RU173136U1

RU173136U1 - SUPER HIGH FREQUENCY FERRITE FILTER

Info

Publication number: RU173136U1
Application number: RU2017110573U
Authority: RU
Inventors: Виктор Иосифович Чуркин; Владимир Анатольевич Дубовой; Анатолий Иванович Фирсенков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Завод Магнетон"
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2017-08-14

Abstract

СВЧ ферритовый фильтр содержит немагнитный корпус с экранирующими дисками, расположенные в зазоре высотой между верхней частью и нижней частью электромагнита, по меньшей мере, два сферических монокристаллических ферритовых резонатора (ФР), закрепленных на теплопроводящих металлокерамических стержнях в резонансных камерах, немагнитного корпуса. В две крайние резонансные камеры через первые каналы в немагнитном корпусе проведены соответственно входной и выходной отрезки линии передачи, центральные проводники которых нагружены на короткозамкнутые на немагнитный корпус одинарные витковые элементы связи (ВЭС), окружающие крайние сферические монокристаллические ФР. ФР связаны друг с другом с помощью двойных ВЭС, короткозамкнутых на немагнитных корпус на свободных концах и соединенных пропущенными через вторые каналы немагнитного корпуса проводниками. По меньшей мере на одном первом полюсном наконечнике закреплена первая катушка управления. В углублениях немагнитного корпуса установлены вторые полюсные наконечники по меньшей мере с одной второй катушкой управления, расположенные соосно первым полюсным наконечникам. При этом вторые полюсные наконечники отделены от первых полюсных наконечников и экранирующих дисков разделяющими резистивными прокладками толщиной не более 200 мкм. Технический результат – повышение скорости перестройки частоты в пределах небольших частотных интервалов по заданной программе. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.The microwave ferrite filter contains a non-magnetic case with shielding disks located in a gap between the upper part and the lower part of the electromagnet at least two spherical single-crystal ferrite resonators (FRs) mounted on heat-conducting cermet rods in resonant chambers, and a non-magnetic case. The input and output segments of the transmission line, respectively, the central conductors of which are loaded on single-wound single-wound communication elements (WES) surrounding the extreme spherical single-crystal DFs, are passed into the two extreme resonant chambers through the first channels in the non-magnetic case, respectively, the input and output sections of the transmission line. DFs are connected to each other using double wind farms, short-circuited on a non-magnetic casing at the free ends and connected by conductors passed through the second channels of the non-magnetic casing. At least one first pole piece is attached to the first control coil. In the recesses of the non-magnetic casing, second pole pieces are installed with at least one second control coil located coaxially with the first pole pieces. In this case, the second pole pieces are separated from the first pole pieces and shielding discs by separating resistive spacers with a thickness of not more than 200 microns. The technical result is an increase in the frequency tuning rate within small frequency intervals according to a given program. 3 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к радиоэлектронике и сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно, к многорезонаторным электрически перестраиваемых по частоте фильтрам, содержащим в качестве резонаторов намагниченные электромагнитом ферритовые миниатюрные сферические образцы, окруженные витковыми элементами связи (ВЭС).The utility model relates to radio electronics and microwave technology, namely, to multi-resonator filters that are electrically tunable in frequency and contain, as resonators, magnetized ferrite miniature spherical samples surrounded by coil communication elements (WES).

СВЧ фильтры, содержащие миниатюрные ферритовые сферические резонаторы, широко известны (см. В.В. Рогозин В.И. Чуркин. - Ферритовые фильтры и ограничители мощности. - М, Радио и Связь, 1985). Одним из многочисленных достоинств СВЧ ферритовых фильтров (ФФ) на ферритовых резонаторах (ФР) является возможность получения высокой скорости перестройки резонансной частоты при создании специальных конструкций, удовлетворяющих определенным необходимым требованиям. Эти требования в основном сводятся к тому, чтобы, во-первых, индуктивность катушек управления фильтров была как можно меньше при условии обеспечения необходимого по ширине диапазона перестройки резонансной частоты и достижения допустимого расхода энергии источника управления. Это обеспечивает меньшее запаздывание нарастания импульса тока в катушках относительно переднего фронта импульса тока управления внешнего источника. Во-вторых, происходит запаздывание магнитного поля в рабочем зазоре электромагнита из-за возникновения вихревых токов в магнитопроводе и металлических деталях фильтра, размещенных перпендикулярно направлению магнитного поля в зазоре электромагнита. С целью уменьшения вихревых токов сердечник магнитопровода вместо целого куска стали либо пермаллоя делают слоистым (шихтованный магнитопровод), либо изготавливают непроводящий ток магнитопровод из феррита (прессованный). В последнем случае время перестройки обычного ферритового фильтра в октавном диапазоне частот соответственно меняется от 10 до 0,1 мс. (см. K.D. Gilbert. - Microwave Journ. - V. 13, №6, p. 36-40, 1970). В известных быстродействующих фильтрах устранены металлические детали, плоскости которых расположены перпендикулярно магнитному полю в рабочем зазоре электромагнита. Такие фильтры имеют время переключения частоты сигнала на 200 МГц порядка единиц и долей микросекунд и применяются обычно в качестве защитных устройств приемников от импульсов передатчика в радиолокационных станциях.Microwave filters containing miniature ferrite spherical resonators are widely known (see VV Rogozin VI Churkin. - Ferrite filters and power limiters. - M, Radio and Communication, 1985). One of the many advantages of microwave ferrite filters (FF) on ferrite resonators (FR) is the possibility of obtaining a high speed tuning of the resonant frequency when creating special designs that meet certain necessary requirements. These requirements basically boil down to, firstly, the inductance of the filter control coils being as small as possible, provided that the resonant frequency tuning necessary for the width of the tuning range is achieved and the allowable energy consumption of the control source is achieved. This provides a smaller delay of the rise of the current pulse in the coils relative to the leading edge of the control current pulse of the external source. Secondly, there is a delay in the magnetic field in the working gap of the electromagnet due to the occurrence of eddy currents in the magnetic circuit and the metal parts of the filter located perpendicular to the direction of the magnetic field in the gap of the electromagnet. In order to reduce eddy currents, the core of the magnetic circuit, instead of a whole piece of steel or permalloy, is layered (a charged magnetic circuit), or a non-conducting current magnetic circuit is made of ferrite (pressed). In the latter case, the tuning time of a conventional ferrite filter in the octave frequency range, respectively, varies from 10 to 0.1 ms. (see K.D. Gilbert. - Microwave Journ. - V. 13, No. 6, p. 36-40, 1970). Known high-speed filters eliminated metal parts whose planes are perpendicular to the magnetic field in the working gap of the electromagnet. Such filters have a switching time of the signal frequency at 200 MHz of the order of units and fractions of microseconds and are usually used as protective devices for receivers from transmitter pulses in radar stations.

Известен волноводный быстродействующий ФФ, используемый в качестве коммутатора (см. Андреев А.К. - Исследование вопросов построения ферритовых коммутаторов СВЧ мощности на основе ФМР. - Труды IV международной конференции по гиромагнитной электронике и электродинамике. - Варна, стр. 226-232, 1982), выполненный из двух взаимно-перпендикулярных волноводов, соприкасающихся по общей широкой стенке, в которой в области круговой поляризации волноводов выполнено отверстие связи. В отверстии связи размещен миниатюрный сферический ФР, намагниченный внешним электромагнитом, создающем ферромагнитный резонанс на частоте излучаемого сигнала передатчика. Над ФР в волноводе размещена параллельно широким стенкам индуктивная петля, в которую подают от тиратрона управляющий импульс тока, синхронный с импульсом тока запуска передатчика. Мощности этого импульса достаточно, чтобы быстро (доли микросекунд) сместить частоту ферритового резонатора на 150-200 МГц от частоты передатчика и не допустить попадания СВЧ импульса передатчика в канал приемника.Known waveguide high-speed FF used as a switch (see Andreev AK - Investigation of the construction of ferrite microwave power switches based on FMR. - Proceedings of the IV international conference on gyromagnetic electronics and electrodynamics. - Varna, pp. 226-232, 1982 ) made of two mutually perpendicular waveguides in contact along a common wide wall in which a communication hole is made in the region of circular polarization of the waveguides. A miniature spherical RF is placed in the communication hole, magnetized by an external electromagnet, which creates ferromagnetic resonance at the frequency of the emitted transmitter signal. An inductive loop is placed above the FR in the waveguide parallel to the wide walls, into which a control current pulse synchronous with the transmitter start current pulse is supplied from the thyratron. The power of this pulse is enough to quickly (fractions of microseconds) shift the frequency of the ferrite resonator by 150-200 MHz from the frequency of the transmitter and to prevent the microwave impulse of the transmitter from getting into the receiver channel.

Одиночная индуктивная петля, размещенная указанным способом, во-первых, не нарушает однородности СВЧ поля в волноводе и в ФР, что обеспечивает хорошие параметры фильтра, а во-вторых, практически не вызывает вихревых токов в широких стенках волноводов, так как достаточно удалена от них. Также эта петля не вызывает вихревые токи в сердечнике магнитопровода по причине удаленности от него. Для повышения заграждения вне резонанса в данном фильтре могли быть применены два ФР.A single inductive loop placed in this way, firstly, does not violate the uniformity of the microwave field in the waveguide and in the RF, which provides good filter parameters, and secondly, it practically does not cause eddy currents in the wide walls of the waveguides, since it is quite distant from them . Also, this loop does not cause eddy currents in the core of the magnetic circuit due to the distance from it. To increase the barrage outside the resonance, two FRs could be used in this filter.

Недостатками известного фильтра являются неширокий диапазон перестройки частоты, ограниченный диапазон частот волновода (≈40%), значительный ток перестройки фильтра в диапазоне частот волновода из-за большого воздушного зазора (d) электромагнита, равного двум высотам волноводов, а также большое энергопотребление, габариты и масса.The disadvantages of the known filter are a narrow frequency tuning range, a limited waveguide frequency range (≈40%), a significant filter tuning current in the waveguide frequency range due to the large air gap (d) of the electromagnet equal to the two waveguide heights, as well as the large power consumption, dimensions and weight.

Известна конструкция быстродействующего двухзвенного ИЖГ-фильтра со структурой связи, изготовленной фотолитографическим методом (см. Е. Schloemann, R.E. Blight, YIG - filtr recowery after exposure to higth power and X-band frequency-stepped YIG filter, IEEE MTT-S Microwave Symposium.- т. 2, стр. 329, 1983). Структура связи известного фильтра представляет собой микрополосковые линии - входную, выходную и промежуточную, нанесенные методом фотолитографии на подложку из окиси алюминия или плавленого кварца. Возле каждого из ФР микрополосковая линия расщеплена на две определенной длины, каждая из которых имеет удвоенный характеристический импеданс микрополосковой линии (обычно 50 Ом). Для получения максимальной связи длина этих разветвлений должна равняться λ/4 в середине диапазона перестройки. ФР помещены в углубление в подложке в центре разветвлений линий. Разветвления линий одновременно играют роль петель индуктивности, на которые подают импульсы тока, синхронные с импульсом передатчика. Известный фильтр обеспечивает сверхбыструю отстройку резонансной частоты от частоты СВЧ импульса передатчика на 300 МГц (X - диапазон) в промежуток времени 0,05 мкс.A known design of a high-speed two-link IZH filter with a photolithographic communication structure (see E. Schloemann, RE Blight, YIG - filtr recowery after exposure to higth power and X-band frequency-stepped YIG filter, IEEE MTT-S Microwave Symposium. - vol. 2, p. 329, 1983). The communication structure of the known filter is a microstrip line - input, output and intermediate, deposited by photolithography on a substrate of aluminum oxide or fused silica. Near each FR, the microstrip line is split into two specific lengths, each of which has doubled characteristic impedance of the microstrip line (usually 50 Ohms). To obtain maximum coupling, the length of these branches should be equal to λ / 4 in the middle of the tuning range. DFs are placed in a recess in the substrate at the center of the branching lines. The branching lines simultaneously play the role of inductance loops, to which current pulses are fed, synchronous with the transmitter pulse. The known filter provides ultrafast detuning of the resonant frequency from the frequency of the microwave pulse of the transmitter at 300 MHz (X - range) in a time interval of 0.05 μs.

Недостатками фильтра являются недостаточно широкий интервал перестройки частоты, связанный с длинной разветвлений равной λ/4, а также высокая трудоемкость ориентации ФР в изотропных направлениях, а также большой воздушный зазор электромагнита, требующий высокого энергопотребления.The disadvantages of the filter are the insufficiently wide frequency tuning interval associated with the branch length equal to λ / 4, as well as the high complexity of the RF orientation in isotropic directions, as well as the large air gap of the electromagnet, which requires high energy consumption.

Известен полосно-пропускающий СВЧ фильтр (см. патент RU 1757411, МПК Н01Р 1/218, опубликован 22.04.1992), содержащий два соосных отрезка микрополосковых линии в одной плоскости, центральные проводники которых короткозамкнуты на обращенных один к другому торцах на заземленную металлическую перегородку, разделяющую эти торцы. Два гиромагнитных резонатора, охваченные конечными участками центральных проводников, выполненных в виде радиусных изгибов, размещены на продольной оси отрезков микрополосковых линий, плоскости которых совмещены с направлением намагничивания. Против гиромагнитных резонаторов в разделяющей перегородке выполнено отверстие связи. Намагничивание резонаторов осуществляют полем шихтованного электромагнита, направленным параллельно плоскости отрезков микрополосковой линии, обеспечивающий быструю перестройку резонансной частоты. Быстрая перестройка осуществляется с помощью дополнительной катушки управления, на которую подают прямоугольный импульс тока. Фильтр обеспечивает в диапазоне 7-9 ГГц потери α≤2,0 дБ, ширину полосы пропускания 40 МГц, заграждение вне полосы пропускания ≥45 дБ, время перестройки 1 мкс при перестройке частоты на 200 МГц.Known band-pass microwave filter (see patent RU 1757411, IPC Н01Р 1/218, published April 22, 1992), containing two coaxial segments of microstrip lines in one plane, the central conductors of which are short-circuited at the ends facing one another to an earthed metal partition, separating these ends. Two gyromagnetic resonators, covered by the end sections of the central conductors made in the form of radial bends, are placed on the longitudinal axis of the segments of microstrip lines, the planes of which are aligned with the direction of magnetization. Against gyromagnetic resonators, a communication hole is made in the dividing wall. The resonators are magnetized by a charged electromagnet field directed parallel to the plane of the microstrip line segments, which ensures fast tuning of the resonant frequency. Quick adjustment is carried out using an additional control coil, which serves a rectangular current pulse. The filter provides a loss of α≤2.0 dB, a bandwidth of 40 MHz in the range of 7-9 GHz, an out-of-bandwidth of ≥45 dB, a tuning time of 1 μs with a frequency tuning of 200 MHz.

В известном фильтре на микрополосковых линиях, ориентированных плоскостями параллельно направлению намагничивающего поля, не обеспечивается рабочий зазор электромагнита меньше 3 мм, что требует больших управляющих токов для основных катушек и следовательно, не обеспечивается широкий диапазон перестройки (октава и более).In the known filter on microstrip lines oriented by planes parallel to the direction of the magnetizing field, the working gap of the electromagnet is less than 3 mm, which requires large control currents for the main coils and therefore does not provide a wide tuning range (octave or more).

Известен сверхвысокочастотный ферритовый фильтр (см. патент RU 148202, МПК НО1Р 1/20, опубликован 27.10.2014), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Сверхвысокочастотный ферритовый фильтр содержит немагнитный корпус, расположенный в зазоре между полюсными наконечниками верхней и нижней частей электромагнита, содержащего по меньшей мере на одном на полюсном наконечнике катушку управления, по крайней мере два сферических монокристаллических ФР, ориентированных в изотропных направлениях и закрепленных на теплопроводящих металлокерамических стержнях в резонаторных камерах немагнитного корпуса, в две из которых через первые каналы в немагнитном корпусе проведены соответственно входной и выходной обрезки линии передачи. Центральные проводники этих отрезков линий передачи нагружены на короткозамкнутые на немагнитный корпус одинарные витковые элементы связи (ВЭС), охватывающие крайние ФР. Сферические монокристаллические ФР электромагниты связаны друг с другом с помощью двойных ВЭС, короткозамкнутых на немагнитный корпус на свободных концах и соединенных пропущенными через вторые каналы немагнитного корпуса проводниками L>λ/4, где λ - длина волны в рабочем диапазоне перестройки фильтра. Одинарные и двойные ВЭС попарно ортогонально охватывают ФР. Между противолежащими торцами верхней и нижней частей электромагнита установлена металлическая прокладка толщиной 10-150 мкм, размещенная между крайним ФР, имеющим более высокую резонансную частоту, и соответствующим ему отрезком линии передачи.Known microwave filter ferrite (see patent RU 148202, IPC НО1Р 1/20, published 10.27.2014), which coincides with this technical solution for the largest number of essential features and adopted for the prototype. The microwave filter contains a non-magnetic housing located in the gap between the pole tips of the upper and lower parts of the electromagnet, containing at least one spherical control coil on at least one pole tip, at least two spherical single-crystal DFs oriented in isotropic directions and mounted on heat-conducting cermet rods in cavity chambers of a non-magnetic casing, in two of which through the first channels in a non-magnetic casing are respectively and one output transmission line trimming. The central conductors of these segments of the transmission lines are loaded onto single-wound single-loop communication elements (WES) short-circuited on a non-magnetic casing, covering the extreme FRs. Spherical single-crystal FR electromagnets are connected to each other using double wind farms, short-circuited to the non-magnetic casing at the free ends and connected by conductors L> λ / 4, passed through the second channels of the non-magnetic casing, where λ is the wavelength in the working range of the filter tuning. Single and double wind farms pairwise orthogonally cover the DF. Between the opposite ends of the upper and lower parts of the electromagnet, a metal gasket 10-150 μm thick is installed, located between the extreme FR having a higher resonant frequency and the corresponding segment of the transmission line.

Известный сверхвысокочастотный ферритовый фильтр-прототип имеет малые потери в полосе пропускания при работе в широком диапазоне частот (превышающем октаву) и широких интервалах температур. Однако фильтр-прототип имеет не достаточно высокую скорость перестройки резонансной частоты.The known microwave filter ferrite filter prototype has small losses in the passband when operating in a wide frequency range (exceeding an octave) and wide temperature ranges. However, the filter prototype does not have a sufficiently high tuning speed of the resonant frequency.

Задачей настоящей полезной модели является разработка сверхвысокочастотного ферритового фильтра, который бы обеспечивал повышение скорости перестройки частоты в пределах небольших частотных интервалов по заданной программе.The objective of this utility model is to develop an ultra-high-frequency ferrite filter, which would provide an increase in the frequency tuning rate within small frequency intervals according to a given program.

Поставленная задача решается тем, что сверхвысокочастотный ферритовый фильтр содержит немагнитный корпус, экранирующие диски, расположенные в зазоре между первыми полюсными наконечниками верхней и нижней частей электромагнита, содержащего первую катушку управления по меньшей мере на одном первом полюсном наконечнике, по меньшей мере два сферических монокристаллических ФР, ориентированных в изотропных направлениях и закрепленных на теплопроводящих металлокерамических стержнях в резонансных камерах немагнитного корпуса, в две из которых через первые каналы в немагнитном корпусе проведены соответственно входной и выходной отрезки линий передачи, центральные проводники которых нагружены на короткозамкнутые на немагнитный корпус одинарные ВЭС, охватывающие крайние сферические монокристаллические ФР. Монокристаллические ФР электромагнитно связаны друг с другом с помощью двойных ВЭС, короткозамкнутых на немагнитный корпус на свободных концах и соединенных пропущенными через вторые каналы немагнитного корпуса проводниками. Одинарные ВЭС и двойные ВЭС попарно ортогонально охватывают сферические монокристаллические ферритовые резонаторы. Новым в настоящем СВЧ ферритовом фильтре является то, что в углублениях немагнитного корпуса фильтра установлены вторые наконечники по меньшей мере с одной второй катушкой управления, расположенные соосно первым полюсным наконечникам, при этом поверхности вторых полюсных наконечников, обращенные к первым полюсным наконечникам и к экранирующим дискам, закрыты разделяющими резистивными прокладками толщиной не более 200 мкм.The problem is solved in that the microwave filter contains a non-magnetic housing, shielding disks located in the gap between the first pole pieces of the upper and lower parts of the electromagnet, containing the first control coil on at least one first pole piece, at least two spherical single-crystal ph. oriented in isotropic directions and mounted on heat-conducting cermet rods in the resonance chambers of a non-magnetic body, in two of toryh through the first channels in the nonmagnetic body made respectively the input and output lengths of the transmission lines, the center conductors of which are loaded on the short-circuited on a nonmagnetic single windfarm housing covering extreme spherical monocrystalline FF. Single-crystal DFs are electromagnetically connected to each other using double wind farms, short-circuited to a non-magnetic casing at the free ends and connected by conductors passed through the second channels of the non-magnetic casing. Single wind farms and double wind farms span orthogonally spherical single-crystal ferrite resonators. New in this microwave ferrite filter is that in the recesses of the non-magnetic filter housing there are second tips with at least one second control coil located coaxially with the first pole pieces, while the surfaces of the second pole pieces facing the first pole pieces and the shielding disks, closed by separating resistive gaskets with a thickness of not more than 200 microns.

Вторые полюсные наконечники могут быть выполнены по меньшей мере из двух частей, соединенных в плоскости, параллельной направлению магнитного потока.The second pole pieces may be made of at least two parts connected in a plane parallel to the direction of magnetic flux.

Разделяющие резистивные прокладки могут быть выполнены, например из магнитопласта, наполненного карбонильным железом, из ткани, пропитанной поглощающей ток краской, из слоя тантала, хрома, никеля, нанесенного на вторые полюсные наконечники, из диэлектрика с большими диэлектрическими потерями, из диэлектрического упругого материала, покрытого резистивным материалом.The separating resistive gaskets can be made, for example, from a magnetoplastic filled with carbonyl iron, from a fabric impregnated with current-absorbing paint, from a layer of tantalum, chromium, nickel deposited on the second pole pieces, from a dielectric with large dielectric losses, from a dielectric elastic material coated resistive material.

Между немагнитным корпусом и разделяющие резистивными прокладками установлены экранирующие диски из токопроводящего немагнитного материала толщиной 20-100 мкм.Between the non-magnetic housing and the separating resistive gaskets shielding disks of conductive non-magnetic material with a thickness of 20-100 microns are installed.

Вторые полюсные наконечники могут быть выполнены из магнитного материала, выбранного из группы: пермаллой, пермендюр, молибденовый пермаллой, феррит, магнит на основе бария, магнит на основе самария с кобальтом, магнит на основе неодима - железа - бора, материал первого полюсного наконечника. Вторые полюсные наконечники могут быть выполнены из шихтованного железа.The second pole pieces can be made of magnetic material selected from the group: permalloy, permendure, molybdenum permalloy, ferrite, barium based magnet, cobalt-based samarium magnet, neodymium-iron-boron magnet, material of the first pole piece. The second pole pieces may be made of laden iron.

Достижение повышение скорости перестройки частоты в пределах небольших частотных интервалов по заданной программе в настоящем СВЧ ферритовом фильтре обусловлено, во-первых, тем, что для получения быстродействия в небольших частотных интервалах использованы вторые миниатюрные катушки, имеющие небольшие индуктивности, по сравнению с индуктивностями первых катушек управления. Во-вторых, вторые катушки управления (а следовательно, управляющее магнитное поле, созданное ими) максимально приближены к рабочему зазору электромагнита, в котором расположены ФР. В-третьих, вторые полюсные наконечники с вторыми катушками управления отделены от первых полюсных наконечников электромагнита, содержащих первые катушки управления, разделяющей резистивной прокладкой, толщина которой не более 200 мкм, что позволяет исключить возбуждение вихревых токов в первых полюсных наконечниках от изменения магнитных полей, создаваемых вторыми катушками управления. В-четвертых, выполнение вторых полюсных наконечников из нескольких частей, по меньшей мере, двух склеенных в плоскости параллельной направлению магнитного потока, позволяет устранить часть вихревых токов в этих полюсных наконечниках. В-пятых, разделяющие резистивные прокладки, примыкающие к полюсным наконечникам и проводящим экранирующим дискам, закрывающим резонансные камеры, способствуют гашению, уменьшению вихревых токов в этих элементах.The achievement of an increase in the frequency tuning rate within small frequency intervals according to a given program in a real microwave ferrite filter is due, firstly, to the fact that second miniature coils having small inductances are used to obtain speed in small frequency intervals compared to the inductances of the first control coils . Secondly, the second control coils (and therefore the control magnetic field created by them) are as close as possible to the working gap of the electromagnet in which the FRs are located. Thirdly, the second pole pieces with the second control coils are separated from the first pole pieces of the electromagnet containing the first control coils, separating the resistive gasket, the thickness of which is not more than 200 microns, which eliminates the eddy currents in the first pole pieces from changing magnetic fields generated second control coils. Fourth, the implementation of the second pole pieces of several parts, at least two glued in a plane parallel to the direction of the magnetic flux, eliminates some of the eddy currents in these pole pieces. Fifth, separating resistive gaskets adjacent to the pole lugs and conductive shielding disks that cover the resonant chambers contribute to damping, reducing eddy currents in these elements.

Выбор толщины разделяющей резистивной прокладки обусловлен следующим. При толщине разделяющей резистивной прокладки более 200 мкм увеличивается зазор магнитной системы, что приводит к росту энергопотребления при перестройке основными катушками управления.The choice of the thickness of the separating resistive gasket is due to the following. When the thickness of the separating resistive gasket is more than 200 μm, the gap of the magnetic system increases, which leads to an increase in energy consumption during the restructuring of the main control coils.

Настоящая полезная модель поясняется чертежами, где:The present utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 представлен настоящий СВЧ ферритовый фильтр без верхней части электромагнита и без дисков, экранирующих резонансные камеры;in FIG. 1 shows a real microwave ferrite filter without the upper part of an electromagnet and without disks shielding resonant chambers;

на фиг. 2 показан вид сбоку на настоящий СВЧ ферритовый фильтр с разрезом электромагнита по продольной оси и вырезом немагнитного корпуса в области ФР;in FIG. 2 shows a side view of a real microwave ferrite filter with a cut of an electromagnet along the longitudinal axis and a cut of a non-magnetic case in the area of the FR;

На фиг. 3 показана крупным планом центральная часть настоящего СВЧ ферритового фильтра с разрезом электромагнита по продольной оси.In FIG. Figure 3 shows in close-up the central part of the present microwave ferrite filter with a section of the electromagnet along the longitudinal axis.

Изображенный на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 настоящий СВЧ ферритовый фильтр содержит немагнитный корпус 1, расположенный в зазоре высотой d между верхней частью 3 и нижней частью 4 электромагнита 5, по меньшей мере, два сферических монокристаллических ФР 6 (на рисунке показано 3 сферических монокристаллических ФР 6) закрепленных на теплопроводящих металлокерамических стержнях 7 в резонансных камерах 8, 9, 10 немагнитного корпуса 1. В две крайние резонансные камеры 8, 9 через первые каналы 11, 12 в немагнитном корпусе 1 проведены соответственно входной и выходной отрезки линии передачи, центральные проводники 13, 14 которых нагружены на короткозамкнутые на немагнитный корпус 1 одинарные ВЭС 15, 16, окружающие крайние сферические монокристаллические ФР 6. Сферические монокристаллические ФР 6 связаны друг с другом с помощью двойных ВЭС 17, 18, 19, короткозамкнутых на немагнитных корпус 1 на свободных концах и соединенных пропущенными через вторые каналы 20, 21 немагнитного корпуса 1 проводниками 22, 23 длинной, например, L≤λ/4, где λ - длина волны в рабочем диапазоне перестройки СВЧ ферритового фильтра. Одинарные ВЭС 15, 16 и двойные ВЭС 17, 18, 19 попарно ортогонально охватывают сферические монокристаллические ФР 6 в каждой из резонансных камер 8, 9, 10. Крайние сферические монокристаллические ФР 6 с помощью теплопроводящих металлокерамических стержней 7 ориентируют в намагничивающем поле Н электромагнита 5 вдоль изотропного направления (по «тепловой оси») с целью обеспечения стабильности резонансной частоты и параметров СВЧ ферритового фильтра в широком интервале частот и температур. При этом металлокерамические стержни 7 пропущены через радиаторы 24, на которых установлены терморезисторы 25, подключаемые к источнику напряжения 26±3В. Резонансные частоты f_i крайних сферических монокристаллических ФР 6 определяют по формуле:Depicted in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, this microwave ferrite filter contains a non-magnetic housing 1 located in a gap of height d between the upper part 3 and the lower part 4 of the electromagnet 5, at least two spherical single-crystal FR 6 (the figure shows 3 spherical single-crystal FR 6) mounted on heat-conducting cermet rods 7 in the resonance chambers 8, 9, 10 of the non-magnetic housing 1. Into the two outermost resonant chambers 8, 9 through the first channels 11, 12 in the non-magnetic housing 1 are the input and output segments of the transmission line, respectively, the center The conductor conductors 13, 14 of which are loaded onto a single wind farm 15, 16 short-circuited onto a non-magnetic casing 1, surrounding the extreme spherical single-crystal FR 6. Spherical single-crystal FR 6 are connected to each other by double wind farms 17, 18, 19, short-circuited on a non-magnetic casing 1 on the free ends and connected by the long conductors 22, 23, passed through the second channels 20, 21 of the non-magnetic housing 1, for example, L≤λ / 4, where λ is the wavelength in the working range of the tuning of the microwave ferrite filter. Single WES 15, 16 and double WES 17, 18, 19 pairwise orthogonally cover spherical single-crystal FR 6 in each of the resonance chambers 8, 9, 10. The extreme spherical single-crystal FR 6 with the help of heat-conducting cermet rods 7 are oriented in the magnetizing field H of electromagnet 5 along isotropic direction (along the "thermal axis") in order to ensure the stability of the resonant frequency and parameters of the microwave ferrite filter in a wide range of frequencies and temperatures. In this case, the ceramic-metal rods 7 are passed through radiators 24 on which thermistors 25 are mounted, connected to a voltage source of 26 ± 3V. The resonant frequencies f _i extreme spherical single-crystal FR 6 is determined by the formula:

,

где γ - гиромагнитное отношение - 2,8 МГц/Э;where γ is the gyromagnetic ratio of 2.8 MHz / Oe;

Н_а - поле анизотропии сферического монокристаллического ФР 6 (в изотропном направлении равно нулю), Эрстед;N _a is the anisotropy field of a spherical single-crystal FR 6 (in the isotropic direction is zero), Oersted;

f_CBi - частота связи, обратно пропорциональна нагруженной добротности Q_H i - резонатора, МГц;f _CBi is the coupling frequency, inversely proportional to the loaded Q factor of Q _H i - resonator, MHz;

H_i - магнитное поле в рабочем зазоре d электромагнита 5 в области размещения каждого i-го ФР 6 (i=1, 2, 3), Эрстед.H _i - the magnetic field in the working gap d of the electromagnet 5 in the area of each i-th FR 6 (i = 1, 2, 3), Oersted.

Промежуточные сферические монокристаллические ФР 6 в многозвенном СВЧ ферритовом фильтре, размещенные на таких же металлокерамических стержнях 7, служат для согласования их резонансных частот с частотами крайних сферических монокристаллических ФР 6 для формирования качественной амплитудно-частотной характеристики СВЧ ферритового фильтра. Электромагнит 5, состоящий, как правило, из двух частей 3, 4 (см. фиг. 2), в которых на основных первых полюсных наконечниках 26 закреплены первые катушки 27 управления. К первым полюсным наконечникам 26 соосно прикреплены (например, приклеены) через разделяющие резистивные прокладки 28, толщиной не более 200 мкм, вторые миниатюрные полюсные наконечники 29. На вторых полюсных наконечниках установлены вторые катушки 30 управления (L=5-15 мГн, R≤10 Ом), которые размещены в углублении немагнитного корпуса 1 фильтра. Между вторыми полюсными наконечниками 29 и немагнитным корпусом 1 с ФР 6, установлены экранирующие диски 31 из токопроводящего немагнитного материала толщиной 20-100 мкм (например, из посеребренной меди) для обеспечения электрогерметичности резонансных камер 8, 9, 10, что обеспечивает высокое заграждение СВЧ ферритового фильтра вне полосы пропускания. Разделяющие резистивные прокладки 28 между вторыми полюсными наконечниками 29 и экранирующими дисками 31 могут быть выполнены из диэлектрического материала, покрытого резистивным материалом. Вторые полюсные наконечники 29 могут быть выполнены из разных магнитных материалов, в зависимости от комплекса требований к СВЧ фильтру (например из пермаллоя, пермендюра, молибденового пермаллоя, феррита, магнита на основе бария, магнита на основе самария с кобальтом, магнита на основе неодима -железа - бора), в том числе из материала электромагнита. При этом вторые полюсные наконечники 29 могут быть собраны, по меньшей мере, из двух частей, соединенных (например, склеенных) в плоскости, параллельной направлению магнитного потока (могут быть выполнены из шихтованного магнитного материала или из ферритового материала). Входной и выходной отрезки линий передачи выходят из электромагнита 5 в виде, например СВЧ коаксиальных разъемов 32 (или микрополосковых разъемов). При перестройке резонансной частоты СВЧ ферритового фильтра для устранения паразитных резонансов в полосе пропускания по меньшей мере на поверхности одного из сферических монокристаллических ФР 6 может быть выполнена локальная шероховатость 33. Намагничивающие поля Н, в области размещения ФР 6 совпадают по величине только в случае идеального изготовления и сборки СВЧ ФФ. Перекос или неравномерность поверхности полюсного наконечника вызывают несовпадение резонансных частот ФР 6, ориентированных в изотропном направлении, что вызывает иногда необходимость использования прокладок 34, помещаемых на стыке верхней 3 и нижней 4 частей электромагнита 5, против ФР 6, имеющих более высокие резонансные частоты (чаще всего, крайних ФР 6), что необходимо для обеспечения работы фильтра с небольшими потерями пропускания в широком диапазоне частоты и интервале температур. Для того, чтобы не допустить изменение высоты зазора между вторыми полюсными наконечниками 29 от изменения температуры окружающей среды, разделяющие резистивные прокладки 28 между вторыми полюсными наконечниками 29 и экранирующими дисками 31, могут быть выполнены из диэлектрического упругого материала, покрытого резистивным материалом. При этом обеспечивается повышение температурной стабильности параметров предложенного фильтра (резонансная частота, потери и полоса пропускания), а также обеспечивается постоянное высокое заграждение фильтра вне полосы пропускания, так как экранирующие диски 31 будут с одинаковым усилием прижаты к немагнитному корпусу 1 фильтра, устраняя возможное просачивание СВЧ излучения из резонансных камер 8, 9, 10, ввиду плотности прижатия. Это обстоятельство, вместе с упругими разделяющими резистивными прокладками 28, создает настоящий СВЧ ферритовый фильтр нечувствительным к вибрациям, и, следовательно, не создающим микрофонного эффекта (то есть его резонансная частота практически становится постоянной при воздействии на фильтр механических нагрузок (вибраций, ударов).Intermediate spherical single-crystal FR 6 in a multi-link microwave ferrite filter placed on the same cermet rods 7 serve to coordinate their resonant frequencies with the frequencies of extreme spherical single-crystal FR 6 to form a qualitative amplitude-frequency characteristic of the microwave ferrite filter. An electromagnet 5, consisting, as a rule, of two parts 3, 4 (see Fig. 2), in which the first control coils 27 are fixed on the main first pole pieces 26. Second miniature pole pieces 29 are coaxially attached (for example, glued) to the first pole pieces 26 through separating resistive pads 28 with a thickness of no more than 200 microns. Second control coils 30 are installed on the second pole pieces (L = 5-15 mH, R≤10 Ohm), which are located in the recess of the non-magnetic filter housing 1. Between the second pole pieces 29 and the non-magnetic housing 1 with FR 6, shielding disks 31 are made of conductive non-magnetic material with a thickness of 20-100 μm (for example, of silver-plated copper) to ensure the electrical tightness of the resonance chambers 8, 9, 10, which provides a high barrier to microwave ferrite out-of-band filter. The separating resistive pads 28 between the second pole pieces 29 and the shielding discs 31 may be made of a dielectric material coated with a resistive material. The second pole pieces 29 can be made of different magnetic materials, depending on the complex of requirements for the microwave filter (for example, permalloy, permendure, molybdenum permalloy, ferrite, barium-based magnet, samarium-cobalt-based magnet, neodymium-iron-based magnet - boron), including from electromagnet material. In this case, the second pole pieces 29 can be assembled from at least two parts connected (for example, glued) in a plane parallel to the direction of the magnetic flux (can be made of burnt magnetic material or ferrite material). The input and output segments of the transmission lines exit the electromagnet 5 in the form of, for example, microwave coaxial connectors 32 (or microstrip connectors). When tuning the resonant frequency of the microwave ferrite filter to eliminate stray resonances in the passband at least on the surface of one of the spherical single-crystal FR 6, a local roughness 33 can be performed. The magnetizing fields H in the distribution region of the FR 6 coincide in magnitude only in the case of perfect manufacture and microwave assembly FF. The distortion or unevenness of the surface of the pole tip causes the mismatch of the resonant frequencies of the FR 6 oriented in the isotropic direction, which sometimes necessitates the use of gaskets 34 placed at the junction of the upper 3 and lower 4 parts of the electromagnet 5, against the FR 6 having higher resonant frequencies (most often , extreme FR 6), which is necessary to ensure the operation of the filter with small transmission losses in a wide frequency range and temperature range. In order to prevent a change in the height of the gap between the second pole pieces 29 from changes in ambient temperature, the separating resistive pads 28 between the second pole pieces 29 and the shielding discs 31 can be made of a dielectric elastic material coated with a resistive material. This increases the temperature stability of the parameters of the proposed filter (resonant frequency, loss and passband), and also ensures a constant high barrage of the filter outside the passband, since the shielding disks 31 will be pressed with the same force to the non-magnetic filter housing 1, eliminating possible leakage of the microwave radiation from the resonance chambers 8, 9, 10, due to the pressure density. This circumstance, together with the elastic separating resistive gaskets 28, creates a real microwave ferrite filter that is insensitive to vibrations, and therefore does not create a microphone effect (that is, its resonant frequency becomes almost constant when mechanical stress (vibrations, shocks) is applied to the filter.

Были изготовлены опытные образцы двухзвенного настоящего СВЧ ферритового фильтра, работающего в широком диапазоне частот 1-12 ГГц с вторыми полюсными наконечниками, с вторыми катушками управления и с разделяющими резистивными прокладками толщиной 30 мкм. Был изготовлен источник управляющих прямоугольных импульсов с высокой крутизной фронтов. Также были изготовлены образцы СВЧ фильтра-прототипа, в которых на одиночные полюсные наконечники поверх первых катушек наматывались небольшие вторые катушки. Результаты испытаний показали, что настоящий фильтр обеспечивает время перестройки резонансной частоты в интервале частот 200-300 МГц в различных участках диапазона 1-12 ГГц, равное единицам микросекунд (1-5), в то время как образцы фильтра-прототипа обеспечивали время перестройки резонансной частоты, равное 50-100 мкс. При этом энергия на переключение настоящего СВЧ ферритового фильтра была значительно меньше, чем в фильтре-прототипе. Настоящий СВЧ ферритовый фильтр найдет применение в приемо-передающих трактах радиотехнических систем с быстрой перестройкой рабочей частоты.Prototypes were made of a two-link real microwave ferrite filter operating in a wide frequency range of 1-12 GHz with second pole tips, with second control coils and with 30 μm thick resistive spacers. A source of control rectangular pulses with a high steepness of the fronts was made. Samples of the microwave filter prototype were also made, in which small second coils were wound on single pole pieces over the first coils. The test results showed that this filter provides the resonance frequency tuning time in the frequency range 200-300 MHz in different parts of the 1-12 GHz range, equal to units of microseconds (1-5), while the prototype filter samples provided the resonance frequency tuning time equal to 50-100 μs. At the same time, the energy for switching a real microwave ferrite filter was significantly less than in the prototype filter. This microwave ferrite filter will find application in the transceiver paths of radio systems with fast tuning of the operating frequency.

Claims

1. Microwave ferrite filter, comprising a non-magnetic housing, shielding disks located in the gap between the first pole pieces of the upper and lower parts of the electromagnet containing at least one first pole piece the first control coil, at least two spherical single crystal ferrite resonators (FR) oriented in isotropic directions and mounted on ceramic rods in the resonant chambers of a non-magnetic case, in two of which through the first channels in the non-magnetic the input housing and the output segments of the transmission lines, the central conductors of which are loaded on single-wound single-wound communication elements enclosing extreme spherical single-crystal FRs, spherical single-crystal FRs are electromagnetically connected to each other using double-wound communication elements short-circuited to the non-magnetic housing, respectively, in the final housing at the free ends and connected by conductors passed through the second channels of the non-magnetic casing, characterized in that in the recesses of the non-magnetic casing above the shielding disks, second pole pieces are installed with at least one second control coil located coaxially with the first pole pieces, while the second pole pieces are separated from the first pole pieces and shielding discs by separating resistive spacers with a thickness of not more than 200 μm.

2. The filter according to claim 1, characterized in that the second pole pieces are made of at least two parts connected in a plane parallel to the direction of magnetic flux.

3. The filter according to claim 1, characterized in that the separating resistive gaskets installed between the first and second pole pieces are made of a dielectric elastic material coated with a resistive material.

4. The filter according to claim 1, characterized in that the second pole pieces are made of magnetic material selected from the group: permalloy, permendure, molybdenum permalloy, ferrite, a barium-based magnet, a samarium-based magnet with cobalt, a neodymium-based magnet - iron - boron, the material of the first pole tip.