Главная  Интегральные схемы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [ 20 ] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36]

пропускать СВЧ энергию в прямом направлении и обеспечивающий при этом развязку в обратном направлении. Аналогичными свойствами обладает также циркулятор, который является невзаимным устройством, обеспечивающим одностороннее прохождение СВЧ сигнала. Это достигается с помощью кольцевого либо дискового резонатора с ферритовым заполнением, сильно нагруженного на входное и выходные плечи. При введении в поперечном направлении относительно плоскости резонатора внешнего однородного магнитного поля возникнет анизотропия магнитной проницаемости ферритового слоя, т. е. фазовые скорости распространения волны в разных направлениях будут отличаться. Подбирая таким образом место включения плеч и значение магнитного поля, можно добиться максимального прохождения сигнала с входа на выход. Отраженная же волна с выхода циркулятора будет распространяться в другом направлении, создавая тем самым развязку меяоду выходом и входом. Это функциональное свойство позволяет использовать невзаимные циркуляторы во входных цепях приемно-передающих устройств, а также в усилителях и генераторах отражающего типа. Как будет показано ниже, циркулятор может выполнять много разных функций в зависимости от вида его подключения в схему. При изменении направления подмагничивающего магнитного поля циркулятор может выполнять роль переключателя. В ОИС СВЧ циркуляторы осуществляют дополнительную функцию - однонаправленную передачу СВЧ энергии на разные этажи слоев диэлектрика (передача СВЧ сигнала в вертикальной плоскости). Этим свойством планарные циркуляторы не обладают.

В последние годы были предложены и разработаны циркуляторы с реализацией плеч на НПЛ и СЩЛ (Оглоб-лин Д. И., Шелухин С. А., 1983). Если обратиться к полуволновому гибридному кольцу (§ 2.2, рис. 2.10 а), входное плечо / которого выполнено на СЩЛ, а выходные плечи - на НПЛ, то увидим, что характеристики гибридного кольца не изменятся при разнесении выходных плеч на НПЛ по разные стороны СЩЛ. Это свойство подсказывает идею реализации объемного циркулятора (рис. 2.21 а). Для этого плечи циркулятора /-3 разнесены под углами 120° в магнитодиэлектрических слоях и 5, на внешних сторонах Которых симметрично расположены два металлических Диска 6 и 7. К каждому из дисков 6, 7 подключено по одному выходному плечу, выполненному на НПЛ, 8 и 9. Магнито-Диэлектрические слои 4 и 5 разделены слоем металла 10,



в ксугором вырезана СЩЛ 11, свернутая в кольцо. Внещнц диаметр кольца равен диаметру металлических дисков б и 7. Узкий проводник входного плеча 1 (выполненного нд КЛ 12) гальванически соединен с внутренним диском ;з кольца, а два широких проводника - с металлическими дисками б и 7. Во внутреннем диске 13 кольца прорезаны щели 14. Внешнее постоянное магнитное поле Яо направлено перпендикулярно плоскости дисков 6, 7 циркулятора и придает ферромагнитным слоям 4,5 анизотропные свойства.

П 2

К - J / -


Рис. 2.21

Принцип работы объемного циркулятора аналогичен принципу действия планарного циркулятора. Отличием является возбуждение дискового резонатора с помощью КЛ. Щели 14, вырезанные в диске 13 кольца, используются в длинноволновой части СВЧ диапазона, поскольку они позволяют уменьшить длину периметра диска. В циркуляторах миллиметрового диапазона необходимость выполнения щелей отпадает.

Большой набор рассмотренных объемных неоднородностей и Т-соединений позволяет проектировать объемные циркуляторы для различных назначений. Например, при необходимости реализации плеча в среднем сечении циркулятора на СЩЛ достаточно выполнить объемные элементы связи в плечах НПЛ на полуволновых закороченных отрезках 15 СЩЛ (рис. 2.21 б), а плечо КЛ заменить на СЩЛ \l6), переходящую также в отрезок связи СЩЛ {17) четвертьволновой длины. В этом циркуляторе полностью от-



дуюттальванические соединения через ферромагнитные я что является отличительной особенностью ОИС. магнитная система объемных циркуляторов выполнена jjne слоев из магнитного материала (например, самарий- бальт), которые составляют внешние этажи ОИС СВЧ. Эквивалентная схма объемного циркулятора приведена рис. 2.22 а. Плечи циркулятора расположены в плос-"остях (t+1, i, i-1), разделенных слоями магнитодиэлект-пика. Штриховой линией условно показана объемная связь по электромагнитному полю через слои магнитодиэлектри-ка. Стрелкой указано направление циркуляции сигнала щежду плечами - по существу, направление внешнего подмагничивающего поля. На рис. 2.22 а показано, что сигнал

1 "1--

Л г

I"!

--. 1 \

Рйс. 2.22

из плеча г-й плоскости попадает в плечо i+1-й плоскости, а из плеча t+1-й плоскости в плечо i-1-й плоскости и т. д. В обратном направлении плечи циркулятора развязаны.

Каскадное включение циркуляторов через слои диэлектрика при включении в одно плечо каждого циркулятора согласованной нагрузки позволяет реализовать вентиль с высокой степенью развязки (рис. 2.22 б).

При необходимости распределения мощности по этажам ОИС (объемный делитель мощности) достаточно между каскадами циркуляторов, набранными в вертикальной плоскости, включить отрезки ЛП, образующих объемную связь по электромагнитному полю и соединяющих соседние циркуляторы с выхода на вход, как показано на рис. 2.22 в. Для развязки выходных плеч по отраженному сигналу, распространяющемуся в обратном направлении, в плечо, расположенное между ними, включены согласованные нагрузки (рис. 2.226, в).

Рассмотренные эквивалентные схемы включения объемных циркуляторов подтверждает их многофункциональ-1Ность. Возможность перераспределения СВЧ энергии в разные этажи ОИС расширила применение объемных циркуляторов и ввела их в семейство базовых элементов ОИС СВЧ.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [ 20 ] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36]

0.0007