RU2039385C1

RU2039385C1 - Electromagnetic device manufacturing process

Info

Publication number: RU2039385C1
Authority: RU
Inventors: А.Д. Хабаргин; О.И. Побоков; П.А. Кузнецов; А.В. Ремизович
Original assignee: Центральное конструкторское бюро автоматики
Priority date: 1990-04-16
Filing date: 1990-04-16
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: inductance coil 1 is placed in dry powder, subjected to vibration, and immersed in liquid carbonyl-iron base compound. Dielectric frame (enclosure) 2 based on carbonyl iron powder provides for extension of operating frequency range of inductance coil. EFFECT: enlarged high-frequency range of device. 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в цепях смещения сверхвысокочастотных (СВЧ) устройств дм, см и мм-диапазона частот. The invention relates to radio engineering and can be used in bias circuits of microwave (microwave) devices dm, cm and mm frequency range.

Известен способ изготовления магнитодиэлектрических сердечников на основе карбонильного железа, включающий смешивание порошка карбонильного железа и других составляющих в смесителе. A known method of manufacturing magnetodielectric cores based on carbonyl iron, comprising mixing a powder of carbonyl iron and other components in the mixer.

Известна катушка индуктивности, выполненная в виде намотанного на диэлектрический каркас ленточного проводника, при этом проводник навит на диэлектрический шнур, намотанный на каркас катушки. A known inductor made in the form of a tape conductor wound around a dielectric frame, the conductor being wound on a dielectric cord wound around a coil frame.

Недостатком катушки является сложность ее изготовления из-за двойной намотки сначала проводника на диэлектрический шнур, а затем шнура с проводником на диэлектрический каркас. Такая конструкция катушек не позволяет значительно миниатюризовать их. The disadvantage of the coil is the complexity of its manufacture due to the double winding of the conductor first on the dielectric cord, and then the cord with the conductor on the dielectric frame. This design of the coils does not significantly miniaturize them.

Наиболее близким способом к изобретению является способ изготовления бескаркасных катушек из микропровода в стеклянной изоляции, в котором катушка наматывается на оправку, покрытую защитным слоем в виде водной суспензии мелкодисперсного инертного вещества со связующим, например крахмалом или поливиниловым спиртом, температура выгорания которого не превышает температуры подогрева оправки. После намотки катушек, производимой при 650-700^оС, связка выгорает, и небольшого усилия оказывается достаточно для рассыпания покрытия и легкого снятия катушки с оправки.The closest method to the invention is a method of manufacturing frameless coils from a microwire in glass insulation, in which the coil is wound on a mandrel coated with a protective layer in the form of an aqueous suspension of a finely dispersed inert substance with a binder, for example starch or polyvinyl alcohol, the burnout temperature of which does not exceed the temperature of the mandrel heating . After winding coils produced at 650-700 ^{° C,} ligament burns, and a small force is sufficient for scattering coating and easy removal of the coil from the mandrel.

Недостатком данного способа является невозможность получения микроминиатюрной катушки из-за навивки микропровода в стеклянной изоляции и из-за больших межвитковых емкостей нельзя использовать катушку по данному способу в см и мм-диапазонах. Кроме того, большая трудоемкость изготовления заключается в необходимости для каждой катушки покрывать намоточную оправку защитным составом, высушивать его. The disadvantage of this method is the inability to obtain a microminiature coil due to the winding of the microwire in glass insulation and because of the large inter-turn capacitances, it is impossible to use the coil according to this method in cm and mm ranges. In addition, the great complexity of manufacturing is the need for each coil to cover the winding mandrel with a protective composition, to dry it.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является катушка индуктивности, содержащая спиральный тонкопленочный проводник, расположенный на диэлектрическом каркасе, проводник выполнен в виде оболочки, внутри которой размещен каркас. Closest to the technical nature of the invention is an inductor containing a spiral thin-film conductor located on a dielectric frame, the conductor is made in the form of a shell, inside of which the frame is placed.

Недостатком данной катушки является то, что проводник выполнен в виде спиральной трубки, заполненной диэлектриком, что не позволяет сделать миниатюрную катушку, а, следовательно, невозможность использования ее в дм, см и мм-диапазонах, так как катушка больших размеров ответвляет часть СВЧ-мощности, проходящей в СВЧ-тракте, и вследствие этого увеличиваются потери мощности СВЧ-сигнала. The disadvantage of this coil is that the conductor is made in the form of a spiral tube filled with a dielectric, which does not allow you to make a miniature coil, and, therefore, the inability to use it in dm, cm and mm ranges, since the large coil branches off part of the microwave power passing in the microwave path, and as a result, the loss of power of the microwave signal increases.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона работоспособности катушки индуктивности в сторону верхних частот путем уменьшения размеров катушки, а, следовательно, уменьшения потерь мощности СВЧ-сигнала в верхней части рабочего диапазона. The aim of the invention is to expand the frequency range of the operability of the inductor in the direction of the upper frequencies by reducing the size of the coil, and, therefore, reducing the power loss of the microwave signal in the upper part of the operating range.

Указанная цель достигается тем, что катушку индуктивности, выполненную из провода намоткой виток к витку, погружают в сухое карбонильное железо, подвергают вибрации, затем погружают в жидкий обволакивающий состав порошка из карбонильного железа и, таким образом, катушка заполняется внутри и со всех сторон поглотителем из карбонильного железа. This goal is achieved by the fact that the inductor made of wire wound round to round, immersed in dry carbonyl iron, subjected to vibration, then immersed in a liquid coating composition of carbonyl iron powder and, thus, the coil is filled inside and from all sides with an absorber from carbonyl iron.

На фиг. 1 изображена катушка индуктивности, общий вид; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схема включения катушки в СВЧ-линию; на фиг. 4 сравнительные графики зависимости вносимого катушкой индуктивности в СВЧ-линию ослабления от частоты. In FIG. 1 shows an inductor, general view; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 scheme for connecting the coil to the microwave line; in FIG. 4 comparative graphs of the frequency of the attenuation introduced by the coil in the microwave attenuation line.

Катушка индуктивности представляет собой провод 1, свернутый в спираль с двумя выводами. Вся катушка снаружи и изнутри залита каркасом оболочкой 2 на основе порошка карбонильного железа. The inductor is a wire 1, twisted into a spiral with two leads. The entire coil is encapsulated externally and internally with a shell 2 based on carbonyl iron powder.

Катушка 3 индуктивности подключена к СВЧ-линии (проводник 4) и НЧ-линии (проводник 5). The inductor 3 is connected to the microwave line (conductor 4) and the low frequency line (conductor 5).

Катушка изготавливается следующим образом:
Берется определенной длины предварительно облуженный медный провод, из которого на устройстве для намотки катушек производится навивка спирали и обрезка выводов в заданный размер. После этого определенное количество катушек погружаются в тару с порошком СУ карбонильного железа, которая подвергается обработке на виброустановке или ультразвуковой ванне для заполнения внутренней полости микрокатушки порошком карбонильного железа. Изготавливается обволакивающий состав на основе порошка карбонильного железа (карбонильное железо марки Р-10 ГОСТ 13610-79, лак-УР-231 ТУ6-10-863-84, отвердитель АТ-1 ТУ 88УССР 193,091-86).The coil is made as follows:
A pre-tinned copper wire is taken of a certain length, from which a spiral is wound on the coil winder and the terminals are trimmed to a predetermined size. After that, a certain number of coils are immersed in a container of carbonyl iron SU powder, which is processed on a vibrating unit or an ultrasonic bath to fill the inner cavity of the microcoil with carbonyl iron powder. An enveloping composition is made on the basis of carbonyl iron powder (carbonyl iron of grade R-10 GOST 13610-79, varnish-UR-231 TU6-10-863-84, hardener AT-1 TU 88USSR 193,091-86).

Полученный состав разливается в ячейки многоместной формы, представляющей из себя фторопластовую пластину, в которой выполнены прямоугольные углубления (ячейки с размерами несколько большими чем погружаемая в них катушка. Катушки, прошедшие обработку на виброустановке в таре с порошком карбонильного железа, принудительно погружаются в ячейки с составом жидкого карбонильного железа. Далее форма с катушками в ячейках помещается в термошкафу для сушки. После сушки катушки в оболочке на основе порошка карбонильного железа захватываются пинцетом из вывода (выступающие из ячеек) и извлекаются из формы. The resulting composition is poured into cells of a multi-seated form, which is a fluoroplastic plate in which rectangular recesses are made (cells with sizes slightly larger than the coil immersed in them. Coils that have been processed on a vibration unit in containers with carbonyl iron powder are forcibly immersed in cells with the composition liquid carbonyl iron. Next, the form with coils in the cells is placed in a heating cabinet for drying. After drying, the coils in the shell based on carbonyl iron powder are captured intsetom of output (speakers of the cells) and extracted from the mold.

Катушка индуктивности рассчитывается по формулам
L_k=

· ω²d·φ где L_к -индуктивность катушки, Г;
M_о 4 π˙ 10^-7, Г/м;
ω число витков;
d диаметр спирали, м;
Φ коэффициент, определяемый в книге Калантаров П. Л. и Цейтлин Л. А. Расчет индуктивности. Л. Энергоатомиздат, 1986, с. 248, табл. 6-1.The inductor is calculated by the formulas
L _k =

· Ω ² d · φ where L _{к is the} inductance of the coil, G;

M

_о 4 π˙ 10 ^-7 , G / m;
ω number of turns;
d the diameter of the spiral, m;
Φ coefficient determined in the book Kalantarov P. L. and Zeitlin L. A. Calculation of inductance. L. Energoatomizdat, 1986, p. 248, tab. 6-1.

Резонансная частота f_рез катушки, на которой его электрическая длина равна /b/²,
f_рез=

где l длина катушки, м;
n плотность намотки катушки число витков на 1 см длины;
b высота катушки, см;
d диаметр катушки, см.The resonant frequency f _{cut of the} coil, on which its electric length is equal to / b / ² ,
f _res =

where l is the length of the coil, m;
n coil winding density, number of turns per 1 cm of length;
b coil height, cm;
d coil diameter, see

При этом верхняя рабочая частота катушки должна быть не более
f_b ≅ 0,9f_рез.In this case, the upper operating frequency of the coil should be no more than
f _b ≅ 0,9f _Res.

Для того, чтобы величина модуля коэффициента отражения (Г) обусловленного подключением катушки с индуктивностью L к линии передачи с волновым сопротивлением Z_о не превышал заданного значения (Г)_к, должно выполняться соотношение
2L

где f_н нижняя частота рабочего частотного диапазона катушки.In order for the magnitude of the reflection coefficient modulus (G) due to the connection of the coil with inductance L to the transmission line with wave impedance Z _о not exceed a predetermined value (G) _k , the relation
2L

where f _{n the} lower frequency of the operating frequency range of the coil.

Геометрические размеры заявленной микрокатушки индуктивности внутренний диаметр 0,3 мм, длины выводов 2 мм и 5 мм; количество витков 20; провод медный луженый диаметр 0,08 мм; толщина оболочки на основе порошка карбонильного железа (размер между D_нар катушки и наружной стенкой каркаса) 0,1-0,3 мм.The geometric dimensions of the claimed inductance microcoil inner diameter of 0.3 mm, the lengths of the terminals 2 mm and 5 mm; number of turns 20; tinned copper wire diameter of 0.08 mm; the thickness of the shell based on carbonyl iron powder (the size between the D _{drug of the} coil and the outer wall of the frame) 0.1-0.3 mm

На графиках показаны зависимости ослабления вносимого катушкой индуктивности, включенной в СВЧ-линию, от частоты: кривая 6 показывает зависимость ослабления от частоты в СВЧ-линии 4 между входом а и выходом б в случае подключения катушки индуктивности с поглотителем в виде каркаса-оболочки на основе порошка карбонильного железа; кривая 7 показывает зависимость ослабления от частоты в СВЧ-линии 4 между входом а и выходом б в случае подключения катушки индуктивности без поглотителя; кривая 8 показывает зависимость ослабления от частоты НЧ-линии 5 между входом а и выходом в случае подключения катушки индуктивности без поглотителя; кривая 9 показывает зависимость ослабления от частоты в НЧ-линии 5 между входом а и выходов в в случае подключения катушки индуктивности с поглотителем в виде каркаса-оболочки на основе порошка карбонильного железа. The graphs show the dependence of the attenuation introduced by the inductor included in the microwave line on frequency: curve 6 shows the dependence of the attenuation on frequency in the microwave line 4 between input a and output b in the case of connecting an inductor with an absorber in the form of a shell-shell based carbonyl iron powder; curve 7 shows the dependence of attenuation on the frequency in the microwave line 4 between input a and output b in the case of connecting an inductor without an absorber; curve 8 shows the dependence of attenuation on the frequency of the LF line 5 between input a and output in the case of connecting an inductor without an absorber; curve 9 shows the dependence of attenuation on the frequency in the LF line 5 between input a and outputs c in the case of connecting an inductor with an absorber in the form of a shell-frame based on carbonyl iron powder.

Сравнивая кривые 6 и 9 катушки индуктивности с поглотителем с кривыми 7 и 8 катушки индуктивности без поглотителя делаем вывод, что введение поглотителя в катушку приводит к увеличению развязки (кривая 9) катушки и уменьшению вносимых потерь (кривая 6) и к увеличению частотного диапазона работы катушки. Comparing curves 6 and 9 of the inductor with the absorber with curves 7 and 8 of the inductor without the absorber, we conclude that the introduction of the absorber into the coil leads to an increase in the isolation (curve 9) of the coil and a decrease in insertion loss (curve 6) and to an increase in the frequency range of the coil .

Исследование катушки проводилось в частотном диапазоне на приборах измерители КСВН панорамные: Р2-78, Р2-102, Р2-103, Р2-104. The study of the coil was carried out in the frequency range on the instruments KSVN panoramic meters: P2-78, P2-102, P2-103, P2-104.

Наличие диэлектрического каркаса-оболочки 2 на основе порошка карбонильного железа позволяет увеличить частотный диапазон работы катушки индуктивности, так как карбонильное железо является поглотителем, который снижает добротность катушки и "гасит" возникающие в ней за счет межвитковых емкостей электромагнитные колебания. The presence of a dielectric skeleton-shell 2 based on carbonyl iron powder allows to increase the frequency range of operation of the inductor, since carbonyl iron is an absorber, which reduces the quality factor of the coil and “dampens” electromagnetic oscillations arising from it due to inter-turn capacitances.

Claims

METHOD FOR PRODUCING AN ELECTROMAGNETIC DEVICE, according to which an inductor is formed, immersed in a liquid composition based on carbonyl iron and heat treated, characterized in that in order to expand the high frequency range of the device, before placing the coil in a liquid composition based on carbonyl iron, it is placed in a dry powder of the specified composition and subject to vibration.