RU1804670C

RU1804670C - Shf isolator

Info

Publication number: RU1804670C
Application number: SU915019428A
Authority: RU
Inventors: Владимир Владимирович Гущин
Original assignee: В.В.Гущин
Priority date: 1991-12-23
Filing date: 1991-12-23
Publication date: 1993-03-23

Abstract

Использование: в качестве разв зывающего невзаимного элемента в гибридо-ин- тегральных схемах и антенно-фидерных устройствах диапазона крайне высоких частот . Сущность изобретени : 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 поглотител 6. Ферритова пластина 3 касательно намагничена в соприкасающейс плоскости магнитным полем, создаваемым посто нным магнитом 4 с магнитопроводом 5. Приведены соотношени дл выбора толщин плоского металлического проводника, ферритовой пластины, диэлектрической пластины, а также дл вы-, бора величины эффективных относительных диэлектрических и магнитной проницаемо- стей их материалов. 2 ил.Usage: as a decoupling nonreciprocal element in hybrid integrated circuits and antenna-feeder devices of the extremely high frequency range. Summary of the invention: the device comprises a flat metal conductor 1, a dielectric plate 2 and a ferrite plate 3 with matching bevels, mounted symmetrically with respect to the flat metal conductor 1 with an absorber layer 6. The ferrite plate 3 is tangentially magnetized in a contact plane by a magnetic field created by a permanent magnet 4 with a magnetic circuit 5. Relations are given for choosing the thicknesses of a flat metal conductor, a ferrite plate, a dielectric plate, and also for y-, boron are the values of the effective relative dielectric and magnetic permeabilities of their materials. 2 ill.

Description

Фиг.1Figure 1

0000

о еьabout her

VIVI

оabout

со with

Изобретение относитс к области гиромагнитной радиоэлектроники может быть использовано в качестве разв зывающего элемента в гибридно-интегральных схемах антенно-фидерных устройств диапазона крайне высоких частот (КВЧ-миллиметро- вый и сублмиллиметровый диапазоны).The invention relates to the field of gyromagnetic radio electronics and can be used as a decoupling element in hybrid integrated circuits of antenna-feeder devices of the extremely high frequency range (EHF and submillimeter ranges).

Целью изобретени вл етс определение конструкционных и эффективных электромагнитных параметров слоев требуемых в одномодовом. режиме при условии резонанса разностей фазовых скоростей в сло х необходимого дл перераспределени энергии пр мой и отраженной волн в структуре интегрального вентил при малой вели- чине касательного пол намагничивани .The aim of the invention is to determine the structural and effective electromagnetic parameters of the layers required in a single mode. mode under the condition of resonance of the differences of phase velocities in the layers necessary for the redistribution of energy of the direct and reflected waves in the structure of the integral valve with a small value of the tangential field of magnetization.

На фиг.1 изображен общий вид интегрального вентил в разрезе; на фиг.2 - вид сверху.Figure 1 shows a General view of the integral valve in the context; figure 2 is a top view.

Он содержит плоский металлический проводник 1, диэлектрическую пластину 2, ферритовую пластину 3 с согласующими скосами, установленные симметрично относительно плоского металлического проводника 1, со слоем поглотител 6. Ферритова пластина 3 касательно намагничена в соприкасающейс плоскости магнитным полем , создаваемым посто нным магнитом 4 с магнитопроводом 5. Плоский металлический проводник 1 вл етс не только на- правл ющей плоскостью, а волноводом одномодовоготипа колебаний не имеющего отсечки - несимметричной гибридной волны , продольна электрическа составл юща которой Ez распределена по сечению по закону гиперболического синуса и равна 0 в середине толщины сло , поэтому система слоев рассмотрена как трехслойна ферри- то-диэлектричёска структура с бесконечно тонким металлическим экраном в центре нее. Выбор величин эффективных проница- емостей материалов ферритов и диэлектрика ставитс в зависимость от толщины и физических свойств металла, определ ю- щих левую часть уравнени (1), при этом толщины диэлектрической пластины 2 т б и ферритовой пластины 3 г ф лежат соответственно в интервалах:It contains a flat metal conductor 1, a dielectric plate 2, a ferrite plate 3 with matching bevels, mounted symmetrically with respect to a flat metal conductor 1, with an absorber layer 6. The ferrite plate 3 is tangentially magnetized in a contact plane by a magnetic field created by a permanent magnet 4 with magnetic core 5 A flat metal conductor 1 is not only a directing plane, but a waveguide of a single-mode oscillation type without a cut-off - an asymmetric hybrid wave whose longitudinal electric component Ez is distributed over the cross section according to the hyperbolic sine law and is equal to 0 in the middle of the layer thickness, therefore, the layer system is considered as a three-layer ferrite-dielectric structure with an infinitely thin metal screen in the center of it. The choice of the effective permeability values of ferrite and dielectric materials depends on the thickness and physical properties of the metal, which determine the left side of equation (1), while the thicknesses of the dielectric plate 2 t b and the ferrite plate 3 g f lie in the following intervals:

f rfl 7+If; 1ЈЈ+Ґ«гФ ЈЈЕ+Ґ f rfl 7 + If; 1ЈЈ + Ґ «gF ЈЈЕ + Ґ

где Ад иАф - длины волн соответственно в диэлектрическом и ферритовом материалах . В пр мом направлении в диэлектрической пластине 2 распростран where Ad and AF are wavelengths in dielectric and ferrite materials, respectively. In the forward direction in the dielectric plate 2 spread

0 5 0 5

0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5

00

55

етс основной тип колебаний ТМ0 не имеющей отсечки, и потери пр мой волны минимальны дл заданного диэлектрика. Так как область поперечно намагниченного сло анизотропна, то в нем распростран ютс гибридные (ТМо + TEi), однако в данном случае пол ТМо и ТЕ волн не удовлетвор ют принципу двойственности и преобладающим вл етс основной тип колебанийThere is a basic type of TM0 oscillation without cutoff, and forward wave losses are minimal for a given dielectric. Since the region of the transversely magnetized layer is anisotropic, hybrid (ТМо + TEi) propagate in it, however, in this case, the field of ТМо and TE waves do not satisfy the duality principle and the main type of oscillation prevails

TEi. Параметры е д , ej-ф ввиду малой тол- щиньГслоев вход т в уравнение (1) как эффективные .Пр ма волна распростран етс в диэлектрической пластиде 2, а отраженна - в ферритовой пластине 3. Энерги отраженной волны передаетс слою поглотител 6 щелевой волной, возникающей в зазоре, образуемом слоем поглотител между плоским металлическим проводником 1 и ферритовой пластиной 3. С уменьшением толщины плоского металлического проводника улучшаетс добротность отрезка линии, однако при этом уменьшаетс разность фазовых скоростей AVcB-np волны направл емой проводни-. ком - скорость распространени ближнего пол , и волны в свободном пространстве. Поэтому сложнее добитьс совпадени с разностью фазовых скоростей Л Уф-д (А , Уд-ф) волн в ферритовом и диэлектрическом материалах, т.е. существуют конструкционные и технологические трудности достижени точности эффективных параметров, определ емой в частности возможност ми оборудовани и измерительной аппаратуры . В серийном производстве это оправдано простотой конструкции и улучшенными параметрами интегрального вентил : вентильное отношение не менее 18, КСВ не хуже 1,15 в полосе частот 33%. Следует отметить , что существует принципиальный предел, состо щий в том, что при г. значение левой части уравнени 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 дл достижени максимальной невзаимности используетс классический эффект смещени пол . Поэтому необходимо иметь макси- мальное расхождение между диэлектрическими проницаемост ми слоевTEi. Due to the small thicknesses of the layers, the parameters ef, ej-ph appear in Eq. (1) as effective. The direct wave propagates in dielectric plastid 2, and the reflected wave propagates in ferrite plate 3. The energy of the reflected wave is transmitted by the absorber layer 6 by the slit wave, arising in the gap formed by the layer of the absorber between the flat metal conductor 1 and the ferrite plate 3. With decreasing thickness of the flat metal conductor, the quality factor of the line segment is improved, however, the difference in phase velocities of the AVcB-np wave decreases inventive conductors. com - propagation velocity of the near field and waves in free space. Therefore, it is more difficult to achieve a coincidence with the phase velocity difference Л Uf-d (A, Ud-f) waves in ferrite and dielectric materials, i.e. There are structural and technological difficulties in achieving the accuracy of effective parameters, which is determined in particular by the capabilities of equipment and measuring equipment. In mass production, this is justified by the simplicity of design and improved parameters of the integral valve: valve ratio of at least 18, SWR not worse than 1.15 in the 33% frequency band. It should be noted that there is a fundamental limit that, for r, the value of the left side of the equation must pass through zero. Then the phase velocities in the ferrite and dielectric materials will be equal and the resonance effect will disappear. We obtain a conventional two-layer ferrite-dielectric structure without a conductor, in which the classical field displacement effect is used to achieve maximum nonreciprocity. Therefore, it is necessary to have the maximum discrepancy between the dielectric permittivities of the layers

и значение fi 1 - 0 т.е. увеличитс значение пол подмагничивани .and the value fi 1 - 0 i.e. the value of the bias field will increase.

Термостабильность параметров вентил достигаетс не только плавностью изменени ,Wi в интервале 0 fi 1, но иThermostability of the valve parameters is achieved not only by a smooth change, Wi in the interval 0 fi 1, but also

Claims

single-mode operation in the frequency band. This allows iteration into the shorter wavelength range, for example, by using mono- and polycrystalline ferrite films, which, in turn, requires the creation of a single technological process (cycle) for the production of multilayer film structures with nonreciprocal properties,. The claims

A microwave valve containing a section of a transmission line in the form of a flat metal conductor and tangentially to a magnetized ferrite plate on which an absorber layer is applied, characterized in that, in order to increase the thermal stability and valve ratio, expand the operating frequency band and reduce the SWR, a flat metal conductor located between the absorber layer and the introduced dielectric plate, the thickness of the flat metal conductor r pr, the thickness of the ferrite plate Гф. and the thickness of the dielectric plate Gd are selected from the relation

. 2lr. T pr K ----,

rg.

and the values of the effective relative, dielectric e gf and magnetic fi permeabilities of the ferrite plate and the relative permittivity Јgv of the dielectric plate are selected from the relation

5 0 5

0

1

/ 71

™ g, gp

rg

1 Bndanpftnp

where And about - the working wavelength;

And f is the wavelength in the ferrite material;

Poison - wavelength in a dielectric material;

about pr - the conductivity of the material of the metal conductor;

ft Pr - magnetic permeability of the metal conductor material;

e is the penetration depth of the electromagnetic field into the material of the metal conductor with the skin effect;

To 1 - coefficient, matching dimension.