ШИРОКОПОЛОСНОЕ ФЕРРИТОВОЕ РАЗВЯЗЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО НА СОСРЕДОТОЧЕННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к развязывающим устройствам дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн и может быть использовано в качестве функционального узла в приемо-передающих трактах радиотехнических систем как коммутирующее устройство, а также для развязки источника сигнала от нагрузки.

Известен широкополосный циркулятор (патент США №5223805, МКИ: Н01Р 1/387 от 29.06.1993) с Y-сочленением в виде системы переплетенных плоских проводников, в котором полоснорасширяющая цепь подключена к общей точке плоских проводников Y-сочленения. Недостатками данного устройства являются сложная электрическая эквивалентная схема из-за большого количества элементов и, как следствие, сложная конструкция из-за необходимости использования металлизированных отверстий в керамической подложке.

Известен также широкополосный циркулятор (патент США № RE.28998, МКИ: Н01Р 1/38 от 05.10.1976) с Y-сочленением в виде системы переплетенных плоских проводников с полоснорасширяющими цепями, подключенными как между общей точкой плоских проводников Y-сочленения и корпусом, так и в каждом плече. Недостатками данного циркулятора являются сложная электрическая эквивалентная схема из-за большого количества элементов и сложная конструкция с металлизированными отверстиями в керамической подложке.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является невзаимное устройство на основе циркулятора (патент США №3818381, МКИ: Н01Р 1/32 от 18.06.1974) с Y-сочленением в виде системы переплетенных плоских проводников, расположенным между двух соосно установленных друг над другом намагниченных ферритовых элементов, и с полоснорасширяющей цепью между общей точкой проводников Y-сочленения и корпусом в виде последовательного контура. Недостатком данного устройства является сложная конструкция полоснорасширяющей цепи в виде последовательного контура, индуктивность которого реализуется с помощью трех параллельно соединенных одинаковых конструктивных элементов в виде изогнутых индуктивных полосков, расположенных симметрично относительно оси вращения циркулятора. Описанное устройство принято за прототип изобретения.

Техническим результатом изобретения является упрощение и повышение технологичности конструкции широкополосного ферритового развязывающего устройства, в которой полоснорасширяющая цепь в виде последовательного контура реализуется меньшим числом конструктивных элементов, а также улучшение его электродинамических характеристик - уменьшение вносимых прямых потерь за счет увеличения добротности последовательного контура вследствие меньшего числа индуктивных элементов в последовательном контуре.

Технический результат достигается тем, что в широкополосном ферритовом развязывающем устройстве на сосредоточенных элементах с Y-сочленением, расположенным между двух соосно установленных друг над другом ферритовых элементов, в виде системы плоских проводников, переплетенных и изолированных между собой, одни концы которых соединены между собой, а другие с согласующими емкостями, с полоснорасширяющей цепью между общей точкой плоских проводников и корпусом в виде последовательного контура, индуктивность последовательного контура состоит из двух индуктивностей различной величины, включенных параллельно друг другу, в виде прямых индуктивных проводников одинаковой длины и различной ширины, расположенных на оси симметрии циркулятора.

На фиг. 1 изображена эквивалентная схема широкополосного ферритового развязывающего устройства, где 1-3 - плечи ферритового развязывающего устройства, С - согласующая емкость, L - индуктивность Y-сочленения, L₀₀ - индуктивность полоснорасширяющей цепи, C₀₀ - емкость полоснорасширяющей цепи, R - резистор.

На фиг. 2(a) представлена конструкция ферритового развязывающего устройства, где 4 - Y-сочленение в виде системы переплетенных плоских проводников, 5 - ферритовые элементы, 6 - стальное основание, 7 - стальной цилиндр, 8 - стальная заглушка, 9 - магнит, 10 - термомагнитное сопротивление, 11 - микроплата, 12 - микроплата, 13 - основание, 19 - перемычка, 20 - перемычка, 21 - резистор R, 22 - перемычка, 23 - прокладка.

На фиг. 2(б) представлена нижняя сторона микроплаты 12, где 1-3 - плечи ферритового развязывающего устройства, 12 - микроплата, 14, 15 - индуктивные проводники, 16 - первая пластина емкости С₀₀.

На фиг. 2(в) представлена верхняя сторона микроплаты 12, где 1-3 - плечи ферритового развязывающего устройства, 12 - микроплата, 17 - вторая пластина емкости С₀₀, 18 - выходные площадки, 21 - резистор R, 22 - перемычка.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в соответствующем эквивалентной схеме, представленной на фиг. 1, широкополосном развязывающем устройстве на сосредоточенных элементах, изображенном на фиг. 2(a), содержащем Y-сочленение в виде системы переплетенных плоских проводников 4, ферритовые элементы 5, магнитную систему, состоящую из стального основания 6, стального цилиндра 7, стальной заглушки 8, магнита 9 и термомагнитного сопротивления 10, микроплаты 11 из органического диэлектрика, микроплаты 12, индуктивность L₀₀ полоснорасширяющей цепи, расположенной на микроплате 12, установленной на основание 13 с сквозным отверстием, выполнена в виде прямых индуктивных проводников 14, 15 одинаковой длины и различной ширины, расположенных на оси симметрии циркулятора. На нижней стороне микроплаты 12 находятся индуктивные проводники 14, 15 и первая пластина 16 емкости С₀₀ полоснорасширяющей цепи (фиг. 2(б)), а на верхней стороне микроплаты 12 находятся вторая пластина 17 емкости С₀₀ (фиг. 2(в)), служащая одновременно установочной площадкой для основания 6, а также выходные площадки 18, которые с помощью перемычек 19 соединяются с площадками микроплаты 11.

Полоснорасширяющая цепь за счет реализации индуктивности L₀₀ в виде индуктивных проводников 14, 15 одинаковой длины и различной ширины, расположенных на оси симметрии циркулятора, при отсутствии паразитной емкости между основанием 6 и корпусом, оказывает одинаковое влияние на все плечи устройства за счет компенсации несимметричности подключения относительно плеч устройства индуктивных проводников 14, 15 к корпусу их различной величиной. Полоснорасширяющая цепь не нуждается в настройке, так проводники 14, 15 могут быть изготовлены с высокой степенью точности с помощью фотолитографии.

Микроплата 11 из органического диэлектрика, содержащая согласующие емкости и контактные площадки с сквозными металлизированными отверстиями, обеспечивающими соединение концов плоских проводников Y-сочленения между собой и с основанием 6, устанавливается с нижним ферритовым элементом 5 на основание 6. Верхний ферритовый элемент 5 крепится с помощью перемычки 20 к контактным площадкам с сквозными металлизированными отверстиями микроплаты 11. Для обеспечения возможности использования циркулятора в качестве вентиля на микроплате 12 располагается резистор R 21 сопротивлением 50 Ом (фиг. 2(в)), служащий нагрузкой в плече 3. Один вывод резистора R 21 в случае использования ферритового развязывающего устройства в качестве вентиля соединяется с выводом плеча 3 на микроплате 12, а другой с помощью перемычки 22 с корпусом. Прокладка 23, выполненная из диэлектрического материала с диэлектрической проницаемостью существенно меньше диэлектрической проницаемости микроплаты 12, увеличивает прочность крепления основания 6 за счет большой площади контакта как с основанием 6, так и микроплатой 12, при этом паразитная емкость между основанием 7 и корпусом, параллельная полоснорасширяющей цепи, практически отсутствует.

Работает широкополосное развязывающее устройство на сосредоточенных элементах в режиме циркулятора следующим образом. В случае направления циркуляции по часовой стрелке, когда магнит направлен полюсом N к ферритовым элементам, передача входных электромагнитных волн в полосе рабочих частот (F₁₁÷F₁₂) будет осуществлена из плеча 1 в плечо 2, при этом в плечо 3 электромагнитная волна не поступает, то есть плечо 3 будет «развязано». Передача входных электромагнитных волн в полосе рабочих частот (F₂₁÷F₂₂) будет осуществлена из плеча 2 в плечо 3, при этом в плечо 1 электромагнитная волна не поступает. Передача входных электромагнитных волн в полосе рабочих частот (F₃₁÷F₃₂) будет осуществлена из плеча 3 в плечо 1, при этом в плечо 2 электромагнитная волна не поступает. Аналогичный процесс имеет место в случае, когда с помощью смены направления внешнего подмагничивающего поля, когда магнит обращен полюсом S к ферритовым элементам, обеспечивается смена направления циркуляции на противоположное - в полосе рабочих частот против часовой стрелки.

Экспериментальные исследования показали, что полоснорасщиряющая цепь предлагаемой конструкции оказывает абсолютно одинаковое влияние на все плечи циркулятора, благодаря чему нижние границы полосы рабочих частот F₁₁, F₂₁, F₃₁ отличаются друг от друга на величину не более 0,5%, а верхние границы полосы рабочих частот F₁₂, F₂₂, F₃₂ отличаются друг от друга на величину не более 0,7%.

В режиме вентиля при направлении циркуляции по часовой стрелке плечи 1, 2 являются входом и выходом соответственно устройства, при этом электромагнитная волна из плеча 1 поступает в плечо 2, а электромагнитная волна из плеча 2 в плечо 1 не поступает, поглощаясь в нагрузочном резисторе. При направлении циркуляции против часовой стрелки входом и выходом являются плечи 2, 1 соответственно.

Изобретение позволяет повысить технологичность сборки и упростить регулировку широкополосных ферритовых развязывающих устройств на сосредоточенных элементах. Для промышленной реализации предлагаемого ферритового развязывающего устройства могут быть использованы известные средства и методы, применяемые для изготовления циркуляторов на сосредоточенных элементах.