Сверхвысокочастотный вентиль Советский патент 1993 года по МПК H01P1/32 

Фиг.1

00

о еь

VI

о

со

Изобретение относится к области гиромагнитной радиоэлектроники я может быть использовано в качестве развязывающего элемента в гибридно-интегральных схемах антенно-фидерных устройств диапазона крайне высоких частот (КВЧ-миллиметро- вый и сублмиллиметровый диапазоны).

Целью изобретения является определение конструкционных и эффективных электромагнитных параметров слоев требуемых в одномодовом. режиме при условии резонанса разностей фазовых скоростей в слоях необходимого для перераспределения энергии прямой и отраженной волн в структуре интегрального вентиля при малой вели- чине касательного поля намагничивания.

На фиг.1 изображен общий вид интегрального вентиля в разрезе; на фиг.2 - вид сверху.

Он содержит плоский металлический проводник 1, диэлектрическую пластину 2, ферритовую пластину 3 с согласующими скосами, установленные симметрично относительно плоского металлического проводника 1, со слоем поглотителя 6. Ферритовая пластина 3 касательно намагничена в соприкасающейся плоскости магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом 4 с магнитопроводом 5. Плоский металлический проводник 1 является не только на- правляющей плоскостью, а волноводом одномодовоготипа колебаний не имеющего отсечки - несимметричной гибридной волны, продольная электрическая составляющая которой Ez распределена по сечению по закону гиперболического синуса и равна 0 в середине толщины слоя, поэтому система слоев рассмотрена как трехслойная ферри- то-диэлектричёская структура с бесконечно тонким металлическим экраном в центре нее. Выбор величин эффективных проница- емостей материалов ферритов и диэлектрика ставится в зависимость от толщины и физических свойств металла, определяю- щих левую часть уравнения (1), при этом толщины диэлектрической пластины 2 т б и ферритовой пластины 3 г ф лежат соответственно в интервалах:

f rfl 7+If; 1ЈЈ+Ґ«гФ ЈЈЕ+Ґ

где Ад иАф - длины волн соответственно в диэлектрическом и ферритовом материалах. В прямом направлении в диэлектрической пластине 2 распространя

0 5

0 5 0 5 0 5

0

5

ется основной тип колебаний ТМ0 не имеющей отсечки, и потери прямой волны минимальны для заданного диэлектрика. Так как область поперечно намагниченного слоя анизотропна, то в нем распространяются гибридные (ТМо + TEi), однако в данном случае поля ТМо и ТЕ волн не удовлетворяют принципу двойственности и преобладающим является основной тип колебаний

TEi. Параметры е д , ej-ф ввиду малой тол- щиньГслоев входят в уравнение (1) как эффективные.Прямая волна распространяется в диэлектрической пластиде 2, а отраженная - в ферритовой пластине 3. Энергия отраженной волны передается слою поглотителя 6 щелевой волной, возникающей в зазоре, образуемом слоем поглотителя между плоским металлическим проводником 1 и ферритовой пластиной 3. С уменьшением толщины плоского металлического проводника улучшается добротность отрезка линии, однако при этом уменьшается разность фазовых скоростей AVcB-np волны направляемой проводни-. ком - скорость распространения ближнего поля, и волны в свободном пространстве. Поэтому сложнее добиться совпадения с разностью фазовых скоростей Л Уф-д (А , Уд-ф) волн в ферритовом и диэлектрическом материалах, т.е. существуют конструкционные и технологические трудности достижения точности эффективных параметров, определяемой в частности возможностями оборудования и измерительной аппаратуры. В серийном производстве это оправдано простотой конструкции и улучшенными параметрами интегрального вентиля: вентильное отношение не менее 18, КСВ не хуже 1,15 в полосе частот 33%. Следует отметить, что существует принципиальный предел, состоящий в том, что при г. значение левой части уравнения должно проходить через нуль. Тогда фазовые скорости в ферритовом и диэлектриче- , .ском материалах будут равны и эффект резонанса пропадет. Получим обычную двухслойную феррйто-диэлектрическую структуру без проводника, в которой для достижения максимальной невзаимности используется классический эффект смещения поля. Поэтому необходимо иметь макси- мальное расхождение между диэлектрическими проницаемостями слоев

и значение fi 1 - 0 т.е. увеличится значение поля подмагничивания.

Термостабильность параметров вентиля достигается не только плавностью изменения ,Wi в интервале 0 fi 1, но и

одномодовостью режима работы в полосе частот. Это позволяет производить итерацию в более коротковолновый диапазон, на- пример путем использования моно- и поликристаллических ферритовых пленок, что, в свою очередь, требует создания единого технологического процесса (цикла) производства многослойных пленочных структур с невзаимными свойствами, . Формула изобретения

Сверхвысокочастотный вентиль, содержащий отрезок линии передачи в виде плоского металлического проводника и касательно Намагниченную ферритовую пластину, на которой нанесен слой поглоти- теля, отличающийся тем, что, с целью увеличения термостабильности и вентильного отношения, расширения рабочей полосы частот и уменьшения КСВ, плоский металлический проводник расположен меж- ду слоем поглотителя и введенной диэлектрической пластиной, при этом толщина плоского металлического проводника г пр , толщина ферритовой пластины Гф. и толщина диэлектрической пластины Гд вы- браны из соотношения

. 2лр . Т пр К ---- ,

rg.

а величины эффективных относительных,ди- электрической е гф и магнитной fi про- ницаемостей ферритовой пластины и относительной диэлектрической проницаемости Јгв диэлектрической пластины выбраны из соотношения

5 0 5

0

1

1

/71

™ г, гп

rg

1 Bndanpftnp

где А о - рабочая длина волны;

А ф - длина волны в ферритовом материале;

Яд- длина волны в диэлектрическом материале;

о пр - проводимость материала металлического проводника;

ft Пр - магнитная проницаемость материала металлического проводника;

д - глубина проникновения электромагнитного поля в материал металлического проводника при скин-эффекте;

К 1 - коэффициент, согласующий размерность.

Использование: в качестве развязывающего невзаимного элемента в гибридо-ин- тегральных схемах и антенно-фидерных устройствах диапазона крайне высоких частот. Сущность изобретения: устройство содержит плоский металлический проводник 1, диэлектрическую пластину 2 и феррито- вую пластину 3 с согласующими скосами, установленные симметрично относительно плоского металлического проводника 1 со слоем поглотителя 6. Ферритовая пластина 3 касательно намагничена в соприкасающейся плоскости магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом 4 с магнитопроводом 5. Приведены соотношения для выбора толщин плоского металлического проводника, ферритовой пластины, диэлектрической пластины, а также для вы-, бора величины эффективных относительных диэлектрических и магнитной проницаемо- стей их материалов. 2 ил.