ФЕРРИТОВЫЙ СВЧ ЦИРКУЛЯТОР ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА

Заявляемая полезная модель относится к СВЧ-технике и может найти применение в качестве развязывающего устройства в связной аппаратуре.
Важным требованием к ферритовым СВЧ циркуляторам поверхностного монтажа является обеспечение производительности и простоты монтажа во внешнее устройство при низкой стоимости. В известных устройствах это требование не реализуется в полной мере.
Известны ферритовые СВЧ циркуляторы поверхностного монтажа, содержащие металлический корпус в котором расположено два ферритовых вкладыша, между которыми находится металлический полосок выполненный из тонкой металлической пластины с тремя отводами, которые служат входом/выходом СВЧ сигнала, магнитную систему и прикрепленную к нижней части корпуса диэлектрическую подложку для закрепления сигнальных контактов (см., например, патент США №4205281, кл. Н01Р 1/38, опубл. 27.05.1980 г. и патент США №7005937, кл. Н01Р 1/387, опубл. 28.02.2006 г.). Основным недостатком указанных конструкций является большое количество элементов, входящих в состав прибора и большие габариты, что влечет за собой высокую стоимость их изготовления.
Известны также микрополосковые ферритовые СВЧ циркуляторы (см., например, патент США №4918409, кл. Н01Р 1/387, опубл. 17.04.1990 г.), отличающиеся от упомянутых выше тем, что при построении прибора используется только один ферритовый вкладыш, для запитки сигнальных полосков используются внешние коаксиальные разъемы или во внешнем устройстве приходится делать отверстие, в диэлектрическом слое схемы для дальнейшего подключения циркулятора.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является микрополосковый ферритовый циркулятор по патенту США №4904965, кл. Н01Р 1/383, опубл. 17.02.1990 г. Этот циркулятор, выбранный в качестве прототипа, содержит: диэлектрическую подложку, на которой произведена разводка микрополосковых линий передачи; на поверхности которой находится ферритовая подложка, полосковая и магнитная структура циркулятора. Также на диэлектрической подложке могут размещаться другие элементы, такие как усилители, фильтры и т.д. Данная схема включения циркулятора в измерительный тракт позволяет повысить степень интеграции всего электронного блока. Однако существенным недостатком такого циркулятора является трудность его замены при выходе из строя из-за необходимости
«разварки» выходных полосков в месте соединительных перемычек. Также, проводники изготавливаются методом тонкопленочной технологии которая значительно удорожает циркулятор.
Целью заявляемой полезной модели является создание конструкции циркулятора поверхностного монтажа с наименьшей себестоимостью изготовления прибора и упрощения монтажа прибора во внешних устройствах. Эта цель достигается за счет изменения выбора и компоновки элементов прибора. Циркулятор выполняется минимум из пяти элементов скрепленных клеем: полосок и диски - ферритовый, металлический, фторопластовый, магнитный. Скомпонованный ферритовый СВЧ циркулятор поверхностного монтажа содержит цилиндрический металлический диск, на поверхности которого смонтирован ферритовый диск такого же диаметра, на котором размещается полосковая структура Y сочленения, при этом выходящие за пределы ферритового диска три полоска имеют две линии изгиба, первая плоскость изгиба направлена вдоль высоты ферритового диска на расстоянии от края диска кратном 0.25-0.75 толщины ферритового диска, вторая плоскость изгиба находится на уровне нижней кромки металлического диска и направлена от диска таким образом, чтобы обеспечить нижней поверхностью каждого полоска электрический контакт с внешним устройством; при этом над полосковой структурой размещен цилиндрический магнит с фторопластовой прокладкой, имеющий диаметр, совпадающий с диаметром ферритового диска. Электрический контакт металлического диска циркулятора и нижней поверхности каждого полоска обеспечивают пайкой.
Предлагаемая конструкция ферритового СВЧ циркулятора может быть также залита в пластмассовый корпус. При этом открытой остается только поверхность на которую выходят полоски и нижняя поверхность металлического диска для обеспечения электрического контакта с внешним устройством. Подобное решение делает конструкцию максимально прочной.
Технический результат предлагаемой модели заключается как в упрощении изготовления элементов циркулятора и их сборки, так и в упрощении монтажа прибора на внешней плате, что в целом обеспечивает уменьшение себестоимости готовых изделий.
Достижение указанного технического результата определяется несколькими взаимосвязанными факторами. Элементы циркулятора (магнит, металлический диск, полосковый элемент) выполнены одного диаметра и легко собираются в заданном порядке в законченную конструкцию. Благодаря системе загнутых полосков удается легко сориентировать, закрепить и обеспечить необходимый электрический контакт прибора с микрополосковыми линиями передачи внешнего устройства.
Заявляемую полезную модель иллюстрируют:
Фиг.1 - схематическое поэлементное изображение циркулятора;
Фиг.2 - изображение циркулятора в сборе и диэлектрической платы с линиями передачи до момента крепления;
Фиг.3 - схема соединения полосков Y сочленения с микрополосковыми линиями передачи внешнего устройства.
Циркулятор поверхностного монтажа представленный на фиг.1 содержит: металлический диск 1; ферритовый диск 2; полосковую структуру 3; фторопластовую прокладку 4 и магнитный диск 5. Металлический диск 1, играющий роль заземляющей поверхности, вместе с магнитным диском 5 и фторопластовой прокладкой 4 исполняют роль магнитной системы. 6 и 7 соответственно первая и вторая плоскости изгиба каждого полоска.
Циркулятор монтируется во внешнее устройство (фиг.2), состоящее из: диэлектрика 8, металлизированного с обратной стороны, на котором располагаются микрополосковые линии передачи 9, 10, 11 с волновым сопротивлением 50 Ом и металлическую поверхность 12, которая заземлена через сквозные металлизированные отверстия 13. Между линиями передачи 9, 10, 11 и металлизацией 12 выполнены зазоры, шириной 0.25-0.75 толщины ферритового диска. При монтаже устройства нижняя поверхность второй плоскости изгиба каждого полоска, находящаяся на уровне нижней кромки металлического диска 1, соединяется путем пайки с соответствующей микрополосковой линией передачи внешнего устройства, металлический диск 1 с металлической поверхностью 12.
Циркулятор изображенный на фиг.3 работает следующим образом.
Прямая электромагнитная волна, распространяема по микрополосковой линии передачи 11 внешнего устройства, собранного на диэлектрической подложке 8, поступает на вход циркулятора (полосок 14) и распространяется по нему до центральной части 15 разветвления полосков, 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 циркулятора 16. Другая часть волны может образовывать в резонаторе стоячую волну и под влиянием части ферритового диска, намагниченного магнитной системой в центре разветвления полосков 14, 16 и 17 в поперечном направлении, поворачивается так, что выходит в полосок 16, где она дальше распространяется по микрополосковой линии передачи 9 внешнего устройства. Этот процесс протекает с малыми потерями. Обратная электромагнитная волна поступает в полосок 16 и в соответствии с описанным выше
механизмом под влиянием намагниченности ферритового диска направляется в полосок 17, где она дальше распространяется по микрополосковой линии передачи 10 внешнего устройства. 18, 19 согласующие элементы полосковой структуры.
В опытном образце полезной модели использован ферритовый диск диаметром 12.5 мм и толщиной 1 мм из материала 40 сч6. Магнит диаметром 12.5 мм толщиной 2.5 мм. Металлический диск диаметром 12.5 мм, толщиной 0.5 мм из стали покрытой серебром. Полосок выполнен из бронзовой фольги толщиной 0.12 мм покрытый серебром. Все элементы скреплены между собой эпоксидным клеем.
Предлагаемое устройство, при комнатной температуре, по результатам измерений показало следующие параметры: центральная частота 3.5 ГГц, ширина полосы 17%; Потери ≤0.5 дБ; КСВ ≤1.25; Развязка ≥20 дБ.