RU69326U1

RU69326U1 - SURFACE MOUNT FERRITE CIRCULATOR

Info

Publication number: RU69326U1
Application number: RU2007111969/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Ефимов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "АРГУС-ЭТ"
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2007-12-10

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к СВЧ-технике и может найти применение в качестве развязывающего устройства в связной аппаратуре. Целью заявляемой полезной модели является создание конструкции циркулятора поверхностного монтажа с наименьшей себестоимостью изготовления прибора и упрощения монтажа прибора во внешних устройствах. Эта цель достигается за счет изменения выбора и компоновки элементов прибора. Циркулятор выполняется минимум из пяти элементов скрепленных клеем: полосок и диски - ферритовый, металлический, фторопластовый, магнитный. Скомпонованный ферритовый СВЧ циркулятор поверхностного монтажа содержит цилиндрический металлический диск, на поверхности которого смонтирован ферритовый диск такого же диаметра, на котором размещается полосковая структура Y сочленения, при этом выходящие за пределы ферритового диска три полоска имеют две линии изгиба, первая плоскость изгиба направлена вдоль высоты ферритового диска на расстоянии от края диска кратном 0.25-0.75 толщины ферритового диска, вторая плоскость изгиба находится на уровне нижней кромки металлического диска и направлена от диска таким образом, чтобы обеспечить нижней поверхностью каждого полоска электрический контакт с внешним устройством; при этом над полосковой структурой размещен цилиндрический магнит с фторопластовой прокладкой, имеющий диаметр, совпадающий с диаметром ферритового диска. Электрический контакт металлического диска циркулятора и нижней поверхности каждого полоска обеспечивают пайкой. Предлагаемое устройство, при комнатной температуре, по результатам измерений показало следующие параметры: центральная частота 3.5 ГГц, ширина полосы 17%; Потери ≤0.5 дБ; КСВ ≤1.25; Развязка ≥20 дБ.The inventive utility model relates to microwave technology and may find application as an decoupling device in a communications equipment. The purpose of the claimed utility model is to create a surface mounted circulator design with the lowest cost of manufacturing the device and simplifying the installation of the device in external devices. This goal is achieved by changing the selection and layout of the elements of the device. The circulator is made of at least five elements bonded with glue: strips and discs - ferrite, metal, fluoroplastic, magnetic. The superficially mounted superficially mounted microwave ferrite circulator contains a cylindrical metal disk on the surface of which a ferrite disk of the same diameter is mounted on which the strip joint structure Y is located, while three strips extending outside the ferrite disk have two bending lines, the first bending plane is directed along the height of the ferrite the disk at a distance from the edge of the disk a multiple of 0.25-0.75 of the thickness of the ferrite disk, the second bending plane is at the level of the lower edge of the metal disk and directed from the disk in such a way as to provide the lower surface of each strip with electrical contact with an external device; in this case, a cylindrical magnet with a fluoroplastic gasket having a diameter coinciding with the diameter of the ferrite disk is placed above the strip structure. The electrical contact of the metal disk of the circulator and the bottom surface of each strip is provided by soldering. The proposed device, at room temperature, according to the measurement results showed the following parameters: center frequency 3.5 GHz, bandwidth 17%; Loss ≤0.5 dB; SWR ≤1.25; Decoupling ≥20 dB.

Description

Заявляемая полезная модель относится к СВЧ-технике и может найти применение в качестве развязывающего устройства в связной аппаратуре.The inventive utility model relates to microwave technology and may find application as an decoupling device in a communications equipment.

Важным требованием к ферритовым СВЧ циркуляторам поверхностного монтажа является обеспечение производительности и простоты монтажа во внешнее устройство при низкой стоимости. В известных устройствах это требование не реализуется в полной мере.An important requirement for surface mount ferrite microwave circulators is to provide performance and ease of installation in an external device at low cost. In known devices, this requirement is not fully implemented.

Известны ферритовые СВЧ циркуляторы поверхностного монтажа, содержащие металлический корпус в котором расположено два ферритовых вкладыша, между которыми находится металлический полосок выполненный из тонкой металлической пластины с тремя отводами, которые служат входом/выходом СВЧ сигнала, магнитную систему и прикрепленную к нижней части корпуса диэлектрическую подложку для закрепления сигнальных контактов (см., например, патент США №4205281, кл. Н01Р 1/38, опубл. 27.05.1980 г. и патент США №7005937, кл. Н01Р 1/387, опубл. 28.02.2006 г.). Основным недостатком указанных конструкций является большое количество элементов, входящих в состав прибора и большие габариты, что влечет за собой высокую стоимость их изготовления.Known are surface-mounted ferrite microwave circulators containing a metal housing in which there are two ferrite inserts, between which is a metal strip made of a thin metal plate with three taps that serve as an input / output of a microwave signal, a magnetic system and a dielectric substrate attached to the lower part of the housing for securing signal contacts (see, for example, US Pat. No. 4,205,281, class H01P 1/38, publ. 05/27/1980 and US patent No. 7,005937, class H01P 1/387, publ. 02/28/2006). The main disadvantage of these designs is the large number of elements that make up the device and large dimensions, which entails the high cost of their manufacture.

Известны также микрополосковые ферритовые СВЧ циркуляторы (см., например, патент США №4918409, кл. Н01Р 1/387, опубл. 17.04.1990 г.), отличающиеся от упомянутых выше тем, что при построении прибора используется только один ферритовый вкладыш, для запитки сигнальных полосков используются внешние коаксиальные разъемы или во внешнем устройстве приходится делать отверстие, в диэлектрическом слое схемы для дальнейшего подключения циркулятора.Microstrip ferrite microwave circulators are also known (see, for example, US patent No. 4918409, class Н01Р 1/387, publ. 04/17/1990), which differ from those mentioned above in that when constructing the device only one ferrite insert is used, for powering the signal strips using external coaxial connectors or in an external device you have to make a hole in the dielectric layer of the circuit for further connection of the circulator.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является микрополосковый ферритовый циркулятор по патенту США №4904965, кл. Н01Р 1/383, опубл. 17.02.1990 г. Этот циркулятор, выбранный в качестве прототипа, содержит: диэлектрическую подложку, на которой произведена разводка микрополосковых линий передачи; на поверхности которой находится ферритовая подложка, полосковая и магнитная структура циркулятора. Также на диэлектрической подложке могут размещаться другие элементы, такие как усилители, фильтры и т.д. Данная схема включения циркулятора в измерительный тракт позволяет повысить степень интеграции всего электронного блока. Однако существенным недостатком такого циркулятора является трудность его замены при выходе из строя из-за необходимости The closest set of essential features to the claimed utility model is a microstrip ferrite circulator according to US patent No. 4904965, class. H01P 1/383, publ. 02.17.1990, This circulator, selected as a prototype, contains: a dielectric substrate, on which the wiring of microstrip transmission lines; on the surface of which there is a ferrite substrate, a strip and magnetic structure of the circulator. Other elements, such as amplifiers, filters, etc., can also be placed on the dielectric substrate. This scheme of inclusion of the circulator in the measuring path allows you to increase the degree of integration of the entire electronic unit. However, a significant drawback of such a circulator is the difficulty of replacing it in case of failure due to the need

«разварки» выходных полосков в месте соединительных перемычек. Также, проводники изготавливаются методом тонкопленочной технологии которая значительно удорожает циркулятор."Unwelding" of the output strips in the place of connecting jumpers. Also, conductors are made by thin-film technology, which significantly increases the cost of the circulator.

Целью заявляемой полезной модели является создание конструкции циркулятора поверхностного монтажа с наименьшей себестоимостью изготовления прибора и упрощения монтажа прибора во внешних устройствах. Эта цель достигается за счет изменения выбора и компоновки элементов прибора. Циркулятор выполняется минимум из пяти элементов скрепленных клеем: полосок и диски - ферритовый, металлический, фторопластовый, магнитный. Скомпонованный ферритовый СВЧ циркулятор поверхностного монтажа содержит цилиндрический металлический диск, на поверхности которого смонтирован ферритовый диск такого же диаметра, на котором размещается полосковая структура Y сочленения, при этом выходящие за пределы ферритового диска три полоска имеют две линии изгиба, первая плоскость изгиба направлена вдоль высоты ферритового диска на расстоянии от края диска кратном 0.25-0.75 толщины ферритового диска, вторая плоскость изгиба находится на уровне нижней кромки металлического диска и направлена от диска таким образом, чтобы обеспечить нижней поверхностью каждого полоска электрический контакт с внешним устройством; при этом над полосковой структурой размещен цилиндрический магнит с фторопластовой прокладкой, имеющий диаметр, совпадающий с диаметром ферритового диска. Электрический контакт металлического диска циркулятора и нижней поверхности каждого полоска обеспечивают пайкой.The purpose of the claimed utility model is to create a surface mounted circulator design with the lowest cost of manufacturing the device and simplifying the installation of the device in external devices. This goal is achieved by changing the selection and layout of the elements of the device. The circulator is made of at least five elements bonded with glue: strips and discs - ferrite, metal, fluoroplastic, magnetic. The superficially mounted superficially mounted microwave ferrite circulator contains a cylindrical metal disk on the surface of which a ferrite disk of the same diameter is mounted on which the strip joint structure Y is located, while three strips extending outside the ferrite disk have two bending lines, the first bending plane is directed along the height of the ferrite the disk at a distance from the edge of the disk a multiple of 0.25-0.75 of the thickness of the ferrite disk, the second bending plane is at the level of the lower edge of the metal disk and directed from the disk in such a way as to provide the lower surface of each strip with electrical contact with an external device; at the same time, a cylindrical magnet with a fluoroplastic gasket having a diameter coinciding with the diameter of the ferrite disk is placed above the strip structure. The electrical contact of the metal disk of the circulator and the bottom surface of each strip is provided by soldering.

Предлагаемая конструкция ферритового СВЧ циркулятора может быть также залита в пластмассовый корпус. При этом открытой остается только поверхность на которую выходят полоски и нижняя поверхность металлического диска для обеспечения электрического контакта с внешним устройством. Подобное решение делает конструкцию максимально прочной.The proposed design of a ferrite microwave circulator can also be poured into a plastic case. In this case, only the surface on which the strips and the lower surface of the metal disk remain to ensure electrical contact with an external device remains open. Such a solution makes the design as durable as possible.

Технический результат предлагаемой модели заключается как в упрощении изготовления элементов циркулятора и их сборки, так и в упрощении монтажа прибора на внешней плате, что в целом обеспечивает уменьшение себестоимости готовых изделий.The technical result of the proposed model is both to simplify the manufacture of circulator elements and their assembly, and to simplify the installation of the device on an external board, which generally reduces the cost of finished products.

Достижение указанного технического результата определяется несколькими взаимосвязанными факторами. Элементы циркулятора (магнит, металлический диск, полосковый элемент) выполнены одного диаметра и легко собираются в заданном порядке в законченную конструкцию. Благодаря системе загнутых полосков удается легко сориентировать, закрепить и обеспечить необходимый электрический контакт прибора с микрополосковыми линиями передачи внешнего устройства.The achievement of the specified technical result is determined by several interrelated factors. Circulator elements (magnet, metal disk, strip element) are made of the same diameter and are easily assembled in the given order into the finished structure. Thanks to the bent strip system, it is possible to easily orient, fix and provide the necessary electrical contact of the device with microstrip transmission lines of an external device.

Заявляемую полезную модель иллюстрируют:The inventive utility model is illustrated by:

Фиг.1 - схематическое поэлементное изображение циркулятора;Figure 1 - schematic bitmap image of the circulator;

Фиг.2 - изображение циркулятора в сборе и диэлектрической платы с линиями передачи до момента крепления;Figure 2 - image of the complete circulator and dielectric board with transmission lines until the moment of attachment;

Фиг.3 - схема соединения полосков Y сочленения с микрополосковыми линиями передачи внешнего устройства.Figure 3 - connection diagram of the strips Y articulation with microstrip transmission lines of an external device.

Циркулятор поверхностного монтажа представленный на фиг.1 содержит: металлический диск 1; ферритовый диск 2; полосковую структуру 3; фторопластовую прокладку 4 и магнитный диск 5. Металлический диск 1, играющий роль заземляющей поверхности, вместе с магнитным диском 5 и фторопластовой прокладкой 4 исполняют роль магнитной системы. 6 и 7 соответственно первая и вторая плоскости изгиба каждого полоска.The surface mount circulator shown in figure 1 contains: a metal disk 1; ferrite disk 2; strip structure 3; a fluoroplastic gasket 4 and a magnetic disk 5. A metal disk 1, which plays the role of a grounding surface, together with a magnetic disk 5 and a fluoroplastic gasket 4 play the role of a magnetic system. 6 and 7, respectively, the first and second bending planes of each strip.

Циркулятор монтируется во внешнее устройство (фиг.2), состоящее из: диэлектрика 8, металлизированного с обратной стороны, на котором располагаются микрополосковые линии передачи 9, 10, 11 с волновым сопротивлением 50 Ом и металлическую поверхность 12, которая заземлена через сквозные металлизированные отверстия 13. Между линиями передачи 9, 10, 11 и металлизацией 12 выполнены зазоры, шириной 0.25-0.75 толщины ферритового диска. При монтаже устройства нижняя поверхность второй плоскости изгиба каждого полоска, находящаяся на уровне нижней кромки металлического диска 1, соединяется путем пайки с соответствующей микрополосковой линией передачи внешнего устройства, металлический диск 1 с металлической поверхностью 12.The circulator is mounted in an external device (figure 2), consisting of: a dielectric 8, metallized on the reverse side, on which there are microstrip transmission lines 9, 10, 11 with a wave impedance of 50 Ohms and a metal surface 12, which is grounded through metallized through holes 13 Between the transmission lines 9, 10, 11 and metallization 12, gaps were made with a width of 0.25-0.75 of the thickness of the ferrite disk. When installing the device, the lower surface of the second bending plane of each strip, located at the level of the lower edge of the metal disk 1, is connected by soldering with the corresponding microstrip transmission line of the external device, the metal disk 1 with the metal surface 12.

Циркулятор изображенный на фиг.3 работает следующим образом.The circulator shown in figure 3 works as follows.

Прямая электромагнитная волна, распространяема по микрополосковой линии передачи 11 внешнего устройства, собранного на диэлектрической подложке 8, поступает на вход циркулятора (полосок 14) и распространяется по нему до центральной части 15 разветвления полосков, служащего резонатором, где происходит сосредоточение электромагнитной энергии. Одна часть электромагнитной волны проходит по нижнему краю центра разветвления полосков в виде «краевой волны» и попадает на выход циркулятора 16. Другая часть волны может образовывать в резонаторе стоячую волну и под влиянием части ферритового диска, намагниченного магнитной системой в центре разветвления полосков 14, 16 и 17 в поперечном направлении, поворачивается так, что выходит в полосок 16, где она дальше распространяется по микрополосковой линии передачи 9 внешнего устройства. Этот процесс протекает с малыми потерями. Обратная электромагнитная волна поступает в полосок 16 и в соответствии с описанным выше A direct electromagnetic wave propagated along the microstrip transmission line 11 of an external device assembled on a dielectric substrate 8 is fed to the input of the circulator (strips 14) and propagates through it to the central part 15 of the branching strips, which serves as a resonator, where the concentration of electromagnetic energy occurs. One part of the electromagnetic wave passes along the lower edge of the center of branching of the strips in the form of a “boundary wave” and enters the output of the circulator 16. The other part of the wave can form a standing wave in the resonator and under the influence of a part of the ferrite disk magnetized by the magnetic system in the center of the branch of strips 14, 16 and 17 in the transverse direction, rotates so that it enters the strips 16, where it further spreads along the microstrip transmission line 9 of the external device. This process proceeds with small losses. The reverse electromagnetic wave enters the strips 16 and in accordance with the above

механизмом под влиянием намагниченности ферритового диска направляется в полосок 17, где она дальше распространяется по микрополосковой линии передачи 10 внешнего устройства. 18, 19 согласующие элементы полосковой структуры.the mechanism under the influence of the magnetization of the ferrite disk is sent to the strips 17, where it further spreads along the microstrip transmission line 10 of the external device. 18, 19 matching elements of the strip structure.

В опытном образце полезной модели использован ферритовый диск диаметром 12.5 мм и толщиной 1 мм из материала 40 сч6. Магнит диаметром 12.5 мм толщиной 2.5 мм. Металлический диск диаметром 12.5 мм, толщиной 0.5 мм из стали покрытой серебром. Полосок выполнен из бронзовой фольги толщиной 0.12 мм покрытый серебром. Все элементы скреплены между собой эпоксидным клеем.In the prototype of the utility model, a ferrite disk with a diameter of 12.5 mm and a thickness of 1 mm from a material of 40 cc6 was used. Magnet with a diameter of 12.5 mm and a thickness of 2.5 mm. A metal disk with a diameter of 12.5 mm, a thickness of 0.5 mm made of steel coated with silver. The strips are made of bronze foil 0.12 mm thick coated with silver. All elements are bonded to each other with epoxy glue.

Предлагаемое устройство, при комнатной температуре, по результатам измерений показало следующие параметры: центральная частота 3.5 ГГц, ширина полосы 17%; Потери ≤0.5 дБ; КСВ ≤1.25; Развязка ≥20 дБ.The proposed device, at room temperature, according to the measurement results showed the following parameters: center frequency 3.5 GHz, bandwidth 17%; Loss ≤0.5 dB; SWR ≤1.25; Decoupling ≥20 dB.

Claims

1. A surface-mounted ferrite microwave circulator containing a magnetic system, a cylindrical magnetic disk, on the surface of which a ferrite disk of the same diameter is mounted on which the strip joint structure Y is located, characterized in that the three strips of the strip structure facing outward have two bending lines, the first the bend plane is directed along the height of the ferrite disk at a distance from the edge of the disk a multiple of 0.25-0.75 thickness of the ferrite disk, the second bend plane is at the level of the lower edge of the metal Cesky disc and directed away from the disc so as to provide the bottom surface of each strip of electric contact with an external device, wherein the structure is placed over the strip cylindrical magnet fluoroplastic gasket having a diameter coinciding with the diameter of the ferrite disk.

2. The surface-mounted ferrite microwave circulator according to claim 1, characterized in that it is poured into a plastic case, leaving only the surface onto which the strips and the lower surface of the metal disk go out to provide electrical contact with an external device.