RU2813498C1 - Waveguide ferrite valve - Google Patents
Waveguide ferrite valve Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813498C1 RU2813498C1 RU2023126235A RU2023126235A RU2813498C1 RU 2813498 C1 RU2813498 C1 RU 2813498C1 RU 2023126235 A RU2023126235 A RU 2023126235A RU 2023126235 A RU2023126235 A RU 2023126235A RU 2813498 C1 RU2813498 C1 RU 2813498C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valve
- ferrite element
- load
- waveguide
- ferrite
- Prior art date
Links
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 56
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N nickel zinc Chemical compound [Ni].[Zn] QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к технике СВЧ и служит для развязки нагрузки и источников электромагнитных колебаний. Например, может быть использовано в качестве развязывающего устройства в приемопередающих модулях СВЧ.The invention relates to microwave technology and serves to decouple the load and sources of electromagnetic oscillations. For example, it can be used as a decoupling device in microwave transceiver modules.
Известны волноводные резонансные вентили и вентили на «смещении поля», в которых в качестве ферритового элемента используется довольно толстая пластина, покрытая с одной стороны поглощающим слоем. Длина подобных конструкций достигает более 2⋅λ, где λ - рабочая длина волны вентиля. Большие габариты вентилей ограничивают их использование в связной аппаратуре миллиметрового диапазона длин волн.Waveguide resonant valves and “field displacement” valves are known, in which a rather thick plate, coated on one side with an absorbing layer, is used as a ferrite element. The length of such structures reaches more than 2⋅λ, where λ is the operating wavelength of the valve. The large dimensions of the valves limit their use in communications equipment in the millimeter wavelength range.
Например, вентиль, содержащий отрезок Н-образного волновода, включающий высокоомную и низкоомную части, и намагниченные ферритовые вкладыши (а.с. №1477197 СССР, МКИ H01P 1/38. Вентиль / Кирсанов Ю.А., Лесин В.С., Шалаев В.С., Соколов А.Н.; опубл. 23.05.91 бюл. №19). Недостатками этого технического решения являются большой вес постоянного магнита и самого вентиля, а также усложнение технологии изготовления в миллиметровом диапазоне длин волн.For example, a valve containing a section of an H-shaped waveguide, including high-resistance and low-resistance parts, and magnetized ferrite liners (AS No. 1477197 USSR, MKI H01P 1/38. Valve / Kirsanov Yu.A., Lesin V.S., Shalaev V.S., Sokolov A.N.; published 05.23.91 bulletin No. 19). The disadvantages of this technical solution are the large weight of the permanent magnet and the valve itself, as well as the complexity of the manufacturing technology in the millimeter wavelength range.
Другой ферритовый вентиль, содержащий отрезок прямоугольного волновода, ферритовый элемент и поглощающую нагрузку, выполненную в виде полупроводниковой пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку. С целью уменьшения габаритов, ферритовый элемент выполнен в виде намагниченного столбика, расположенного асимметрично по отношению к оси волновода, а поглощающая нагрузка расположена на узкой стенке прямоугольного волновода, напротив ферритового элемента. (а.с. №178872 СССР, МКИ H01P 1/37. Волноводный ферритовый вентиль / Наумов И.А., Столяров А.К.; опубл. 03.11.66 бюл. №4). Однако известная конструкция вентиля обеспечивает низкую развязку (вход/выход) и отсутствие возможности настройки устройства.Another ferrite valve containing a section of a rectangular waveguide, a ferrite element and an absorbing load made in the form of a semiconductor film deposited on a dielectric substrate. In order to reduce its size, the ferrite element is made in the form of a magnetized column located asymmetrically with respect to the axis of the waveguide, and the absorbing load is located on the narrow wall of the rectangular waveguide, opposite the ferrite element. (AS No. 178872 USSR, MKI H01P 1/37. Waveguide ferrite valve / Naumov I.A., Stolyarov A.K.; publ. 03.11.66 bulletin No. 4). However, the known valve design provides low isolation (input/output) and the device cannot be adjusted.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является волноводный ферритовый вентиль, содержащий корпус, в котором выполнено V- или Т-образное сочленение прямоугольных волноводов, крышку корпуса, согласующий четвертьволновой трансформатор в виде одного либо двух металлических пьедесталов, ферритовый резонатор, поглощающую нагрузку и магнитную систему, поглощающая нагрузка закреплена на одном из пьедесталов, при этом зауженный конец нагрузки расположен на расстоянии 0,5…5 мм от ферритового резонатора, а длина нагрузки составляет λ(0,25…2). Зауженный конец поглощающей нагрузки может иметь выемку, частично охватывающую ферритовый резонатор. (Пат. №2168247 Российская Федерация, МПК H01P 1/37. Волноводный ферритовый вентиль / Оснос В.М., Матулоиц А.В.; опубл. 27.02.2001, Бюл. №15). Недостатком этой конструкции является увеличение потерь в направлении передачи (прямые потери) за счет расположения нагрузки на расстоянии 0,5…5 мм от ферритового резонатора. Усложняется технология изготовления конструкции в миллиметровом диапазоне длин волн, поскольку λ пропорциональна линейным размерам устройства.The closest to the claimed invention is a waveguide ferrite valve containing a housing in which a V- or T-shaped joint of rectangular waveguides is made, a housing cover, a matching quarter-wave transformer in the form of one or two metal pedestals, a ferrite resonator, an absorbing load and a magnetic system that absorbs the load is fixed on one of the pedestals, while the narrowed end of the load is located at a distance of 0.5...5 mm from the ferrite resonator, and the length of the load is λ(0.25...2). The tapered end of the absorbing load may have a recess that partially encloses the ferrite resonator. (Pat. No. 2168247 Russian Federation, IPC H01P 1/37. Waveguide ferrite valve / Osnos V.M., Matuloits A.V.; publ. 02/27/2001, Bulletin No. 15). The disadvantage of this design is the increase in losses in the transmission direction (direct losses) due to the location of the load at a distance of 0.5...5 mm from the ferrite resonator. The technology for manufacturing structures in the millimeter wavelength range becomes more complicated, since λ is proportional to the linear dimensions of the device.
Заявляемое изобретение направлено на устранение недостатков аналогов и прототипа.The claimed invention is aimed at eliminating the disadvantages of analogues and the prototype.
Технический результат предлагаемого решения состоит в упрощении конструкции вентиля и уменьшении массогабаритных параметров, расширении его рабочей полосы частот и повышении его температурной стабильности, улучшении развязки между СВЧ-выводами вентиля, уменьшении прямых потерь и КСВ.The technical result of the proposed solution is to simplify the design of the valve and reduce the weight and size parameters, expand its operating frequency band and increase its temperature stability, improve the isolation between the microwave terminals of the valve, reduce direct losses and SWR.
Технический результат достигается тем, что в волноводном ферритовом вентиле, содержащем сочленение прямоугольных волноводов в Н-плоскости, один из которых является нагрузочным, намагниченный ферритовый элемент, поглощающую нагрузку, установленную в нагрузочном волноводе, при этом прямоугольные волноводы интегрированы в диэлектрическую подложку, образуя Y-образное сочленение, а входной и выходной волноводы расположены под углом α друг к другу; ферритовый элемент выполнен в виде эллипсоида, эксцентриситет е которого связан с углом α соотношением:The technical result is achieved by the fact that in a waveguide ferrite valve containing a junction of rectangular waveguides in the H-plane, one of which is a load, a magnetized ferrite element, an absorbing load installed in the load waveguide, while the rectangular waveguides are integrated into the dielectric substrate, forming a Y- shaped joint, and the input and output waveguides are located at an angle α to each other; The ferrite element is made in the form of an ellipsoid, the eccentricity of which is is related to angle α by the relation:
, ,
поглощающая нагрузка и ферритовый элемент имеют высоту, равную толщине диэлектрической подложки, при этом поглощающая нагрузка расположена напротив ферритового элемента под углом Брюстера, а материал диэлектрической подложки с относительной диэлектрической проницаемостью ε1 выбирается из условия ε1≤ε2, где ε2 - относительная диэлектрическая проницаемость ферритового элемента.the absorbing load and the ferrite element have a height equal to the thickness of the dielectric substrate, while the absorbing load is located opposite the ferrite element at the Brewster angle, and the material of the dielectric substrate with a relative dielectric constant ε 1 is selected from the condition ε 1 ≤ε 2 , where ε 2 is the relative dielectric permeability of the ferrite element.
Сущность технического решения заключается в следующем. Сформированный прямоугольный волновод в диэлектрической подложке путем расположения металлизированных сквозных отверстий, соединяющих металлические пластины подложки, имеет характеристики направленной волны и моды, аналогичные классическим металлическим прямоугольным волноводам. Однако ширина таких волноводов в раз меньше классических волноводов, а высота волновода соответствует толщине диэлектрической подложки, при этом прямоугольное поперечное сечение линии обеспечивает преимущество с точки зрения потерь (превосходную невосприимчивость к потерям на излучения и низкие прямые потери). Уменьшение массогабаритных параметров вентиля позволяет использовать их для приложений миллиметрового диапазона длин волн. Интеграция компонентов вентиля в одну подложку гарантирует простоту изготовления (по недорогой массовой технологии печатных плат), надежность и компактность.The essence of the technical solution is as follows. A rectangular waveguide formed in a dielectric substrate by arranging metallized through holes connecting metal plates of the substrate has guided wave and mode characteristics similar to classical metallic rectangular waveguides. However, the width of such waveguides is times smaller than classical waveguides, and the height of the waveguide corresponds to the thickness of the dielectric substrate, while the rectangular cross-section of the line provides a loss advantage (excellent immunity to radiation losses and low direct losses). Reducing the weight and size parameters of the valve allows them to be used for applications in the millimeter wavelength range. Integration of the valve components into a single substrate guarantees ease of manufacture (using low-cost mass printed circuit board technology), reliability and compactness.
Y-образное сочленение интегрированных в подложку волноводов обеспечивает лучшие электрические параметры (развязку, прямые потери, относительную полосу рабочих частот, КСВ) вентиля, чем T- или V- образное сочленение. К тому же, настройка Y-образного вентиля проще.The Y-shaped junction of the waveguides integrated into the substrate provides better electrical parameters (isolation, direct losses, relative operating frequency band, SWR) of the valve than the T- or V-shaped junction. In addition, setting up a Y-valve is easier.
Продольные оси отрезков входного и выходного волноводов расположены в одной плоскости под углом α друг к другу. Центры симметрии их излучающих торцов совпадают с фокусами эллипсоида (ферритового элемента). Свойства эллипсоида, применительно к рассматриваемому ферритовому элементу, обеспечивают пересечение электромагнитных волн, исходящих из одного из фокуса в другом фокусе, а также постоянство суммы расстояний от каждой точки поверхности ферритового элемента до фокальных точек, что обеспечивает равенство набега фазы для всех волн, пришедших во второй фокус. Поэтому совмещение излучающих торцов с фокусами эллипсоида (ферритового элемента) при соответствующей ориентации продольных осей волноводов, позволяет осуществлять передачу энергии из входного волновода в выходной с незначительными потерями.The longitudinal axes of the sections of the input and output waveguides are located in the same plane at an angle α to each other. The centers of symmetry of their radiating ends coincide with the foci of the ellipsoid (ferrite element). The properties of the ellipsoid, in relation to the ferrite element under consideration, ensure the intersection of electromagnetic waves emanating from one focus in another focus, as well as the constancy of the sum of distances from each point on the surface of the ferrite element to the focal points, which ensures equality of the phase shift for all waves arriving at the second focus. Therefore, the combination of the emitting ends with the foci of the ellipsoid (ferrite element) with the appropriate orientation of the longitudinal axes of the waveguides allows energy to be transferred from the input waveguide to the output waveguide with minor losses.
К тому же, при работе в многомодовом режиме такое расположение волноводов обуславливает минимальное возбуждение паразитных типов волн, а, следовательно, обеспечивает минимизацию потерь на преобразование рабочей волны и высшие моды.In addition, when operating in a multimode mode, such an arrangement of waveguides ensures minimal excitation of parasitic types of waves, and, therefore, minimizes losses on conversion of the working wave and higher modes.
Произвольный выбор эксцентриситет эллипсоида, в форме которого выполнен ферритовый элемент, для заданного угла между осями волноводов, приводит к неоптимальному с точки зрения потерь энергии построению Y-образного сочленения волноводов, вследствие существенного влияния параметров эллипсоидного ферритового элемента на характеристики устройства. Для уменьшения прямых потерь в Y-образном сочленении угол α должен быть связан с эксцентриситетом е соотношением: .An arbitrary choice of the eccentricity of the ellipsoid in the shape of which the ferrite element is made, for a given angle between the axes of the waveguides, leads to a non-optimal construction of the Y-shaped junction of the waveguides from the point of view of energy losses, due to the significant influence of the parameters of the ellipsoidal ferrite element on the characteristics of the device. To reduce direct losses in a Y-shaped joint, angle α must be related to eccentricity by the following ratio: .
Высота ферритового элемента соответствует толщине диэлектрической подложки, при этом относительные диэлектрические проницаемости подложки и феррита выбираются из условия ε1≤ε2. Данное условие позволяет улучшить однородность поля в направлении распространения волны и усилить концентрацию СВЧ-поля в ферритовом элементе. Поскольку полоса рабочих частот пропорциональна той площади ферритового элемента, в которой возбуждены магнитные поля, то благодаря взаимодействию основной части СВЧ-энергии с областью феррита, СВЧ-сигнал с малым затуханием (прямые потери) в более широкой полосе частот поступает на выход вентиля.The height of the ferrite element corresponds to the thickness of the dielectric substrate, and the relative dielectric constants of the substrate and ferrite are selected from the condition ε 1 ≤ε 2 . This condition makes it possible to improve the uniformity of the field in the direction of wave propagation and increase the concentration of the microwave field in the ferrite element. Since the operating frequency band is proportional to the area of the ferrite element in which the magnetic fields are excited, due to the interaction of the main part of the microwave energy with the ferrite area, a microwave signal with low attenuation (direct losses) in a wider frequency band arrives at the valve output.
Для расширения рабочей полосы вентиля увеличивают величину подмагничивающего поля. Диэлектрическая подложка в конструкции вентиля способствует повышению температурной стабильности и устойчивости его характеристик к изменению величины подмагничивающего поля благодаря интеграции в нее ферритового элемента, обеспечивая контакт по всей площади феррита и отведение тепловых потоков от него по всей площади вентиля.To expand the operating band of the valve, the magnitude of the bias field is increased. The dielectric substrate in the valve design helps to increase the temperature stability and resistance of its characteristics to changes in the magnitude of the bias field due to the integration of a ferrite element into it, providing contact over the entire area of the ferrite and removing heat flows from it across the entire area of the valve.
В обратном направлении сигнал не распространяется из-за наличия поглощающей нагрузки, расположенной напротив ферритового элемента под углом Брюстера: , где ε3 - относительная диэлектрическая проницаемость материала поглощающей нагрузки. Угол Брюстера позволяет добиться минимального отражения электромагнитной волны на границе раздела двух диэлектриков - подложка и поглощающая нагрузка, что в свою очередь улучшает согласование входного и выходного волноводов вентиля, а значит, снижается КСВ и увеличивается развязка вход/выход вентиля. Объемная поглощающая нагрузка, высота которой соответствует толщине диэлектрической подложки, также способствует улучшению развязки между СВЧ-выводами вентиля и уменьшению его габаритов. Так как в классических конструкциях вентиля чаще всего используется поглощающая резистивная пленка, которая увеличивает его габариты. В предлагаемом техническом решении для полного поглощения мощности прошедшей волны и обеспечение требуемой развязки используется весь объем радиопоглощающего материала. Таким образом, длина нагрузочного волновода и поглощающей нагрузки уменьшаются.The signal does not propagate in the opposite direction due to the presence of an absorbing load located opposite the ferrite element at the Brewster angle: , where ε 3 is the relative dielectric constant of the absorbing load material. The Brewster angle makes it possible to achieve minimal reflection of the electromagnetic wave at the interface between two dielectrics - the substrate and the absorbing load, which in turn improves the matching of the input and output waveguides of the valve, which means the SWR is reduced and the input/output decoupling of the valve is increased. The volumetric absorbing load, the height of which corresponds to the thickness of the dielectric substrate, also helps to improve the isolation between the microwave terminals of the valve and reduce its dimensions. Since classical valve designs most often use an absorbing resistive film, which increases its dimensions. In the proposed technical solution, the entire volume of radio-absorbing material is used to completely absorb the power of the transmitted wave and ensure the required isolation. Thus, the length of the load waveguide and the absorbing load are reduced.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлены вид сверху без верхней металлизации заявляемого волноводного вентиля и сечение в центре конструкции заявляемого вентиля, где:The invention is illustrated by drawings. In fig. 1 shows a top view without top metallization of the inventive waveguide valve and a cross-section in the center of the structure of the inventive valve, where:
- прямоугольный входной волновод вентиля - 1,- rectangular input waveguide of the valve - 1,
- прямоугольный выходной волновод вентиля - 2,- rectangular output waveguide of the valve - 2,
- нагрузочный волновод - 3,- load waveguide - 3,
- ферритовый элемент - 4,- ferrite element - 4,
- поглощающая нагрузка - 5,- absorbing load - 5,
- диэлектрическая подложка - 6.- dielectric substrate - 6.
На фиг. 2 приведет график S-параметров вентиля в Ka-диапазоне частот, где: сплошная линия - параметры прототипа, пунктирная линия - заявляемого устройства. В миллиметровом диапазоне частот конструкция предлагаемого вентиля обеспечивает электрические параметры лучше, чем прототипа: по прямым потерям - в 2 раза меньше, по развязке на 8 дБ выше, КСВ - на 0,5 меньше.In fig. 2 shows a graph of the S-parameters of the valve in the Ka frequency range, where: the solid line is the parameters of the prototype, the dotted line is the proposed device. In the millimeter frequency range, the design of the proposed valve provides electrical parameters better than the prototype: direct losses are 2 times less, isolation is 8 dB higher, SWR is 0.5 less.
Устройство работает следующим образом. Входная электромагнитная волна поступает в прямоугольный волновод 1 (вход вентиля), интегрированный в диэлектрическую подложку 6, и распространяется в нем в направлении к центру сочленения волноводов, где расположен ферритовый элемент 4. В ферритовом элементе 4 электромагнитная волна концентрируется с образованием стоячей волны, поворачивается под действием подмагничивающего поля, создаваемого магнитной системой, и излучается из него в волновод 2 (выход вентиля) с малыми потерями. В обратном направлении электромагнитная волна из волновода 2 проходит аналогично прямой волне к ферритовому элементу 4, в котором она сосредотачивается с образованием стоячей волны, поворачивается и излучается в нагрузочный волновод 3. Благодаря объемной поглощающей нагрузке 5 происходит эффективное поглощение электромагнитной волны в нагрузочном волноводе 3 и ее почти полное затухание. Размещение поглощающей нагрузки 5 под углом Брюстера позволяет увеличить развязку волноводов 1 (вход) и 2 (выход) вентиля, уменьшить КСВ, поскольку отраженная от поглощающей нагрузки 5 электромагнитная волна полностью поляризована и взаимно перпендикулярна с преломленной волной, распространяющейся в поглощающей нагрузке 5. За счет обеспечения контакта диэлектрической подложки 6 и ферритового элемента 4 по всей его площади удается подобрать размеры ферритового элемента 4 и подмагничивающее поле такими, чтобы увеличить рабочую полосу частот вентиля. Интеграция волноводов 1, 2 и 3, ферритового элемента 4 и поглощающей нагрузки 5 в диэлектрическую подложку 6 позволила уменьшить массогабаритные параметры вентиля, упростить его изготовление, а также расшить рабочий диапазон частот.The device works as follows. The input electromagnetic wave enters the rectangular waveguide 1 (valve input), integrated into the dielectric substrate 6, and propagates in it towards the center of the waveguide junction, where the ferrite element 4 is located. In the ferrite element 4, the electromagnetic wave is concentrated to form a standing wave, rotates under by the action of the magnetizing field created by the magnetic system, and is radiated from it into waveguide 2 (gate output) with low losses. In the opposite direction, the electromagnetic wave from the waveguide 2 passes similarly to the direct wave to the ferrite element 4, in which it is concentrated to form a standing wave, rotates and is radiated into the load waveguide 3. Thanks to the volumetric absorbing load 5, the electromagnetic wave is effectively absorbed in the load waveguide 3 and its almost complete attenuation. Placing the absorbing load 5 at the Brewster angle allows you to increase the isolation of the waveguides 1 (input) and 2 (output) of the valve, reduce the SWR, since the electromagnetic wave reflected from the absorbing load 5 is completely polarized and mutually perpendicular to the refracted wave propagating in the absorbing load 5. Due to By ensuring contact between the dielectric substrate 6 and the ferrite element 4 over its entire area, it is possible to select the dimensions of the ferrite element 4 and the magnetizing field such as to increase the operating frequency band of the valve. The integration of waveguides 1, 2 and 3, a ferrite element 4 and an absorbing load 5 into the dielectric substrate 6 made it possible to reduce the weight and size parameters of the valve, simplify its manufacture, and also expand the operating frequency range.
Пример исполнения. Экспериментальный образец волноводного ферритового вентиля в Ka-диапазоне частот. Отрезки волноводов прямоугольного сечения 1,7×2 мм, интегрированные в диэлектрическую подложку Rogers RO4003, представляют Y-образную линию передачи, созданную двумя рядами металлических межслойных переходов, которые обеспечивают электрическое соединение двух параллельных металлических пластин, ограничивающих диэлектрическую подложку. Толщина диэлектрической подложки 2 мм, относительная диэлектрическая проницаемость подложки ε1=3,55 и теплопроводность 2 Вт/мК. Угол между входным и выходным волноводами α=105 градусов, а их длины составляют 1,5 мм, длина нагрузочного волновода - 2 мм. Ферритовый элемент выполнен в виде эллипсоида с эксцентриситетом е=0.7933 (вертикальный радиус равен 0,75 мм, горизонтальный радиус - 1,23 мм) и высотой 2 мм из материала, разработанного в АО «НПП «Исток» им. Шокина», никель-цинковая шпинель с относительной диэлектрической проницаемостью ε2=13, тангенсом угла суммарных потерь tg(δ)Σ=1,5⋅10-3 и намагниченностью насыщения 4πMs=380 кА/м. Относительная диэлектрическая проницаемость поглощающей нагрузки ε3=18, тангенс угла суммарных потерь tg(δ)Σ=0,250. Поглощающая нагрузка выполнена в форме прямоугольной трапеции с основаниями 1,2 мм и 1,6 мм, боковой стороной прямоугольной трапеции, перпендикулярной основаниям - 1,5 мм. Боковая сторона трапеции, не являющаяся перпендикулярной основаниям, образует угол Брюстера ϕБ=66,05° на границе раздела двух сред: относительной диэлектрической проницаемостью поглощающей нагрузки (ε3) и относительной диэлектрической проницаемостью подложки (ε1).Execution example. Experimental sample of a waveguide ferrite valve in the Ka frequency range. The 1.7 x 2 mm rectangular waveguides integrated into the Rogers RO4003 dielectric substrate provide a Y-shaped transmission line created by two rows of metal vias that provide electrical connection between two parallel metal plates that bound the dielectric substrate. The thickness of the dielectric substrate is 2 mm, the relative dielectric constant of the substrate is ε 1 = 3.55 and the thermal conductivity is 2 W/mK. The angle between the input and output waveguides is α=105 degrees, and their lengths are 1.5 mm, the length of the load waveguide is 2 mm. The ferrite element is made in the form of an ellipsoid with eccentricity e = 0.7933 (vertical radius is 0.75 mm, horizontal radius is 1.23 mm) and a height of 2 mm from a material developed at JSC NPP Istok named after. Shokin”, nickel-zinc spinel with relative dielectric constant ε 2 =13, total loss tangent tan(δ)Σ=1.5⋅10 -3 and saturation magnetization 4πM s =380 kA/m. Relative dielectric constant of the absorbing load ε 3 =18, total loss tangent tan(δ)Σ=0.250. The absorbing load is made in the form of a rectangular trapezoid with bases of 1.2 mm and 1.6 mm, the side of the rectangular trapezoid, perpendicular to the bases, is 1.5 mm. The lateral side of the trapezoid, which is not perpendicular to the bases, forms a Brewster angle ϕ B = 66.05° at the interface between two media: the relative dielectric constant of the absorbing load (ε 3 ) and the relative dielectric constant of the substrate (ε 1 ).
Общие габариты волноводного ферритового вентиля в Ka-диапазоне частот составляют 3×3,5×2 мм. Вентиль работает в диапазоне частот 30-35 ГГц, обеспечивая развязку 23 дБ, прямые потери не более 0,5 дБ и КСВ 1,07. Полученные характеристики разработанного вентиля приведены на фиг. 2.The overall dimensions of the waveguide ferrite valve in the Ka frequency range are 3×3.5×2 mm. The valve operates in the frequency range 30-35 GHz, providing isolation of 23 dB, direct losses of no more than 0.5 dB and SWR of 1.07. The obtained characteristics of the developed valve are shown in Fig. 2.
Таким образом, изготовление и испытание опытных образцов подтверждает заявленный технический результат.Thus, the production and testing of prototypes confirms the declared technical result.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813498C1 true RU2813498C1 (en) | 2024-02-12 |
Family
ID=
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3935548A (en) * | 1974-06-04 | 1976-01-27 | The Washington University | Wide-band microwave circulator |
| US4164718A (en) * | 1976-07-09 | 1979-08-14 | California Institute Of Technology | Electromagnetic power absorber |
| US4647877A (en) * | 1985-03-11 | 1987-03-03 | Rockwell International Corporation | Broadband signal termination apparatus comprising series cascade of resistors and transmission lines |
| SU1716581A1 (en) * | 1990-03-22 | 1992-02-28 | Опытное Конструкторское Бюро При Московском Заводе "Эра" | Circulator |
| RU2018995C1 (en) * | 1991-04-01 | 1994-08-30 | Научно-производственное объединение "Экватор" | Angle waveguide joint |
| RU6089U1 (en) * | 1997-02-18 | 1998-02-16 | Общество с ограниченной ответственностью "АРГУС-ЭТ" | WATER FERRITE VALVE |
| RU2168247C1 (en) * | 2000-03-21 | 2001-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АРГУС-ЭТ" | Ferrite waveguide isolator |
| JP2003078307A (en) * | 2001-08-10 | 2003-03-14 | Tyco Electronics Corp | Small-sized multielement concatenated circulator |
| DE102010017978A1 (en) * | 2010-04-23 | 2011-12-01 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Leaky wave antenna i.e. mechanically hinged antenna, for use in radar system of motor car for sensing environment, has terminator made of material with radar-transparent properties and formed with radar-absorbing component |
| WO2018148820A1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | Valorbec Societe En Commandite | Rf stripline circulator devices and methods |
| JP2019047385A (en) * | 2017-09-04 | 2019-03-22 | 株式会社村田製作所 | Irreversible circuit element and manufacturing method therefor |
| JP6635550B2 (en) * | 2016-03-31 | 2020-01-29 | 国立大学法人京都工芸繊維大学 | Non-reciprocal metamaterial transmission line device and antenna device |
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3935548A (en) * | 1974-06-04 | 1976-01-27 | The Washington University | Wide-band microwave circulator |
| US4164718A (en) * | 1976-07-09 | 1979-08-14 | California Institute Of Technology | Electromagnetic power absorber |
| US4647877A (en) * | 1985-03-11 | 1987-03-03 | Rockwell International Corporation | Broadband signal termination apparatus comprising series cascade of resistors and transmission lines |
| SU1716581A1 (en) * | 1990-03-22 | 1992-02-28 | Опытное Конструкторское Бюро При Московском Заводе "Эра" | Circulator |
| RU2018995C1 (en) * | 1991-04-01 | 1994-08-30 | Научно-производственное объединение "Экватор" | Angle waveguide joint |
| RU6089U1 (en) * | 1997-02-18 | 1998-02-16 | Общество с ограниченной ответственностью "АРГУС-ЭТ" | WATER FERRITE VALVE |
| RU2168247C1 (en) * | 2000-03-21 | 2001-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АРГУС-ЭТ" | Ferrite waveguide isolator |
| JP2003078307A (en) * | 2001-08-10 | 2003-03-14 | Tyco Electronics Corp | Small-sized multielement concatenated circulator |
| DE102010017978A1 (en) * | 2010-04-23 | 2011-12-01 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Leaky wave antenna i.e. mechanically hinged antenna, for use in radar system of motor car for sensing environment, has terminator made of material with radar-transparent properties and formed with radar-absorbing component |
| JP6635550B2 (en) * | 2016-03-31 | 2020-01-29 | 国立大学法人京都工芸繊維大学 | Non-reciprocal metamaterial transmission line device and antenna device |
| WO2018148820A1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | Valorbec Societe En Commandite | Rf stripline circulator devices and methods |
| US11095011B2 (en) * | 2017-02-17 | 2021-08-17 | Shokry Ibrahim Abdelrazak Shamseldin | RF stripline circulator devices and methods |
| JP2019047385A (en) * | 2017-09-04 | 2019-03-22 | 株式会社村田製作所 | Irreversible circuit element and manufacturing method therefor |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Valeriy V. Demshevsky Ka-band Substrate Integrated Waveguide Isolator with Novel Matched Load // Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). 2022. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2696676C1 (en) | Ridge waveguide without side walls on base of printed-circuit board and containing its multilayer antenna array | |
| Sabahi et al. | A compact CRLH circularly polarized leaky-wave antenna based on substrate-integrated waveguide | |
| Tekkouk et al. | Multibeam SIW slotted waveguide antenna system fed by a compact dual-layer Rotman lens | |
| Abdel-Wahab et al. | Millimeter-wave high radiation efficiency planar waveguide series-fed dielectric resonator antenna (DRA) array: analysis, design, and measurements | |
| Zhao et al. | Dual circular-polarized SIW-fed high-gain scalable antenna array for 60 GHz applications | |
| Zhu et al. | 60 GHz substrate-integrated waveguide-based monopulse slot antenna arrays | |
| US6489855B1 (en) | Line transition device between dielectric waveguide and waveguide, and oscillator, and transmitter using the same | |
| Liang et al. | Wideband phase-gradient metasurface antenna with focused beams | |
| Apaydin et al. | Nonreciprocal and magnetically scanned leaky-wave antenna using coupled CRLH lines | |
| Sun et al. | Coexistence-mode CRLH SIW transmission line and its application for longitudinal miniaturized Butler matrix and multibeam array antenna | |
| Omam et al. | Tunable substrate integrated waveguide phase shifter using high dielectric constant slab | |
| Cheng et al. | 12-GHz rotary joint with substrate integrated waveguide feeder | |
| Zhang et al. | Slow wave substrate-integrated waveguide with miniaturized dimensions and broadened bandwidth | |
| Yang et al. | Design of CRLH leaky-wave antenna with low sidelobe level | |
| Lu et al. | A new Fabry-Perot resonator antenna fed by an L-probe | |
| Nikkhah et al. | Rotman lens design with wideband DRA array | |
| Kim et al. | Dielectric slab Rotman lens for microwave/millimeter-wave applications | |
| RU2813498C1 (en) | Waveguide ferrite valve | |
| Yang et al. | Half-height-pin gap waveguide technology and its applications in high gain planar array antennas at millimeter wave frequency | |
| Afshani et al. | Modal nonreciprocity and circulator based on nonreciprocal mode conversion | |
| Liao et al. | Synthesis, simulation and experiment of unequally spaced resonant slotted-waveguide antenna arrays based on the infinite wavelength propagation property of composite right/left-handed waveguide | |
| Ladu et al. | High‐performance cryogenic fractal 180° hybrid power divider with integrated directional coupler | |
| Venanzoni et al. | Compact double‐layer substrate integrated waveguide magic T ee for X‐band applications | |
| Bird | Mutual coupling in arrays of coaxial waveguides and horns | |
| Duncan et al. | Launching efficiency of wires and slots for a dielectric rod waveguide |