СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 1995 года по МПК H01F3/08 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в цепях смещения сверхвысокочастотных (СВЧ) устройств дм, см и мм-диапазона частот.

Известен способ изготовления магнитодиэлектрических сердечников на основе карбонильного железа, включающий смешивание порошка карбонильного железа и других составляющих в смесителе.

Известна катушка индуктивности, выполненная в виде намотанного на диэлектрический каркас ленточного проводника, при этом проводник навит на диэлектрический шнур, намотанный на каркас катушки.

Недостатком катушки является сложность ее изготовления из-за двойной намотки сначала проводника на диэлектрический шнур, а затем шнура с проводником на диэлектрический каркас. Такая конструкция катушек не позволяет значительно миниатюризовать их.

Наиболее близким способом к изобретению является способ изготовления бескаркасных катушек из микропровода в стеклянной изоляции, в котором катушка наматывается на оправку, покрытую защитным слоем в виде водной суспензии мелкодисперсного инертного вещества со связующим, например крахмалом или поливиниловым спиртом, температура выгорания которого не превышает температуры подогрева оправки. После намотки катушек, производимой при 650-700^оС, связка выгорает, и небольшого усилия оказывается достаточно для рассыпания покрытия и легкого снятия катушки с оправки.

Недостатком данного способа является невозможность получения микроминиатюрной катушки из-за навивки микропровода в стеклянной изоляции и из-за больших межвитковых емкостей нельзя использовать катушку по данному способу в см и мм-диапазонах. Кроме того, большая трудоемкость изготовления заключается в необходимости для каждой катушки покрывать намоточную оправку защитным составом, высушивать его.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является катушка индуктивности, содержащая спиральный тонкопленочный проводник, расположенный на диэлектрическом каркасе, проводник выполнен в виде оболочки, внутри которой размещен каркас.

Недостатком данной катушки является то, что проводник выполнен в виде спиральной трубки, заполненной диэлектриком, что не позволяет сделать миниатюрную катушку, а, следовательно, невозможность использования ее в дм, см и мм-диапазонах, так как катушка больших размеров ответвляет часть СВЧ-мощности, проходящей в СВЧ-тракте, и вследствие этого увеличиваются потери мощности СВЧ-сигнала.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона работоспособности катушки индуктивности в сторону верхних частот путем уменьшения размеров катушки, а, следовательно, уменьшения потерь мощности СВЧ-сигнала в верхней части рабочего диапазона.

Указанная цель достигается тем, что катушку индуктивности, выполненную из провода намоткой виток к витку, погружают в сухое карбонильное железо, подвергают вибрации, затем погружают в жидкий обволакивающий состав порошка из карбонильного железа и, таким образом, катушка заполняется внутри и со всех сторон поглотителем из карбонильного железа.

На фиг. 1 изображена катушка индуктивности, общий вид; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схема включения катушки в СВЧ-линию; на фиг. 4 сравнительные графики зависимости вносимого катушкой индуктивности в СВЧ-линию ослабления от частоты.

Катушка индуктивности представляет собой провод 1, свернутый в спираль с двумя выводами. Вся катушка снаружи и изнутри залита каркасом оболочкой 2 на основе порошка карбонильного железа.

Катушка 3 индуктивности подключена к СВЧ-линии (проводник 4) и НЧ-линии (проводник 5).

Катушка изготавливается следующим образом:
Берется определенной длины предварительно облуженный медный провод, из которого на устройстве для намотки катушек производится навивка спирали и обрезка выводов в заданный размер. После этого определенное количество катушек погружаются в тару с порошком СУ карбонильного железа, которая подвергается обработке на виброустановке или ультразвуковой ванне для заполнения внутренней полости микрокатушки порошком карбонильного железа. Изготавливается обволакивающий состав на основе порошка карбонильного железа (карбонильное железо марки Р-10 ГОСТ 13610-79, лак-УР-231 ТУ6-10-863-84, отвердитель АТ-1 ТУ 88УССР 193,091-86).

Полученный состав разливается в ячейки многоместной формы, представляющей из себя фторопластовую пластину, в которой выполнены прямоугольные углубления (ячейки с размерами несколько большими чем погружаемая в них катушка. Катушки, прошедшие обработку на виброустановке в таре с порошком карбонильного железа, принудительно погружаются в ячейки с составом жидкого карбонильного железа. Далее форма с катушками в ячейках помещается в термошкафу для сушки. После сушки катушки в оболочке на основе порошка карбонильного железа захватываются пинцетом из вывода (выступающие из ячеек) и извлекаются из формы.

Катушка индуктивности рассчитывается по формулам
L_k= · ω²d·φ где L_к -индуктивность катушки, Г;
M_о 4 π˙ 10^-7, Г/м;
ω число витков;
d диаметр спирали, м;
Φ коэффициент, определяемый в книге Калантаров П. Л. и Цейтлин Л. А. Расчет индуктивности. Л. Энергоатомиздат, 1986, с. 248, табл. 6-1.

Резонансная частота f_рез катушки, на которой его электрическая длина равна /b/²,
f_рез= где l длина катушки, м;
n плотность намотки катушки число витков на 1 см длины;
b высота катушки, см;
d диаметр катушки, см.

При этом верхняя рабочая частота катушки должна быть не более
f_b ≅ 0,9f_рез.

Для того, чтобы величина модуля коэффициента отражения (Г) обусловленного подключением катушки с индуктивностью L к линии передачи с волновым сопротивлением Z_о не превышал заданного значения (Г)_к, должно выполняться соотношение
2L где f_н нижняя частота рабочего частотного диапазона катушки.

Геометрические размеры заявленной микрокатушки индуктивности внутренний диаметр 0,3 мм, длины выводов 2 мм и 5 мм; количество витков 20; провод медный луженый диаметр 0,08 мм; толщина оболочки на основе порошка карбонильного железа (размер между D_нар катушки и наружной стенкой каркаса) 0,1-0,3 мм.

На графиках показаны зависимости ослабления вносимого катушкой индуктивности, включенной в СВЧ-линию, от частоты: кривая 6 показывает зависимость ослабления от частоты в СВЧ-линии 4 между входом а и выходом б в случае подключения катушки индуктивности с поглотителем в виде каркаса-оболочки на основе порошка карбонильного железа; кривая 7 показывает зависимость ослабления от частоты в СВЧ-линии 4 между входом а и выходом б в случае подключения катушки индуктивности без поглотителя; кривая 8 показывает зависимость ослабления от частоты НЧ-линии 5 между входом а и выходом в случае подключения катушки индуктивности без поглотителя; кривая 9 показывает зависимость ослабления от частоты в НЧ-линии 5 между входом а и выходов в в случае подключения катушки индуктивности с поглотителем в виде каркаса-оболочки на основе порошка карбонильного железа.

Сравнивая кривые 6 и 9 катушки индуктивности с поглотителем с кривыми 7 и 8 катушки индуктивности без поглотителя делаем вывод, что введение поглотителя в катушку приводит к увеличению развязки (кривая 9) катушки и уменьшению вносимых потерь (кривая 6) и к увеличению частотного диапазона работы катушки.

Исследование катушки проводилось в частотном диапазоне на приборах измерители КСВН панорамные: Р2-78, Р2-102, Р2-103, Р2-104.

Наличие диэлектрического каркаса-оболочки 2 на основе порошка карбонильного железа позволяет увеличить частотный диапазон работы катушки индуктивности, так как карбонильное железо является поглотителем, который снижает добротность катушки и "гасит" возникающие в ней за счет межвитковых емкостей электромагнитные колебания.

Использование: радиотехника, при изготовлении электромагнитного оборудования. Способ заключается в том, что катушку индуктивности 1 помещают в сухой порошок, подвергают вибрации и погружают в жидкий состав на основе карбонильного железа. Наличие диэлектрического каркаса оболочки 2 на основе порошка карбонильного железа позволяет увеличивать частотный диапазон работы катушки индуктивности, т. е. расширить диапазон верхних частот устройства. 4 ил.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УСТРОЙСТВА, согласно которому образуют катушку индуктивности, погружают ее в жидкий состав на основе карбонильного железа и термообрабатывают, отличающийся тем, чтос целью расширения диапазона верхних частот устройства, перед размещением катушки в жидком составе на основе карбонильного железа ее помещают в сухой порошок указанного состава и подвергают вибрации.