RU153042U1 - Y-циркулятор с цилиндрическим вкладышем из магнитного материала - Google Patents
Y-циркулятор с цилиндрическим вкладышем из магнитного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU153042U1 RU153042U1 RU2014122698/08U RU2014122698U RU153042U1 RU 153042 U1 RU153042 U1 RU 153042U1 RU 2014122698/08 U RU2014122698/08 U RU 2014122698/08U RU 2014122698 U RU2014122698 U RU 2014122698U RU 153042 U1 RU153042 U1 RU 153042U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- circulator
- magnetic
- magnetic material
- nanocomposite
- insert
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
1. Y-циркулятор с цилиндрическим вкладышем из магнитного материала с корпусом в виде призмы с тремя входными плечами для соединения с прямоугольными волноводами, с диэлектрической вставкой внутри корпуса, в центре которой расположен цилиндрический вкладыш из магнитного материала, отличающийся тем, что в качестве магнитного материала используют нанокомпозит на основе опаловой матрицы, намагниченный в плоскости, параллельной оси симметрии Y-циркулятора.2. Y-циркулятор по п.1, отличающийся тем, что в качестве магнитного нанокомпозита используют опаловую матрицу с размером микросфер от 240 до 300 нм с магнитными частицами ферритовразмером до 60 нм, помещенными в межсферические промежутки.
Description
Y-циркулятор с цилиндрическим вкладышем из магнитного материала
Полезная модель относится к области техники СВЧ для передачи сверхвысокочастотных сигналов, и может быть использована в качестве невзаимных элементов СВЧ в многокаскадных схемах СВЧ, требующих значительной развязки между отдельными каскадами, например, в радиолокационных станциях для направленной передачи высокочастотной энергии, от передающей системы к антенне и направленной передачи отраженной энергии в приемную систему.
Качество работы циркуляторов определяется параметрами "прямые потери" и "коэффициент отражения", которые необходимо уменьшить, чтобы уменьшить потери мощности передаваемого сигнала и улучшить коэффициент стоячей волны сверхвысокочастотного тракта. Кроме этого, желательно увеличить полосу рабочих частот.
Известен сверхвысокочастотный циркулятор, содержащий Т-образное сочленение в виде отрезка предельного волновода, в центре широкой стенки которого расположен отрезок коаксиальной линии, а ферритовый вкладыш имеет прямоугольную форму и прижат к узкой стенке отрезка предельного волновода [А.с. СССР №797496].
Недостаток известного устройства заключается в сложности конструкции и трудности создания устройства миллиметрового диапазона..
Известен сверхвысокочастотный циркулятор, содержащий Т-образное сочленение отрезков линий передач, постоянный магнит и ферритовый вкладыш [Гуревич, А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах / А.Г. Гуревич. - М.: Гос. изд. физ.-мат. литер. 1960. - 407 с].
Недостаток известного устройства заключается в сложности использования в многокаскадных СВЧ-схемах и невозможности соединения пассивных и активных нагрузок без использования переходных элементов.
Известен также сверхвысокочастотный циркулятор, содержащий Y-сочленение, в котором ферромагнитный, металлический и диэлектрический материалы выполнены в виде микрополосковых линий, причем толщина металлического слоя выбирается меньше, чем глубина скин-слоя. [WO 2006110744 (А2)].
Недостаток устройства заключается в необходимости использовать сложную тонкопленочную технологию для изготовления элементов.
Наиболее близким к заявляемому является Y-циркулятор, с корпусом в виде призмы с тремя входными плечами для соединения с прямоугольными волноводами, при этом внутри корпуса в центре расположена диэлектрическая вставка с цилиндрическим вкладышем из феррита марки 2СЧ1 [Сверхвысокочастотные приборы и элементы» Проспект ОАО «Завод Магнетон» стр. 31., модель ФВЦН2-120-4, Санкт-Петербург, март 2011.].
Характеристики циркулятора в значительной степени определяются свойствами магнитного материала из которого выполнен вкладыш. К недостаткам Y-циркулятора с вкладышем из феррита марки 2СЧ1 следует отнести недостаточно широкую полосу рабочих частот, значительные прямые потери и коэффициент отражения, недостаточную развязку между плечами при прохождении высокочастотной энергии
В основу полезной модели положена задача расширения функциональных возможностей Y-циркулятора с вкладышем из магнитного материала, путем улучшения сверхвысокочастотных характеристик вкладыша.
Поставленная задача решается тем, что в Y-циркуляторе с цилиндрическим вкладышем из магнитного материала, с корпусом в виде призмы с тремя входными плечами для соединения с прямоугольными волноводами, с диэлектрической вставкой внутри корпуса в центре которой расположен цилиндрический вкладыш из магнитного материала, согласно полезной модели в качестве магнитного материала используют нанокомпозит на основе опаловой матрицы, намагниченный в плоскости, параллельной оси симметрии циркулятора.
При этом в качестве магнитного нанокомпозита используют опаловую матрицу с диамером микросфер от 240 до 300 нм с магнитными частицами ферритов - Co0,5Zn0,5Fe2O4 и Ni0,5Zn0,5Fe2O4. Указанный размер микросфер ограничивает до 60 нм размер частиц ферритов, помещенных в межсферические промежутки.
Выполнение вкладыша из магнитного нанокомпозита на основе опаловой матрицы с частицами ферритов позволило за счет ограничения размера магнитных частиц до 60 нм улучшить сверхвысокочастотные характеристики вкладыша и обеспечить новый технический результат -достигнуть увеличения ширины полосы рабочих частот циркулятора, снижения прямых потерь и коэффициента отражения, увеличения развязки между плечами при прохождении высокочастотной энергии.
На фиг. 1 представлена схема Y-циркулятора с цилиндрическим вкладышем из магнитного нанокомпозита на основе опаловой матрицы
на фиг. 2 - образец вкладышей из магнитного нанокомпозита на основе опаловой матрицы с частицами Co0,5Zn0,5Fe2O4;
на фиг. 3 - Зависимость развязки (|R21|)между плечами Y-циркулятора с вкладышем из магнитного нанокомпозита на основе опаловой матрицы от частоты;
на фиг. 4 - Зависимость прямых потерь (|R12|) Y-циркулятора с вкладышем из магнитного нанокомпозита на основе опаловой матрицы от частоты;
на фиг. 5 - Зависимость коэффициента отражения (|R11|) Y-циркулятора с вкладышем из магнитного нанокомпозита на основе опаловой матрицы, от частоты;
на фиг. 6 - Зависимость компонент тензора эффективной магнитной проницаемости нанокомпозита от постоянного магнитного поля f=16,4 ГГц; магнитные наночастицы Co0,7Zn0,3Fe2O4;
на фиг. 7 - Зависимость основных параметров Y-циркулятора с вкладышем из магнитного нанокомпозита (образец с магнитными наночастицами Co0,7Zn0,3Fe2O4;) от частоты.
Конструкция Y-циркулятора с цилиндрическим вкладышем из магнитного нанокомпозита на основе опаловой матрицы показана фиг. 1. Y-циркулятор имеет корпус 1 в виде призмы с тремя входными плечами 2, 3, 4 для соединения с прямоугольными волноводами 5, из которых поступает высокочастотная энергия для дальнейшего прохождения через Y-циркулятор. Внутри корпуса 1 располагается диэлектрическая вставка 6 предназначенная для согласования плеч 2, 3, 4 Y-циркулятора с внешними волноводами 5, упрощает его настройку, расширяя полосу пропускания, внутри корпуса 1. В диэлектрической вставке 6 расположен вкладыш 7, выполненный в виде цилиндра из магнитного нанокомпозита на основе опаловой матрицы, намагниченный в плоскости, параллельной оси симметрии циркулятора. В качестве магнитного нанокомпозита используют опаловую матрицу с размером микросфер от 240 до 300 нм с магнитными частицами ферритов - Co0,5Zn0,5Fe2O4 и Ni0,5Zn0,5Fe2O4. Указанный размер микросфер ограничивает до 60 нм размер частиц ферритов, помещенных в межсферические промежутки.
Работа Y-циркулятора осуществляется следующим образом. При поступлении электромагнитной энергии в плечо 2 Y-циркулятора электромагнитная волна падает на вкладыш 7, выполненный из магнитного нанокомпозита на основе опаловой матрицы, и возбуждает в нем две волны, бегущие по азимуту в противоположных направлениях. В результате их интерференции образуется стоячая волна. Вектор напряженности магнитного поля этих волн имеет поляризацию, близкую к круговой с противоположными направлениями вращения. Вследствие этого скорости этих волн оказываются различными и интерференционные узлы и пучности располагаются несимметрично относительно возбуждающего плеча 2. Размеры вкладыша 7, напряженность подмагничивающего поля выбираются таким образом, чтобы пучность стоячей волны установилась напротив плеча 3, а узел - напротив плеча 4. Тогда в плече 3 волна возбуждается полем вкладыша 7, а в плече 4 не возбуждается, что и приводит к желаемому результату. Высокочастотная энергия проходит из плеча 2 в плечо 3. Так как система симметричная, то колебания из плеча 3 будут передаваться только в плечо 4, а из плеча 4 - в плечо 2, т.е. будет реализована последовательность передачи 2-3-4-2. При изменении направления внешнего магнитного поля последовательность передачи также изменится на обратную: 2-4-3-2. Заявляемая полезная модель основана на результатах проведенных экспериментальных и теоретических исследований.
При экспериментальных исследованиях в Y-циркуляторе ФВЦН2-29 ферритовый цилиндрический вкладыш из магний-марганцевого феррита марки 2СЧ1 заменяли на вкладыши из магнитных нанокомпозитов (фиг. 1).
Вкладыши изготовлены на основе опаловой матрицы с магнитными частицами Co0,5Zn0,5Fe2O4 и Ni0,5Zn0,5Fe2O4. Наиболее удачными оказались четыре образца (фиг. 2)
На фиг. 3 показаны зависимости развязок (элемент матрицы рассеяния |R12|) между плечами Y-циркулятора с цилиндрическими вкладышами из магнитных нанокомпозитов (диаметр вкладыша Dф=6,4 мм, высота h=3,4 мм) от частоты. Частотные зависимости развязок приведены для образца нанокомпозита с наночастицами Co0,5Zn0,5Fe2O4. Для сравнения на фиг. 3 приведена кривая для вкладыша из феррита 2СЧ1, который используется в стандартном Y-циркуляторе ФВЦН2-29.
Y-циркулятор с вкладышем из магнитного нанокомпозита настраивался на рабочую частоту 16,4 ГГц при напряженности внешнего магнитного поля Hв=15003.
На фиг. 4 и фиг. 5 приведены зависимости прямых потерь (|R12|) - элемент матрицы рассеяния) коэффициента отражения (|R11|) Y-циркулятора с вкладышем из магнитного нанокомпозита от частоты. Для сравнения приведены кривые для вкладыша из феррита 2СЧ1.
Из графиков на фиг. 3-5 видно, что Y-циркулятор с вкладышем из магнитного нанокомпозита на основе опаловой матрицы имеет лучшие характеристики, чем с вкладышем из феррита 2СЧ1. А именно, Y-циркулятор с вкладышами из нанокомпозитов имеет более широкую полосу рабочих частот, меньшие прямые потери, лучшую развязку между плечами, меньший коэффициент отражения, а, следовательно, и коэффициент стоячей волны.
Наилучшие экспериментальные результаты получены для образца нанокомпозита с магнитными наночастицами кобальт-цинкового феррита Co0,5Zn0,5Fe2O4. Для этого образца проводили теоретические исследования при помощи проекционной модели [Никольский, В.В. Проекционные методы в электродинамике / В.В. Никольский // Сборник научно-методических статей по прикладной электродинамике. - М.: Высшая школа, 1977. - С. 4-23]. Настройка Y-циркулятора на частоту fс=16,4 ГГц в математической модели осуществляется путем изменения значений компонент тензора магнитной проницаемости магнитного нанокомпозита µ и µα. Между компонентами тензора магнитной проницаемости µ и µα существует зависимость, которую, в принципе, можно получить, используя зависимость намагниченности от постоянного магнитного поля M=f(H0) и выражения Полдера [Гуревич, А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах / А.Г. Гуревич. - М.: Гос. изд. физ. - мат. литер. 1960. - 407] для компонент тензора магнитной проницаемости. Однако для магнитных нанокомпозитов зависимость M=f(H0) отсутствует, т.к. производство нанокомпозитов является экспериментальным. Зависимость диагональной µΣ и недиагональной компонент тензора магнитной проницаемости нанокомпозита от напряженности постоянного магнитного поля получена теоретически фиг. 6 по методике, изложенной в [Голованов, А.А. Электродинамическая модель и методика расчета тензора эффективной магнитной проницаемости магнитных 3D-нанокомпозитов из опаловых матриц в микроволновом диапазоне / О.А. Голованов, Г.С. Макеева, А.А. Ефимов, М.А. Чиркина // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2012. - №2. - С. 17-22]. В расчете принято, что в каждом межсферическом объеме опаловой матрицы содержится 5 частиц феррита с диаметром d=29 нм, Частицы имеют среднюю намагниченность 4πMs=7500 Гс, диэлектрическую проницаемость и коэффициент затухания в магнитной системе α=0,04.
Настройка на частоту 16,4 ГГц происходит при µΣ/µ0=0,95, На фиг. 7 показаны теоретические и для сравнения экспериментальные результаты исследований Y-циркулятора с вкладышем из того же магнитного нанокомпозита (образец с частицами Co0,5Zn0,5Fe2O4) зависимости прямых потерь, развязки между плечами и коэффициента отражения от частоты. Настройка на частоту Y-циркулятора что соответствует напряженности постоянного поля фиг. 5 H0=800 Э. Используя выражения Полдера [Гуревич, А.Г. Ферриты на сверхвысоких частотах / А.Г. Гуревич. - М: Гос. изд. физ. - мат. литер. 1960. - 407 с] для компонент тензора магнитной проницаемости определяем намагниченность 4πM=1970 Гс. Внешнее постоянное магнитное поле составляет Hв=1600 Э, что согласуется с экспериментом (Hв=1500-1650 Э).
Из графиков на фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 7 видно, что Y-циркулятор с вкладышем из магнитных нанокомпозитов на основе опаловых матриц имеет лучшие характеристики, чем Y-циркулятор с вкладышем из феррита 2СЧ1. А именно, Y-циркулятор с вкладышем из магнитных нанокомпозитов на основе опаловых матриц имеет более широкую полосу рабочих частот, меньшие прямые потери, лучшую развязку между плечами, меньший коэффициент отражения, а, следовательно, и коэффициент стоячей волны, что обеспечивает лучшие сверхвысокочастотные характеристики.
Claims (2)
1. Y-циркулятор с цилиндрическим вкладышем из магнитного материала с корпусом в виде призмы с тремя входными плечами для соединения с прямоугольными волноводами, с диэлектрической вставкой внутри корпуса, в центре которой расположен цилиндрический вкладыш из магнитного материала, отличающийся тем, что в качестве магнитного материала используют нанокомпозит на основе опаловой матрицы, намагниченный в плоскости, параллельной оси симметрии Y-циркулятора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014122698/08U RU153042U1 (ru) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | Y-циркулятор с цилиндрическим вкладышем из магнитного материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014122698/08U RU153042U1 (ru) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | Y-циркулятор с цилиндрическим вкладышем из магнитного материала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU153042U1 true RU153042U1 (ru) | 2015-06-27 |
Family
ID=53497452
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014122698/08U RU153042U1 (ru) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | Y-циркулятор с цилиндрическим вкладышем из магнитного материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU153042U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2601278C1 (ru) * | 2015-09-25 | 2016-10-27 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Y-циркулятор |
RU2815324C1 (ru) * | 2023-10-16 | 2024-03-13 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" | Волноводный Y-циркулятор с дисками-вкладышами из магнитных наночастиц на основе опаловых субмикронных сфер |
-
2014
- 2014-06-03 RU RU2014122698/08U patent/RU153042U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2601278C1 (ru) * | 2015-09-25 | 2016-10-27 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Y-циркулятор |
RU2815324C1 (ru) * | 2023-10-16 | 2024-03-13 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" | Волноводный Y-циркулятор с дисками-вкладышами из магнитных наночастиц на основе опаловых субмикронных сфер |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Resonators et al. | Electromagnetic waves | |
Hong et al. | Ferrites for RF passive devices | |
CN111727528A (zh) | 非互易微波窗口 | |
Turki et al. | New concept validation of low-loss dual-band stripline circulator | |
US10168557B2 (en) | T-shaped circulator based on a two-dimensional photonic crystal with a square lattice | |
RU153042U1 (ru) | Y-циркулятор с цилиндрическим вкладышем из магнитного материала | |
CN103022609A (zh) | 一种x波段叠层片式微带铁氧体环行器 | |
Koledintseva et al. | Advances in engineering and applications of hexagonal ferrites in Russia | |
Wang et al. | Microwave-frequency experiment validation of a novel magneto-photonic crystals circulator | |
CN209016245U (zh) | 一种高频波导结型毫米波铁氧体环行器 | |
RU2601278C1 (ru) | Y-циркулятор | |
RU109333U1 (ru) | Т-циркулятор | |
Popov et al. | Mode splitting in 37–42 GHz barium hexaferrite resonator: Theory and device applications | |
US2923903A (en) | Nonreciprocal electromagnetic wave medium | |
Rybin et al. | Magnetically tuned two-component microwave metamaterial | |
RU106041U1 (ru) | Т-циркулятор | |
RU154065U1 (ru) | Y-циркулятор | |
Takahagi et al. | Fundamental Study on Electrically Controllable Broadband and Thin Non-Reciprocal Metasurface | |
Beyer et al. | A Fin Line Ferrite Isolator and Circulator for the R-Band | |
Zhang et al. | An X-band tunable circulator based on Yttrium iron garnet thin film | |
CN102544660A (zh) | 基于各向异性磁回旋媒质的可调控单向波导控制方法 | |
US2956245A (en) | Microwave isolator | |
Sharma et al. | Microwave monolithic devices using magnetic hard–soft nanocomposite | |
RU150975U1 (ru) | Волноводный циркулятор на щелевых мостах с вкладышами из магнитного нанокомпозита на основе опаловых матриц | |
Jawad et al. | Bandwidth optimisation for semiconductor junction circulators |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20170604 |