RU2356120C2 - Device for magnetisation and thermal stabilisation of microwave ferrite devices - Google Patents

Device for magnetisation and thermal stabilisation of microwave ferrite devices Download PDF

Info

Publication number
RU2356120C2
RU2356120C2 RU2007124116/09A RU2007124116A RU2356120C2 RU 2356120 C2 RU2356120 C2 RU 2356120C2 RU 2007124116/09 A RU2007124116/09 A RU 2007124116/09A RU 2007124116 A RU2007124116 A RU 2007124116A RU 2356120 C2 RU2356120 C2 RU 2356120C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
screen
ferrite
steel plate
gap
Prior art date
Application number
RU2007124116/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007124116A (en
Inventor
Владимир Васильевич Тихонов (RU)
Владимир Васильевич Тихонов
Original Assignee
Владимир Васильевич Тихонов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Васильевич Тихонов filed Critical Владимир Васильевич Тихонов
Priority to RU2007124116/09A priority Critical patent/RU2356120C2/en
Publication of RU2007124116A publication Critical patent/RU2007124116A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2356120C2 publication Critical patent/RU2356120C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention is attributed to electric engineering and can be used in integral microwave devices containing ferrite elements. The device uses combinations of standard-type magnets with increased and decreased value of thermal demagnetisation coefficient. Thermal compensation condition is achieved when there is certain ratio of pole sizes between constant magnets of two types. Device frequency setting is provided by adjusting screw installed in the pole of magnet system. To improve vibration resistance of adjustment, adjusting screw is fixed by polymer material. Electric frequency resetting is performed using coil with current installed inside magnet screen. To provide additional miniaturisation, device design version is suggested which enables integral microwave circuit positioning inside magnet screen.
EFFECT: providing thermal stabilisation of frequency characteristics of microwave ferrite devices and increasing their vibration resistance due to compensation of ferrite thermal demagnetisation by thermal demagnetisation of constant magnets.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в интегральных СВЧ-устройствах, содержащих ферритовые элементы.The invention relates to radio engineering and can be used in integrated microwave devices containing ferrite elements.

Известно устройство намагничивания, состоящее из двух параллельных стальных пластин и двух одинаковых постоянных магнитов прямоугольной формы, расположенных между пластинами и присоединенных одноименными полюсами к одной и противоположными полюсами к другой пластинам. Величина магнитного поля в рабочем зазоре, образованном пластинами в промежутке между магнитами, регулируется при помощи стальных шунтов, расположенных на внешней боковой поверхности постоянных магнитов (авторское свидетельство №951208, СССР, кл. G01R 33/05, 1982).A magnetization device is known, consisting of two parallel steel plates and two identical permanent rectangular magnets located between the plates and connected by the same poles to one and opposite poles to the other plates. The magnitude of the magnetic field in the working gap formed by the plates in the gap between the magnets is regulated by steel shunts located on the outer side surface of the permanent magnets (copyright certificate No. 951208, USSR, class G01R 33/05, 1982).

Однако это устройство не имеет защиты от внешних магнитных полей и сильно шунтируется окружающими стальными предметами.However, this device does not have protection against external magnetic fields and is strongly shunted by surrounding steel objects.

Известна также магнитная система, в которую введены дополнительные постоянные магниты, третья стальная пластина и экран, при этом дополнительные магниты установлены вторыми одноименными полюсами на противоположной поверхности второй стальной пластины, их первые одноименные полюса соединены третьей пластиной, первая и третья стальные пластины соединены с экраном, между второй стальной пластиной и экраном выполнен зазор. Для регулировки поля в рабочем зазоре установлен регулировочный винт в третьей пластине напротив рабочего зазора, а между экраном и магнитами размещены витки катушки управления (авторское свидетельство №1781744, СССР, кл. H01R 33/05, 1992).A magnetic system is also known in which additional permanent magnets, a third steel plate and a shield are inserted, with additional magnets mounted by second poles of the same name on the opposite surface of the second steel plate, their first poles of the same name connected by a third plate, the first and third steel plates connected to the screen, a gap is made between the second steel plate and the screen. To adjust the field in the working gap, an adjustment screw is installed in the third plate opposite the working gap, and control coil turns are placed between the screen and magnets (copyright certificate No. 1781744, USSR, class. H01R 33/05, 1992).

Однако эта магнитная система не обеспечивает температурной стабильности характеристик намагничиваемых ферритовых устройств.However, this magnetic system does not provide temperature stability to the characteristics of magnetized ferrite devices.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является экранированная магнитная система с механической и электрической регулировкой напряженности поля в рабочем зазоре, которая дополнительно содержит встроенные системы термокомпенсации и термостатирования намагничиваемого ферритового устройства. Конструкция магнитной системы выполнена в виде навесного элемента микрополосковых схем. Система термокомпенсации имеет две механические регулировки, позволяющие при настройке устанавливать заданные значения выходных параметров устройства и компенсировать технологические разбросы температурных характеристик магнитных материалов. Термокомпенсация параметров устройства достигается за счет введения в замкнутый магнитопровод термомагнитного сопротивления, выполненного из термомагнитного сплава, и дополнительной регулировки длины рабочего зазора магнитной системы. Термостатирование устройства обеспечивается за счет введения регулируемого термоэлемента и теплоизоляции магнитной системы (авторское свидетельство №5065565, РФ, кл. Н01Р 11/00, 1996).Closest to the proposed invention is a shielded magnetic system with mechanical and electrical adjustment of the field strength in the working gap, which additionally contains built-in temperature compensation and thermostating magnetized ferrite devices. The design of the magnetic system is made in the form of a hinged element of microstrip circuits. The thermal compensation system has two mechanical adjustments, which allow setting the set values of the device output parameters and adjusting the technological variation in the temperature characteristics of magnetic materials. Thermal compensation of the device parameters is achieved by introducing thermomagnetic resistance made of thermomagnetic alloy into the closed magnetic circuit and additional adjustment of the working gap length of the magnetic system. Thermostating of the device is ensured by introducing an adjustable thermocouple and thermal insulation of the magnetic system (copyright certificate No. 5065565, RF, class N01P 11/00, 1996).

Недостатками такого устройства являются узкий температурный диапазон термокомпенсации, что вызывает необходимость дополнительного термостатирования и теплоизоляции устройства, а также высокая сложность настройки системы термокомпенсации и ее низкая виброустойчивость.The disadvantages of this device are the narrow temperature range of thermal compensation, which necessitates additional temperature control and thermal insulation of the device, as well as the high complexity of setting up the thermal compensation system and its low vibration resistance.

1. Целью предлагаемого изобретения является повышение термостабильности и виброустойчивости намагничиваемых ферритовых устройств.1. The aim of the invention is to increase the thermal stability and vibration resistance of magnetizable ferrite devices.

Указанная цель достигается тем, что в известную магнитную систему, состоящую из замкнутого стального экрана прямоугольной (или цилиндрической) формы; стальной пластины (или диска), расположенной внутри экрана параллельно его внутренним плоским поверхностям с зазором между ее боковой поверхностью и внутренней поверхностью экрана; двух пар одинаковых прямоугольных (или двух одинаковых кольцевых) магнитов, расположенных по обе стороны пластины (диска), присоединенных одноименными полюсами к пластине (диску), а противоположными полюсами к противолежащим внутренним плоским поверхностям экрана; регулировочного стального винта, установленного в резьбовом отверстии экрана напротив одной из поверхностей пластины (диска); прямоугольной (цилиндрической) электрической катушки из немагнитного проводника, расположенной в зазоре между боковой поверхностью пластины (диска) и внутренней боковой поверхностью экрана; коаксиальные вводы СВЧ-сигнала, подключенные к ферритовому устройству и вводы электропитания катушки, установленные в отверстиях основания экрана, вносятся изменения: регулировочный винт устанавливается в резьбовом отверстии стальной пластины (диска); резьбовое отверстие стального экрана заменяется на технологическое отверстие, дополнительно вводятся: вторая стальная пластина (диск), примыкающая к первой пластине с противоположной стороны от технологического отверстия; второй стальной экран, закрывающий технологическое отверстие; полимерный материал, заполняющий пространство между регулировочными винтом и технологическим отверстием, а также предъявляются дополнительные требования к свойствам постоянных магнитов и их размерам, а именно: температурные коэффициенты остаточной индукции постоянных магнитов αM0, αM1, расположенных с одной и с другой стороны пластины (диска) должны удовлетворять условиюThis goal is achieved by the fact that in a known magnetic system consisting of a closed steel screen of rectangular (or cylindrical) shape; a steel plate (or disk) located inside the screen parallel to its internal flat surfaces with a gap between its side surface and the inner surface of the screen; two pairs of identical rectangular (or two identical ring) magnets located on both sides of the plate (disk), connected by the same poles to the plate (disk), and opposite poles to opposite internal flat surfaces of the screen; an adjusting steel screw installed in the threaded hole of the screen opposite one of the surfaces of the plate (disk); a rectangular (cylindrical) electric coil of a non-magnetic conductor located in the gap between the side surface of the plate (disk) and the inner side surface of the screen; coaxial microwave signal inputs connected to a ferrite device and coil power inputs installed in the openings of the screen base are amended: the adjusting screw is installed in the threaded hole of the steel plate (disk); the threaded hole of the steel screen is replaced by a technological hole, additionally introduced: a second steel plate (disk) adjacent to the first plate on the opposite side of the technological hole; a second steel screen covering the process opening; polymeric material filling the space between the adjusting screw and the technological hole, as well as additional requirements are imposed on the properties of permanent magnets and their sizes, namely: temperature coefficients of the residual induction of permanent magnets α M0 , α M1 located on one and the other side of the plate (disk ) must satisfy the condition

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

4πМ0 - намагниченность насыщения феррита;4πM 0 is the saturation magnetization of ferrite;

αF - температурный коэффициент размагничивания феррита;α F is the temperature coefficient of demagnetization of ferrite;

Н0 - требуемая напряженность магнитного поля в рабочем зазоре;H 0 - the required magnetic field strength in the working gap;

µ0 - магнитная постоянная;µ 0 is the magnetic constant;

а отношение площадей полюсов SM0 и SM1 выбранных, согласно условию (1), постоянных магнитов должно удовлетворять условиюand the ratio of the pole areas S M0 and S M1 selected, according to condition (1), of the permanent magnets must satisfy the condition

Figure 00000002
Figure 00000002

где BM0 и BM1 - остаточные индукции выбранных магнитов.where B M0 and B M1 are the residual inductions of the selected magnets.

2. С целью миниатюризации устройства по п.1 внесены изменения: постоянные магниты из рабочего зазора устанавливаются в зазоре между боковыми поверхностями стальных пластин и боковой поверхностью стального экрана; коаксиальные вводы СВЧ-сигнала и электропитания катушки устанавливаются в отверстиях боковой поверхности экрана.2. In order to miniaturize the device according to claim 1, changes were made: permanent magnets from the working gap are installed in the gap between the side surfaces of the steel plates and the side surface of the steel screen; Coaxial inputs of the microwave signal and coil power are installed in the holes of the side surface of the screen.

Конструкция устройства по п.1 представлена на фиг.1. Конструкция устройства по п.2 представлена на фиг.2.The design of the device according to claim 1 is presented in figure 1. The design of the device according to claim 2 is presented in figure 2.

Устройство состоит из замкнутого стального экрана 1, стальной пластины (диска) 2, постоянных магнитов 3 и 4 (стрелками указаны направления намагничивания), отличающихся термомагнитными свойствами и размерами полюсов и удовлетворяющих условиям (1) и (2), регулировочного винта 5, дополнительного стального полюса 6, технологического отверстия 7, полимерного материала 8, дополнительного стального экрана 9, ферритового устройства 10, электрической катушки 11, коаксиальных СВЧ-вводов 12, вводов электропитания катушки 13, диэлектрической подложки микрополосковой схемы 14, коаксиально-полосковых переходов 15, корпуса микрополосковой схемы 16.The device consists of a closed steel shield 1, a steel plate (disk) 2, permanent magnets 3 and 4 (arrows indicate the directions of magnetization), which differ in thermomagnetic properties and pole sizes and satisfy the conditions (1) and (2), the adjusting screw 5, additional steel the pole 6, the technological hole 7, the polymer material 8, the additional steel screen 9, the ferrite device 10, the electric coil 11, the coaxial microwave inputs 12, the power inputs of the coil 13, the dielectric micro loskovoy circuit 14, a coaxial-stripline transitions 15, the housing 16 of the microstrip circuit.

Устройство по п.1 работает следующим образом. Постоянные магниты 3 и 4 создают магнитные потоки, которые, суммируясь, входят в стальную пластину (диск) 2, далее в регулировочный винт 5 и дополнительный полюс 6. Далее магнитный поток разделяется на три исходящих потока: 1) через рабочий зазор, образованный дополнительным полюсом 6 и экраном; 2) через регулировочный зазор, образованный торцом регулировочного винта и экраном и 3) через боковой зазор, образованный боковой поверхностью пластины (диска) и экраном. Регулировка величины поля в рабочем зазоре осуществляется за счет перераспределения магнитных потоков, которое возникает при ввинчивании/вывинчивании винта 5. Доступ к винту обеспечивает технологическое отверстие 7. По окончании настройки на заданную величину поля в рабочем зазоре положение винта прочно фиксируется при помощи полимеризующегося материала 8 (например, герметик, эпоксидная смола и проч.), который заливается в полость между винтом 5 и экраном 1 через технологическое отверстие 6, а само отверстие закрывается дополнительным стальным экраном 9. Фиксация винта полимерным материалом устраняет люфты резьбового соединения, что повышает виброустойчивость механической настройки системы и дополнительно повышает прочность всей конструкции. Электрическая регулировка поля в рабочем зазоре осуществляется за счет изменения величины и направления тока в электрической катушке 11, установленной в промежутке между боковой поверхностью пластины (диска) 2 и экраном 1. Подвод электропитания катушки осуществляется посредством изолированных вводов 13, проходящих через отверстия в основании экрана. Коаксиальные вводы 12 используются для подключения ферритового СВЧ-устройства. Конструктивно устройство выполнено в виде навесного элемента интегральной СВЧ-схемы, который устанавливается на обратной (заземленной) стороне подложки микрополосковой линии (МПЛ) 14 и подключается к МПЛ через отверстия в подложке. МПЛ схема располагается в защитном корпусе 16, в котором установлены коаксиально-полосковые переходы 15.The device according to claim 1 works as follows. Permanent magnets 3 and 4 create magnetic fluxes, which, when summed up, enter the steel plate (disk) 2, then into the adjusting screw 5 and the additional pole 6. Next, the magnetic flux is divided into three outgoing flows: 1) through the working gap formed by the additional pole 6 and screen; 2) through the adjustment gap formed by the end face of the adjustment screw and the screen; and 3) through the lateral gap formed by the side surface of the plate (disk) and the screen. The field value in the working gap is adjusted due to the redistribution of magnetic fluxes that occurs when the screw 5 is screwed in / out. Access to the screw is provided by the technological hole 7. After completing the adjustment to the set field value in the working gap, the screw position is firmly fixed using polymerizable material 8 ( for example, sealant, epoxy resin, etc.), which is poured into the cavity between the screw 5 and the screen 1 through the technological hole 6, and the hole itself is closed with an additional with a real screen 9. Fixing the screw with a polymer material eliminates the backlash of the threaded connection, which increases the vibration resistance of the mechanical adjustment of the system and further increases the strength of the entire structure. The electric adjustment of the field in the working gap is carried out by changing the magnitude and direction of the current in the electric coil 11 installed in the gap between the side surface of the plate (disk) 2 and the screen 1. The power supply of the coil is carried out by means of insulated inputs 13 passing through the holes in the base of the screen. Coaxial inputs 12 are used to connect a ferrite microwave device. Structurally, the device is made in the form of a hinged element of the integrated microwave circuit, which is installed on the back (grounded) side of the microstrip line (MPL) substrate 14 and connected to the MPL through holes in the substrate. The MPL circuit is located in a protective housing 16, in which coaxial-strip transitions 15 are installed.

Комбинация специально подобранных магнитов 3, 4 обеспечивает автоподстройку частоты ферритового устройства 10 за счет компенсации теплового ухода частоты, вызванного снижением намагниченности насыщения феррита 4πM0(T±ΔT)=4πМ0(1∓αFΔT) и снижением остаточной индукции постоянных магнитов ВM0(T±ΔT)=BM0(1∓αM0ΔT), BM1(T±ΔT)=BM1(1∓αM1ΔT). В данном случае речь идет об обратимых эффектах размагничивания, которые имеют место в диапазоне рабочих температур Т≤Тmax~100°С.The combination of specially selected magnets 3, 4 provides a frequency lock of the ferrite device 10 by compensating for the thermal drift of the frequency caused by a decrease in the saturation magnetization of the ferrite 4πM 0 (T ± ΔT) = 4πM 0 (1∓α F ΔT) and a decrease in the residual induction of permanent magnets B M0 (T ± ΔT) = B M0 (1∓α M0 ΔT), B M1 (T ± ΔT) = B M1 (1∓α M1 ΔT). In this case, we are talking about reversible demagnetization effects that occur in the range of operating temperatures T≤T max ~ 100 ° C.

В случае нормального намагничивания феррита, как показано на фиг.1, фиг.2, термостабилизация резонансной частоты прецессии ω0=2πf0 магнитного момента ферритаIn the case of normal magnetization of ferrite, as shown in figure 1, figure 2, thermal stabilization of the resonant frequency of the precession ω 0 = 2πf 0 the magnetic moment of ferrite

Figure 00000003
Figure 00000003

где γ=2,83 МГц/Гс - гиромагнитное отношение; µ0 - магнитная постоянная, возникает при условииwhere γ = 2.83 MHz / G is the gyromagnetic ratio; µ 0 - magnetic constant, occurs under the condition

Figure 00000004
Figure 00000004

где αH - температурный коэффициент поля в рабочем зазоре устройства.where α H is the temperature coefficient of the field in the working gap of the device.

Связь αH с температурными коэффициентами размагничивания постоянных магнитов αM0, αM1 и феррита αF, была получена из расчета величины поля Н0 в рабочем зазоре устройства. Расчеты проводились по правилам Кирхгофа для магнитных цепей устройств по п.1 и п.2 без учета полей рассеяния и в приближении прямоугольности петли гистерезиса. В этих приближениях температурная зависимость напряженности поля Н0 в рабочем зазоре устройства по п.1 имела вид (формула для поля H0 устройства по п.2 получается из (4) при подстановке G2=0)The relationship of α H with the temperature coefficients of demagnetization of permanent magnets α M0 , α M1 and ferrite α F was obtained from the calculation of the field H 0 in the working gap of the device. The calculations were carried out according to the Kirchhoff rules for magnetic circuits of devices according to claim 1 and claim 2 without taking into account the scattering fields and in the approximation of the rectangularity of the hysteresis loop. In these approximations, the temperature dependence of the field strength H 0 in the working gap of the device according to claim 1 had the form (the formula for the field H 0 of the device according to claim 2 is obtained from (4) with the substitution G 2 = 0)

Figure 00000005
Figure 00000005

где ФM0=BM0SM0, ФM1=BM1SM1 - магнитные потоки, создаваемые постоянными магнитами 3, 4;where Ф M0 = B M0 S M0 , Ф M1 = B M1 S M1 - magnetic flux created by permanent magnets 3, 4;

GM00SM0/lM0, GM10SM1/lM1 - собственные магнитные проводимости постоянных магнитов;G M0 = µ 0 S M0 / l M0 , G M1 = µ 0 S M1 / l M1 - intrinsic magnetic conductivity of permanent magnets;

SM0, lM0 - площадь полюсов и толщина магнитов в рабочей области 3;S M0 , l M0 - the area of the poles and the thickness of the magnets in the working area 3;

SM1, lM1 - площадь полюсов и толщина магнитов в регулировочной области 4;S M1 , l M1 - the area of the poles and the thickness of the magnets in the regulatory region 4;

G00S0/l0, G10S1/l1, G20S2/l2 - магнитные проводимости соответственно рабочего, регулировочного и бокового зазоров;G 0 = µ 0 S 0 / l 0 , G 1 = µ 0 S 1 / l 1 , G 2 = µ 0 S 2 / l 2 — magnetic conductivities of the working, adjusting and lateral gaps, respectively;

S0, l0 - площадь и длина рабочего зазора;S 0 , l 0 - the area and length of the working gap;

S1, l1 - площадь и длина регулировочного зазора;S 1 , l 1 - the area and length of the adjustment gap;

S2, l2 - площадь и длина бокового зазора.S 2 , l 2 - the area and length of the lateral gap.

Из выражения (4) следует, что ранее полученное условие автоподстройки частоты (3) эквивалентно условиюFrom the expression (4) it follows that the previously obtained condition for frequency self-tuning (3) is equivalent to the condition

Figure 00000006
Figure 00000006

Условие (5) можно переписать в видеCondition (5) can be rewritten as

Figure 00000007
Figure 00000007

откуда непосредственно следует условие (2), определяющее отношение размеров полюсов постоянных магнитов. Однако условие (6) имеет смысл только при положительных значениях правой и левой частей равенства. Это накладывает дополнительные требования:from which condition (2) immediately follows, which determines the ratio of the sizes of the poles of the permanent magnets. However, condition (6) makes sense only for positive values of the right and left sides of the equality. This imposes additional requirements:

Figure 00000008
Figure 00000008

которые, в итоге, сводятся к условию (1), определяющему пределы допустимых значений коэффициентов теплового размагничивания постоянных магнитов. Отметим, что условие (1) не накладывает строго определенных требований к термомагнитным свойствам постоянных магнитов. Это позволяет при осуществлении изобретения использовать стандартные серийные магниты, различающиеся химическим составом и соответственно магнитными свойствами.which, ultimately, are reduced to condition (1), which determines the limits of permissible values of the coefficients of thermal demagnetization of permanent magnets. Note that condition (1) does not impose strictly defined requirements on the thermomagnetic properties of permanent magnets. This allows the implementation of the invention to use standard serial magnets that differ in chemical composition and, accordingly, magnetic properties.

Работа устройства по п.2 не отличается от описанного выше, но его конструктивные особенности создают дополнительные преимущества. В данной конструкции (см. фиг.2) устранена паразитная утечка магнитного потока через боковой зазор, которая имеет место в п.1 (см. фиг.1). Вывод магнитов из рабочей области устройства создает дополнительный резерв площади намагничивания, который используется для пропорционального уменьшения габаритов устройства.The operation of the device according to claim 2 does not differ from that described above, but its design features create additional advantages. In this design (see figure 2) eliminated spurious leakage of magnetic flux through the lateral gap, which takes place in claim 1 (see figure 1). The withdrawal of magnets from the working area of the device creates an additional reserve of the magnetization area, which is used to proportionally reduce the dimensions of the device.

Изобретение осуществлено следующим образом. Была рассчитана, изготовлена и испытана конструкция устройства по п.1, которая использовалась для намагничивания и термостабилизации частоты нормально намагниченного ферритового СВЧ-резонатора, выполненного на основе эпитаксиальной пленки железоиттриевого граната (ЖИГ) толщиной 6.2 мкм, выращенной на подложке из гадолиний-галиевого граната (ГТГ) толщиной 0.5 мм. Размеры пленочного резонатора составляли 1.5×1.5 мм. Рабочая частота резонатора была задана f0=3.2 ГГц.The invention is implemented as follows. The design of the device according to claim 1 was calculated, manufactured and tested, which was used to magnetize and thermally stabilize the frequency of a normally magnetized ferrite microwave resonator made on the basis of an epitaxial film of iron-yttrium garnet (YIG) 6.2 microns thick grown on a gadolinium-gallium garnet substrate ( Tretyakov Gallery) 0.5 mm thick. The dimensions of the film resonator were 1.5 × 1.5 mm. The operating frequency of the resonator was set f 0 = 3.2 GHz.

Для расчета устройства использовались справочные данные для ЖИГ: αF=0.32%/°С, 4πМ0=1.75 кГс. При этом расчетная величина поля в рабочем зазоре составляла µ0H0=2πf0/γ+4πM0=8.93 кГс, а отношение 4πМ0αF/(µ0H0)=0.06%/°С. В соответствии с условием (1) были выбраны магниты на основе Nd-Fe-B (αM1=0.12%/°C, BM1=11.2 кГс) и на основе Sm-Co (αM0=0.03%/°C, BM0=7.5 кГс). Расчетное отношение площадей полюсов выбранных магнитов по условию (2) составляло SM0/SM1=0.75. Расчеты габаритов устройства проводились для цилиндрической конструкции. Исходными данными являлись габариты рабочего зазора: ⌀7×1 мм.To calculate the device used reference data for YIG: α F = 0.32% / ° C, 4πM 0 = 1.75 kG. In this case, the calculated field value in the working gap was μ 0 H 0 = 2πf 0 / γ + 4πM 0 = 8.93 kG, and the ratio 4πM 0 α F / (μ 0 H 0 ) = 0.06% / ° С. In accordance with condition (1), magnets based on Nd-Fe-B (α M1 = 0.12% / ° C, B M1 = 11.2 kG) and based on Sm-Co (α M0 = 0.03% / ° C, B M0 = 7.5 kG). The calculated ratio of the pole areas of the selected magnets according to condition (2) was S M0 / S M1 = 0.75. Calculations of the dimensions of the device were carried out for a cylindrical structure. The initial data were the dimensions of the working gap: ⌀7 × 1 mm.

В конструкции устройства по п.1 использовались кольцевые магниты с осевым намагничиванием. Внешние диаметры Nd-Fe-B и Sm-Co колец выбирались равными диаметру стального диска и составляли DM0=DM1=D=12 мм. Внутренний диаметр магнита в рабочей области был задан dM0=7 мм. При этом рассчитанный внутренний диаметр магнита в регулировочной области составлял dM1=4,2 мм. Стальной диск толщиной h=1,5 мм имел по оси резьбовое отверстие под регулировочный винт М4×0,5. Боковой зазор был задан l2=2 мм. Были рассчитаны толщины кольцевых магнитов lM0=lM1=lM=1,9 мм, которые обеспечивали заданное поле в рабочем зазоре. Для расчетов lM использовалось выражение (4) при ΔT=0. Реально толщины магнитов выбирались с небольшим запасом lM=2,0 мм. Возникающий при этом избыток поля в рабочем зазоре легко устранялся регулировочным винтом. С учетом выбранного значения lM толщина дополнительного полюса в рабочем зазоре составляла 1 мм. Толщины боковых стенок цилиндрического экрана и дополнительного экрана выбирались равными 0.5 мм, толщина основания экрана - 1 мм. В результате габаритные размеры устройства составляли: ⌀17×8 мм.In the design of the device according to claim 1, ring magnets with axial magnetization were used. The outer diameters of the Nd-Fe-B and Sm-Co rings were chosen equal to the diameter of the steel disk and amounted to D M0 = D M1 = D = 12 mm. The inner diameter of the magnet in the working area was set d M0 = 7 mm. The calculated inner diameter of the magnet in the adjustment region was d M1 = 4.2 mm. A steel disk with a thickness of h = 1.5 mm had an axial threaded hole for an adjusting screw M4 × 0.5. The lateral clearance was set l 2 = 2 mm. The thicknesses of ring magnets l M0 = l M1 = lM = 1.9 mm were calculated, which provided a given field in the working gap. For calculations of l M , expression (4) was used at ΔT = 0. In reality, the thicknesses of the magnets were chosen with a small margin l M = 2.0 mm. The resulting excess field in the working gap was easily eliminated by the adjusting screw. Given the selected value of l M, the thickness of the additional pole in the working gap was 1 mm. The thicknesses of the side walls of the cylindrical screen and the additional screen were chosen equal to 0.5 mm, the thickness of the base of the screen was 1 mm. As a result, the overall dimensions of the device were: ⌀17 × 8 mm.

Для сравнения были проведены расчеты габаритов устройства по п.2 для тех же параметров рабочего зазора и с теми же типами постоянных магнитов. В соответствии с конструкцией устройства (см. фиг.2) кольцевой магнит в регулировочной области также имел осевое намагничивание, внешний диаметр кольца dM=7 мм, внутренний диаметр dM1=2 мм (под регулировочный винт М2×0,25) и заданную толщину l1=2 мм. Кольцевой магнит, установленный в боковом зазоре, имел радиальное намагничивание, внутренний диаметр dM=7 мм, внешний диаметр DM=11 мм и расчетную толщину h=2,1 мм. По результатам расчета внешние габариты устройства по п.2 составляли: ⌀ 12×7 мм, что в объемном отношении в 2,3 раза меньше, чем в предыдущем случае.For comparison, the dimensions of the device were calculated according to claim 2 for the same parameters of the working gap and with the same types of permanent magnets. In accordance with the design of the device (see Fig. 2), the ring magnet in the control region also had axial magnetization, the outer diameter of the ring d M = 7 mm, the inner diameter d M1 = 2 mm (for the adjusting screw M2 × 0.25) and the specified thickness l 1 = 2 mm. An annular magnet installed in the lateral gap had radial magnetization, an inner diameter d M = 7 mm, an outer diameter D M = 11 mm, and an estimated thickness h = 2.1 mm. According to the calculation results, the external dimensions of the device according to claim 2 were: ⌀ 12 × 7 mm, which is 2.3 times smaller in volume ratio than in the previous case.

В соответствии с расчетами была изготовлена цилиндрическая конструкция устройства по п.1. Детали магнитопровода изготавливались из отожженной низкоуглеродистой стали. Катушка управления наматывалась из алюминиевой фольги с тефлоновой прослойкой. Электросопротивление катушки не превышало 2 Ом при числе витков ~100. Вводы-выводы электропитания и СВЧ-сигнала изготавливались из фторопластового коаксиального кабеля без внешней оплетки диаметром 1 мм, которые устанавливались в отверстиях основания экрана на горячей посадке. В рабочем зазоре устройства устанавливался пленочный ЖИГ резонатор, который был включен в цепь обратной связи транзисторного СВЧ-генератора и выполнял функцию частотно-задающего элемента. Настройка резонатора на заданную частоту генерации осуществлялась регулировочным винтом. По окончании настройки полость регулировочного зазора заливалась эпоксидной смолой.In accordance with the calculations, the cylindrical design of the device according to claim 1 was made. Magnetic circuit parts were made of annealed low carbon steel. The control coil was wound from aluminum foil with a teflon layer. The electrical resistance of the coil did not exceed 2 ohms with a number of turns of ~ 100. Inputs and outputs of the power supply and the microwave signal were made of a fluoroplastic coaxial cable without an outer braid with a diameter of 1 mm, which were installed in the holes of the screen base on a hot landing. A film YIG resonator was installed in the working gap of the device, which was included in the feedback circuit of the transistor microwave generator and served as a frequency-setting element. The resonator was tuned to a given generation frequency by an adjusting screw. At the end of the adjustment, the cavity of the adjustment gap was filled with epoxy resin.

Испытания устройства проводились в диапазоне температур [0,+60]°С. Оценка термостабильности проводилась путем измерения относительных величин Δf/f0 температурного ухода Δf рабочей частоты генератора f0. Измерения частот проводились с точностью до 1 кГц. В результате было установлено, что максимальная нестабильность частоты резонатора не превышала Δf/f0~10-6 во всем диапазоне температур. Тот же порядок величин Δf/f0 наблюдался при электрической перестройке резонатора в диапазоне частот (f0±1)ГГц. Для сравнения собственная температурная нестабильность ЖИГ резонатора в том же диапазоне температур составляла Δf/f0~10-2. Из сравнения видно, что применение изобретения повысило термостабильность ЖИГ резонатора примерно на 4 порядка, что эквивалентно термостатированию устройства с точностью поддержания температуры до ~0,01°С.Tests of the device were carried out in the temperature range [0, + 60] ° C. The thermal stability was evaluated by measuring the relative values Δf / f 0 of the temperature deviation Δf of the operating frequency of the generator f 0 . Frequency measurements were carried out with an accuracy of 1 kHz. As a result, it was found that the maximum frequency instability of the resonator did not exceed Δf / f 0 ~ 10 -6 in the entire temperature range. The same order of magnitude Δf / f 0 was observed during electrical tuning of the resonator in the frequency range (f 0 ± 1) GHz. For comparison, the intrinsic temperature instability of the YIG resonator in the same temperature range was Δf / f 0 ~ 10 -2 . From the comparison it is seen that the application of the invention increased the thermal stability of the YIG resonator by about 4 orders of magnitude, which is equivalent to thermostating of the device with an accuracy of maintaining the temperature to ~ 0.01 ° C.

Claims (2)

1. Устройство намагничивания и термостабилизации СВЧ ферритовых устройств, содержащее замкнутый стальной экран, внутреннюю стальную пластину, расположенную внутри замкнутого стального экрана параллельно его плоским внутренним поверхностям, зазор между боковой поверхностью внутренней стальной пластины и внутренней боковой поверхностью замкнутого стального экрана, постоянные магниты, расположенные по обе стороны внутренней стальной пластины и присоединенные одноименными полюсами к ней, а противоположными полюсами - к плоским поверхностям замкнутого стального экрана, регулировочный стальной винт, ферритовый элемент, электрическую катушку из немагнитного проводника, расположенную в зазоре между боковой поверхностью внутренней стальной пластины и внутренней боковой поверхностью замкнутого стального экрана, коаксиальные вводы СВЧ сигнала и электропитания катушки, установленные в отверстиях замкнутого стального экрана, отличающееся тем, что оно снабжено второй стальной пластиной, закрывающей отверстие во внутренней стальной пластине со стороны расположения ферритового элемента в зазоре между ней и замкнутым стальным экраном, технологическое отверстие в котором выполнено соосно с регулировочным стальным винтом, установленным в резьбовом отверстии внутренней стальной пластины, полимерный материал заполняет пространство между регулировочным стальным винтом и технологическим отверстием, температурные коэффициенты остаточной индукции постоянных магнитов αM0, αM1, удовлетворяют условию:
Figure 00000001

где αF - температурный коэффициент размагничивания феррита ферритового устройства; 4 πМ0 - его намагниченность насыщения; Н0 - требуемая напряженность магнитного поля в рабочем зазоре; µ0 - магнитная постоянная,
отношение площадей полюсов SM0 и SM1 постоянных магнитов удовлетворяет условию:
Figure 00000009

где ВM0 и BM1 - остаточные индукции магнитов, выбранных согласно условию (1).
1. The magnetization and thermal stabilization of microwave ferrite devices, containing a closed steel screen, an internal steel plate located inside the closed steel screen parallel to its flat inner surfaces, the gap between the side surface of the inner steel plate and the inner side surface of the closed steel screen, permanent magnets located on both sides of the inner steel plate and connected by the same poles to it, and opposite poles to a flat top the closed steel shield, the adjusting steel screw, the ferrite element, the non-magnetic conductor electric coil located in the gap between the side surface of the inner steel plate and the inner side surface of the closed steel shield, the coaxial inputs of the microwave signal and coil power installed in the holes of the closed steel screen, characterized in that it is provided with a second steel plate covering the hole in the inner steel plate from the side of the fer itovogo element in the gap between it and the closed steel screen process opening which formed coaxially with the adjusting steel screw mounted in a threaded hole of the inner stainless steel plate, polymeric material fills the space between the adjusting steel screw and technological opening, the temperature coefficients of remanence of the permanent magnets α M0 , α M1 , satisfy the condition:
Figure 00000001

where α F is the temperature coefficient of demagnetization of ferrite ferrite device; 4 πМ 0 is its saturation magnetization; H 0 - the required magnetic field strength in the working gap; µ 0 is the magnetic constant,
the ratio of the area of the poles S M0 and S M1 of permanent magnets satisfies the condition:
Figure 00000009

where B M0 and B M1 are the residual inductions of the magnets selected according to condition (1).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что постоянные магниты установлены в зазоре между боковой поверхностью стальной пластины и внутренней боковой поверхностью стального замкнутого экрана, коаксиальные вводы СВЧ сигнала и электропитания катушки установлены в отверстиях боковой поверхности замкнутого стального экрана. 2. The device according to claim 1, characterized in that the permanent magnets are installed in the gap between the side surface of the steel plate and the inner side surface of the steel closed screen, the coaxial inputs of the microwave signal and the power supply of the coil are installed in the holes of the side surface of the closed steel screen.
RU2007124116/09A 2007-06-26 2007-06-26 Device for magnetisation and thermal stabilisation of microwave ferrite devices RU2356120C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007124116/09A RU2356120C2 (en) 2007-06-26 2007-06-26 Device for magnetisation and thermal stabilisation of microwave ferrite devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007124116/09A RU2356120C2 (en) 2007-06-26 2007-06-26 Device for magnetisation and thermal stabilisation of microwave ferrite devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007124116A RU2007124116A (en) 2009-01-10
RU2356120C2 true RU2356120C2 (en) 2009-05-20

Family

ID=40373633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007124116/09A RU2356120C2 (en) 2007-06-26 2007-06-26 Device for magnetisation and thermal stabilisation of microwave ferrite devices

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2356120C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492539C2 (en) * 2011-10-26 2013-09-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" Miniature device for mangetisation and thermal stabilisation of ferrite microwave resonators
RU2496216C1 (en) * 2012-03-07 2013-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" Linear generator of back-and-forth movement

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492539C2 (en) * 2011-10-26 2013-09-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" Miniature device for mangetisation and thermal stabilisation of ferrite microwave resonators
RU2496216C1 (en) * 2012-03-07 2013-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" Linear generator of back-and-forth movement

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007124116A (en) 2009-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003007500A (en) Variable strength type multi pole beam line magnet
US4605911A (en) Magnetic bias and delay linearity in a magnetostatic wave delay line
RU2356120C2 (en) Device for magnetisation and thermal stabilisation of microwave ferrite devices
US7501909B2 (en) Wide-bandwidth polarization modulator for microwave and mm-wavelengths
Feng et al. Micromachined Tunable Magnetostatic Forward Volume Wave Bandstop Filter
US5517161A (en) Yig component
EP0591115B1 (en) YIG-component
Wiese et al. Subsidiary absorption spin wave instability processes in yttrium iron garnet thin films, critical modes, and the ‘‘kink’’effect
Velez et al. Investigation of ferromagnetic resonance shift in screen-printed barium ferrite/samarium cobalt composites
Williamson Radial-line/coaxial-line stepped junction (short papers)
RU2492539C2 (en) Miniature device for mangetisation and thermal stabilisation of ferrite microwave resonators
Jaiswal et al. Ultra-broadband C-band stripline co-axial isolator design
Chandrasekaran et al. Magnetic Shield Material Characterization for the Facility for Rare Isotope Beams' Cryomodules
Khim et al. Design and Synthesis of Ferrite Strip-Line Circulator Based on Enhanced Closed Form Solution and Power Handling Analysis
Geiler et al. Low Bias Field Hexagonal Y-Type Ferrite Phase Shifters at ${K} _ {U} $-Band
Jain et al. Design of Broadband Waveguide Circulator at Ka-Band
Kim et al. Prototyping of novel isolator design based on cavity magnonics
He Magnetic and Magnetoelectric Devices for Communication and Energy Harvesting Applications
Ahlawat et al. Design and development of ICVG disk resonator for 505.8 MHz strip line ferrite circulator for RF systems of Indus-2
Gao An Equivalent Circuit Model for Tunable Bandpass Filters Based on Ferromagnetic Resonance
Kim Design and experiment of room temperature ferromagnetic resonance
US3030593A (en) Temperature compensated gyromagnetic device
Luan et al. A modified Bitter-type electromagnet and control system for cold atom experiments
Nazarov et al. General spin wave instability theory
Madrak et al. Permeability of AL800 Garnet Material

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090627