СВЧ-ЦИРКУЛЯТОР Российский патент 1994 года по МПК H01P1/38 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к области разработки ферритовых микрополосковых развязывающих приборов: циркуляторов, вентилей. Изобретение может быть использовано при создании надежных ферритовых микрополосковых циркуляторов и вентилей, работающих в условиях воздействия механических динамических нагрузок.

Известна конструкция ферритового микрополоскового прибора, содержащего микрополосковую ферритовую плату и магнитную систему из верхнего магнитного элемента, соединенного слоем клея с тонкопленочным диском на лицевой поверхности платы, и нижнего магнитного элемента, соединенного слоем клея с экранной поверхностью платы.

Прочность и надежность крепления элементов магнитной системы к плате определяется прочностью и надежностью клеевого стыкового соединения торца магнитного элемента в виде цилиндра с платой. Увеличением диаметра магнитного элемента цилиндрической формы можно существенно повысить надежность соединений прибора при прочих равных условиях.

Однако диаметр верхнего магнитного элемента данной конструкции не превышает диаметр тонкопленочного диска на лицевой поверхности микрополосковой ферритовой платы. Для данных конструкций ферритовых микрополосковых приборов, в частности миллиметрового диапазона длин волн, диаметр тонкопленочного диска не превышает 1. . . 1,5 мм при достаточно большой высоте (h ≥ 3. . . 5 мм) магнитного элемента. Это резко уменьшает надежность соединения верхнего элемента магнитной системы с платой, а следовательно, и надежность прибора в целом при работе в условиях воздействия механических динамических нагрузок (ударов и др. ).

Известна конструкция ферритового микрополоскового циркулятора, содержащая микрополосковую ферритовую плату с тонкопленочным диском и подводящими микрополосковыми линиями и магнитную систему из верхнего магнитного элемента, соединенного с тонкопленочным диском на лицевой поверхности платы, и нижнего магнитного элемента, соединенного слоем клея с экранной поверхностью платы.

Использование в данной конструкции верхнего элемента магнитной системы в виде полюсного наконечника, диаметр которого меньше диаметра дискового резонатора и диаметра нижнего магнитного элемента, позволило улучшить рабочие характеристики циркулятора.

Однако надежность этого прибора также остается низкой при механических динамических нагрузках из-за недостаточно высокой надежности стыкового соединения верхнего магнитного элемента с платой, если отношение высоты этого элемента к его диаметру превышает 2. . . 3. Увеличением диаметра верхнего элемента магнитной системы можно повысить надежность прибора, но при этом ухудшаются его рабочие характеристики.

Прототипом предложенной конструкции ферритового микрополоскового прибора (циркулятора или вентиля) является конструкция СВЧ-циркулятора, содержащего металлизированную ферритовую плату с размещенным на лицевой стороне тонкопленочным проводящим диском, соединенным с тремя симметрично расположенными подводящими микрополосковыми линиями, и по меньшей мере один постоянный магнит, выполненный цилиндрическим и закрепленный своим первым торцом посредством клея на поверхности подводящего диска, а на втором его торце закреплен держатель, выполненный в виде плоского диска с тремя подсоединенными к нему симметрично расположенными между подводящими микрополосковыми линиями стойками, причем диаметр постоянного магнита соизмерим с диаметром плоского диска держателя, а высота - с высотой стойки.

Использование в данной конструкции держателя с тремя стойками обеспечивает замыкание магнитного потока с целью улучшения характеристик циркулятора. Однако устойчивость циркулятора данной конструкции к механическим динамическим нагрузкам остается невысокой, в частности, из-за нежесткого соединения стоек держателя с платой и другими деталями циркулятора.

Целью изобретения является повышение прочности при сохранении электрических характеристик в условиях воздействия механических динамических нагрузок.

Это достигается тем, что циркулятор, содержит металлизированную ферритовую плату с размещенным на лицевой стороне тонкопленочным проводящим диском, соединенным с тремя симметрично расположенными подводящими микрополосковыми линиями, и по меньшей мере один постоянный магнит, выполненный цилиндрическим и закрепленный своим первым торцом на поверхности проводящего диска, а на втором его торце закреплен держатель, выполненный в виде плоского диска с тремя подсоединенными к нему симметрично расположенными между подводящими микрополосковыми линиями стойками, причем диаметр постоянного магнита соизмерим с диаметром плоского диска держателя, а высота - с высотой стойки, основание каждой стойки соединено внахлест с лицевой стороной ферритовой платы, причем центры нахлесточного соединения расположены симметрично на диаметре, отношение которого к высоте постоянного магнита близко к единице, а суммарная площадь этих соединений превышает удвоенную площадь соединения постоянного магнита с проводящим диском, при этом держатель и стойки выполнены из немагнитного материала.

Введение в конструкцию ферритового микрополоскового прибора держателя предложенной конструкции и конструкции неразъемных соединений стоек держателя с платой обеспечивает прочное прикрепление верхнего магнитного элемента к плате, в результате чего стойкость к воздействию, например, одиночных ударов возрастает в 5. . . 10 раз. Причем держатель выполняется из немагнитного материала, например из сплава на основе алюминия или пластмассы, что позволяет повышать надежность прибора без существенного изменения рабочих характеристик (прямых и обратных потерь, КСВ).

Повышению прочности циркулятора к механическим динамическим нагрузкам способствует также нахлесточный тип клеевых соединений стоек с платой, а также величина отношения диаметра, на котором находятся центры этих нахлесточных соединений, к высоте верхнего магнитного элемента. При величине этого отношения около единицы достигается достаточно высокая виброустойчивость конструкции. Если величина этого отношения меньше единицы ( ≅0,5. . . 0,6), то стойкость приборов к динамическим нагрузкам снижается.

Увеличить это отношение более единицы (до 1,5. . . 2,0) не позволяют размеры платы. Необходимым условием повышения надежности прибора является более высокая прочность соединения держателя с платой по сравнению с соединением верхнего магнитного элемента с платой. Достаточно высокая надежность прибора достигается, если суммарная площадь трех нахлесточных соединений держателя с платой превышает удвоенную площадь клеевого соединения верхнего магнитного элемента с платой.

Причем рабочие характеристики ферритового микрополоскового циркулятора существенно не изменяются, если стойки держателя соединены посредством диэлектрического полимерного клея с неметаллизированными участками лицевой поверхности, расположенными между подводящими микрополосковыми линиями вокруг тонкопленочного диска на расстоянии в 2-3 раза превышающем радиус этого тонкопленочного диска.

Таким образом, предлагаемая конструкция прибора позволяет повысить его прочность при динамических механических нагрузках без ухудшения рабочих характеристик. При этом данная конструкция не влияет на последующий монтаж ферритового прибора (циркулятора или вентиля) в корпус блока или узла РЭА.

На фиг. 1 и 2 изображен ферритовый микрополосковый прибор.

Он содержит ферритовую микрополосковую плату 1 с тонкопленочным диском 2 и подводящими микрополосковыми линиями 3, магнитную систему из верхнего магнитного элемента 4, соединенного слоем клея 5 с тонкопленочным диском на лицевой поверхности платы, и нижнего магнитного элемента 6, соединенного слоем клея с экранной поверхностью 7 платы. Держатель 8 изготовлен из диамагнитного материала, например алюминиевого сплава, и выполнен в виде диска с тремя симметрично расположенными стойками.

П р и м е р. Ферритовый микрополосковый циркулятор содержит ферритовую микрополосковую плату 1 размером 15 х 6 х 0,25 мм с тонкопленочными диском 2 диаметром 1,4 мм и подводящими микрополосковыми линиями 3, а также магнитную систему из верхнего магнитного элемента 4 в виде постоянного магнита из сплава Sm-Cо диаметром 4 мм с полюсным наконечником диаметром 1,4 мм и нижнего магнитного элемента 6 в виде постоянного магнита диаметром 4 мм. Высота верхнего магнитного элемента составляет 5 мм, т. е. отношение высоты последнего к тонкопленочному диску платы торца верхнего магнитного элемента равно примерно 3,6. Держатель 8, изготовленный из сплава АМЦ в виде диска диаметром 4 мм и толщиной 0,5 мм с тремя симметрично расположенными стойками высотой 5 мм и шириной 1,2 мм, соединен посредством клея своим диском с наружным торцом верхнего магнитного элемента, а стойками - с неметаллизированными участками лицевой поверхности платы, расположенными вокруг тонкопленочного диска между подводящими микрополосковыми линиями 3. Причем соединение стоек держателя с платой выполнено внахлест для увеличения надежности крепления верхнего магнитного элемента к плате. Центры нахлесточных клеевых соединений стоек с платой находятся на диаметре, равном 5,2 мм, т. е. отношение последнего к высоте верхнего магнитного элемента незначительно превышает единицу. Длина нахлесточных соединений стоек с платой составляет 1,2 мм.

Надежность приборов такой конструкции (циркуляторов и вентилей) существенно повышается без ухудшения рабочих характеристик прибора, особенно в условиях воздействия механических динамических нагрузок. Разрушения клеевых соединений приборов с держателем не происходит при воздействии одиночных ударов до 10000g. У приборов прежней конструкции происходило разрушение клеевого соединения верхнего магнитного элемента с платой при воздействии одиночных ударов до 1000-2000 g, т. е. стойкость приборов предлагаемой конструкции к воздействию механических динамических нагрузок возрастает в 5. . . 10 раз.

Использование предлагаемой конструкции ферритовых микрополосковых приборов позволит по сравнению с прототипом повысить прочность приборов к воздействию механических динамических нагрузок без ухудшения рабочих характеристик приборов.

При испытаниях приборы предлагаемой конструкции не разрушались после одиночных ударов до 5000 и 10000g. Данная конструкция не влияет на последующий монтаж ферритового прибора в корпус блока или узла РЭА.

Использование: в радиотехнике СВЧ-диапазона. Сущность изобретения: устройство содержит металлизированную ферритовую плату, на лицевой стороне которой размещен тонкопленочный проводящий диск, соединенный с тремя микрополосковыми линиями. Постоянный магнит выполнен цилиндрическим и закреплен на поверхности проводящего диска своим первым торцем. На втором его торце закреплен держатель, выполненный в виде диска и соединенный с тремя стойками, каждая из которых размещена между двумя смежными микрополосковыми линиями. Держатель и стойки выполнены из немагнитного материала. 2 ил.

СВЧ-ЦИРКУЛЯТОР, содержащий металлизированную ферритовую плату с размещенным на лицевой стороне тонкопленочным проводящим диском, соединенным с тремя симметрично расположенными проводящими микрополосковыми линиями, и по меньшей мере один постоянный магнит, выполненный цилиндрическим и закрепленный первым торцом на поверхности проводящего диска, а на втором его торце закреплен держатель, выполненный в виде плоского диска с тремя подсоединенными к нему симметрично расположенными между проводящими микрополосковыми линиями стойками, причем диаметр постоянного магнита соизмерим с диаметром плоского диска держателя, а высота - с высотой стойки, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности при сохранении электрических характеристик в условиях воздействия механических динамических нагрузок, основание каждой стойки соединено внахлест с лицевой стороной ферритовой платы, причем центры каждого нахлесточного соединения расположены симметрично на диаметре, отношение которого к высоте постоянного магнита близко к единице, а суммарная площадь этих соединений превышает удвоенную площадь соединения постоянного магнита с проводящим диском, при этом держатель и стойки выполнены из немагнитного материала.