CS223957B2 - Cirkulátor a izolátor vytvořený mezi magnetickými póly z vysokofrekvenčních feritových nebo granátových těles - Google Patents

Description

Vynález se týká cirkulétoru a izolátoru, vytvořeného mezi magnetickými póly z vysokofrekvenčních feritových nebo granátových těles, přičemž sousední povrchy vysokofrekvenčních feritových nebo granátových těles a magnetických pólů mají různé rozměry.

Cirkulétory a izolátory mají širokou oblast upotřebeni ve velkých mikrovlnných zařízeních, ve sdělovacích systémech, v radarové technice, jakož i v měřicích zapojeních. Tyto přístroje mají za úkol oddělovat škodlivé odrazy nebo předávat vysokofrekvenční energii usměrněnou. Tyto přístroje mejí nereciproční charakter, čehož je dosahováno nerecipročitou a asymetrickým tensometrem permeability použitých feritových nebo granátových materiálů (v dalěím bude pod společný název ferit pojat i granát). Podle funkčního principu se přitom ferit magnetuje stejnosměrným magnetickým polem.

U známých řešení se používá feritů rozdílné geometrie, obecně válcovitých nebo hranoloví tých feritových profilů se čtyřúhelníkovou nebo trojúhelníkovou základnou a tyto se sestavují podle požadavků do trubkovitých, páskových, souosých a mikrostripových vedení, jakož i do přípojných uzlů, načež se feritové kusy magnetují homogenním a ke směru šíření kolmým magnetickým stejnosměrným polem. K přizpůsobení výstupních otvorů jsou v těchto přístrojích umístěny mimo feritových kusů většinou i různorodé přizpůsobovací prvky, do nichž je pojata i určité část feritového tělesa. U dosavadních forem řešení je tento pro přizpůsobení vložený feritový díl magnetován rovněž kolmo ke'směru šíření. Podle jiné metody se tento feritový díl vůbec nemagnetuje stálým magnetickým polem a využívá se permitivity feritu. V praxi vývoje přístrojů je obecně stanoven cíl vytvářet zařízení s pokud možno malými rozměry, ale se stéle lepšími technickými parametry.

Čím existuje v přizpůsobovacích sítích cirkulétorů a izolátorů více členů, tím llfcší je přenosové pásmo přístrojů, což ale mé za následek vzrůst potřebného prostoru a ztrétf vzniknuvší parazitní reektance způsobují pak podstatné zúžení teoretické Šířky pásma.

V praxi se proto dévó přednost jednočlennému přizpůsobení, většinou čtvrtvlnnómu impedančnímu transformátoru. Sestrojí-li se přizpůsobovací sil s feritovým télesem, uplatní sa pro vysokou permitivitu feritu mimořádné výhodné vlastnosti malých rozměrů.

Uvedené nevýhody jsou u cirkulétoru a izolátoru odstraněny podle vynálezu, jehož podsta- j ta spočívá v tom, že magnetické póly jsou vůči jejich dělicí ploSe asymetrické a alespoň , jeden z magnetických pólů mé menší povrch než nejbližší ferit nebo granát nebo jeden z dílčích povrchů téhož pólu magnetu je menší než povrch feritu nebo granátu.

Výhodou cirkulétorů a izolátorů podle vynálezu je, že se k přizpůsobení využívá čéstl nebo celého feritového tělesa, přičemž v protikladu k dosud známým řešením je feritové těleso magnetováno magnetickým polem nehomogenně, a sice tak, že část feritového tělesa je magnetována kolmo ke směru šíření, druhé část je ale magnetována tak, že zde stejnosměrné magnetické pole mé jak kolmé, tak podélné složky. Ve feritu je tedy směr stejnosměrného magnetického pole v každém případě nehomogenní, ale nehomogenní může být i jeho velikost. Dosahuje se přenosu velmi širokých pásem, přičemž rozměry cirkulétorů a izolátorů jsou zredukovány.

Příklady provedení cirkulétoru a izolátoru podle vynálezu jsou zobrazeny na výkresech/ na nichž na obr. 1 je zobrazeno vysokofrekvenční feritové těleso, na obr. 2 jeou znázorněny dva magnetické póly s různě velkým povrchem včetně vlnovodu a vysokofrekvenčního feritpvého tělesa, na obr. 3 je znázorněno totéž seskupení β magnetickými póly odlišných tvarů a se dvěma vysokofrekvenčními feritovými tělesy, na obr. 4 je stejné seskupení, ale jeden z magnetických pólů je zhotoven z heterogenního magnetického materiálu, u seskupení podle obr. 5 svírá jeden z magnetických pólů úhel nejméně 10° s povrchem feritu,'obr. 6 znázorňuje dva cirkulétory, z nichž u cirkulétoru na pravé straně je otvor opatřen závěrným prvkem a na obr. 7 jsou přenosové charakteristiky cirkulétoru. *

Na obr. 1 je znázorněn ferit £ v řezu s přípojem £ vlnovodového vedení. Šípkami je znázorněn směr mikrovlnné energie £, přičemž střední úsek & feritu £ je magnetován kolmo na směr šířeni mikrovlnné energie a, kdežto magnetované okrajové úseky £ feritu £ vykazují i podélné složky.

Nehomogenní magnetické pole může být vytvořeno více způsoby. Podle jedné možnosti je povrch magnetického pólu 1 v blízkosti povrchů (spodní a horní povrch) vysokofrekvenčního feritového tělesa 2 nebo vysokofrekvenčních feritových těles .£, ležících proti magnetickému pólu '1 vytvořen jako rovinné plocha, přičemž jeden z povrchů se liší nejméně o 10 % od druhého a nejméně jeden z nich je menší než sousední povrch vysokofrekvenčního feritového tělesa 2. Pod magnetickými póly 1 rozumí se magneticky tvrdé a měkké materiály, permanentní magnety, elektromagnety, měkké železo, nevysokofrekvenční ferit a jiné materiály o nízkém magnetickém odporu. To je znázorněno schematicky na obr. 2, kde magnetické póly_£ jsou umístěny vně stěn 2 vlnovodu, přičemž protilehlé povrchy £ magnetických pólů 1 mají různou velikost. Mezi stěnami ž. vlnovodu je pak umístěno jedno vysokofrekvenční feritové těleso 2.

Nehomogenní magnetické pole se dá realizovat bu3 tak, že alespoň jeden z protilehlých povrchů £ magnetických pólů £ se vytvoří nikoliv jako rovinné plocha a jejich alespoň část se vytvoří tak, že tato á sousední povrch £ vysokofrekvenčního feritového tělesa 2 svírají úhel alespoň 10° (viz obr. 3), nebo tak, že se protilehlý povrch J alespoň jednoho magnetického pólu zhotoví z heterogenního magnetického materiálu, jak je to naznačeno na obr. 4.

U provedení podle obr. 5 je protilehlý povrch £ jednoho magnetického pólu £ vytvořen tak, že svírá úhel nejméně 10° se sousedním povrchem £ vysokofrekvenčního feritového tělesa 2.

Je v rámci tohoto vynálezu i případné zkombinování uvedených řešení.

Na obr. 6 vlevo je znázorněn cirkulétor zkonstruovaný podle vynálezu, a to jednak v řezu, jednak v půdorysnám pohledu. Při použití techniky integrovaných obvodů se tento cirkulétor hodí pro uzlový mikrostrip. Pomoci techniky tenkých vrstev byl tento cirkulétor vytvořen na feritovém nosiči rozměrů 228,60 x 19,05 mm. Je složen z kotoučovitého mezikusu a tří transformátorů pro přizpůsobení a vytvoření širokého pásma. Na vysokofrekvenčním feritovém tělese £ je nanesena vrstvička 8.

Jestliže se jeden z otvorů cirkulétoru uzavře přizpůsobeným závěrným prvkem X, obdržíme širokopásmový izolátor, který je zobrazen na pravé části obr. 6.

Obr. 7 ukazuje charakteristiky cirkulátoru z obr. 6, který je magnetován stejnosměrným magnetickým polem vykazujícím také složky nehomogenního šíření. Na obr. 7 jsou znázorněny křivky £, X, £ tří různých otvorů, vyjadřující tlumené v závislosti na kmitočtu, přičemž nahoře jsou zakresleny závěrné charakteristiky a dole charakteristiky propustnosti. Charakteristiky dokazují, že je možno postavit přístroj tohoto druhu s velmi širokým přenosovým pásmem a se zredukovanými geometrickými rozměry.

Bylo popsáno využití vynálezu u plenárních cirkulétorů třetí generace (nejmodernější technika naší doby), vynález však může být využit také u páskových vedení nebo cirkulétorů, popřípadě izolátorů, které jsou vytvořeny ve vlnovodech nebo se soustředěnými parametry.

' Pomocí tohoto vynálezu může být zkonstruován širokopásmový cirkulétor za použití přizpůsobovacího čtvrtvlnného transformátoru, přičemž se použije homogenního magnetického pole a kontinuálního lineárního přizpůsobení s transformátorem o vlnové délce nejméně lambda.

To ale nevylučuje možnost dosáhnout rozšířené šířky pásma za použití stejnosměrného magnetického pole, které vykazuje i nehomogenní podélné složky.

Magnetické pole zahrnující i nehomogenní podélné složky se dá na základě vynálezu vybudovat jednoduše s magnety rozdílného průměru nebo rozměrů (viz obr. 2, 3, 4 a 5).

Míra nehomogenity, úhel a velikost vektoru stejnosměrného magnetického pole, jakož i rozložení siločar, mohou být účelně změněny tím, že se změní místo jednoho nebo obou magnetů.

Np základě uvedeného lze tedy konstatovat, že cirkulátory a izolátory podle vynálezu mohou být zhotovovány v redukovaných rozměrech, což má za následek malou spotřebu materiálu,

- a proto hospodárnou výrobu.

Nadto se tyto prvky vyznačují velmi rozsáhlou šířkou pásma, což poskytuje předpoklad pro výrobu nejmodernějších přístrojů. Obzvláštní výhoda vynálezu u mikrostripových cirkulátorů spočívá v tom, že v důsledku velmi zredukovaných rozměrů jednoho z magnetických pólů jsou otvory, například při letování, snadno přístupné.

Claims (5)

1. Cirkulétor a izolátor vytvořený mezi magnetickými póly z vysokofrekvenčních feritových nebo granátových těles, přičemž sousední povrchy vysokofrekvenčních feritových nebo granátových těles a magnetických pólů mají různé rozměry, vyznačující se tím, že magnetické póly (1) jsou vůči jejich dělicí ploše (6) asymetrické a alespoň jeden z magnetickýich pólů (1) má menší povrch než nejbližší vysokofrekvenční feritové nebo granátové těleso (2) nebo jeden z dílčích povrchů téhož magnetického pólu (1) je menší než povrch vysokofrekvenčního feritového nebo granátového tělese (2).

2. Cirkulátor e izolátor podle bodu 1, vyznačující se tím, že protilehlé povrchy (3) obou magnetických pólů (1) jsou rovinné plochy, které se od seb? odlišují nejméně o 10 %,

3. Cirkulátor b izolátor podle bodu 1, vyznačující se tím, že protilehlý povrch alespoň jednoho z magnetických pólů (1) je členitý a jeho alespoň část a sousední povrch (4) vysokofrekvenčního feritového nebo granátového tělesa (2) svírají úhel nejméně 10°.

4. Cirkulátor a izolátor podle bodu 1, vyznačující se tím, že protilehlý povrch (3) alespoň jednoho z magnetických pólů (1) je z heterogenního magnetického materiálu.

5. Cirkulátor a izolátor podle bodu 1, vyznačující se tím, že protilehlý povrch (3) alespoň jednoho z magnetických pólů (1) a povrch vysokofrekvenčního feritového nebo granátového tělesa (2) svírají úhel nejméně 10°.