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 магнитные 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 микрополосковый Х-циркулятор (US 5347241 МПК Н01Р 1/387), четыре порта которого образованы интеграцией двух трехпортовых циркуляторов, расположенных в разных плоскостях. Его габариты значительно меньшее, чем у рассмотренного выше, но его конструкция обеспечивает не достаточно высокий коэффициент развязки между смежными плечами.
Известен ферритовый Х-циркулятор поверхностного монтажа, описанный в патенте US №6822524 (МПК Н01Р 1/38, Н01Р 1/387), который является наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков. 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.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание ферритового Х-циркулятора поверхностного монтажа, большую часть комплектующих деталей которого составляют унифицированные детали.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый Х-циркулятор, так же, как и известный, содержит магнитное основание в форме овала с выступом, на котором смонтирована поглощающая согласованная нагрузка, полосковый элемент с четырьмя свободными 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. Но, в отличие от известного, в предлагаемом циркуляторе 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.
Достигаемым техническим результатом является увеличение использования унифицированных деталей при производстве ферритовых Х-циркуляторов поверхностного монтажа СВЧ диапазона, т.к. в предложенной конструкции могут быть использованы те же детали, что и в Y-циркуляторах, потребность в которых в промышленности выше.
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 3а и 3б - схемы работы циркулятора при разнонаправленных магнитных полях.
Рассмотрим пример выполнения ферритового Х-циркулятора СВЧ диапазона.
Циркулятор 1 состоит из магнитного основания 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 для устранения резкого перепада волнового сопротивления при переходе от одного циркулятора к другому при изменении направления магнитного поля. Диэлектрическая проницаемость материала элемента близка по значению с диэлектрической проницаемостью материала ферритовых дисков. 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 выступом 4 металлического основания, соединенного с сопротивлением нагрузки. Снаружи остаются концы полосковой структуры. Также остается открытой внешняя поверхность магнитного основания, которое должно контактировать с площадкой на плате, на которой будет установлен циркулятор. Открытые части диэлектрической пластины предназначены для механического и электрического контактов с внешним устройством.
Следует отметить, что практически все элементы, которые входят в состав рассматриваемого Х-циркулятора могут использоваться и для изготовления Y-циркулятора.
Рассмотрим работу Х-циркулятора.
Прямая электромагнитная волна, распространяемая по микрополосковой лини передачи 11 внешнего устройства, собранного на подложке 12, 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 работы Х-циркулятора и его работы доказывают достижение технического результата - увеличение количества использования унифицированных деталей в конструкции, которое упрощает производство изделия.