Kirsanov Yuri Alexandrovich
PO Radiy, Moscova
Articolul propune mărirea pierderii de întoarcere a izolatorului cu ferită de microunde cu ferită de undă printr-o soluție simplă de proiectare. Izolatorul are o bandă de frecvență de operare în bandă K de 25%, o pierdere de inserție de cel mult 0,4 dB, pierderea de întoarcere este mai mare de 80 dB, adică atitudinea nereciproată nu este mai mică de 200. O justificare fizică pentru selectarea elementelor structurale ale dispozitivului. Acest articol este destinat inginerilor care lucrează în domeniul dispozitivelor non-reciproce cu ferită cu microunde.
tehnologie cu microunde cu ferită; ferită cu microunde; nereciprocă; sistem magnetic; o supapă cu ghid de undă; pierdere de inserție; inversare atenuare; ferită de ferită.
tehnica ferită cu microunde; Izolator cu ferită cu microunde; nonreciprocal; sistem magnetic; ghid de undă izolator; pierdere de inserție; pierderi de returnare; inserție ferită.
Dispozitivele de decuplare cu ferită care funcționează pe un val de ferită de suprafață (PFC) sunt bine cunoscute și descrise în literatură [3]. Aceste dispozitive au o atenuare inversă relativ mare, a cărei valoare este de aproximativ 30 dB cu o pierdere de inserție de 0,5 ... 0,6 dB. Cu toate acestea, dezvoltarea tehnologiei cu microunde face din ce în ce mai mari cerințe privind parametrii electrici ai dispozitivelor de decuplare.
Creșterea amortizării inverse realizat prin cascadă de dispozitive cunoscute crește pierderea de inserție și dimensiunile circuitului de microunde ca întreg. Deficiențele semnalate devin semnificative atunci când se creează dispozitive cu microunde cu dimensiuni reduse, cu un raport crescut al randamentului și pierderilor directe.
În această lucrare, prezentăm o schemă constructivă, principiul de funcționare și rezultatele unui studiu experimental al unui ghid de undă cu microunde cu o magnitudine gigantică a atenuării inverse. Investigațiile au fost efectuate în două intervale de frecvență: KU (secțiunea transversală a ghidului de undă 17X4 mm2) și K (secțiunea ghidului de undă 13X3.2 mm2). Raportul între pierderile directe și pierderile directe este de cel puțin 85 dB / 0,4 dB, adică. pe magnitudinea atenuării inverse, acest dispozitiv depășește cu mai mult de 50 dB filtrele de ferită cu microunde cunoscute.
II. Baza fizică pentru construirea unei supape cu microunde cu un raport ridicat al randamentului și pierderilor directe.
În centrul construcției unei supape de ferită cu microunde pe PFC cu un raport ridicat al randamentului și pierderilor directe, se află următoarele premise fizice.
1. distribuția amplitudinii antisymmetrical a componentei electrice a câmpului de microunde în secțiunea PPV transversală a ghidului de undă, de-a lungul pereților înguste, care sunt dispuse transversal magnetizate în direcții opuse dreptunghiulare de ferită insereaza Fig.1, [15].
Aceasta permite distribuția câmpului de microunde de-a lungul axei waveguide incluse în E-planul plăcii de metal subțire, provocând aproape nici o perturbație a domeniului PPV și în același timp, reflectă volumetrica tipul de undă H10 (Fig.2) [4]. E-planar perete electric (placă de oțel conform revendicării 1, pic2) separarea segmentului waveguide în două canale waveguide paralel îmbunătățește în mod substanțial efectul valorii nereciprocă limitative.
2. Ferriții în decuplarea dispozitivelor cu microunde au adesea forma de cilindri sau plăci dreptunghiulare. Datorită formei non-elipsoidice a probelor de ferită într-un câmp magnetic exterior uniform, câmpul magnetic intern din ferită nu este uniform. Distribuția neomogenă plumb magnetizare la excitarea undelor magnetostatice în tipul de ferită (MCB) Figura 3 [13].
Pentru direcția directă a propagării energiei, aceste oscilații sunt parazitare; selectați energia din VFV și intervalul de frecvență al acestora acoperă parțial intervalul de frecvență al existenței PFC. Prin urmare, excitarea MSW conduce la o creștere a amortizării directe introduse și la o îngustare a benzii de frecvență de lucru a porții.
Figura 4 (a) prezintă schematic distribuția calitativă a componentei Hz a câmpului magnetic constant constant de-a lungul și peste placa ferită dreptunghiulară într-un câmp magnetic exterior uniform.
Este posibil să se elimine influența negativă a MSW prin reducerea neomogenității magnetice interne de-a lungul graniței longitudinale de ferită-aer, de-a lungul căreia VFR se propagă în direcția înainte. Acest lucru se realizează prin utilizarea unui magnet în formă de pană (figura 4b), [5]. Figura 5 prezintă distribuția calitativă a componentei Hz a câmpului magnetic constant constant de-a lungul (1) și peste (2) plăcii de ferită în câmpul unui magnet în formă de pană.
Experimentul a arătat că aproximativ aceeași distribuție a câmpului magnetic intern poate fi obținut într-un mod mai simplu - ușor deplasat magneți în direcția transversală a carcasei (sau unul de altul). Amploarea deplasării este determinată experimental și pentru 2 cm din gama de lungimi de undă nu este mai mică de 0,2 din lățimea feritei. Forma de pană a magnetului sau o ușoară deplasare a magneților în direcția transversală a dispozitivului, pe de o parte, elimină condițiile de excitație ale RSU la frontiera „ferita-aer“, de-a lungul care se extinde PPV în direcția înainte, iar pe de altă parte - nu împiedică excitarea RSU la frontieră „ferită de metal ", De-a lungul căreia PFC se descompune, propagând în direcția opusă. Experiența arată că amploarea atenuării pe unitatea de lungime în direcția inversă a PPV și descrește nivelul semnalului reflectat poate fi crescută în mod semnificativ în cazul în care limita „ferita-metal“ schimba direcția de magnetizare a feritei într-o transversal vertical transversală orizontală. Schimbarea direcției de magnetizare de-a lungul graniței cu răspândirea PPV atenuare creează condiții pentru o transformare mai eficientă a PPV într-un spin descompunere rapid și tipuri magnetostatice de valuri. O schemă constructivă este dată în [6], ceea ce face posibilă furnizarea acestei condiții. Figura 6 prezintă secțiunea transversală a diagramei structurale a unui astfel de dispozitiv.
Pe suprafețele laterale exterioare ale magneților dreptunghiului (punctul 2), plăcile dreptunghiulare de material magnetic sunt deplasabile de-a lungul axei transversale (punctul 3). Axa longitudinală este paralelă cu axa plăcilor waveguide, iar suprafața laterală exterioară a magnetului și suprafețele laterale ale inserțiilor de ferită dreptunghiulare cu care se confruntă pereții înguști ai waveguide, aranjate într-un singur plan. Lungimea fiecărei plăci (poziția 3) este egală cu lungimea căptușelii de ferită, iar grosimea "# 8710" este aleasă în [6]:
unde: este câmpul magnetic extern orientat de-a lungul axei Z, (e);
Interpretarea fizică a acestei metode este după cum urmează. Datorită magnetizarea interne neomogenă a plăcii de ferită, datorită factorilor demagnetizare formă dreptunghiulară ferită, domeniul de frecvență al existenței parazitare MRV în vrac, așa cum sa menționat deja mai sus, acoperă parțial gama de frecvențe de existență PPV. Când a introdus între ferită și planul de ecranare al diferenței, există o îngustare a benzii de frecvență a existenței în vrac RSU datorită dispariției MSW cu numere de undă mari. Spectrul MSW se deplasează la domeniul de frecvență sub domeniul de frecvență al PFC. Spectrul de MRV fenomen compensat în funcție de grosimea diferenței de dielectric între excitatoare și ferită descris în detaliu în [1]. Decalaj de la UTC domeniul de frecvență contrafăcut existenței PPV reduce pierderile electromagnetice și de a crește lățimea de bandă de funcționare a cuptorului cu microunde - robinet.
4. Metodele de mai sus [5], [6], [7] creșterea atenuării inverse și reduce pierderea de inserție a electromagnetice au mecanism de acțiune diferit asupra spectrului parazitare RSU și, prin urmare, complementare. Practica a demonstrat că aceste tehnici pot fi utilizate cu succes nu numai în construcția de dispozitive de ferita de lucru pe PPV, dar și în proiectarea de dispozitive de ferită nereciproce care operează pe fluctuațiile volumetrice în ferită [8].
Diametrul pinului este λ0 / 8, unde λ0 este lungimea de undă centrală a intervalului de lungime de undă de operare în spațiul liber. Diferența dintre capătul cuiului și peretele lat opus al segmentului waveguide este selectat astfel de software la frecvența centrală a domeniului de lucru al convertorului rezonant serie. Convertorul funcționează după cum urmează. Când excitat segment waveguide H10 val de energie datorită circuitului de rezonanță în serie format dintr-un decalaj punte manșon metalic și localizat în elementul reactiv. Proximitatea elementului reactiv la suprafața de ferită asigură un segment puternic de cuplare waveguide electromagnetic cu o inserție de ferită. Echivalența cu microunde densitatea de curent în elementul reactiv și structura câmpului de lucru de tip val (PPV) din ferita permite transformarea undei H10 în coeficient de transmisie ridicat PPV. Astfel, dimensiunea redusă a bolțului de metal, de potrivire densitatea curentului de microunde în bucla cu câmpul din PPV elementul de ferită și apropierea de suprafața știftului, care se extinde de-a lungul FGP, provoacă reducerea pierderilor electromagnetice și extinderea lățimii de bandă de operare traductorul val H10 in PPV. Evident, acest convertor poate fi folosit nu numai la porțile cu microunde pe VFV, ci și în majoritatea absolută a dispozitivelor de ferită pe PFC. Cu titlu de exemplu, în Fig.9 și Fig.10 arată utilizarea undei descris convertor 4 plechnom waveguide circulatorul în divizorul nonreciprocal waveguide cu distribuție de putere neuniformă. Ambele dispozitive funcționează pe PFC.
6. Utilizarea efectului dielectric într-un ghid de undă cu două straturi de ferită magnetizate în direcții opuse. Se știe [14] că în unele cazuri între plăcile de ferită din interiorul ghidului de undă există o undă plană aproape ideală (a se vedea figura 11).
Dispozitivul este alcătuit dintr-un segment dreptunghiular waveguide (1), două identice inserție de ferită dreptunghiulară (2) și un plăci de metal identice (3), adiacente înguste suprafețele laterale exterioare ale inserțiilor de ferită. Lungimea plăcilor metalice (Lm) este selectată din starea:
unde: Lf - lungimea căptușelilor de ferită;
λ0 este lungimea de undă centrală a intervalului de lungime de undă de operare în spațiul liber.
Distanța (d) de la placa metalică până la peretele îngust al ghidului de undă este selectată din starea:
Prezența a două straturi metalice amplasate longitudinal în secțiunea normală a waveguide în regiunea câmpului electric maxim invers PPV, waveguide se divide în trei straturi exorbitant paralele. Acest lucru face posibilă transformarea undelor H10 înapoi într-un val de tip H30 mai înalt. având în comparație cu feedback-ul de tip inferior val de înmulțire în waveguide cu o căptușeală de ferită de trei ori inversa atenuarea pe unitatea de lungime (cel puțin 90 dB / cm).
inserțiile Localizare ferita în regiunea 0,1 λ0 ÷ 0,2 λ0 din pereții înguști ai waveguide permite să formeze feritele între semnalul de propagare directă, un val de avion, care are cea mai mare parte a energiei se raspandeste este ferită, ceea ce permite, la o atenuare inversă substanțial mai mare, suficientă pentru a reține un nivel scăzut de atenuare liniară directă (nu mai mult de 0,5 dB / cm). Rețineți că supapa cu microunde, executată în conformitate cu schema descrisă, are un raport de valvă de cel puțin 180.
III. Circuit constructiv și caracteristicile electrice ale supapei cu microunde cu un efect gigant nereciproc.
Figura 13 prezintă diagrama constructivă a dispozitivului. Ventilul conține o secțiune dreptunghiulară a unui ghid de undă exterior, de-a lungul căreia pereții îngustați sunt lipiți dreptunghiulare magnetizate încrucișat în părțile opuse ale căptușelilor de ferită. Pe axa secțiunii ghidului de undă în planul E, între inserțiile de ferită este inclusă o placă metalică conectată galvanic la pereții largi ai ghidului de undă. Lungimea plăcii este mai mică decât lungimea inserțiilor de ferită cu o valoare λ0 / 4, unde λ0 este lungimea de undă centrală a intervalului de lungime de undă de operare în spațiul liber. Între căptușelile de ferită și unul dintre pereții largi ai ghidului de undă există un spațiu de aer, a cărui valoare este determinată în conformitate cu punctul 3 (a se vedea mai sus). Transformarea H10 undă în PPV (și înapoi), precum și coordonarea cu linia normală a secțiunii waveguide prin intermediul tipurilor convertizoare de valuri, constând din știfturi metalice cu adâncimea reglabilă de imersie și transformator val sfert.
Doi pini diametru λ0 / 8 sunt dispuse în planul capetele inserțiilor de ferită, de suprafață ating ferită și un - diametru λ0 / 16 situate de-a lungul axei waveguide rsstoyanii λ0 / 8 din planul fețelor de capăt ale feritei. Pentru a asigura o prejudecată locală de frontieră orizontală „ferita-metal“ și stabilizarea termică simultană a parametrilor electrici ai dispozitivului folosind magnetic N32H6YU placă de aliaj. Lungimea, lățimea și grosimea plăcilor au fost determinate în conformitate cu paragraful 2 (vezi mai sus) și au fost egale cu lungimea și înălțimea magneților, respectiv cu grosimea de 1,2 mm.
În semnalul de direcție inversă suferă de atenuare severă, datorită comutarea între inserțiile de ferită în placa de metal E-plan (vezi. Cererea de mai sus 1), precum și administrarea de ferita orizontala magnetizare de delimitare locală prin „ferita-metal“ (vezi. De mai sus alin. 2) . Comparativ cu dispozitivele cunoscute de valoare PPV pe unitatea de lungime de pe atenuarea inversă, în acest caz, atinge o valoare mai mare într-o bandă largă de frecvență.
Setările instrumentului structural pentru Ku - și intervalele de lungimi de undă K- sunt, respectiv: ferita de saturație magnetizare 4800 gauss (timbru de ferită 1SCH-4), câmpul magnetizare interior de 2500 Oe și 3000 Oe (magnet Brand COP-37); dimensiunile inserțiilor de ferită sunt de 10x4x0,9 mm și 10x3x0,95 mm; marca de clei care a fixat plăcile de ferită de-a lungul zidurilor înguste ale ghidului de undă, VT-25-200. Toleranțele pentru înălțimea corpului, grosimea plăcilor de ferită și cusătura de lipit sunt determinate din condiția asigurării distanței garantate de mai sus între ferită și capac. Dimensiunile plăcilor metalice situate în planul E între inserțiile de ferită sunt: 5x1x0,75mm și 6x1x0,7mm; decalajul dintre căptușelile de ferită și peretele larg al ghidului de undă este de 0,1 și de 0,5 mm.
Figura 14 prezintă parametrii electrici ai instrumentelor.
Poarta banda Ku a lungimilor de undă în banda de frecvență # 8710; f / f0 = 15% are un VSWR nu mai mare de 1,2; atenuarea directă αpr nu este mai mare de 0,4 dB; atenuarea spatelui nu este mai mică de 85 dB; intervalul de temperaturi de funcționare de la -60 la +85 0 C; dimensiunile globale sunt 31x27x23 mm.
Poarta benzii K a lungimilor de undă în banda de frecvență # 8710; f / f0 = 10% are un VSWR nu mai mare de 1,2; atenuarea directă αpr nu este mai mare de 0,4 dB; atenuarea întoarcerii α nu este mai mică de 85 dB; intervalul de temperaturi de funcționare de la -60 la +85 0 C; dimensiunile globale sunt de 25x25x22 mm.
Figura 15 prezintă aspectul porții cu microunde dezvoltate.
Valoarea dispozitivelor de relații supapelor dezvoltate nu este mai mică de 200, în timp ce pe scară largă cunoscute dispozitive de decuplare pe PPV această cifră este de aproape trei ori mai mic și 60.