритовый СВЧ циркулятор (US, патент №4205281, МПК Н01Р 1/38), содержащий металлический корпус, в котором расположены два ферритовых вкладыша, между которыми находится металлический полосок, выполненный из тонкой металлической пластины с тремя отводами, которые служат входом и выходом СВЧ сигнала, магнитную систему и прикрепленную к нижней части корпуса диэлектрическую подложку для закрепления сигнальных контактов. Недостатком рассматриваемого устройства является большие габариты.
Значительно меньшие габариты имеет ферритовый СВЧ циркулятор поверхностного монтажа, описанный в патенте РФ №69326 МПК Н01Р 1/39. Этот циркулятор содержит последовательно установленные друг на друге металлический диск, ферритовый диск, полосковую структуру, диэлектрический диск и магнитный. Все элементы склеены с соседними элементами. В собранном виде структура может быть залита в пластмассовый корпус, из которого выступают концы полосковой структуры и остается открытой поверхность металлического диска, которая должна контактировать с площадкой на плате, на которой будет установлен циркулятор. Выступающие концы полоской структуры также должны иметь электрический контакт с разводкой на плате для подключения к внешнему устройству. Для этого они должны иметь две линии сгиба - одну, обеспечивающую образование контактной площадки на плате, а второй сгиб обеспечивает направление полоска в сторону платы. Достоинством устройства является его простота и легкость сборки. Недостатком являются большие габариты устройства, которые ограничивают его использование в современной электронной аппаратуре.
Также небольшие габариты имеет ферритовый циркулятор поверхностного монтажа, описанный в патенте РФ №142369 МПК Н01Р 1/39. Он содержит последовательно установленные друг на друге металлический диск, ферритовый диск, полосковую структуру Y-конфигурации, диэлектрический диск и магнитный диск. Все соседние элементы склеены друг с другом, а положение центров дисков совпадает с положением центра полосковой структуры. По совокупности существенных признаков он является наиболее близким к предлагаемому устройству.
Рассмотренные выше ферритовые устройства используются как навесные элементы или как циркуляторы поверхностного монтажа. Основным недостатком, ограничивающим их использование, являются большие габариты. В результате габариты узлов и модулей во многом определяются именно габаритами циркуляторов, что ограничивает их применение 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 циркулятора для интеграции его с другими элементами многослойной печатной платы.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый ферритовый циркулятор СВЧ диапазона, также, как и известный, содержит блок полосковой структуры, включающий в себя полосковый элемент Y-конфигурации, магнитную и ферритовую структуры, в которых магниты и феррит выполнены в виде дисков, центры которых совпадают с центром полоскового элемента, а их свойства обеспечивают передачу энергии от входа к выходу с малыми потерями в одном направлении и с затуханием - в обратном. Но, в отличие от известного, в предлагаемом ферритовом циркуляторе все структуры выполнены на склеенных последовательно друг с другом слоях диэлектрического ламината, причем блок полосковой структуры включает в себя слой ламината, металлизированный с двух сторон, на одной из которых сформирована полосковая структура с диэлектрическим контуром вокруг полосков, а на другой стороне сформированы выводы полосков с диэлектрическим контуром вокруг них, при этом сторона с выводами полосков закрыта слоем ламината, на внешней стороне которого расположен первый магнит, а в самом слое выполнены вырезы, открывающие выводы полосков, с другой стороны блока полосковой структуры расположен слой ламината с ферритом, установленным в позиционирующем его отверстии, другая сторона которого граничит со слоем ламината, на внешней стороне которого установлен второй магнит, а через все слои проходят отверстия, образующие контур вокруг диэлектрического контура полосков и выводов 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, сформулированных в п. 2 формулы полезной модели, характеризует ферритовый циркулятор, в котором слои ламината с магнитами выполнены металлизированными с двух сторон с участками диэлектрика, отделяющими магнит от металлизации.
Достигаемым техническим результатом является увеличение механической прочности структуры, так как металлизация увеличивает жесткость внешних слоев циркулятора.
Заявляемую полезную модель иллюстрируют фиг. 1 и 2 с поэлементным изображением циркулятора с двух сторон перед операцией прессования.
Рассмотрим пример выполнения ферритового циркулятора СВЧ диапазона.
Циркулятор содержит полосковую структуру Y-конфигурации, которая сформирована на металлизированной стороне диэлектрического слоя 1 ламината. Вокруг полосков 2 структуры часть металлизации выбрана и образован диэлектрический контур 3. На второй металлизированной стороне слоя 1 (фиг. 2) сформированы выводы полосков 4 с диэлектрическим контуром вокруг них 5. Эта сторона закрыта слоем 6 ламината, с внешней стороны которого установлен первый магнит 7. В этом слое выполнены вырезы, открывающие доступ к выводам полосков для дальнейшего их подсоединения к другим элементам схемы. Слой 7 может быть металлизирован с двух сторон для придания ему жесткости, которой сами слои ламината обладают ею не в достаточной степени. В этом случае делается выборка 8 в металлизации для магнита для его изоляции от нее. Сторона слоя 1 со сформированной полосковой структурой 2 (фиг. 1) соединена со слоем 9, в позиционирующем отверстии которого установлен ферритовый диск 10, центр которого совпадает с центром полосковой структуры. Этот слой закрыт слоем ламината 11, на внешней стороне которого установлен второй магнит 7. Центры обоих магнитных дисков совпадают с центром полосковой структуры. Желательно оба внешних диска 6 и 11 металлизировать с обеих сторон для придания готовой структуре жесткости, но с выполнением выборки металла для магнитов. Во всех слоях выполнены совмещенные сквозные отверстия вокруг диэлектрического контура полосков и их выводов для обеспечения земляного контакта СВЧ поля.
В процессе сборки между каждым слоем ламината прокладывают очень тонкий слой клеящего материала - препрега. Его толщина до прессования составляет 0. 038 мм.
При изготовлении циркулятора применялись распространенные материалы, которые используются для изготовления современных печатных плат, толщиной менее 3,5 мм, в частности, использовались ламинаты на основе композитных материалов PTFE серии RO3000 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 и 2, накладывается слой клеящего материала препрега с отверстиями для ферритового диска, 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 и их выводов.
Полученные электрические характеристики рассмотренного примера выполнения циркулятора соответствуют характеристикам навесных циркуляторов, в том числе поверхностного монтажа. В частотном диапазоне 9-9,5 ГГц прямые потери составляют не более 0,6-0,7 дБ (в зависимости от заданного температурного диапазона), а обратные потери не менее 20-18дБ, мощность 2 Вт.
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.