Циркулятор

 

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот. Циркулятор содержит многоплечее волноводное разветвление в Н-плоскости, в центре которого установлены намагниченный ферритовый диск 2 и трансформирующий элемент 4, выполненный в виде усеченного проводящего конуса, большее основание которого расположено на широкой стенке волноводного разветвления и выполнено с диаметром D Ai/2 + + Аа/2 , равным диаметру ферритового диска . Меньшее его основание гальванически соединено с концом токонесущего проводника 6 отрезка микрополосковой линии передачи , размещенного в одном из плеч волноводного разветвления. Диаметр меньшего основания трансформирующего элемента 4 die равен Хг/2. В циркуляторе обеспечивается расширение эксплуатационных возможностей за счет использования его в волноводно-микрополосковых СВЧ- трактах, а также увеличение развязки. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспУБлик (si)s Н 01 P 1/387, 1/39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4804470/09 (22) 22.03.90 (46) 29.02.92. Бюл. гв 8 (71) Опытное конструкторское бюро при Мо- сковском заводе "Эра" (72) Ю.А.Кирсанов, Ю,К.Колоколов, В.С.Лесин, А.Н.Соколов и В.Н.Куликов (53) 621.372(088,8) (56) Патент CLUA М 4633199, кл. Н 01 P 1/39, опублик. 1986, (54) ЦИРКУЛЯТОР (57) Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот, Циркулятор содержит многоплечее волноводное разветвление в

Н-плоскости, в центре которого установле-. ны намагниченный ферритовый диск 2 и трансформирующий элемент 4, выполнен„„5U„„1716581 А1 ный в виде усеченного проводящего конуса, большее основание которого расположено на широкой стенке волноводного разветвления и выполнено с диаметром 0» =ib/2+

+ Аг/2, равным диаметру ферритового диска. Меньшее его основание гальванически соединено с концом токонесущего проводника 6 отрезка микрополосковой линии передачи, размещенного в одном из плеч волноводного разветвления. Диаметр меньшего основания трансформирующего элемента 4 d» равен Аг/2. В циркуляторе обеспечивается расширение эксплуатационных возможнбстей за счет использования его в волноводно-микрополосковых СВЧтрактах, а также увеличение развязки. 2 ил.

171 б581

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в качестве развязывающего устройства в приемно-передающих модулях СВЧ.

Известен трехплечий волноводный циркулятор СВЧ, содержащий поперечно намагниченный ферритовый диск и волноводное V-образное сочленение, Недостатком указанного волноводного циркулятора СВЧ являются ограниченные эксплуатационные возможности, Указанный циркулятор можно использовать только в волноводных СВЧ-трактах, а при использовании его в волноводно.-микрополосковых СВЧ-схемах необходимо подключать сравнительно громоздкие волноводно-микрополосковые СВЧ-переходы, что увеличивает габариты, ухудшает электрические параметры и ограничивает эксплуатацион,ные возможности прибора.

Наиболее близким к предлагаемому является циркулятрр, содержащий многоплечее волноводное разветвление в

Н-плоскости, в центре которого на одной из широких стенок установлен поперечно намагниченный ферритовый диск с трансформирующим элементом, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии ферритового диска.

Недостатки известного циркулятора обусловлены малой величиной развязки между каналами из-за того, что трансформирующий элемент выполнен в виде диэлектрического диска, а также высоким уровнем электромагнитных потерь прибора, из-за того, что при использовании известного циркулятора в схемах, собранных на разнотип н ых линиях передачи (волноводномикрополосковых), требуется подключение волноводно-микрополоскового СВЧ-перехода.

Цель изобретения — уменьшение прямых потерь и увеличение развязки, Поставленная цель достигается тем, что в циркулятор, содержащий многоплечее волноводное разветвление в Н-плоскости, в центре которого на одной из широких стенок установлен поперечно намагниченный ферритовый диск с трансформирующим элементом, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии ферритового диска, по крайней мере в одно из плеч волноводного разветвления введен отрезок микрополосковой линии передачи, толщина диэлектрической подложки которого равна высоте ферритового диска, а конец токонесущего проводника расположен на ферритовом диске вдоль его радиуса, трансформирующий элемент выполнен в виде усеченного проводящего конуса, большее основание которого расположено на другой широкой стенке волноводного разветвления, а меньшее гальванически соединено с токонесущим проводником, при этом диаметры большего основания 0» усеченного проводящего конуса и его меньшего основания d» соответственно равны;

D, = dq =(2+2);

Л Ж

Л1 о» =- —, 2 где il> — длина волны СВЧ-колебаний в линии, образованной широкой стенкой волноводного разветвления и меньшим основанием трансформирующего элемента;

Аг — длина волны СВЧ-колебаний в линии, образованной этой же широкой стенкой и боковой поверхностью трансформирующего элемента;

dy — диаметр ферритового диска, Введение по крайней мере одной микрополосковой линии, состоящей иэ диэлектрической подложки, расположенной в одной плоскости с ферритовым диском на широкой стенке сочленения, и микрополоскового токонесущего проводника, расположенного на диэлектрической подложке, а также выполнение трансформирующего элемента в виде усеченного металлического конуса, большое основание которого установлено на широкой стенке волноводного сочленения, а меньшее гальванически связано с микрополосковым токонесущим проводником, позволяют обеспечить однонаправленную электромагнитную

35 связь между волноводными и хотя бы одной микрополосковой СВЧ-линией передачи и таким образом уменьшить электромагнитные потери циркулятора при использовании его в волноводно-микрополосковых СВЧтрактах без громоздких волноводно-микрополосковых подключающих устройств, ухудшающих электрические параметры и увеличивающих габариты прибора.

Конусообразная форма трансформирующего элемента совместно с широкой стен1 кой Y-образного сочленения выполняет функцию конической радиальной линии, обеспечивающей хорошее согласование между высокоомной волноводной СВЧ-ли40

55 полнен ферритом, и гальванически связанной с ней микрополосковой линией, Хорошее согласование СВЧ-линий передачи (волноводных и по крайней мере одной микрополосковой), образующих Y-образное

50 нией передачи, т.е. волноводным плечом циркулятора и низкоомной СВЧ-линией, образованной малым основанием конуса и противоположной широкой стенкой волновода, зазор между которыми полностью за17 1 6581

20

25 сКЬм и широкой стенкой сочленения, то про- 30

45

Последнее связано или с распространени- 50

55 сочленение, обеспечивает работоспособность предлагаемого циркулятора СВЧ, Работоспособность циркулятора на заданной длине волны (Л1) обеспечивается за счет выбора высоты конуса равной расстоянию между ферритовым диском и противоположной широкой стеной сочленения, а диаметра меньшего основания конуса— равному Л /2, Увеличение развязки между каналами циркулятора обеспечивается за счет выбора диаметра ферритового диска равным диаметру большого основания конуса, составляющему (Л /2 + ilz/2), а высота конуса— равной расстоянию между ферритовым диском и противоположной широкой стенкой сочленения, Большая величина развязки обусловлена тем, что размер диаметра ферритового диска составляет (Л /2 + Лг/2) и центральная часть его торцовой поверхности, имеющая диаметр ib/2, соединена металлическим конусом с одной из широких поверхностей сочленения. Одинаковая высота ферритбвого диска и диэлектрической подложки обеспечивает низкий коэффициент отражения в плечах циркулятора, а следовательно, высокий уровень развязки, Если высота металлического конуса меньше расстояния между ферритовым диисходит уменьшение величины развязки между каналами циркулятора из-за нарушения одномодового распространения поверхностей ферритовой волны в ферритовом диске, так как в этом случае уменьшается перепад волновых сопротивлений между

СВЧ-линиями сочленения, одна из которых заполнена ферритом полностью, а другая— частично.

Если величина диаметра малого основания конуса не равна Л /2;,прибор становится неработоспосббным на заданной длине волны, так как в этом случае нарушается условие электродинамического резонанса s объеме ферритового диска, ограниченного малым основанием конуса, Если диаметр ферритового диска не равен (Л /2+Л2/2), то величина развязки между каналами циркулятора уменьшается, ем в ферритовом диске высших типов волн, если диаметр больше (Л /2 + Лг/2), или с конечной составляющей СВЧ-поля по границе ферритового диска, ограниченного малым основанием конуса, если диаметр меньше (Л1/2 + Л2/2).

На фиг,1 представлен циркулятор, вид сверху (без верхней широкой стенки волно5

10 вода); на фиг.2 — сечение А — А на фиг.1 (с верхней широкой стенкой волновода).

Циркулятор содержит Y.îáðàçíîå сочленение 1 трех волноводных СВЧ-линий передачи (I — III), В центре сочленения 1 на одной из его широких стенок 3 установлен поперечно намагниченный полем Не ферриToBblA диск 2. В циркулятор входит трансформирующий элемент 4, ось ОО которого совпадает с осью ферритового диска 2. Кроме того, циркулятор СВЧ содержит микрополосковую линию, состоящую из диэлектрической подложки 5, расположенной на широкой стенке 3 сочленения 1.

Вдоль продольной оси LL диэлектрической подложки 5 расположен микрополосковый токонесущий проводник 6. Трансформирующий элемент 4 выполнен в виде усеченного металлического конуса. Большее основание

7 конуса 4 установлено на широкой стенке

8 сочленения 1. Меньшее основание 9 конуса 4 гальванически связано с микрополосковым токонесущим проводником 6. При этом высота ферритового диска 2 равна высоте диэлектрической подложки 5, диаметр ферритового диска 2 равен диаметру большего основания 7 конуса 4 и составляет (4/2+

+ Л /2), диаметр меньшего основания 9 конуса 4 равен Л /2, а высота конуса 4 равна расстоянию между ферритовым диском 2 и широкой стенкой 8 сочленения 1.

Циркулятор работает следующим образом.

При возбуждении одного из плеч циркулятора СВЧ сигнал за счет конусообразной формы трансформирующего элемента 4, выполняющего функцию конической радиальной линии, и за счет того, что расстояние от боковой поверхности ферритового диака 2 до меньшего основания 9 конуса 4 составляет ib/4, практически без отражения поступает в намагниченный ферритовый диск 2.

Последнее обусловлено тем, что радиальная линия обеспечивает высокий коэффициент трансформации в широком диапазоне частот и, следовательно, хорошее согласование высокоомных волноводных каналов Y-сочленения с низкоомной центральной частью этого сочленения, образованной малым основанием конуса и близлежащей широкой стенкой сочленения. Гальваническая связь токонесущего проводника 6 микрополосковой линии с меньшим основанием конуса 9 обеспечивает сильную электромагнитную связь микрополосковой линии через трансформирующий элемент 4 с каналами и il (фиг,1). Обеспечение сильной электромагнитной связи каналов Y-образного сочленения с его центральной частью является

1716581

55 одним из условий работы циркулятора СВЧ.

Кроме того, работоспособность У-образного циркулятора в режиме объемных колебаний в феррите обеспечивает выполнение условия электродинамического резонанса в ферритовом резонаторе. В предлагаемой конструкции это условие достигается за счет выбора диаметра меньшего основания

9 конуса 4 равному F1/2, а высота конуса

4 — равной расстоянию от ферритового диска до противолежащей широкой стенки Yобразного сочленения. Предлагаемая конструкция циркулятора обеспечивает также работу прибора в режиме бегущей поверхностной ферритовой волны, Этот режим обеспечивается за счет значительного отличия волновых сопротивлений в СВЧлиниях, одна из которых заполнена ферритом полностью, а другая — частично.

Малая величина электромагнитных потерь и высокая величина развязки в этом режиме достигаются за счет ширины линии, частично заполненной ферритом, равной Ez/4, Для реализации режима поверхностной ферритовой волны требуется увеличить по сравнению с режимом объемных колебаний в феррите величину подмагничивающего поля, Известно, что циркулятор, работающий в режиме бегущей поверхностной ферритовой волны, по величине развязки между каналами значительно превосходит Y-образные циркуляторы, работающие на объемных колебаниях в ферритовом резонаторе, В предлагаемой конструкции циркулятора, работающего в режиме бегущей ферритовой поверхностной волны. увеличение величины развязки достигается за счет незначительной величины электрической составляющей СВЧ-поля на границе перепада волновых сопротивлений СВЧ-линий, полностью и частично заполненных поперечно намагниченным ферритом, из-за ширины последней, равной Ь2/4. Таким образом, в предлагаемой конструкции циркулятора СВЧ сигнал в зависимости от направления внешнего подмагничивающего поля распространяется в направлении I II - 11! — I или I Ill — 11 - 1, т.е. из волноводного канала может поступать в микрополосковый канал и наоборот, при высокой величине развязки (режим бегущей поверхностной ферритовой волны) и малых вносимых электромагнитных потерях и габаритах (без подключения волноводно-микрополоскового СВЧ-перехода).

Пример. Циркулятор СВЧ, собранный на Y-образном сочленении трех волноводных линий передачи, Сечение волновода

13х3,25 мм . В центре Y-образного сочлене5

35 ния на одной из его широких стенок установлен поперечно намагниченный ферритовый диск. Марка феррита 2СЧ-7. Размеры ферритового диска: диаметр 10 мм, толщина

0,5 мм. В одном из волноводных каналов сочленения расположена микрополосковая

СВЧ-линия, содержащая диэлектрическую подложку толщиной 0,5 мм (материал — поликор) и микрополосковый проводник шириной 0,5 мм (50 Ом). Трансформирующий элемент выполнен в виде усеченного металлического конуса, диаметр большего основания которого равен 10 мм, а меньшего

3 мм, высота конуса 2 75 мм.

Описанный циркулятор в 2-сантиметровом диапазоне длин волн имеет величину развязки между каналами не менее 40 дБ, прямое затухание не более 0,5 дБ. Прибор обеспечивает циркуляцию СВЧ-сигнала с укаэанными параметрами между волноводными и микрополосковой СВЧ-линиями при габаритных размерах, не превышающих размеры известного устройства соответствующего диапазона, т.е, 30х30х20 мм, Предлагаемый циркулятор по сравнению с известным позволяет увеличить величину развязки на 15 — 20 дБ, снизить электромагнитные потери на 0,2 дБ за счет обеспечения возможности использования его в волноводно-микрополосковых СВЧтрактах без подключения громоздких волноводно-микрополосковых СВЧ-переходов, а также использовать его в многоканальных

СВЧ-системах за счет увеличения числа микрополосковых линий, токонесущий проводник которых гальванически связан с малым основанием конуса, Формула изобретения

Циркулятор, содержащий многоплечее волноводное разветвление в Н-плоскости, в центре которого на одной из широких стенок установлен поперечно намагниченный

1 ферритовый диск с трансформирующим элементом, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии ферритового диска, отличающийся тем, что, с целью уменьшения прямых потерь и увеличения развязки, по крайней мере в одно из плеч волноводного разветвления введен отрезок микрополосковой линии передачи, толщина диэлектрической подложки которого равна высоте ферритового диска, а конец токонесущего проводника расположен на ферритовом диске вдоль его радиуса, трансформирующий элемент выполнен в форме усеченного проводящего конуса, большее. основание которого расположено на другой широкой стенке волноводного разветвления, а меньшее гальванически соединено с

1716581

10 водного разветвления и меньшим основанием трансформирующего элемента;

40

Составитель Т. Голубева

Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик

Редактор А. Огар

Заказ 617 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 токонесущим проводником, при этом диаметры большего основания 0» усеченного проводящего конуса и его меньшего основания бк соответственно равны:

Ок = бф = (il) /2 + 2/2);

d» =Й/2, где Л1 — длина волны СВЧ-колебаний в линии, образованной широкой стенкой волно-, А — длина волны СВЧ-колебаний в ли5 нии, образованной этой же широкой стенкой и боковой поверхностью трансформирующего элемента; бф — диаметр ферритового диска.