Высокочастотный дроссель Советский патент 1980 года по МПК H01F38/02 H01F17/04 H01F27/28 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть ИСПОЛЬЗОВЕ но в ВЧ и СВЧ технике, например, в уси лителях, генераторах и диодных управляющих устройствах (выключателях, переключателях, аттенюаторах, фазовращателях и ограничителях) . Оно также может использоваться в электроприборах для подавления в широком диапазоне частот помех искрового характера (в устройствах с системами зажигания, в электрических бритвах и т. д.). Известны высокочастотные дроссели, содержащие однослойную или многослойную катушку индуктивности с цилиндрическим ферромагнитным сердечником i. Недостатком таких дросселей является небольшой, не превышающий значения 1О , коэф фиииент перекрытия по частоте. Увеличение индуктивности как однослойной, так и многослойной катушек, а также последовательное соединение однослойной и многослойной катушек не приводит к су щественному увеличению коэффициента перекрытия по частоте из-за появления В дросселях одного или нескольких последовательных резонансов. В однослойных дросселях последрвйтепьные резонансы появляются на частотах, на которьтх фазовая дЛина отрезка спиральной линии, обра зованной катушкой и внешними (общими) проводниками, становится кратной JT, В мнотЧюлойных дросселях при большой величине их индуктивности могут иметь место собственные последовательные резонансы катушек, в дросселях, содержащих последовательно соединенные однослойную и многослойную катушки всегда имеется последовательный резонанс, обусловленный индуктивностью однослойной катушки и емкостью многослойной. На частотах последовательных резонансов величина входного сопротивления дросселей существенно уменьшается: потери, вносимые дросселями в шунтируемые цепи, уве;шчиваются, а развязка (затухание между соединя«у ыми дросселями цепями) уменьшается. Из известных высоком астотнык дросселей наиболее близким по технической сутд ности к заявляемому является дроссель, содержащий соосно расположенные ферритовый цилиндрический сердечнш с проволочными выводами намотанную на сердечник однослойную обмотку и резистор, концы которого гальванически соединены с выводами обмотки f2 J, / Недостатком такого дросселя является небольшой коэффициент перекрытия по час тоте. В дросселе-прототипе резистор, включенный параллельно обмотке, уменьшает величину развязки и увеличивает вносимы потери во всем рабочем диапазоне частот (за счет активного сопротивления и паразитной емкости резистора), значитель но уменьшает добротность дросселя на частотах параллельных резонансов, но оказьгоает слабое влияние на добротность дросселя на частотах последовательных резонансов, имеющих место в линиях, образованных обмоткой и внешними провой никами, Целью изобретения является расширение полосы рабочих частот. Цель достигается тем, что в высокочастотном дросселе, содержащем цилиндри ческий сердечник, на который намотана обмотка, и резистор, последний выпот ен в виде изолированного от обмотки кольце, вого пояска, размещенного вдоль сердечника. Обмотка дросселя выполнена однослойной или однослойной на краях сердечника (или на одном крае) с целью получения высокой верхней рабочей частоты и многослойной на участке кольцевого пояска по его ширине с целью получения низкой нижней рабочей частоты. Ширина кольцевого пояска равна половина длт1ы обмотки. Удельное поверхностное сопротивление резистивной пленки при однослойной обмот ке выбрано в пределах кОм/о, при обмотке, однослойной на краях и многослойной в средней части - 0,01 41 кОм/D. Длина многослойной части обмотки не превышает ширины кольцевого пояска. На фиг, 1 показан предлагаемый дроссель с однослойной обмоткой на фиг. 2 дроссель с однослойной обмоткой на краях и многослойной в средней части сердечник Каждое из устройств содержит цилиндр ческий сердечник 1 с проволочными выво дами 2, кольцевой поясок 3 из резистивного материала, нанесенный методом тонк пленочной или толетопленомной технологии на среднюю часть сердечника, диэлектрический слой 4 с малым значением относительной диэлектрической пронитшемости, нанесенный на сердечник и кольцевой поясок, и обмотку 5 из тонкого медного провода, концы которой гальванически соединены с проволочными выводами 2. Назначение диэлектрического слоя уменьшение паразитной межвитковой емкости обмотки и зашита резистивного слоя от влияния окружающей среды. Однослойная обмотка первого дроссетш (фиг. 1) и однослойные части обмотки второго дросселя (фиг. 2) выполняются сплошными или с небольшим шагом. Намотка многослойнойчасти второго дросселя может быть произведена любым способом. На низких частотах сопротивления обоих дросселей носят индуктивный характер. Резистивные кольцевые пояски не уменьшают индуктивность дросселей, поскольку добротность поясков не превышает едицицы. С ростом частоты развязка и входные сопротивления дросселей увеличиваются и достигают максимальных значений на частотах первых параллельных резонансов (первые максимумы развязки и входных сопротивлений). Потери, вносимые дросселями в шунтируемые цепи, на частотах параллельных резонансов имеют минимальные значения. Для дросселя, представленного на фиг. 1, первый параллельный резонанс имеет место на частоте, на которой фазовая дл1таа отрезка спиральной линии, образованная обмоткой и общими проводниками, ста вится равной Т&/2. Для дросселя, представленного на фиг. 2, первый параллельный резонанс имеет место на собственной резонансной частоте многослойной части обмотки.. При дальнейшем увеличении частоты в дросселях наступают последовательные резонансы. Развязка и входные сопротивления дросселей на частотах последовательных резонансов падают, а вносимые потери (в шунтируемые дросселями цепи) возрастают. Однако благодаря шунтирующему действию резистивных поясков, связанных с обмотками дросселей трансформаторной и емкое НОЙ связью, добротности дросселей на частотах последовательных резонансов получаются малыми, входные сопротивления достаточно боттьшими (не менее 3 Ком), развязка - значительной (не менее 2830 дБ для дросселей, Jвключeнныx последовательно в цепи с характеристическим сопротивлением 50 или 75 Ом), а BHOcifмые потери в шунтируемые цепи - майыми (не превышают 0,1 дБ дпя цепей с указанными значениями характеристическ сопротивлений), В дросселе, изображенном на фиг. 1, первый последовательный резонанс наступает на частоте/ на которой фазовая длина отрезка спиральной линии становится равной TL/в дросселе, изображенном на фиг. 2 - на частоте, на которой индуктцвное сопротивление однослойных частей обмотки становится рчвным емкостному сопротивлению многослойной части обмогки. В первом дросселе могут иметь место несколько параллельных и последовательных резонансов, обусловленных резонансны ми свойствами спиральной линии. Наиболее высокочастотным резонансом в однослойном дросселе является собственный паралн лельный резонанс обмотки. Для второго дросселя наиболее высокочастотным является собственный параллельный резонанс однослойных частей обмоток. На частотах выше последнего параллельного резонанса эквивалентная схема первого дросселя представляет линию, состоящую из емкостей между витками и емкостей между вит ками и общими проводниками (на этих частотах дроссель резонансными свойствами не обладает). Однослойные части втс рого дросселя на частотах выше собственной резонансной частоты однослойных частей обмотки имеют аналогичную эквивалентную схему. С дапьнейшим ростом частоты развязка и входные сопротивления „г дросселей уменьшаются, а вносимые потери увеличиваются. На частотах выше частоты последнего параллельного резонанса трансформаторная связь между обмоткой и резистивным пояском в обоих аросселях отсутствует, и шунтирующее действие резистора уменьшается (шунтирующее действие резистора проявляется только благодаря наличию емкостной связи между обмоткой и резнетором). Входные сопротивления обоих дросселей на СВЧ носят емкостный характер и по существу определяются емкостью между крайними витками и емкостью этих витков на общие проводники (влиянием выводов д|эоссёлей на их входные сопротивления пренебрегаем, так как при использовании дросселей на СВЧ - на частотах выше 300-1000 Мгц - длина их выводов остав ляется минимально возможйой). 1иирина резистивного пояска выбрана равной половине длины обмотки. Большая 256 ширина пояска уменьшает развязку на СВЧ (за счет шунтирующего действия резисто.-ра), меньшая ширина увеличивает индуктивность рассе5гаия между обмоткой и рв зистором, что уменьшает входное сопротивление и развязку на частотах последовательных резонансов. С целью уменьшения индуктивности рассеяния между однослойными частями обмоток и резистором длина многослойной части обмотки во втором дросселе не превышает ширины кольцевого пояска. Поскольку для получения максимального входного сопротивления дросселей на частотах последовательных резойансов необходимо, чтоб выполнялось условие: R - Шo() где R - сопротивление резистора, приведенное к обмотке; Шсгчастота последовательного резонанса; / взаимная индукгавностъ между резистором и обмоткой: 52 - индуктивность рассе5гаия, обусловленная магни1 ным потоком, сцеппенньш только с резистором (приведенная к обмотке). Поскопьку частоты последовательных резонансов у обоих дросселей различны (у р дроссапя Ш значительно мен. ) удельные поверхностные сопротив „ резистивных поясков у обоих дроо выбраны различными, Величина индуктивности дросселя с однослойной обмоткой может достигать нескольких мГ, величина индуктивности дросселя с однослойной обмоткой на краях л сердечника и многослойной в средней его части - нескольких десяткой мГ. При этом отношение верхней рабочей частоты к нижней на уровне вносимых потерь 0,1 дБ (потерь, вносимых в цепи с наиболее распространенными характеристическими сопротивлениями для ВЧ и СВЧ устройств50 или 75 ,ОМ) составляет для первого дросселя - () и для второго (Ю -1О) и более (при верхней рабочей частоте обоих дросселей единицы ГГц). На основе предлагаемого дросселя могут быть созданы электро-и радиотеЧнические устройства с коэффициентами nepeKpbtтия по частоте на 2-4 порядка большими, чем устройства с известными дросселями. Формула изобретения 1. Высокочастотный дроссель, содержа-., щий цилиндрический сердечник, обмотку и резистор, отлич ающийся тем, что, с целью расширения попось рабочих частот, указанный резистор выполнен в виде изопированного от обмотки кольцевого пояска размаценного вдоль сердечника.

2,Дроссель . 1, отпичаюш и и с я т&л, что обмотка на участке кольцевого пояска выполнена многослойной, а на остальной части сердечника однослойной.

3.Лроссель по пп. 1, 2, о т л и ч ающийс я тем, что ширина кольцеf /

вого пояска равна половине длины обмотки.

Приоритет по пп. 2, 3 исчислять от О9.03.76. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Рабкин Л. И., Новикова 3. И. Катушки индуктивности на ферритовых сердечниках. Л., Энергия, 1972,

с. 116.

2.Патент США № 3835370, кп. 323/78, 1974 (прототип). 5J РР ;з5 УХХ $ |ЯЯ9999Яй9Ю99999% / ч У