ФЕРИТНИ УСТРОЙСТВА

Феритните устройства се използват широко в микровълновата технология. Това се обяснява с факта, че феритът е практически единствената усвоена в производството среда с контролиран параметър m, която има нереципрочни свойства. Опитите за създаване на подобни устройства на базата на магнитна плазма и сегнетоелектрици все още не са дали добри резултати.

Преходът към интегриран дизайн на тези устройства е от голям интерес. Трудността при изграждането на феритни устройства на микролентова линия се дължи на факта, че магнитното поле в нея е линейно поляризирано. За създаване на нереципрочни устройства е необходима кръгова или близка до нея поляризация на магнитното поле. Следователно не всички феритни микровълнови устройства могат да бъдат направени в микролентов дизайн.

В микровълновия диапазон феритите не се подчиняват на принципа на реципрочност, т.е. техните магнитни свойства са "асиметрични" по отношение на посоките на разпространение на микровълновата енергия. Това свойство е от фундаментално естество и намира обяснение в "асиметричното" поведение на зависимостта на магнитната проницаемост от микровълновото поле за различни посоки на постоянното намагнитващо поле и неговата големина.

Използвайки тази "асиметрия" на свойствата на феритите, е възможно да се проектират различни нереципрочни микровълнови устройства, базирани както на абсорбцията на микровълнова енергия, която е различна за различните посоки на полето, така и на нереципрочното фазово изместване, свързано с асиметрична промяна в магнитната пропускливост. Най-универсалните устройства, базирани на ферити, са циркулационни помпи и вентили (натоварени циркулационни помпи).

Обикновено при избора на феромагнитен материал като субстрат за лентова система се вземат предвид следните параметри.

1.Намагнитване на насищане. Това е точката, в която общият магнитен момент престава да нараства с по-нататъшно увеличаваневъншно поле. Стойността на намагнитването на насищане трябва да се вземе предвид при избора на материал за устройства, тъй като определя най-ниската работна честота на филтрите и ограничителите. Приблизително може да се счита, че най-ниската работна честота в (мегахерци) е равна на намагнитването на насищане в (гаус).

2.Ширина на линията на феромагнитен резонанс∆H– определя относителните загуби във ферита. Ширината на линията, измерена при феромагнитен резонанс, е подобна на честотната лента от 3 dB на конвенционален едностъпален филтър. Ширината на феромагнитната резонансна линия силно зависи от степента на повърхностна обработка на материала: колкото по-добро е полирането, толкова по-тясна е феромагнитната резонансна линия.

3.Анизотропиятае свойство на магнитните материали, поради което магнитните моменти се стремят да се подредят по определена кристална ос. Той определя посоката на преференциалното намагнитване на феромагнитната проба.

4.Температура на точката на Кюри T– стойността, която определя границата, отвъд която намагнитването на пробата изчезва. При изчисляване на такива устройства като циркулационни помпи и фазови превключватели, материалът на субстрата се избира при условието

където ω е работната честота; γ е жиромагнитното отношение, равно на 2,8 MHz/първо за ферити;4πµS– магнетизирано насищане (гаус).

Циркулаторът изпълнява функцията за управление на движението на енергийния поток.

Основната част на циркулатора е пасивно трираменно съединение, в което се управлява микровълновата енергия. На фиг. 34. показва циркулационна помпа с посока на циркулацията по посока на часовниковата стрелка. В циркулационна помпа с три рамена (Фиг. 34), енергията, влизаща в рамо 1, ще премине без отслабване в рамо 2, ако рамо 2 е координирано с рамо 1. По същия начин, тъй като циркулационната помпа е симетрична,енергията, навлизаща в рамо 2, ще напусне рамо 3 с много малко затихване, но ще бъде силно затихнала в рамо 1 и степента на затихване ще зависи от качеството на съвпадение на другите рамена. Обикновено изолацията между рамената е 20 dB сVSWrравно на 1,25.

Следователно, основните параметри, които определят качеството на циркулационната помпа, са загубата напред, загубата при връщане иVSWR.

Загубите в права посокасе наричат ​​вмъкнати загуби, изразени в децибели (това е степента на затихване на сигнала, когато се разпространява от единия крак към следващия в посоката на предаване).

Фигура 34 - Циркулационна помпа с три рамена

Загубата при връщанее затихването на сигнала, когато се разпространява от един крак към следващия в посока, обратна на посоката на предаване.

VSWRе стойността на коефициента, който ще се наблюдава във всяко от рамената на циркулационната помпа, ако другите рамена са натоварени със съгласувани съпротивления. Понастоящем са изградени циркулационни помпи и вентили, които работят в диапазона от 100 MHz и по-висок с честотна лента от 5 до 35%.

Понастоящем феритните циркулационни помпи се класифицират според следните критерии.

1.Според принципа на действие:

- резонаторни циркулатори - в областта на феритната вложка има електродинамичен резонанс с нереципрочно разпределение на полето, което осигурява режима на циркулация;

- циркулационни помпи на крайни вълни - работят в режим на бягаща вълна, режимът на циркулация се осигурява от нереципрочно изместване на полето;

- циркулационни помпи от смесен тип - работят в широка честотна лента (октава или повече) и в тях могат да съществуват както режими на пътуващи, така и на стоящи вълни.

2.По тип захранващо устройство:

− циркулационни помпи на симетрлента линия;

− циркулационни помпи на асиметрична лентова линия;

− циркулационни помпи на шлицевата линия;

− циркулационни помпи на копланарна линия.

3.По ниво на мощност:

− циркулационни помпи с ниска мощност (неизискващи охлаждане);

− циркулационни помпи със средна мощност (с въздушно охлаждане);

− циркулационни помпи с висока мощност (с течно или комбинирано охлаждане).

4.По дължина на вълната:

- циркулатори от "милиметров" и "сантиметров" обхват на дължина на вълната - работят в полета с по-ниска резонансна стойност и се наричат ​​предрезонансни;

− циркулационни помпи с диапазони на дължина на вълната "дециметър" и "метър" работят в полета зад феромагнитен резонанс и се наричат ​​трансрезонансни.

5.Работен температурен диапазон:

− циркулационни помпи работещи в лабораторни условия (без термостабилизираща система);

− циркулационни помпи, работещи в температурен диапазон 150–450 °K със система за термична стабилизация);

− криогенни циркулационни помпи, работещи при температури на кипене на течен хелий, азот, въздух.

6.По вида на схемите, в които се използват циркулационни помпи:

− циркулационни помпи за конвенционални микровълнови пътища;

− циркулационни помпи за микровълнови печатни платки;

− циркулационни помпи за микровълнови интегрални схеми;

− циркулационни помпи за системи за забавяне на електромагнитни устройства.

Най-разработените мостови трираменни микролентовиY-циркулационни помпи. Един от дизайните на микроциркулатора е както следва. Върху заземената основа се полага феритна подложка с дебелина 0,6 mm. Централната лента с ширина 0,064 mm се напръсква върху ферита. Метален диск с диаметър 0,58 mm се отлага в центъра на 120° кръстовището на лентата. Постоянен магнитима диаметър малко по-голям от диаметъра на централния метален диск. Така само част от ферита се магнетизира директно в областта на разклоняването. Преките загуби в такава циркулационна помпа с X-лента не надвишават 0,6 dB, изолацията на рамото е най-малко 20 dB.

Когато съответстващ товар е свързан към едното рамо на циркулационната помпа, той се превръща във вентил.

Вентилът е нереципрочно устройство, което пропуска вълна в една посока и поглъща вълна в обратна посока. Структурно микровълновият вентил е сегмент от предавателна линия, съдържащ феритен елемент и поставен в магнитно поле. Гейтовете се използват широко за "разединяване" (елиминиране на обратната връзка) на генератора и товара и като цяло различни микровълнови устройства.

Има два вида вентили в дизайна на лентовата линия: вентили, използващи ефекта на изместване на полето в лентовата линия, и вентили, използващи ефекта на нереципрочна резонансна абсорбция.

Фигура 35 - Клапан

Принципът на действие на портата върху изместването на полето, направено върху линията на лентата (фиг. 35), е както следва. Вентилът е сегмент от лентова линия с увеличена ширина на централния проводник 3 в сравнение с изходните линии. В областта на централния проводник има напречно намагнетизирана феритна плоча 1, която запълва (частично или изцяло) пространството между лентата и екрана. По време на преминаването на директна вълна разпределението на полето е такова, че максимумът на електрическото поле се измества към един от краищата на лентата, а когато обратната вълна преминава, максимумът на полето се измества към другия край на лентата. Ако на този ръб на лентата се постави абсорбер 2, тогава ще се получи нереципрочно устройство, което абсорбира обратната вълна.

Разпределението на електромагнитното поле за основната вълна в напречнотонапречното сечение на симетрична лентова линия с феритен пълнеж се описва с израза:

, Където

където , са компонентите на тензора на магнитната проницаемост;

- диелектрична константа на ферит;

λ0 е дължината на вълната в свободното пространство.

Очевидно е, че съотношението на клапана (отношението на силата на полето на директната вълна към обратната) е равно на

, където d е ширината на централния проводник на лентовата линия.

По този начин съотношението на клапана (отношението на предната вълна към обратната вълна) се увеличава с увеличаване на , и ширината на централния проводник.

Свойствата на вентила въз основа на ефекта на изместване на полето в честотния диапазон се определят от честотната зависимост на структурата на електрическото поле, т.е. постоянството на стойността на β, което напълно се определя от величината и характера на промяната на компонентите на тензора на магнитната проницаемост в дадена лента. За повечето класове ферити стойността на β в широка честотна лента се променя незначително. Това прави възможно проектирането на вентили с постоянно външно магнитно поле.

Тема 5 МЕТОДИ ЗА ИЗУЧАВАНЕ НА ПАРАМЕТРИ НА МИКРОВЪЛНОВИ УСТРОЙСТВА

Изискванията към микровълновите устройства обикновено се изразяват като набор от параметри и характеристики, които напълно определят реакцията им на дадени електрически сигнали при дадени механични, климатични и температурни условия.

Най-пълният набор от измервания е да се определи разпределението на електрическия компонент на полето, за да се установи вида, а понякога и амплитудите на трептенията на електромагнитното поле, както и реакцията на измерваното устройство към електрически сигнали.

ИЗМЕРВАНЕ НА СТРУКТУРАТА НА ЕЛЕКТРОМАГНИТНОТО ПОЛЕ

Измерването на структурата на електромагнитното поле ви позволява да зададете вида на трептенията, да определите относителнитеамплитудите на полетата, оценяват ефекта на нехомогенностите върху структурата на полето, изчисляват състава на пространствените хармоници на полето, идентифицират и след това елиминират много производствени дефекти. При измерване на структурата на полето се използват сондови методи и методи на електролитни вани. Методите на сондата могат да бъдат разделени на активни и пасивни методи на сонда.

---