Ferrit-kapu szelep óriási nem-kölcsönhatással
Kirsanov Yuri Alexandrovich
PO Radiy, Moszkva
A cikk azt javasolja, hogy növelje a hullámvezető ferrit mikrohullámú szigetelő visszatérési veszteségét egyszerű tervezési megoldáson keresztül. Az izolátor K-sávú működési frekvenciasávja 25%, beillesztési veszteség legfeljebb 0,4 dB, visszatérési veszteség több mint 80 dB, azaz a nem reális megközelítés nem kevesebb, mint 200. A fizikai indok az eszköz szerkezeti elemeinek kiválasztásához. Ez a cikk a nem kölcsönös ferrit mikrohullámú berendezések területén dolgozó mérnökök számára készült.
ferrit mikrohullámú technológia; ferrit mikrohullámú szelep; nem kölcsönös; mágneses rendszer; hullámvezető szelep; beillesztési veszteség; fordított csillapítás; ferrit bélés.
mikrohullámú ferrit technika; mikrohullámú ferrit leválasztó; nonreciprocal; mágneses rendszer; hullámvezető leválasztó; beillesztési veszteség; visszatérési veszteség; ferrit betét.
A felületi ferrit hullámon (PFC) működő mikrohullámú mikrohullámú ferritek szétválasztása jól ismert és leírható a szakirodalomban [3]. Ezek az eszközök viszonylag nagy hátrameneti csillapítással rendelkeznek, amelynek értéke körülbelül 30 dB, 0.5 ... .6 dB beépítési veszteséggel. A mikrohullámú technológia fejlesztése azonban egyre nagyobb követelményeket támaszt a függetlenítő eszközök elektromos paraméterei iránt.
A hátrameneti csillapítás növekedése, amelyet ismert eszközökkel kaszkázva érünk el, növeli a mikrohullámú áramkör beépítési veszteségét és teljes méreteit. A megnevezett hiányosságok akkor jelentkeznek, amikor kis méretű mikrohullámú eszközöket hoznak létre, amelyek nagyobb megtérülési arányt és közvetlen veszteséget eredményeznek.
Ebben a tanulmányban bemutatunk egy konstruktív sémát, a működési elvet és a mikrohullámú hullámvezető kísérleti vizsgálatának eredményeit, amelyek óriási nagyságúak a visszacsatolás csillapításával. A vizsgálatokat két frekvenciatartományban végeztük el: KU (a 17X4 mm2 hullámvezető keresztmetszete) és a K (13X3,2 mm2 hullámvezető szakasz). A megtérülés és a közvetlen veszteségek aránya legalább 85 dB / 0,4 dB, i.e. a hátrameneti csillapítás nagyságáról ez az eszköz több mint 50 dB-t meghaladja a széles körben ismert ferrit mikrohullámú szűrőket.
II. Fizikai alapja egy mikrohullámú szelep építésének, amelynek nagy a visszatérési aránya és közvetlen vesztesége.
A PFC-vel ellátott ferrit mikrohullámú szelep építésének középpontjában a visszatérés és a közvetlen veszteségek nagy aránya következik a következő fizikai helyiségek.
1. antiszimmetrikus amplitúdó eloszlását elektromos alkatrész a mikrohullámú mező a PPV keresztmetszete a hullámvezető, a keskeny falak vannak elrendezve keresztirányban mágnesezve ellentétes irányban négyszögletes ferrit lapkák 1. ábra, [15].
Ez lehetővé teszi eloszlása a mikrohullámú mező mentén hullámvezető tengelye tartalmazza a E-sík a vékony fémlemez, ami szinte nincs perturbációja területén PPV és ugyanabban az időben tükrözi a volumetrikus H10 hullám típusú (2. ábra) [4]. E-sík elektromos fali (acéllemez 1. igénypont szerinti, Pic2) elválasztjuk a hullámvezető szegmenst két párhuzamos hullámvezető csatorna lényegében fokozza a hatást a nem kölcsönös korlátozó érték.
2. A mikrohullámú eszközök szétválasztásakor használt ferritek gyakran hengerek vagy téglalap alakú lemezek formájában vannak. Mivel a ferritminták nem ellipszoid formája egy egységes külső mágneses térben van, a ferrit belső mágneses mezője nem egyenletes. A mágnesezés inhomogén eloszlása magnetosztatikus hullámtípusok (ferrit) gerjesztéséhez vezet ferrit esetén 3. ábra [13].
Az energia terjedésének közvetlen irányába ezek az oszcillációk paraziták; az energiát a VFV-ből veszik át, és frekvencia-tartományuk részben átfedésben van a VFV létezésének frekvenciatartományával. Ezért az MSW gerjesztése növeli a bevezetett közvetlen csillapítást és a kapu működési frekvenciasávjának szűkítését.
4. ábra (a) vázlatosan mutatja kvalitatív eloszlását Hz orientált - a belső alkatrészek az állandó mágneses tér mentén és az egész téglalap alakú ferrit lemezt egy egységes külső mágneses mező.
Vegye ki negatív hatást MRV felszabadítással csökkentésével a belső mágneses inhomogenitás mentén hosszanti határoló ferrit-levegő, amelynél terjed előre irányban a PPV. Ez egy ék alakú mágnes segítségével történik (4b. Ábra), [5]. Az 5. ábrán a kvalitatív eloszlását Hz orientált -component belső DC mágneses mező mentén (1. igénypont) és keresztirányban (2. igénypont) a ferrit lemez, található az ék alakú mágnes.
A kísérlet kimutatta, hogy nagyjából azonos megoszlása a belső mágneses tér nyerhető egy egyszerűbb módon - kissé eltolt mágneseket a keresztirányban a ház (vagy egymáshoz). Az eltolás értékét kísérleti úton határozzuk meg, és 2 cm. Hullámhossz-tartományban nem kevesebb, mint 0,2-szerese a szélessége ferrit. A ék alakja a mágnes vagy enyhe elmozdulását a mágneseket a keresztirányban a készülék, egyrészt, kiküszöböli a gerjesztési feltételeit MSW a határon „ferrit-levegő”, amely mentén PPV előre irányban, és a másik - nem akadályozza a gerjesztés MSW a határon „ferrit-fém ", Amelyen a PFC bomlik, az ellenkező irányba szaporítva. A tapasztalat azt mutatja, hogy a nagysága a csillapítás a hosszegységenkénti fordított irányba PPV és csökkenti a visszavert jelszint jelentősen növelhető, ha a határát „ferrit-fém” megváltoztatni a mágnesezési iránya a ferrit egy keresztirányú függőleges kereszt-vízszintes. Irányának megváltoztatása a mágnesezettség határ mentén terjedésének PPV csillapítás feltételeket teremt a hatékonyabb átalakítása PPV a gyorsan bomló spin és magnetosztatikus típusú hullámok. A [6] van egy konstruktív rendszer, amely lehetővé teszi, hogy ezt a feltételt. A 6. ábra egy ilyen eszköz szerkezeti rajzának keresztmetszetét mutatja.
A külső oldalfelületei a négyszögletes mágnesek (2. igénypont) van mozgathatóan a keresztirányú tengely mentén a téglalap alakú lemez mágneses anyagból (3). A hosszanti tengely párhuzamos a tengelye a hullámvezető lemezek, és a külső oldalfelülete a mágnes és az oldalsó felületek a téglalap alakú ferrit betétek szemben a keskeny falak a hullámvezető, elrendezve egy síkban. A hossza az egyes lemez (3. igénypont) a hossza a ferrit bélés, és a vastagsága „# 8710;” közötti tartományban választjuk meg [6]:
ahol: ő a külső mágneses mező a Z tengely mentén, (e);
A módszer fizikai értelmezése a következő. Mivel a inhomogén belső mágnesezettsége a ferrit lemez miatt lemágnesező tényezők téglalap alakú ferrit, a frekvenciatartományban a létezését parazita ömlesztett MRV, mint már említettük, részben fedi a frekvenciatartományban PPV létezését. Amikor be a ferrit és az árnyékolás síkja a rés, van egy szűkület a frekvenciasáv létezésének ömlesztett MSW miatt az eltűnését a MSW magas hullámszám. Az MSW spektrum a PFC frekvenciatartományának alatti frekvenciatartományra vált át. MRV spektrum offset jelenség vastagságától függően a dielektromos közötti rés a gerjesztő és ferrit részletesen leírt [1]. UTC eltérés hamis frekvencia tartomány fennállása PPV csökkenti az elektromágneses veszteségek és növeli a működési sávszélességet a mikrohullámú - szelep.
4. A fenti módszerek [5], [6], [7] az inverz csillapítás növekedése, és csökken beiktatási elektromágneses eltérő hatásmechanizmusa a spektrumát parazita MSW és ezért kiegészítik. A gyakorlat azt mutatja, hogy ezek a technikák is sikeresen használható nem csak az építőiparban ferritműszerek dolgozó PPV hanem a design nem kölcsönös ferritműszerek működő volumetrikus ingadozások a ferrit [8].
A tű átmérője van λ0 / 8, ahol λ0 - központi hullámhossza a működési hullámhossz-tartományban szabad térben. A különbség a végén a tüske és a szemközti szélesebb falának a hullámvezető szegmens van kiválasztva ilyen szoftvert a központi frekvenciája a működési tartomány a sorozat rezonáns átalakító. A konverter az alábbiak szerint működik. Amikor izgatott hullámvezető szegmens H10 hullámenergia köszönhető, hogy a soros rezgőkör kialakítva fémhüvely áthidalt rés és lokalizálódik a reakcióképes elem. A közelsége a reakcióképes elem a ferrit felületet biztosítja az erős elektromágneses csatolás hullámvezető szegmens egy ferrit betéttel. Equivalence mikrohullámú áramsűrűség a reakcióképes elem és a működő hullám típus mező szerkezete (PPV) ferrit lehetővé teszi, hogy konvertálni a H10 hullám PPV nagy átviteli együtthatóval. Így, a kis méret a fémcsap, megfelelő a sűrűsége a mikrohullámú aktuális a hurok a területen a ferrit elem PPV és a közelség a felszínre a csap, amely kiterjeszti mentén PGF, oka csökkenése elektromágneses veszteségek és bővülő működési sávszélességet H10 hullámú transzduktor a PPV. Nyilvánvaló, hogy ez a konverter lehet használni nem csak a mikrohullámú szelepeket a PPV, de a túlnyomó többsége ferritműszerek PPV. Példaként, a 9. ábrán és a 10. ábra a használata a leírt hullám átalakító 4 plechnom hullámvezető cirkulátor a hullámvezető nonreciprocal elválasztó nem egyenletes áramelosztó. Mindkét eszköz PFC-vel működik.
6. A dielektromos effektus egy hullámvezetőben történő alkalmazása két ferritréteggel ellentétes irányba mágnesezve. Ismeretes [14], hogy bizonyos esetekben a ferritlemezek között a hullámvezetőben szinte ideális síkhullám van (lásd a 11. ábrát).
A készülék tartalmaz egy téglalap alakú hullámvezetőt (1), két azonos téglalap alakú ferrit betétet (2) és azonos fémlemezt (3) a ferrit betétek keskeny külső oldalfelületei mellett. A fémlemezek (Lm) hossza a következő feltételek közül kerül kiválasztásra:
ahol: Lf - a ferritbélések hossza;
λ0 a szabad hullámhossz-tartomány központi hullámhossza.
A (d) távolság a fémlemeztől a hullámvezető keskeny faláig a következő feltételektől függ:
Az inverz PVV maximális elektromos mezőjének tartományában a normál szakasz hullámvezetőjében hosszanti irányban elrendezett két fémréteg jelenléte a hullámvezetőt három párhuzamos, legkülső rétegre osztja. Ez lehetővé teszi a hátsó H10 hullám hullámát a magasabb H30 típusú hullámokba. amely a legalacsonyabb típusú hátramenõ hullámhosszhoz képest egy hullámvezetõvel egy ferritbõrrel propagál, háromszorosa a lineáris csillapítás (legalább 90 dB / cm).
Elhelyezkedés ferrit betétek a régióban 0,1 λ0 ÷ 0,2 λ0 a keskeny falak a hullámvezető lehetővé teszi alkotnak ferritek közötti közvetlen terjedési jelet, a sík hullám, amelynek a fő része az energia terjed ferrit, amely lehetővé teszi, egy lényegesen nagyobb fordított csillapítás, visszatartásához elegendő a közvetlen lineáris csillapítás alacsony szintje (legfeljebb 0,5 dB / cm). Megjegyezzük, hogy a mikrohullámú szelep, amelyet az ismertetett séma szerint hajtanak végre, szeleparánya nem kisebb 180-nál.
III. A mikrohullámú szelep konstruktív áramköre és elektromos jellemzői óriási nem kölcsönhatással.
A 13. ábra a készülék konstruktív diagramját mutatja. A szelep egy legkülső hullámvezető téglalap alakú szakaszát tartalmazza, amelynek keskeny falai mentén ragasztott négyszög keresztmágnesezettek a ferritbélés ellentétes oldalához. Az E-síkon lévő hullámvezető szakasz tengelyén a ferrit betétek közé tartozik egy fémlemez, amely galvanikusan van csatlakoztatva a hullámvezető széles falához. A lap hosszúsága kisebb, mint a hossza a ferrit párna a értéke λ0 / 4, ahol λ0 - központi hullámhossza a működési hullámhossz-tartományban szabad térben. A ferritbélések és a hullámvezető egyik széles falának között van egy légrés, amelynek értékét a (3) bekezdéssel összhangban kell meghatározni (lásd fent). Transzformálása H10 hullám PPV (és vissza), valamint a koordinációt a normális vonal a hullámvezető szakasz révén az átalakító típusú hullámok álló fém csapok állítható merülési mélységet, és negyed hullám transzformátort.
Két csap átmérőjénél λ0 / 8 vannak elrendezve a síkjában a végén a betétek ferrit, ferrit megható felülete és egy - átmérője λ0 / 16 mentén található a hullámvezető tengelye rsstoyanii λ0 / 8 a síkjából homlokoldalai ferrit. A "ferrit-fém" határvonal mentén a helyi vízszintes mágnesezés, valamint az eszköz elektromos paramétereinek egyidejű hőstabilizálása érdekében a H32X6YU ötvözet mágneslemezeit használják. A lemezek hosszát, szélességét és vastagságát a 2. bekezdésnek megfelelően határoztuk meg (lásd fent), és megegyezik a mágnesek hosszával és magasságával, vastagsága 1,2 mm.
Az ellenkező irányban jel szenved súlyos csillapítása miatt közötti váltás a ferrit betétek a fémlemez E-sík (lásd. A fenti 1. igénypont), valamint adagolása helyi vízszintes mágnesezettség határ ferrit „ferrit-fém” (lásd. A fenti bekezdés. 2) . Összehasonlítva ismert eszközök a PPV érték egységnyi hosszra jutó fordított csillapítása ebben az esetben elér egy nagyobb értéket egy széles frekvenciatartományban.
A strukturális eszköz beállításait Ku - és a K hullámhossz tartományok rendre: ferrit telítési mágnesezettség 4800 gauss (ferrit bélyegző 1SCH-4), a belső mágnesező tér 2500 Oe és 3000 Oe (Márka mágnes COP-37); a ferrit betétek méretei 10x4x0,9 mm és 10x3x0,95 mm; a ragasztó márkája, amely ferritlemezeket rögzített a hullámvezető keskeny falain, a VT-25-200. Hozzáférést a magassága a ház, a vastagsága a ferrit lemezek és a ragasztott kötés által adott állapot között a ferrit és annak biztosítása garantált fedél fölötti résbe. Méretei fémlemezek elrendezve E-sík közötti ferrit inszertek: 5h1h0,75mm és 6h1h0,7mm; a ferritbélések és a hullámvezető széles falának közötti rés 0,1 és 0,5 mm.
A 14. ábra bemutatja az eszközök elektromos paramétereit.
A hullámhosszú Ku-sáv kapuja a frekvenciasávban # 8710; f / f0 = 15% VSWR értéke legfeljebb 1,2; az apr közvetlen gyengülés nem több, mint 0,4 dB; a hátsó csillapítás nem kevesebb, mint 85 dB; üzemi hőmérséklet -60 és +85 ° C között; összmérete 31x27x23 mm.
A hullámhosszú K-sávú kapu a frekvenciasávban # 8710; f / f0 = 10% VSWR értéke legfeljebb 1,2; az apr közvetlen gyengülés nem több, mint 0,4 dB; az α visszatérési csillapítás nem kevesebb, mint 85 dB; üzemi hőmérséklet -60 és +85 ° C között; a teljes méret 25x25x22 mm.
A 15. ábra a kialakított mikrohullámú kapu megjelenését mutatja.
A kifejlesztett eszközök szeleparányának értéke legalább 200, míg a PFV széles körben ismert szétkapcsoló készülékeiben ez az érték közel háromszor kisebb és 60.